EP1070198B1

EP1070198B1 - Elektromagnetischer aktuator mit geblechtem anker

Info

Publication number: EP1070198B1
Application number: EP00906270A
Authority: EP
Inventors: Holger Lange; Günter FEYERL; Michael Schebitz; Lukas Wagener; Lutz Fischer
Original assignee: FEV Motorentechnik GmbH and Co KG
Current assignee: FEV Europe GmbH
Priority date: 1999-02-05
Filing date: 2000-02-02
Publication date: 2005-05-11
Anticipated expiration: 2020-02-02
Also published as: WO2000046490A1; ATE295473T1; JP2002536826A; DE50010267D1; DE19904634A1; EP1070198A1; DE10080256D2

Description

Ein elektromagnetischer Aktuator zur Betätigung eines Stellgliedes arbeitet in der Weise, daß ein in seiner Bestromung steuerbarer Elektromagnet vorgesehen ist, dessen Magnetkraft bei Bestromung auf einen Anker einwirkt, der mit dem zu betätigenden Stellglied in Verbindung steht. In der Regel ist eine Rückstellfeder vorgesehen, die bei stromlos gesetztem Elektromagneten den Anker bzw. das damit in Verbindung stehende Stellglied in einer ersten Schaltposition hält und bei Bestromung des Elektromagneten gegen die Kraft der Rückstellfeder in die zweite Stellposition durch die Magnetkräfte bewegt wird und in dieser zweiten Stellposition gehalten wird, solange der Elektromagnet bestromt ist.

Zur Beeinflussung der Bewegungsgeschwindigkeit des Ankers bei seiner Annäherung an die Polfläche des Elektromagneten einerseits, aber auch beim Lösen des Ankers von der Polfläche nach dem Stromlossetzen des Elektromagneten andererseits ist eine schnelle Änderungsmöglichkeit der Magnetkraft wünschenswert. Dieser schnellen Kraftänderung bzw. Magnetfeldänderung wirken jedoch Wirbelströme entgegen. Die Entstehung von Wirbelströmen im Elektromagneten kann jedoch dadurch minimiert werden, daß der Jochkörper aus geblechtem Material gefertigt wird, so daß bei Bestromung des Elektromagneten, insbesondere in der Phase, wenn der Anker noch weit entfernt ist, ein schneller Feldaufbau erfolgt (DE-A-35 00 530). In der Endphase der Annäherung des Ankers wird jedoch der Elektromagnet in seiner Wirkung immer stärker durch den Anker beeinflußt. Da der Anker bisher aber aus massiven Eisen bestand, wirken die im Anker entstehenden Wirbelströme einer schnellen Feldänderung und damit einer schnellen Kraftänderungsmöglichkeit entgegen. Das gleiche gilt auch für den sogenannten Ablösevorgang. Wird der Elektromagnet stromlos gesetzt, so sind bei einem geblechtem Jochkörper nur geringe Wirbelströme vorhanden. Durch die in dem aus massivem Eisen gefertigten Anker auch nach Abschaltung der Stromzufuhr zum Elektromagneten noch fließenden Wirbelströme wird der Ablösevorgang des Ankers durch das sogenannte "Kleben" verzögert. Das führt bei schnellen Schaltwechseln zu Nachteilen und beeinträchtigt eine reproduzierbare Steuerung des Stellgliedes. Bei der Verwendung derartiger Aktuatoren zur Betätigung der Gaswechselventile an einer Kolbenbrennkraftmaschine sind darüber hinaus neben hohen Schalthäufigkeiten auch hohe mechanische Beanspruchungen von Anker und Jochkörper zu beherrschen.

Die vorstehend geschilderten Nachteile werden gemäß der Erfindung gelöst durch einen elektromagnetischen Aktuator zur Betätigung eines Stellgliedes, mit wenigstens einem Elektromagneten, der durch einen eine Polfläche aufweisenden Jochkörper mit Spule gebildet wird, und mit einem in bezug auf die Polfläche über einen Führungsbolzen hin und her bewegbaren Ankerelement, das eine Ankerplatte aufweist, die mit einem Führungsbolzen fest verbunden ist und die zwei Deckbleche aufweist, zwischen denen eine Lamellenpaket aus einer Vielzahl von fest miteinander verbundenen Blechlamellen angeordnet ist, die senkrecht zu den Deckblechen ausgerichtet und mit diesen verbunden sind. Durch die Verbindung der Deckbleche mit dem aus einer Vielzahl von Blechlamellen gebildeten Lamellenpaket ergibt sich eine stabile Ankerplatte, die auch den mechanischen Beanspruchungen eines elektromagnetischen Aktuators mit hochfrequenter Schalthäufigkeit standhält. Durch den Lamellenaufbau wird es möglich, eine Verminderung der Wirbelstrombildung zu erreichen. Damit ergibt sich der Vorteil einer schnelleren Feldänderung bei Änderung des Stromes am Elektromagneten und somit auch einer schnelleren Beeinflussung der Ankerbewegung. Durch die Verminderung der Wirbelstrombildung im Anker besteht beispielsweise die Möglichkeit, in der Annäherungsphase des Ankers an die Polfläche die Bestromung so zu regeln, daß nur ein jeweils wegabhängiger, geringer Kraftüberschuß über die Rückstellkraft der Feder vorhanden ist und dadurch geringere Auftreffgeschwindigkeiten erzielt werden. Beim Auftreffen des Ankers auf die Polfläche kann dann der Strom zum Elektromagneten erhöht werden, damit der Anker auch sicher gehalten wird und nicht wieder abprallt. Der Anker wird dann gegen die Kraft der Rückstellfeder mit einer geringen Magnetkraft an der Polfläche gehalten. Ein weiterer Vorteil der verringerten Wirbelströme bei anliegendem Anker ergibt sich auch für Verfahren zur sogenannten "Auflageerkennung", d.h. der Erkennung des Anliegens des Ankers an der Polfläche. Während die bisher nicht zu vermeidenden Wirbelströme bei einem massiven Anker es praktisch unmöglich machten, aus der Taktungsfrequenz eines getakteten Haltestroms oder aus der Auswertung der zeitlichen Verläufe von Strom und/oder Spannung ein eindeutiges Signal abzuleiten, da die Änderung der differentiellen Induktivität und die Änderung der Wirbelstromanteile im Anker sich gerade in den hier interessanten Betriebsbereichen zumindest teilweise kompensierten, führt die Reduzierung der Wirbelstrombildung im Anker zu eindeutigen und reproduzierbaren Signalen, die für die Regelung und/oder Steuerung der Bestromung des Elektromagneten verwendbar sind.

Auch der Ablösevorgang wird durch die Reduzierung der Wirbelstrombildung günstig beeinflußt. Während bei einem massiven Anker durch die auch noch nach dem Abschalten des Spulenstroms fließenden Wirbelströme der Ablösevorgang verzögert wird, wird durch einen wirbelstromarmen Anker gemäß der Erfindung der Magnetkraftabbau stark beschleunigt und die sogenannte Klebzeit reduziert.

In einer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß die Deckbleche an wenigstens einem Rand mit einer Abwinklung versehen sind, die die zugeordnete Stirnfläche des Lamellenpaketes überdeckt. Die Abwinklung kann hierbei so vorgesehen sein, daß beide Deckbleche die Form eines L-Profils aufweisen und um 180° versetzt zueinander auf das Lamellenpaket aufgelegt sind, so daß die Abwinklungen jeweils die Stirnfläche überdecken, die durch die Endkanten der einzelnen Blechlamellen gebildet werden. Ein oder auch beide Deckbleche können durch die Anordnung von Abwinklungen als U-Profile ausgebildet sein. Wird nur ein Deckblech als U-Profil ausgebildet und das andere Deckblech als ebene Platte verwendet, dann wird das Lamellenpaket vorzugsweise so mit dem U-förmigen Deckblech verbunden, daß hier wiederum die Stirnflächen überdeckt werden, die von den Endkanten der einzelnen Blechlamellen gebildet werden. Das ebene Deckblech liegt dann auf der anderen Seite des Lamellenpaketes auf. Sind beide Deckbleche mit Abwinklungen versehen, die den Deckblechen einen U-förmigen Profilquerschnitt geben, dann werden die Deckbleche um 90° versetzt zueinander mit dem Lamellenpaket verbunden, so daß die schmalen Stirnkanten des Lamellenpaketes allseitig von den Abwinklungen überdeckt sind und so das Lamellenpaket von den Deckblechen dosenförmig umfaßt wird.

In Ausgestaltung der Erfindung ist ferner vorgesehen, daß das Lamellenpaket zumindest an den quer zur Ausrichtung der Blechlamellen verlaufenden Kanten mit den Deckblechen verschweißt ist. Hierdurch ergibt sich nicht nur eine endseitige feste Verbindung der Blechlamellen miteinander, sondern auch eine feste Verbindung mit den Deckblechen. Sofern die Deckbleche mit Abwinklungen versehen sind, die die Endkanten der Blechlamellen überdecken, kann es zweckmäßig sein, vor dem Anbringen der Deckbleche die Blechlamellen an den quer zu ihrer Ausrichtung verlaufenden Stirnflächen des Lamellenpaketes zu verschweißen, so daß schon das Lamellenpaket für sich einen in sich stabilen Körper bildet.

In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß die einzelnen Blechlamellen Durchprägungen aufweisen, die jeweils auf einer Lamellenseite eine napfförmige Vertiefung und auf der anderen Lamellenseite eine warzenförmige Erhöhung bilden und daß die Erhöhungen einer Blechlamelle in die Vertiefung der benachbarten Blechlamelle eingreifen und die Blechlamellen durch Pressen zu einem Lamellenpaket formschlüssig miteinander verbunden sind. Durch eine derartige Stanzpaketierung werden die einzelnen Blechlamellen durch Klemmwirkung gehalten und es ergibt sich in Querichtung ein Formschluß der einzelnen Blechlamellen untereinander, der über die gesamte Breite der Ankerplatte wirksam ist, so daß das Lamellenpaket in sich eine noch höhere Formstabilität erhält.

In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß die Blechlamellen des Lamellenpaketes durch wenigstens zwei quer verlaufenden Bolzen fest miteinander verbunden sind. Die Bolzen können als Schraubbolzen oder auch als Niet ausgeführt werden. Hierbei werden die einzelnen Blechlamellen mit einer Durchgangsbohrung versehen, so daß das Lamellenpaket über die Bolzen zu einer kompletten Einheit verbunden ist. Diese Ausgestaltung kann auch bei einem stanzpaketierten Lamellenpaket verwendet werden, so daß die Steifigkeit der Ankerplatte nicht nur über die Bolzen erzielt wird.

In zweckmäßiger weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß der Führungsbolzen einen Führungsschaft und einen Bolzenkopf mit größerem Durchmesser aufweist und daß der Bolzenkopf durch die Bohrung im Lamellenpaket hindurchgeführt ist und im Berührungsbereich mit dem Lamellenpaket verlötet ist. Hierdurch ist die für eine stabile Lotverbindung notwendige große Kontaktfläche zwischen dem Führungsbolzen einerseits und der Bohrung in der Ankerplatte andererseits gegeben. Damit ist eine feste Verbindung zwischen dem aus weichmagnetischem Eisenwerkstoff bestehenden Lamellenpaket mit einem aus einem vergütbaren Stahlwerkstoff bestehenden Führungsbolzen herzustellen. Hierzu wird zweckmäßigerweise ein Lot auf Kupferbasis verwendet.

In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist hierbei vorgesehen, daß der Bolzenkopf wenigstens eine Abdrehung zur Aufnahme eines Lotes aufweist. Die Abdrehung kann in Form einer Anfasung der Kopffläche des Bolzens vorgenommen werden und/oder in Form einer umlaufenden Nut auf der zylindrischen Umfangsfläche des Bolzenkopfes. Die Anfasung und/oder die Nut müssen in ihrem Querschnitt so bemessen werden, daß die erforderliche Lotmenge durch das auf- bzw. eingelegte Lot zur Verfügung steht. Da gegenüber einer Ankerplatte aus massivem Material die zylindrische Wandung der Aufnahmebohrung für den Bolzenkopf bei einem Lamellenpaket entsprechend minimale Spalten aufweist, kann es zweckmäßig sein, sowohl eine stirnseitige Anfasung als auch eine Nut auf der zylindrischen Umfangsfläche vorzusehen und an beiden Stellen entsprechend Lot zu applizieren, so daß auf jeden Fall eine durchgehende Lotschicht zwischen dem Bolzenkopf und der Bohrung der Ankerplatte vorhanden ist.

Es ist grundsätzlich bekannt, jeweils den Jochkörper des Elektromagneten als Lamellenpaket zu gestalten, d. h. eine Vielzahl von Blechlamellen zu einem Paket miteinander zu verbinden, wobei die Blechlamellen durch querverlaufende Schweißnähte fest miteinander verbunden sind, wie in DE-A-36 37 411 beschrieben, oder über durchgehende Nieten zu einem Paket zusammengefaßt sind, wie aus EP-A-0 923 089 bekannt ist. Es hat sich jedoch gezeigt, daß aufgrund der thermischen Einwirkungen beim Verschweißen der Blechlamellen eine Materialversprödung im Bereich der Schweißnähte auftritt. Außerdem beeinflußt die thermische Einwirkung beim Schweißen die magnetischen Eigenschaften des Blechmaterials nachteilig, d. h. das Ummagnetisieren beim Anschalten und beim Abschalten der Bestromung der Spule wird verzögert.

Es hat sich nun gezeigt, daß sich die für die Gestaltung des Ankerelements eingesetzte Stanzpaketierung vorteilhaft auch bei der Gestaltung des Jochkörpers des Elektromagneten auswirkt.

Demgemäß wird in Ausgestaltung der Erfindung vorgeschlagen ein elektromagnetischer Aktuator mit wenigstens einem Elektromagneten, der durch einen eine Polfläche aufweisenden Jochkörper mit Spule gebildet wird, und mit einem in bezug auf die Polfläche über einen Führungsbolzen hin und her bewegbaren Ankerelement, insbesondere mit einem Jochkörper, der aus einer Vielzahl von Blechlamellen besteht, die jeweils mit mehreren Durchprägungen versehen sind, die auf einer Lamellenfläche warzenförmige Erhöhungen und auf der anderen Lamellenfläche entsprechend napfförmige Vertiefungen bilden, wobei die Erhöhungen jeweils einer Blechlamelle in die Vertiefungen der benachbarten Blechlamelle eingreifen und die Blechlamellen durch Pressen zu einem Lamellenpaket formschlüssig fest miteinander verbunden sind, wobei der Jochkörper auf Teilbereichen seiner Oberfläche von einem Gehäuse umschlossen ist.

Bei einem derartig aufgebauten Elektromagneten ergibt sich für den Jochkörper ein Lamellenpaket mit hoher Packungsdichte und den durch die Stanzpaketierung gebildeten Formschluß der Blechlamellen untereinander ein Jochkörper mit hoher Formstabilität und Dauerfestigkeit. Insbesondere die in der Ebene der Blechlamellen, also quer zu den Durchprägungen mechanischen Krafteinwirkungen werden zuverlässig aufgenommen. Die Durchprägungen können hierbei in Bereichen vorgesehen werden, in denen besonders hohe Krafteinwirkungen im Betrieb auftreten.

Das Lamellenpaket kann zusätzlich durch entsprechende verschraubte oder vernietete Bolzen zusammengehalten werden. Besonders vorteilhaft ist es jedoch, wenn das das Lamellenpaket umschließende Gehäuse durch Umgießen oder Umspritzen des Lamellenpaketes hergestellt wird. Es ist auch möglich, das Lamellenpaket in ein vorgefertigtes Gehäuse einzukleben, wobei der Kleber wärmeleitende Eigenschaften haben kann. Damit wird das Lamellenpaket spielfrei im Gehäuse gehalten.

Als Material kommen hier beispielsweise Kunststoffe in Betracht, die eine entsprechende Temperaturfestigkeit aufweisen, wenn ein derartiger Aktuator zur Betätigung eines Gaswechselventils an einer Kolbenbrennkraftmaschine verwendet wird.

Es können aber auch Metalle verwendet werden, beispielsweise Aluminiumlegierungen. Hierbei ist es zweckmäßig, wenn das Metall ggf. durch entsprechende Zusätzen, eine reduzierte elektrische Leitfähigkeit des Gehäusematerials aufweist.

Der Erfindung wird anhand schematischer Zeichnungen von Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1: in perspektivischer Ansicht einen Anker mit zwei ebenen Deckblechen,
Fig. 2: in perspektivischer Ansicht einen Anker mit abgewinkelten Flächen,
Fig. 3: eine Stirnansicht des Ankers gem. Fig. 1, gesehen in Richtung des Pfeiles A,
Fig. 4, 5, und 6: unterschiedliche Ausbildungen der Deckfläche,
Fig. 7: einen Schnitt gem. der Linie VII-VII in Fig. 1,
Fig. 8: eine Schnittdarstellung gem. Fig. 7 mit einer anderen Form des Führungsbolzens,
Fig. 9: in vergrößertem Maßstab einen Schnitt gem. der Linie IX-IX in Fig. 1,
Fig. 10: einen elektromagnetischen Aktuator zur Betätigung eines Gaswechselventils in Seitenansicht, teilweise im Schnitt,
Fig. 11: eine Aufsicht auf eine Blechlamellen eines Jochkörpers mit Durchprägungen.

Der in Fig. 1 dargestellte Anker für einen elektromagnetischen Aktuator besteht aus einer Ankerplatte 1, die mit einem Führungsbolzen 2 fest verbunden ist. Die Ankerplatte 1 weist zwei Deckbleche 3, 4 auf, zwischen denen ein Lamellenpaket 5 auf einer Vielzahl von fest miteinander verbundenen Blechlamellen angeordnet ist, die senkrecht zur den Deckblechen 3, 4 ausgerichtet und mit diesen verbunden sind. Fig. 3 zeigt eine Stirnansicht in Richtung des Pfeiles A in Fig. 1 in größerem Maßstab. In Fig. 3 ist hierbei das aus einer Vielzahl von Einzellamellen 6 zusammengesetzte Lamellenpaket 5 zu erkennen.

In Fig. 2 ist eine abgewandelte Ausführungsform ebenfalls in perspektivischer Ansicht dargestellt. Die Deckbleche 3, 4 sind jeweils randseitig mit Abwinklungen 7 und 8 versehen, die quer zu den Stirnkanten der Blechlamellen (hier nicht dargestellt) des eingeschlossenen Lamellenpaketes 5 verlaufen und diese überdecken.

Die Abwinklung der Deckbleche 3 und 4 kann nun in unterschiedlicher Form vorgenommen werden. In Fig. 4 ist eine Ausführungsform dargestellt, bei der das obere Deckblech 3 ebenflächig ausgebildet ist, während das untere Deckblech 4 an beiden Randseiten mit Abwinklungen 7, 8 versehen ist und somit einen U-förmigen Querschnitt aufweist.

Fig. 5 zeigt eine abgewandelte Ausführungsform, bei der beide Deckbleche 3, 4 randseitig mit nur einer Abwinklung 7 bzw. 8 versehen sind, so daß beide Deckbleche einen L-förmigen Querschnitt aufweisen. Die beiden Deckbleche 3, 4 sind seitenverkehrt zueinander angeordnet, so daß jeweils die Abwinklung eines Deckblechs eine Stirnseite des Lamellenpaketes 5 überdeckt.

Bei der Ausführungsform gem. Fig. 6 sind beide Deckbleche 3 und 4 an beiden Rändern mit Abwinklungen 7, 8 versehen, so daß sie jeweils einen U-förmigen Querschnitt aufweisen. Beide Deckbleche 3, 4 sind um 90° versetzt zueinander auf das Lamellenpaket 5 aufgesetzt, so daß alle Stirnflächen des Lamellenpaketes von den Abwinklungen der Deckbleche überdeckt sind und das Lamellenpaket dosenartig eingefaßt ist.

Die Verbindung der einzelnen Blechlamellen 6 untereinander sowie die Verbindung des aus den Blechlamellen 6 gebildeten Lamellenpaketes 5 mit den Deckblechen 3, 4 kann nun in unterschiedlicher Weise durchgeführt werden. Bei der in Fig. 1 dargestellten Ausführungsform sind die Einzellamellen zusammen mit den beiden aufliegenden Deckblechen 3, 4 jeweils im Kantenbereich der beiden gegenüberliegenden Stirnseiten 9 miteinander durch Schweißen oder Löten verbunden, so daß durch die Naht 21 sowohl die einzelnen Blechlamellen untereinander als auch die beiden Deckbleche 3, 4 mit dem Lamellenpaket 5 fest verbunden sind (vgl. Fig. 7). Eine bevorzugte Art der Verbindung wird anhand von Fig. 9 beschrieben.

In Fig. 2 ist eine Ausführungsform dargestellt, bei der die einzelnen Blechlamellen des Lamellenpaketes durch zwei quer verlaufende Bolzen 10 fest miteinander verbunden sind. Die Bolzen 10 sind hierbei durch entsprechende Löcher 11 (vgl. Fig. 7) in den Blechlamellen 6 hindurchgesteckt. Die Bolzen können als Schraubenbolzen oder auch als Niete ausgeführt sein. Für beide Formen der Verbindung der Blechlamellen zu einem Lamellenpaket ist es zweckmäßig, wie in Fig. 9 dargestellt, durch eine sogenannte Stanzpaketierung der Blechlamellen 6 einen Formschluß zwischen den benachbarten Blechlamellen zu bewirken. Hierbei werden die einzelnen Blechlamellen 6 mit einer oder mehreren Durchprägungen 6.1 versehen, die auf einer Lamellenseite eine napfförmige Vertiefung 6.3 und auf der anderen Lamellenseite eine entsprechende warzenförmige Erhöhung 6.2 bilden. Werden die einzelnen Blechlamellen 6 zu einem Lamellenstapel zusammengefügt, greift jeweils die Erhöhung 6.2 einer Blechlamelle in die Vertiefung 6.3 der nächstfolgenden Blechlamelle ein, so daß bei einem Pressen des Lamellenstapels ein festes Lamellenpaket mit hoher Pakkungsdichte gebildet wird. Die Blechlamellen 6 werden untereinander durch Klemmwirkung gehalten. In Querichtung zu den Durchpärgungen 6.1 ergibt sich ein Formschluß, der über die ganze Breite wirksam ist und durch den Relativbewegungen der Blechlamellen gegeneinander unterbunden sind.

Wie aus Fig. 7 ebenfalls ersichtlich, sind die Lamellen 6 untereinander einerseits und mit den Deckblechen 3 und 4 andererseits jeweils über Nähte 21 im Kantenbereich der Stirnflächen 9 miteinander verbunden.

Die Schnittdarstellungen gem. den Fig. 7 und 8 zeigen die Verbindung zwischen dem Lamellenpaket 5 und dem Führungsbolzen 2. Bei der in Fig. 7 dargestellten Ausführungsform weist der Führungsbolzen 2 einen Führungsschaft 15 und einen Bolzenkopf 16 auf, der einen größeren Durchmesser besitzt als der Führungsschaft 15. Zur Aufnahme des Bolzenkopfes 16 ist das Lamellenpaket 5 mit einer Bohrung 17 versehen, durch die der Bolzenkopf 16 hindurchgeführt ist. Die Verbindung zwischen dem Lamellenpaket 5 und dem Bolzenkopf 16 erfolgt durch eine Lötverbindung, die nachstehend noch näher beschrieben wird.

Wie aus Fig. 7 ersichtlich, ist der Bolzenkopf 16 so bemessen, daß er zumindest auf der dem Führungsschaft 15 abgekehrten Seite die Ebene des obenliegenden Deckbleches 3 überragt. Der Überstand des Bolzenkopfes 16 über die Ebene des Deckbleches 3 kann zum einen als Kontaktfläche für ein bolzenförmiges Übertragungselement dienen.

Von Bedeutung ist der die Ebene des Deckbleches 3 überragende Teil des Bolzenkopfes 16 auch für die Verbindung der Ankerplatte 1 mit dem Führungsbolzen. Hierzu wird der Überstand des Bolzenkopfes 16 mit einer Anfasung 18 versehen, auf die nach dem Durchstecken des Bolzenkopfes 16 durch die Bohrung 17 in der Ankerplatte ein Lot 19 beispielweise in Form eines Ringes aufgelegt wird. Das Lot ist auf Kupferbasis aufgebaut. Nach dem Applizieren des Lotes 19 wird der gesamte Anker auf eine Temperatur erhitzt, die über der Schmelztemperatur des Lotes 19 liegt, so daß beim Schmelzen das flüssige Lot im Berührungsbereich zwischen dem Bolzenkopf einerseits und der Wandung der Bohrung 17 andererseits verschießt. Anschließend kann der Anker abgekühlt und der Führungsbolzen gehärtet werden. Dazu wird der Anker wenigstens einmal auf die Vergütungstemperatur für den Stahlwerkstoff des Führungsbolzen 2 erhitzt und über eine vorgegebene Zeit auf dieser Temperatur gehalten und danach vollständig abgekühlt. Damit ist es möglich, den aus zwei Bauelementen mit unterschiedlichen Werkstoffeigenschaften bestehenden Anker, nämlich einmal ein vergütbarer Stahlwerkstoff für den Führungsbolzen und ein weichmagnetischer Eisenwerkstoff für den Anker, fest miteinander zu verbinden, wobei nach dem Lötvorgang der Stahlwerkstoff auf die gewünschte Qualität vergütet werden kann. Hierbei wird mit Vorteil ausgenutzt, daß die Schmelztemperatur der für derartige hochbeanspruchte Verbindungen in Betracht kommenden Lote erheblich über die Härte- und Anlaßtemperatur für einen vergütbaren Stahlwerkstoff liegen, so daß nach Abschluß des Lötvorganges, d. h. nach dem Verschießen und Erstarren des Lotes im Verbindungsbereich zwischen Bolzenkopf 16 und der Wandung der Bohrung 17 eine weitere Wärmebehandlung durchgeführt werden kann, ohne daß hierdurch die Lötstelle in ihrer Festigkeit beeinflußt wird.

Die Ausführungsform gem. Fig. 8 zeigt eine Abwandlung dahingehend, daß der Bolzenkopf 16 auf seiner zylindrischen Umfangsfläche mit einer umlaufenden Nut 20 versehen ist. Zur Verbindung des Führungsbolzens 2 mit der Ankerplatte 1 wird in die Nut 20 Lot eingebracht und danach der Bolzenkopf 16 in die Bohrung 17 der Ankerplatte 1 eingesteckt. Anschließend erfolgt wieder die vorstehend beschriebene Wärmebehandlung.

Da die Innenwandung der Bohrung 17 aufgrund der Lamellenstruktur des Lamellenpaketes nicht glattflächig ist sondern praktisch über den gesamten Umfang mit schmalen Spalten versehen ist, kann es zweckmäßig sein, sowohl eine Anfasung 18 als auch eine Nut 20 vorzusehen und in beiden Bereichen Lot zu applizieren, um so die für die Verbindung erforderliche Lotmenge in den gesamten Berührungsbereich zwischen Bolzenkopf 16 und der Wandung der Bohrung 17 zu bringen.

Die Blechlamellen 6 sowie die Deckbleche 3, 4 werden zweckmäßigerweise aus einem Blech mit einer Blechstärke von beispielsweise 0,35 mm hergestellt. Die gesamte Dicke der Ankerplatte beträgt beispielsweise 4,5 mm.

Fig. 10 zeigt die Anwendung der Stanzpaketierung bei einem Jochkörper eines elektromagnetischen Aktuators. Der dargestellte elektromagnetische Aktuator wird im wesentlichen gebildet durch zwei Elektromagneten 22 und 23, die von zwei Gehäuseteilen 24.1 und 24.2 umschlossen sind, die ihrerseits über ein als Distanzteil ausgebildetes Gehäuseteil 24.3 im Abstand zueinander angeordnet und mit ihren Polflächen 25 gegeneinander ausgerichtet sind. In dem vom Distanzteil 24.3 umschlossenen Bewegungsraum zwischen den beiden Polflächen 25 ist ein Anker 26 angeordnet, der über einen Führungsbolzen 2 in einer Führung 27 hin und her bewegbar geführt ist. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel weist der Anker 26 eine rechteckige Grundform auf. Seine Ankerplatte 1 ist beispielsweise in herkömmlicher Art aus weichmagnetischem Eisenwerkstoff hergestellt. Die Ankerplatte 1 kann aber auch geblecht ausgebildet sein, wie dies anhand der Fig. 1 bis 9 vorstehend beschrieben ist.

Der Anker 26 steht über einen Führungsbolzen 28 mit einer Rückstellfeder 8 in Verbindung. Das andere, untere freie Ende 30 des Führungsbolzens 2 stützt sich hierbei auf einem Stellglied, beispielsweise dem freien Ende des Schaftes 31 eines Gaswechelventils ab, das in dem hier nur angedeuteten, gekühlten Zylinderkopf 32 einer Kolbenbrennkraftmaschine geführt ist. Durch eine Rückstellfeder 33 wird das Gaswechselventil in Schließrichtung beaufschlagt, wobei die Rückstellfeder 33 und die Rückstellfeder 29 in ihrer Kraftrichtung gegeneinander gerichtet sind, so daß bei stromlos gesetzten Elektromagneten die Ankerplatte 1 entsprechend ihre Ruheposition zwischen den beiden Polflächen 25 der beiden Elektromagneten 22 und 23 einnimmt, wie dies in Fig. 10 dargestellt ist. Die Gehäuseteile 24.1, 24.2 und 24.3 sind über Verbindungsmittel, beispielweise die angedeuteten Spannschrauben 34, fest miteinander zu einem Vollgehäuse und über eine Aufstandfläche 36 mit dem Zylinderkopf 32 verbunden.

Wie aus Fig. 10 ersichtlich, weisen die beiden Elektromagneten 22 und 23 jeweils einen quaderförmigen Jochkörper 37 auf, der aus einer Vielzahl von dünnen Blechlamellen 37.1 zusammengesetzt ist. Der Jochkörper 37 ist jeweils mit zwei parallelen nutenförmigen Ausnehmungen 40 (vgl. Fig. 11) versehen, in die eine als Rechteckring geformte Spule 39 mit zwei parallelen Schenkeln eingelegt ist. Die Blechlamellen des Jochkörpers 37 verlaufen senkrecht zur Zeichnungsebene und sind fest miteinander verbunden. Bevorzugt ist die Verbindung der Blechlamellen durch eine Stanzpaketierung, wie sie auch für die Herstellung der Ankerplatte 1 vorstehend beschrieben und in Fig. 10 im Teilschnitt des Jochkörpers 37 des Elektromagneten 23 und in Fig. 11 in einer Aufsicht auf eine Lamelle dargestellt ist.

Die Jochkörper 37 beider Elektromagneten sind jeweils von den Gehäuseteilen 24.1 und 24.2 aus einem nicht-magnetischen Werkstoff umschlossen und zwar, wie aus Fig. 1 ersichtlich, in der Weise, daß bei der quaderförmigen Grundform des Jochkörpers 37 jeweils die Stirnseiten, die von der Spule 39 umfaßt sind, einschließlich der Spule 39 vollständig eingebettet sind, mit ihren beiden Längsseiten jedoch seitlich herausragen. Die Seitenflächen des Jochkörpers 37 können frei liegen. Als Werkstoffe kommen vorzugsweise gießfähige oder spritzfähige Werkstoffe in Betracht, wie beispielsweise temperaturfeste Kunststoffe, Aluminium, auch Aluminiumzusammensetzungen, die eine Wirbelstrombildung vermindern. Das Umgießen oder Umspritzen gleicht beim Stanzpaketieren nicht zu vermeidende geringe Maßtoleranzen aus und bewirkt eine feste Verbindung zwischen Jochkörper und zugeordnetem Gehäuseteil, wobei die Maßhaltigkeit der Außenabmessungen gewährleistet bleibt. Der gleiche Vorteil wird erreicht, wenn der Jochkörper in ein Gehäuse eingeklebt wird.

Fig. 11 zeigt eine Aufsicht in Richtung der Pfeiles B in Fig. 10 auf eine Blechlamelle 37.1 des Jochkörpers 37 eines der beiden Elekromagneten 22 oder 23. Die Aufsicht läßt beispielhaft die Lage der Durchprägungen 6.1 erkennen. Es ist ersichtlich, daß in dem durch das Auftreffen des Ankers 26 belasteten, den Polflächen 25 benachbarten Bereich und in dem den Rücken 41 des Jochkörpers 37 bildenden Bereich über die Durchprägungen die aneinanderliegenden Blechlamellen gegenüber eine Krafteinwirkung in Richtung des Pfeiles 42 versteift sind.

Claims

Elektromagnetischer Aktuator zur Betätigung eines Stellgliedes, mit wenigstens einem Elektromagneten, der durch einen eine Polfläche aufweisenden Jochkörper (37) mit Spule gebildet wird, und mit einem in bezug auf die Polfläche über einen Führungsbolzen hin und her bewegbaren Ankerelement, das eine Ankerplatte (1) aufweist, die mit dem Führungsbolzen (2) fest verbunden ist und die zwei Deckbleche (3, 4) aufweist, zwischen denen ein Lamellenpaket (5) aus einer Vielzahl von fest miteinander verbundenen Blechlamellen (6) angeordnet ist, die senkrecht zur den Deckblechen (3, 4) ausgerichtet und mit diesen verbunden sind.
Aktuator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Deckbleche (3, 4) an wenigstens einem Rand mit einer Abwinklung (7, 8) versehen sind, die die zugeordnete Stirnfläche (9) des Lamellenpaketes (5) überdeckt.
Aktuator nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Lamellenpaket (5) zumindest an den quer zur Ausrichtung der Blechlamellen verlaufenden Kanten mit den Deckblechen (3, 4) verschweißt ist.
Aktuator nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die einzelnen Blechlamellen (6) Durchprägungen aufweisen, die jeweils auf einer Lamellenseite eine napfförmige Vertiefung (6.3) und auf der anderen Lamellenseite eine warzenförmige Erhöhung (6.2) bilden und daß die Erhöhungen (6.2) einer Blechlamelle (6) in die Vertiefung (6.3) der benachbarten Blechlamelle (6) eingreifen und die Blechlamellen (6) durch Pressen zu einem Lamelltenpaket formschlüssig miteinander verbunden sind.
Aktuator nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Blechlamellen (6) des Lamellenpaketes (5) durch wenigstens zwei quer verlaufende Bolzen (10) fest miteinander verbunden sind.
Aktuator nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Führungsbolzen (2) einen Führungsschaft (15) und einen Bolzenkopf (16) mit größerem Durchmesser aufweist und daß der Bolzenkopf (16) durch eine Bohrung (17) in der Ankerplatte (1) hindurchgeführt ist und im Berührungsbereich mit der Ankerplatte (1) verlötet ist.
Aktuator nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Bolzenkopf (16) wenigstens eine Abdrehung (20) zur Aufnahme eines Lotes aufweist.
Aktuator nach einem der Ansprüche 1 bis 7, mit einem Jochkörper (37), der aus einer Vielzahl von Blechlamellen (37.1) besteht, die jeweils mit mehreren Durchprägungen (6.1) versehen sind, die auf einer Lamellenfläche warzenförmige Erhöhungen (6.2) und auf der anderen Lamellenfläche entsprechend napfförmige Vertiefungen (6.3) bilden, wobei die Erhöhungen (6.2) jeweils einer Blechlamelle (37.1) in die Vertiefungen (6.3) der benachbarten Blechlamelle (37.1) eingreifen und die Blechlamellen (6) durch Pressen zu einem Lamellenpaket formschlüssig fest miteinander verbunden sind, wobei der Jochkörper (37) auf Teilbereichen seiner Oberfläche von einem Gehäuse (24) umschlossen ist.
Aktuator nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (24) durch Umgießen mit dem Jochkörper (37) verbunden ist.