EP1179121B1 - Electromagnetic multiple actuator - Google Patents
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- EP1179121B1 EP1179121B1 EP00943573A EP00943573A EP1179121B1 EP 1179121 B1 EP1179121 B1 EP 1179121B1 EP 00943573 A EP00943573 A EP 00943573A EP 00943573 A EP00943573 A EP 00943573A EP 1179121 B1 EP1179121 B1 EP 1179121B1
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- multiple actuator
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- F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
- F01L—CYCLICALLY OPERATING VALVES FOR MACHINES OR ENGINES
- F01L9/00—Valve-gear or valve arrangements actuated non-mechanically
- F01L9/20—Valve-gear or valve arrangements actuated non-mechanically by electric means
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- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
- H01F7/00—Magnets
- H01F7/06—Electromagnets; Actuators including electromagnets
- H01F7/08—Electromagnets; Actuators including electromagnets with armatures
- H01F7/121—Guiding or setting position of armatures, e.g. retaining armatures in their end position
- H01F7/123—Guiding or setting position of armatures, e.g. retaining armatures in their end position by ancillary coil
-
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- H01F7/08—Electromagnets; Actuators including electromagnets with armatures
- H01F7/16—Rectilinearly-movable armatures
- H01F7/1638—Armatures not entering the winding
Definitions
- the invention relates to an electromagnetic multiple actuator, especially for two gas exchange valves one Internal combustion engine.
- Actuators for gas exchange valves of internal combustion engines are known.
- camshaft operated valves are electromagnetically driven valves for opening and Closing depending on the rotational position of the crankshaft driven.
- the actuator must be capable of high Apply forces, especially when opening an exhaust valve, and the respective end position of the gas exchange valve when opening and closing must be reached with certainty become.
- This stroke must be measured to around 1/100 mm to enable effective valve control.
- At least two individual actuators are used combined into a multiple actuator.
- On such multiple actuator has a housing through which at least two anchor shafts run, each with an anchor is attached, which lies between two electromagnets and from two springs is held in a rest position.
- the housing also takes over the longitudinal guidance of the anchors the axis of the anchor shaft, so that one at the state of Technology necessary separate anti-rotation lock can be omitted, because due to the longitudinal guidance, the anchor is no longer that of the Springs caused rotation can follow.
- the structure according to the invention further reduces the parts of the Actuator, which considerably simplifies assembly becomes.
- the housing is preferably first manufactured in one piece and then broken at predetermined breaking points, so that after the Assemble the housing parts by bolts that pass through run at least one side wall, are held together, an optimal fit is achieved.
- the principle according to the invention applies to entire actuator strips applicable, for example, all actuators of the Inlet or outlet side of an internal combustion engine in one Actuator strip are united. Then to take the lead The anchor can be secured using vertical partition walls be provided in the housing.
- Fig. 1 is a section through an electromagnetic Multiple actuator shown, the at least two poppet valves drives the gas exchange valves of an internal combustion engine are.
- the multiple actuator drives two intake valves of a cylinder.
- the section of Fig. 1st however shows only one of these valves with the associated Actuator part.
- the electromagnetic multiple actuator of Fig. 1 is on Cylinder head 60 attached and drives an internal combustion engine a gas exchange valve.
- the multiple actuator in one housing for each gas exchange valve to be driven plate-shaped anchor 10 on an anchor shaft 9 sits, which in turn rests on a valve stem 64.
- the armature shaft 9 projects into a recess 63 of the cylinder head 60, in which the gas exchange valve sits, one Has valve plate 62 with valve seat 61.
- the spring 68 also acts on the armature shaft 9 and Anchor 10. Your counteracting is between one at anchor attached anchor spring plate 13 and one on the housing a spring 12 clamped on the washer 11, which pushes the anchor shaft 9 down.
- the armature 10 is located in the housing, which consists of a lower Housing part 3, an upper housing part 1 and a middle housing part 2 is built between two electromagnets.
- the lower electromagnet consists of a lower coil core 6 and a lower winding 8, the upper electromagnet an upper coil core 5 and an upper winding 7. Die Housing parts are screwed together.
- the windings 7, 8 are made by suitable driver circuits energized, which are controlled by a control circuit (not shown).
- the end faces of the coil cores are stops for the armature 10 and define its end positions.
- the springs 12, 68 keep the armature 10 in a de-energized windings 7, 8 in one Resting position between these end positions, from which he the electromagnet can be deflected.
- the three-part housing is made of die-cast aluminum.
- the housing parts 1, 2, 3 are made of four stud bolts 58 held together by the top 14 of the housing to the bottom 15 run and screwed to the cylinder head 60 are.
- Figs. 2 and 3 is the lower housing part 3 with the Coil core 6 and the windings 8 shown in more detail.
- the upper housing part 1 is analogous to that in FIGS. 2 and 3 assembled lower housing part 3 built. Between these the two housing parts 1, 3, the housing middle part 2 is arranged, the guide elements 19a, the longitudinal guide take over the anchor 10 (see FIG. 1). Through this A separate anti-twist device is not required because the Anchor 10 no longer that caused by the springs 12, 68 Rotation follows, which occurs when they are compressed.
- the studs with which the housing parts 1, 2 and 3 with each other and these are attached to the cylinder head 60 move the outermost edge of the housing so that the armature 10 make optimal use of the available space.
- the gas exchange valves can be driven with maximum force.
- the housing is in two parts executed. It is first made in one piece and a predetermined breaking point is grooved. Then the case turns on this predetermined breaking point broken into an upper and a lower part. Then the liners 4, the coil cores 5,6 as well as the windings 7, 8 and the armature shafts 9 introduced with the anchors 10. Then top and bottom reassembled, with a very high dimensional accuracy is achieved. In addition, the Heat transfer over this fracture surface due to its large size Gearing better than normal abutting surfaces. Finally there are no processing steps on the contact surfaces, thereby the manufacturing cost for the housing decreases.
- Valve plates 62 To measure the stroke position of the armature 10 and that driven by it Valve plates 62 is the armature 9 through the liner 4 led out of the upper housing part 1. At anchor 9, a permanent magnet 50 is attached outside the housing. It is advantageous if the anchor shaft 9 from one largely non-magnetic material.
- a magnetic field sensitive Sensor 51 attached. It is about around a giant MR sensor. But as a sensor 51 also working according to another principle, or a Combination of sensors possible.
- the sensor 51 does not deliver its output signal cables shown in more detail to an evaluation electronics. His Output signal is only from the direction of the field lines of the dependent on the magnetic field generated by the permanent magnet 50, on the other hand not or only slightly from the field strength. Thereby can the position of the permanent magnet 50 and so the armature 10 and thus the valve plate 62 even with tolerances regarding the distance between permanent magnet 50 and sensor 51 or with respect to the field strength of the permanent magnet 50 can be determined safely.
- annular permanent magnet 50 may be used, which is rotationally symmetrical to the axis of the armature shaft 9.
- the Permanent magnet 50 firmly connected to the sensor 51 be, and the valve stem 9 or a component attached to it made of soft magnetic or ferromagnetic material his. This material then moves relative to the sensor, which is in the air gap between the moving part and the Permanent magnet 50 is located.
- All magnetic field-sensitive sensors 51 are preferably used by a protective cover 57 against magnetic and electrical Interference shielded (see Fig. 4). All magnetic field sensitive Sensors 51 of the multiple actuator are on a common power strip 56 connected through which it be contacted to provide them with energy and their Read out measurement signals.
- double actuators described here also more than two gas exchange valves from a single multiple actuator be operated.
- all valves on the inlet side of an internal combustion engine to drive with an actuator strip.
- vertical partition walls are provided, which between the individual actuator parts or double actuators are.
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Description
Die Erfindung betrifft einen elektromagnetischen Mehrfachstellantrieb, insbesondere für zwei Gaswechselventile einer Brennkraftmaschine.The invention relates to an electromagnetic multiple actuator, especially for two gas exchange valves one Internal combustion engine.
Stellantriebe für Gaswechselventile von Brennkraftmaschinen sind bekannt. Im Gegensatz zu nockenwellenbetätigten Ventilen werden elektromagnetisch angetriebene Ventile zum Öffnen und Schließen in Abhängigkeit von der Drehlage der Kurbelwelle angesteuert. Dabei muß der Stellantrieb in der Lage sein, hohe Kräfte aufzubringen, insbesondere beim Öffnen eines Auslaßventils, und die jeweilige Endstellung des Gaswechselventils beim Öffnen und Schließen muß mit Sicherheit erreicht werden.Actuators for gas exchange valves of internal combustion engines are known. In contrast to camshaft operated valves are electromagnetically driven valves for opening and Closing depending on the rotational position of the crankshaft driven. The actuator must be capable of high Apply forces, especially when opening an exhaust valve, and the respective end position of the gas exchange valve when opening and closing must be reached with certainty become.
Ein elektromagnetischer Stellantrieb ist beispielsweise aus der DE 197 35 375 C2 bekannt. Er weist einen Anker auf, der von zwei Federn in einer Mittelstellung zwischen zwei Elektromagneten gehalten wird. Durch Bestromung eines der Elektromagneten kann der Anker in die jeweilige, dem Elektromagneten zugeordnete Endstellung angezogen und dort gehalten werden. Um den Stellantrieb und damit das davon angetriebene Gaswechselventil von einer Endstellung in die andere zu überführen, wird die Bestromung der haltenden Spule beendet und die andere Spule bestromt, wodurch der Anker unter der Kraft der Federn sowie des eingeschalteten Elektromagneten in die andere Endstellung bewegt wird.An electromagnetic actuator is off, for example known from DE 197 35 375 C2. It has an anchor that of two springs in a middle position between two electromagnets is held. By energizing one of the electromagnets can the anchor in the respective, the electromagnet assigned end position tightened and held there become. To the actuator and thus the one driven by it To transfer the gas exchange valve from one end position to the other, the current supply to the holding coil is ended and the other coil is energized, causing the armature under the force the springs and the electromagnet switched on in the other end position is moved.
Zur Steuerung der Stellantriebsbewegung, beispielsweise zur Steuerung der Ventilbewegung bei einer Brennkraftmaschine muß die Hubbewegung des Stellantriebes ständig gemessen werden. Bei einer Brennkraftmaschine beträgt der Ventilhub eines Gaswechselventils üblicherweise 8 mm. To control the actuator movement, for example Control of the valve movement in an internal combustion engine must the stroke movement of the actuator can be measured continuously. In an internal combustion engine, the valve lift of a gas exchange valve is usually 8 mm.
Dieser Hub muß auf etwa 1/100 mm genau gemessen werden, um eine effektive Ventilsteuerung zu ermöglichen.This stroke must be measured to around 1/100 mm to enable effective valve control.
Dazu ist es bekannt, die Induktivität der Wicklung eines Elektromagneten zu messen (EP 0 500 389) oder einen Wirbelstromsensor oder einen optischen Lagegeber (EP 0 493 634) zu verwenden, um die Stellung des Ankers zu erkennen.To this end, it is known to measure the inductance of the winding To measure electromagnets (EP 0 500 389) or an eddy current sensor or an optical position transmitter (EP 0 493 634) use to detect the position of the anchor.
Der elektromagnetische Antrieb des Stellantriebes muß erhebliche Kräfte aufbringen, weshalb zum einen die Fläche des Ankers und der Elektromagneten möglichst groß gewählt werden sollte und sich zum anderen eine starke thermische Belastung der Elektromagneten ergibt. Jedoch ist der zur Verfügung stehende Bauraum für einen Stellantrieb, der beispielsweise ein Gaswechselventil einer Brennkraftmaschine antreibt, begrenzt.The electromagnetic drive of the actuator must be considerable Apply forces, which is why the surface of the anchor and the electromagnet should be chosen as large as possible should and on the other hand a strong thermal load the electromagnet results. However, that is available Installation space for an actuator, for example a Drives gas exchange valve of an internal combustion engine, limited.
Eine Möglichkeit, die thermischen Probleme bei einem solchen Stellantrieb zu lösen, wäre ein Anschluß an einen Kühlkreislauf, beispielsweise an den Kühlkreislauf einer Brennkraftmaschine. Dies würde jedoch untolerierbar großen Aufwand erfordern.One way to address the thermal problems with such To solve the actuator would be a connection to a cooling circuit, for example, the cooling circuit of an internal combustion engine. However, this would require an intolerably great effort.
Darüber hinaus sind die oben erwähnten Stellantriebe relativ schwierig zu montieren, da sie aus vielen Einzelteilen aufgebaut sind.In addition, the actuators mentioned above are relative difficult to assemble because it is made up of many individual parts are.
Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, einen elektromagnetischen Stellantrieb anzugeben, der kompakt baut, in der Lage ist, hohe Kräfte aufzubringen und ohne Anschluß an einen Kühlkreislauf auskommt.The invention is therefore based on the object of an electromagnetic To specify actuator that is compact in is able to apply high forces and without connection a cooling circuit needs.
Diese Aufgabe wird durch die in Anspruch 1 definierte Erfindung
gelöst.This object is achieved by the invention defined in
Im erfindungsgemäßen Konzept werden mindestens zwei Einzelstellantriebe zu einem Mehrfachstellantrieb vereinigt. Ein solcher Mehrfachstellantrieb weist ein Gehäuse auf, durch das mindestens zwei Ankerschäfte laufen, auf denen je ein Anker befestigt ist, der zwischen zwei Elekromagneten liegt und von zwei Federn in einer Ruhelage gehalten wird.In the concept according to the invention, at least two individual actuators are used combined into a multiple actuator. On such multiple actuator has a housing through which at least two anchor shafts run, each with an anchor is attached, which lies between two electromagnets and from two springs is held in a rest position.
Durch dieses Konzept kann der Mehrfachstellantrieb an der Unterseite, d.h. der Seite, die beispielsweise den Gaswechselventilen in einer Brennkraftmaschine zugewandt liegt, großflächig an einer gekühlten Fläche, beispielsweise dem Zylinderkopf einer Brennkraftmaschine, anliegen. Dabei ist die zur Verfügung stehende Fläche dieses gekühlten Teils optimal vom Mehrfachstellantrieb abgedeckt, da der normalerweise zwischen Einzelstellantrieben verbleibende Spalt entfällt. Durch die Zusammenfassung mehrerer Einzelstellantriebe in einem Gehäuse können die Flächen der Anker und ihrer Elektromagneten maximiert werden. Schließlich ist durch die großflächige Seitenwand des Mehrfachstellantriebe eine gute Wärmeanbindung der Oberseite des Stellantriebes an die am gekühlten Teil anliegende Unterseite gegeben.With this concept, the multiple actuator on the bottom, i.e. the side, for example the gas exchange valves is facing in an internal combustion engine, large area on a cooled surface, for example the cylinder head an internal combustion engine. Here is the Available area of this cooled part optimally from Multiple actuator covered, since the normally between Individual actuators remaining gap is eliminated. Through the Combination of several single actuators in one housing can maximize the area of the armature and its electromagnet become. Finally, through the large side wall of the multiple actuators a good heat connection of the Top of the actuator to the contact on the cooled part Given bottom.
Vorzugsweise liegen die Federn außerhalb des Gehäuses. Dann sind die Spulenkerne leichter zu befestigen.The springs are preferably outside the housing. Then the coil cores are easier to attach.
Das Gehäuse übernimmt weiter die Längsführung der Anker entlang der Achse des Ankerschaftes, so daß eine beim Stand der Technik nötige separate Verdrehsicherung entfallen kann, da der Anker aufgrund der Längsführung nicht mehr der von den Federn verursachten Drehung folgen kann.The housing also takes over the longitudinal guidance of the anchors the axis of the anchor shaft, so that one at the state of Technology necessary separate anti-rotation lock can be omitted, because due to the longitudinal guidance, the anchor is no longer that of the Springs caused rotation can follow.
Der erfindungsgemäße Aufbau verringert weiter die Teile des Stellantriebes, wodurch die Montage erheblich vereinfacht wird. Vorzugsweise wird das Gehäuse zuerst einteilig gefertigt und dann an Sollbruchstellen gebrochen, so daß nach dem Zusammenfügen der Gehäuseteile, die von Bolzen, die durch mindestens eine Seitenwand laufen, zusammengehalten werden, eine optimale Passung erreicht ist. The structure according to the invention further reduces the parts of the Actuator, which considerably simplifies assembly becomes. The housing is preferably first manufactured in one piece and then broken at predetermined breaking points, so that after the Assemble the housing parts by bolts that pass through run at least one side wall, are held together, an optimal fit is achieved.
Die Messung der Position der Anker jedes Stellantriebteiles erfolgt vorzugsweise durch kontaktlose Messung mittels magnetfeldsensitiver Meßaufnehmer, die am Gehäuse des Mehrfachstellantriebes befestigt sind, und zugeordneten Permanentmagneten, die jeweils bezüglich des Ankers fest angebracht sind. Jeder Permanentmagnet erzeugt ein magnetisches Streufeld. Der zugeordnete magnetfeldsensitive Meßaufnehmer, dessen Signal vorzugsweise nur von der Richtung des magnetischen Feldes abhängt, erfaßt die Stellung des Permanentmagneten und damit die Stellung des Ankers. Treibt der Mehrfachstellantrieb Gaswechselventile einer Brennkraftmaschine an, ist die Stellung des Ankers der des jeweiligen Gaswechselvenils zugeordnet.Measuring the position of the armature of each actuator part is preferably carried out by contactless measurement using a magnetic field sensitive Sensor attached to the housing of the multiple actuator are attached, and assigned permanent magnets, each firmly attached to the anchor are. Each permanent magnet creates a stray magnetic field. The associated magnetic field sensitive sensor, whose Signal preferably only from the direction of the magnetic Depends on the field, detects the position of the permanent magnet and thus the position of the anchor. The multiple actuator drives Gas exchange valves on an internal combustion engine is the Position of the armature assigned to that of the respective gas exchange valve.
Das erfindungsgemäße Prinzip ist auf ganze Stellantriebsleisten anwendbar, beispielsweise können alle Stellantriebe der Einlaß- oder der Auslaßseite einer Brennkraftmaschine in einer Stellantriebsleiste vereinigt werden. Um dann die Führung der Anker sicherzustellen, können dabei senkrechte Unterteilungswände im Gehäuse vorgesehen werden.The principle according to the invention applies to entire actuator strips applicable, for example, all actuators of the Inlet or outlet side of an internal combustion engine in one Actuator strip are united. Then to take the lead The anchor can be secured using vertical partition walls be provided in the housing.
Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.Preferred embodiments of the invention are in the subclaims characterized.
Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnung in einem Ausführungsbeispiel näher erläutert. Die Zeichnung zeigt:
- Fig. 1
- eine Schnittdarstellung durch einen Mehrfachstellantrieb,
- Fig. 2
- eine Explosionsdarstellung eines Gehäuseunterteils eines Mehrfachstellantriebes mit unterem Spulenkern und Laufbuchsen,
- Fig. 3
- eine Explosionsdarstellung eines Gehäuseunterteils eines Mehrfachstellantriebes mit eingebautem Spulenkern sowie mit zwei unteren Wicklungen und
- Fig. 4
- eine perspektivische Darstellung eines Mehrfachstellantriebes.
- Fig. 1
- 2 shows a sectional view through a multiple actuator,
- Fig. 2
- an exploded view of a lower housing part of a multiple actuator with lower coil core and liners,
- Fig. 3
- an exploded view of a lower housing part of a multiple actuator with built-in coil core and with two lower windings and
- Fig. 4
- a perspective view of a multiple actuator.
In Fig. 1 ist ein Schnitt durch einen elektromagnetischen Mehrfachstellantrieb dargestellt, der mindestens zwei Tellerventile antreibt, die Gaswechselventile einer Brennkraftmaschine sind. Beispielsweise treibt der Mehrfachstellantrieb zwei Einlaßventile eines Zylinders an. Der Schnitt der Fig. 1 zeigt jedoch nur eines dieser Ventile mit dem zugeordneten Stellantriebsteil.In Fig. 1 is a section through an electromagnetic Multiple actuator shown, the at least two poppet valves drives the gas exchange valves of an internal combustion engine are. For example, the multiple actuator drives two intake valves of a cylinder. The section of Fig. 1st however shows only one of these valves with the associated Actuator part.
Der elektromagnetische Mehrfachstellantrieb der Fig. 1 ist am
Zylinderkopf 60 einer Brennkraftmaschine befestigt und treibt
ein Gaswechselventil an. Dazu weist der Mehrfachstellantrieb
in einem Gehäuse pro anzutreibendem Gaswechselventil einen
plattenförmigen Anker 10 auf, der auf einem Ankerschaft 9
sitzt, welcher wiederum auf einem Ventilschaft 64 aufliegt.
Der Ankerschaft 9 ragt dabei in eine Vertiefung 63 des Zylinderkopfes
60, in der das Gaswechselventil sitzt, das einen
Ventilteller 62 mit Ventilsitz 61 hat.The electromagnetic multiple actuator of Fig. 1 is on
Der Ventilteller 62 wird von einer Feder 68, die zwischen einer
Unterlegscheibe 69, die in der Vertiefung 63 am Zylinderkopf
60 aufliegt, und einem am Ventilschaft 64 befestigten
Ventilfederteller 67 eingespannt ist, nach oben auf eine Endstellung
hin gedrückt, in der der Ventilsitz 61 das Gaswechselventil
schließt.The
Die Feder 68 wirkt dabei auch auf den Ankerschaft 9 und den
Anker 10. Ihr entgegenwirkend ist zwischen einem am Ankerschaft
befestigten Ankerfederteller 13 und einer am Gehäuse
aufliegenden Unterlegscheibe 11 eine Feder 12 eingespannt,
die den Ankerschaft 9 nach unten drückt. The
Der Anker 10 befindet sich im Gehäuse, das aus einem unteren
Gehäuseteil 3, einem oberen Gehäuseteil 1 und einem Gehäusemittelteil
2 aufgebaut ist, zwischen zwei Elektromagneten.
Der untere Elektromagnet besteht aus einem unteren Spulenkern
6 und einer unteren Wicklung 8, der obere Elektromagnet aus
einem oberen Spulenkern 5 und einer oberen Wicklung 7. Die
Gehäuseteile sind miteinander verschraubt.The
Die Wicklungen 7, 8 werden von geeigneten Treiberschaltungen
bestromt, die von einer Steuerschaltung angesteuert werden
(nicht dargestellt).The
Die Stirnflächen der Spulenkerne sind Anschläge für den Anker
10 und definieren dessen Endstellungen. Die Federn 12, 68
halten den Anker 10 bei unbestromten Wicklungen 7, 8 in einer
Ruhelage zwischen diesen Endstellungen, aus der er mittels
der Elektromagneten auslenkbar ist.The end faces of the coil cores are stops for the
Das dreiteilige Gehäuse ist aus Aluminiumdruckguß hergestellt.
Die Gehäuseteile 1, 2, 3 werden von vier Stehbolzen
58 zusammengehalten, die von der Gehäuseoberseite 14 zur Gehäuseunterseite
15 laufen und am Zylinderkopf 60 verschraubt
sind.The three-part housing is made of die-cast aluminum.
The
Durch das Gehäuse des elektromagnetischen Mehrfachstellantriebes
laufen mehrere Ankerschäfte 9. Jeder wird in Laufbuchsen
4 geführt. Pro Ankerschaft 9 ist eine Laufbuchse 4 im
Gehäuseoberteil 1, die andere im Gehäuseunterteil 3 befestigt.Through the housing of the electromagnetic multiple actuator
run several anchor stems 9. Each is in bushings
4 led. For each
In den Fign. 2 und 3 ist das untere Gehäuseteil 3 mit dem
Spulenkern 6 sowie den Wicklungen 8 genauer dargestellt.In Figs. 2 and 3 is the lower housing part 3 with the
In Fig. 2 ist zu sehen, daß für den Mehrfachstellantrieb nur
ein einziger unterer Spulenkern 6 für alle Elektromagneten
der Unterseite vorgesehen ist. Dieser Spulenkern 6 weist geeignete
Schlitze 19 zur Aufnahme der Wicklungen 8 auf sowie
ein Loch 18 für jeden Ankerschaft 9. Ausgerichtet zu jedem
Loch 18 liegt unterhalb des Spulenkern 6 eine Laufbuchse 4,
die im unteren Gehäuseteil 3 befestigt ist und den entsprechenden
Ankerschaft 9 führt. Die Schlitze 19 wirken mit entsprechenden
Profilierungen der Innenwand des unteren Gehäuseteils
3 zusammen, so daß sich Aufnahmen für die Wicklungen 8
ergeben, wie in Fig. 3 gut zu sehen ist. Durch entsprechende
Öffnungen ragen die Anschlüsse 20 der Wicklungen 8 nach außen,
so daß sie kontaktiert und mit den Treiberschaltungen
verbunden werden können. In den Ecken des unteren Gehäuseteils
3 sind Bohrungen 17 vorgesehen, durch die die Stehbolzen
58 laufen, die die Gehäuseteile miteinander sowie mit dem
Zylinderkopf 60 der Brennkraftmaschine verbinden.In Fig. 2 it can be seen that for the multiple actuator only
a single
Durch den beschriebenen Aufbau wird zum einen erreicht, daß
die Gehäuseunterseite 15 die zur Verfügung stehende Fläche am
Zylinderkopf 60 der Brennkraftmaschine optimal ausnutzt. Dadurch
kann eine separate Kühlung des Mehrfachstellantriebes
entfallen, da eine große Fläche zum Wärmeübergang zwischen
unterem Gehäuseteil 3 und dem gekühlten Zylinderkopf 60 gegeben
ist.The structure described on the one hand ensures that
the
Das obere Gehäuseteil 1 ist analog zu dem in den Fig. 2 und 3
aufgebauten unteren Gehäuseteil 3 aufgebaut. Zwischen diesen
beiden Gehäuseteilen 1, 3 ist das Gehäusemittelteil 2 angeordnet,
das Führungselemente 19a aufweist, die die Längsführung
des Ankers 10 übernehmen (vgl. Fig. 1). Durch diese
Längsführung entfällt eine separate Verdrehsicherung, da der
Anker 10 nicht mehr der von den Federn 12, 68 verursachten
Drehung folgt, die bei deren Kompression entsteht.The
Über die Seitenwände des Gehäuses, beispielsweise über die
Seitenwand 16 (vgl. Fig. 2), die aus einem gut wärmenden Material,
in diesem Fall Aluminium, gefertigt sind, ist ein guter
Wärmetransport vom oberen Gehäuseteil 1 zum im Kontakt
mit dem Zylinderkopf 60 befindlichen unteren Gehäuseteil 2
möglich. Somit kann die in den oberen Elektromagneten entstehende
Verlustwärme gut zur Gehäuseunterseite 15 transportiert
werden, wo sie durch den Kontakt mit dem gekühlten Zylinderkopf
60 abgeführt wird.Over the side walls of the housing, for example over the
Side wall 16 (see FIG. 2) made of a good warming material,
in this case aluminum, is a good one
Heat transfer from the
Durch die Anordnung mehrerer Ankerschäfte 9 mit deren Ankern
10 und den zugeordneten Elektromagneten in einem Gehäuse können
die Stehbolzen, mit denen die Gehäuseteile 1, 2 und 3 untereinander
und diese am Zylinderkopf 60 befestigt werden, an
den äußersten Rand des Gehäuses rücken, so daß die Anker 10
die zur Verfügung stehende Fläche optimal ausnützen. Die Gaswechselventile
können so mit maximaler Kraft angetrieben werden.By arranging
Durch die Ankerführung mittels der Führungselemente 19a sind
keine separaten Führungs-Seitenwangen an den Spulenkernen 5,
6 nötig, die die Polfläche und damit die vom Stellantrieb
aufbringbare Kraft reduzieren würden. Zugleich fällt das Gehäuse
stabiler aus, und die Spulenkerne 5, 6 sind besser zu
verankern.Through the anchor guide by means of the
In einer alternativen Ausführungsform ist das Gehäuse zweiteilig
ausgeführt. Dabei wird es zuerst einteilig gefertigt
und eine Sollbruchstelle genutet. Dann wird das Gehäuse an
dieser Sollbruchstelle in ein Ober- und ein Unterteil gebrochen.
Anschließend werden die Laufbuchsen 4, die Spulenkerne
5,6 sowie die Wicklungen 7, 8 eingesetzt und die Ankerschäfte
9 mit den Ankern 10 eingeführt. Dann werden Ober- und Unterteil
wieder zusammengefügt, wobei durch die Bruchfläche eine
sehr hohe Maßhaltigkeit erreicht wird. Darüber hinaus ist der
Wärmeübergang über diese Bruchfläche aufgrund deren großer
Verzahnung besser als über normale Stoßflächen. Schließlich
entfallen Bearbeitungsschritte an den Kontaktflächen, wodurch
der Herstellungsaufwand für das Gehäuse sinkt.In an alternative embodiment, the housing is in two parts
executed. It is first made in one piece
and a predetermined breaking point is grooved. Then the case turns on
this predetermined breaking point broken into an upper and a lower part.
Then the liners 4, the
Zur Messung der Hubstellung des Ankers 10 und des davon angetriebenen
Ventiltellers 62 ist der Anker 9 durch die Laufbuchse
4 aus dem oberen Gehäuseteil 1 herausgeführt. Am Anker
9 ist außerhalb des Gehäuses ein Permanentmagnet 50 befestigt.
Dabei ist es günstig, wenn der Ankerschaft 9 aus einem
weitgehend nicht-magnetischen Material besteht.To measure the stroke position of the
Nahe des Permanentmagneten 50 ist auf der Gehäuseoberseite 14
mittels einer Halterung 52 und Schrauben 53 ein magnetfeldsensitiver
Meßaufnehmer 51 befestigt. Dabei handelt es sich
um einen Giant-MR-Meßaufnehmer. Als Meßaufnehmer 51 sind aber
auch nach anderem Prinzip arbeitende Meßaufnehmer, bzw. eine
Kombination von Meßaufnehmern möglich.Near the
Der Meßaufnehmer 51 liefert sein Ausgangssignal über nicht
näher dargestellte Leitungen an eine Auswerteelektronik. Sein
Ausgangssignal ist nur von der Richtung der Feldlinien des
vom Permanentmagneten 50 erzeugten magnetischen Feldes abhängig,
dagegen nicht oder nur gering von der Feldstärke. Dadurch
kann die Position des Permanentmagneten 50 und damit
des Ankers 10 und somit des Ventiltellers 62 auch bei Toleranzen
hinsichtlich des Abstandes zwischen Permanentmagnet 50
und Meßaufnehmer 51 bzw. hinsichtlich der Feldstärke des Permanentmagneten
50 sicher festgestellt werden.The
Da eine Rotation des Ankerschaftes 9 durch die Ankerlängsführung
der Führungselemente 19 ausgeschlossen ist, ist eine separate
Verdrehsicherung nicht nötig. Sicherheitshalber kann
jedoch ein ringförmiger Permanentmagnet 50 verwendet werden,
der rotationssymmetrisch zur Achse des Ankerschaftes 9 liegt.Since a rotation of the
Natürlich ist es auch möglich, mehrere magnetfeldsensitive
Meßaufnehmer 51 in einer Anordnung, z.B. einer Wheatstonebrücke
oder in einer Differenzanordnung an einem Ankerschaft
9 vorzusehen, um die Stellung eines Permanentmagneten 50 zu
bestimmen.Of course, it is also possible to use several magnetic field
In einer Abwandlung des erfindungsgemäßen Konzeptes kann der
Permanentmagnet 50 fest mit dem Meßaufnehmer 51 verbunden
sein, und der Ventilschaft 9 bzw. ein an ihm befestigtes Bauteil
aus weichmagnetischem bzw. ferromagnetischem Material
sein. Dieses Material bewegt sich dann relativ zum Meßaufnehmer,
der sich im Luftspalt zwischen dem bewegten Teil und dem
Permanentmagneten 50 befindet.In a modification of the concept according to the invention, the
Vorzugsweise werden alle magnetfeldsensitiven Meßaufnehmer 51
durch eine Schutzabdeckung 57 gegen magnetische und elektrische
Störungen abgeschirmt (vgl. Fig. 4). Alle magnetfeldsensitiven
Meßaufnehmer 51 des Mehrfachstellantriebes sind an
eine gemeinsame Steckerleiste 56 angeschlossen, über die sie
kontaktiert werden, um sie mit Energie zu versorgen und ihre
Meßsignale auszulesen.All magnetic field-
Anstelle der hier beschriebenen Doppelstellantriebe können auch mehr als zwei Gaswechselventile von einem einzigen Mehrfachstellantriebe betätigt werden. So ist es beispielsweise möglich, alle Ventile der Einlaßseite einer Brennkraftmaschine mit einer Stellantriebsleiste anzutreiben. Aus Stabilitätsgründen und um die Führung der Anker zu verbessern, kann man dann senkrechte Zwischenwände vorsehen, die zwischen den einzelnen Stellantriebsteilen oder Doppelstellantrieben gebildet sind.Instead of the double actuators described here also more than two gas exchange valves from a single multiple actuator be operated. For example, it is possible, all valves on the inlet side of an internal combustion engine to drive with an actuator strip. For reasons of stability and to improve the guidance of the anchors then vertical partition walls are provided, which between the individual actuator parts or double actuators are.
Claims (20)
- Electromagnetic multiple actuator, in particular for at least two gas flow valves of an internal combustion engine, with a housing (1, 2, 3) through which at least two armature shafts (9) pass, on each of which is secured an armature (10), whereby two electromagnets each having a coil core (5, 6) and a winding (7, 8) are provided for each armature, between which electromagnets the respective armature is located, and each armature (10) is acted upon in opposing directions by a first and a second spring (12, 68) to hold it in a neutral position between the electromagnets, whereby the first spring (12) in each case is mounted between a section (3) of the housing and an armature spring retainer disk (13) secured to the armature shaft (9).
- Multiple actuator according to Claim 1, characterised in that the housing (1, 2, 3) has guide elements (19) on its inner sides, which guide the armatures (10) longitudinally on the axis of the armature shafts (9).
- Multiple actuator according to one of the preceding claims, characterised in that the housing (1, 2, 3) is designed in such a way on at least one side wall (16) that good heat dissipation is achieved from the upper side of the housing (14) to the lower side of the housing (15) cooled by means of contact with a cooled part (60).
- Multiple actuator according to one of the preceding claims, characterised in that each armature shaft (10) is guided in bushes (4) which are inserted into the upper and lower sides (14, 15) respectively of the housing.
- Multiple actuator according to one of the preceding claims, characterised in that the first springs (12) are supported with respect to the housing on washers (11) which can be adjusted in the axial direction for setting the spring tension.
- Multiple actuator according to one of the preceding claims, characterised in that the housing is in two parts and the two parts of the housing (1, 3) are joined together by way of bolts which pass through at least one side wall (16) of the housing (1, 2, 3).
- Multiple actuator according to Claim 6, characterised in that the housing parts (1, 3) are manufactured by means of rupture separation of a single-part housing in order that the rupture point ensures that the housing parts fit.
- Multiple actuator according to one of the preceding claims, characterised in that more than two armature shafts (9) are provided with an armature (10) and associated electromagnets, and that the housing (1, 2, 3) has a subdivision between two armatures and their electromagnets.
- Multiple actuator according to Claim 8, characterised in that the subdivision has guide elements (19) which guide at least one armature (10) longitudinally on the axis of the armature shaft (9).
- Multiple actuator according to one of the preceding claims, characterised in that a plurality of electromagnets has a common coil core (5, 6).
- Multiple actuator for gas flow valves according to one of the preceding claims, characterised in that the second springs (68) are each mounted between a valve spring retainer disk (67) secured to the valve shaft (64) of the actuated gas flow valve and a cylinder head (60) in which the gas flow valves are guided.
- Multiple actuator according to one of the preceding claims, characterised by a measuring device (50, 51) for each armature (10) with a permanent magnet (50) defined with respect to the armature (10) and a magnetic field sensitive sensor (51) defined with respect to the housing (1, 2, 3).
- Multiple actuator according to Claim 12, characterised in that at least one of the permanent magnets (50) is secured to the associated armature shaft (9).
- Multiple actuator according to one of Claims 1 to 11, characterised by a measuring device (50, 51) for each armature (10) with a construction component defined with respect to the armature (10) and a permanent magnet (50) defined in the housing (1, 2, 3) as well as at least one magnetic field sensitive sensor (51) defined with respect to the housing (1, 2, 3), whereby the sensor (51) is situated in the air gap between the construction component and the permanent magnet (50).
- Multiple actuator according to Claim 14, characterised in that each construction component is made of magnetically soft or ferromagnetic material.
- Multiple actuator according to one of Claims 12 to 15, characterised in that the output signal from at least one of the sensors (51) essentially depends only on the direction of the magnetic field.
- Multiple actuator according to one of Claims 12 to 16, characterised in that at least one of the magnetic field sensitive sensors (51) has one or more of the following sensors: anisotropic MR sensor, Hall effect sensor, magnetoresistor, magnetorestrictive giant MR layer system.
- Multiple actuator according to one of Claims 12 to 17, characterised in that at least one of the permanent magnets (50) is symmetrical with respect to the axis of the armature shaft (9).
- Multiple actuator according to one of Claims 12 to 18, characterised in that at least one of the magnetic field sensitive sensors (51) is at least partially screened against electrical and/or magnetic interference fields.
- Multiple actuator according to Claim 19, characterised in that the electromagnets are located in a housing, each armature shaft (9) projects out of the housing, and the permanent magnets (50) and the sensors (51) are located outside the housing.
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