EP1185767B1 - Electromagnetic actuator for actuating an internal combustion engine valve - Google Patents
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- EP1185767B1 EP1185767B1 EP00927093A EP00927093A EP1185767B1 EP 1185767 B1 EP1185767 B1 EP 1185767B1 EP 00927093 A EP00927093 A EP 00927093A EP 00927093 A EP00927093 A EP 00927093A EP 1185767 B1 EP1185767 B1 EP 1185767B1
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- armature
- shank
- electromagnetic actuator
- armature shaft
- internal combustion
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- 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
Definitions
- the invention relates to an electromagnetic actuator according to the preamble of claim 1.
- Such an electromagnetic actuator is known from EP 0 798 450 A1.
- the relevant prior art further includes EP 1 004 755 A2, EP 1 024 253 A2 and DE 196 11 547 A1.
- An electromagnetic lift valve actuator for an internal combustion engine also called electromagnetic actuator
- electromagnetic actuator has because of Freedom in terms of valve timing, i. with regard to the respective Opening and closing time of the globe valves immense benefits, however need to operate, especially for opening the globe valve relative high forces are applied, giving a certain minimum size of magnetic coils and anchor required.
- Such systems with high Space requirements but can not readily in an internal combustion engine be accommodated in the available space.
- the design-related high reaction forces during introduce their function in the structure of the internal combustion engine, as unfavorable with regard to the emission of noise.
- the armature in the actuator leading and thereby the oscillating motion transmitted to the engine lifting valve Anchor shaft at least partially made of a relatively light material be made to the mass to be moved by the actuator as low as possible to keep.
- This measure allows the actuator solenoids smaller to dimension than when using a example. Completely off Steel-made anchor shaft. Furthermore, they turn out to be less agile Mass in the actuator inevitably lower reaction forces, which in the initiating the internal combustion engine structure surrounding the actuator, so that with the inventive measure simultaneously reduced noise emissions occur.
- Titanium or titanium alloys and ceramic materials are called, the all a further advantageous property, namely an extremely low have (magnetic) relative permeability.
- This (known) measured quantity defines the ferromagnetic property of a material, i. whether a material is a magnetic conductor or a magnetic non-conductor.
- Non-contact, in particular inductively operating measuring systems for Use can come.
- a measuring system is close of the stem of the lift valve opposite end portion of the Anchor shaft arranged.
- the armature shaft at least in the range of this inductive Measuring system made of a material that (at least in terms the magnetic field strengths occurring in this application) is essentially a magnetic non-conductor.
- the permeability of in The material used in this armature shaft area should therefore be close to that from eg air or vacuum.
- the reference numeral 1 the armature (also called anchor plate) of an electromagnetic Actuator referred, with which a not shown Engine Hub Valve actuated, i. opened (and closed) becomes.
- the entire system is analogous to the known (and, for example, in the document mentioned in more detail) prior art designed as a mechanical oscillator, i. They are also suitable spring elements provided that the respective desired movement of the armature. 1 and the lift valve with cause. The latter is supported by the free end of its valve stem at the free end of the lower here End portion 2a of one or the armature 1 attached to the anchor shaft. 2 from.
- the armature 1 and with this the armature shaft 2 and the Internal combustion engine lifting valve along the axis 3 of the armature shaft 2 according to Arrow direction 4 moves oscillating, this movement through here not shown for simplicity, above and below the anchor 1 arranged while the armature shaft 2 surrounding electric solenoid coils initiated and maintained.
- the of the magnetic coils Magnetic forces generated act on this alternately on the armature 1 (or on the anchor plate 1) a.
- the armature 1 is provided via its armature shaft 2 in the actuator (not shown) guide bushes according to arrow 4 longitudinally displaceable is guided.
- the armature shaft 2 shown here and now described in greater detail is composed of different sections 2a to 2e viewed in the direction of its longitudinal axis 3, each of which may consist of different materials. These materials are selected in each case essentially with respect to the requirements applicable to these sections 2a-2e.
- the above-mentioned lower end portion 2a is preferably formed extremely hard in order to have optimum wear and sliding properties with respect to the point-like contact with the shaft of the engine lift valve.
- preferred materials for this lower end portion 2a are in particular hardened steels (valve steel, bearing steel) or other hard metals, such as tungsten carbide.
- suitable ceramic materials can be used for this purpose, such as SiN, which is characterized by good toughness, or Al 2 O 3 with its particularly good resistance to shearing, or CerMets, ie non-oxide metal ceramics.
- central armature shaft sections 2d On both sides of the armature 1 and the anchor plate 1 are central armature shaft sections 2d, via which the armature shaft 2 is connected to the armature 1 is.
- the material for these central armature shaft sections 2d is thus in the Chosen to ensure a simple and secure connection between the armature shaft 2 and the armature 1 is made possible. Preferred is this connection is a welded or soldered connection.
- the material of the central armature shaft sections 2d should be good be weldable or solderable, so for these central armature shaft sections 2d fundamentally low-alloyed steels can be used.
- a material can be chosen, which due to its properties allows, preferably this portion 2d of the armature shaft 2 at least partially with one opposite the remaining area of the armature shaft 2 reduced cross-section form.
- Such a reduced cross-section not only allows a further reduction of the (in the actuator) moving Masses, but may in addition to the anchor shaft 2 in this area give a certain yield.
- This reduction in cross section can be designed in the form of a circumferential groove and acts quasi as a joint in the anchor shaft 2.
- the anchor plate 1 alternately along the armature shaft 2 and temporarily hold on their surface is one such Resilience (or such a joint) extremely advantageous because hereby an orientation of the anchor plate 1 in a deviating from the right angle Angle opposite the armature shaft 2 is allowed.
- Such compliance in the form of a region-wise reduction in cross-section (or circumferential groove) are in the attached figure sideways in addition to the anchor shaft 2, the correspondingly shaped armature shaft sections 2d shown enlarged.
- armature shaft section (s) 2d for example, titanium, aluminum, Ti-Al alloys or magnesium for use.
- Guide sections 2c of the armature shaft 2 adjoin the two central armature shaft sections 2d along the longitudinal axis 3 in the direction of the two ends of the armature shaft 2.
- these guide sections 2c of the armature shaft 2 in (already mentioned above, not shown here for simplicity) guide bushings which are integrated in the actuator or in the housing, out.
- the material used for the guide sections 2c should be relatively hard in order to achieve optimum wear and sliding properties.
- Examples of preferred materials for these guide sections 2c are hardened steels, such as valve steel or bearing steel, but again suitable ceramics, such as SiN for good toughness or Al 2 O 3 for particularly good wear resistance.
- the upper guide section 2c here closes along the longitudinal axis 3 viewed in the direction of the upper free end of the armature shaft 2 a while the upper end forming so-called.
- Sensor section 2e In the area This sensor section 2e is not figuratively in or on the actuator illustrated inductively operating measuring system provided by means of which the respective current position of the armature 1 (or more precisely of the armature shaft 2, i. whose sensor section 2e) can be detected. To any To rule out the risk of incorrect measurements, the sensor section 2e of the armature shaft 2 may be substantially non-magnetic, i. the sensor section 2e is intended to be actuated by the armature 1 actuating solenoid coils not be magnetizable.
- preferred materials for this sensor section 2e are titanium or titanium alloys or ceramic materials, but also austenitic steel, furthermore Aluminum, all ceramics and alloys of titanium, aluminum and Magnesium.
- the material of at least one, but preferably more of the described sections 2a to 2e of the armature shaft 2 also has a specific weight, which is substantially lower than that of steel.
- This criterion for example, meets titanium with a specific gravity in the order of 5.8 kg / dm 3 compared to steel whose specific gravity is about 7.8 kg / dm 3 , but also ceramic material with a specific weight in the Order of magnitude of 4 kg / dm 3 .
- the weight of the armature shaft 2 can be reduced or kept as low as possible, which contributes to minimizing the masses to be moved by the electromagnetic actuator, and thus consequently the armature 1 and ultimately the internal combustion engine -Hubventil oscillating in motion displacing electro-magnetic coils can be made smaller. Moreover occur at a required for the function of the actuator specific acceleration of a now smaller moving mass correspondingly lower reaction forces, which has a favorable influence on the noise emissions of the entire system.
- Anchor shaft 2 As for the manufacture of the described, from several sections 2a - 2e (or only part of the sections described here) Anchor shaft 2 is concerned, so can the different materials the respectively adjacent sections 2a to 2e, for example, by various Welding process, such as Friction welding, laser welding, Soldering or capacitor discharge welding are connected together. In addition, however, other common joining techniques possible, for example. Screwing, gluing or pouring together.
Description
Die Erfindung betrifft einen elektromagnetischen Aktuator gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.The invention relates to an electromagnetic actuator according to the preamble of claim 1.
Ein derartiger elektromagnetischer Aktuator ist aus der EP 0 798 450 A1 bekannt. Zum relevanten Stand der Technik gehören ferner die EP 1 004 755 A2, EP 1 024 253 A2 sowie die DE 196 11 547 A1. Such an electromagnetic actuator is known from EP 0 798 450 A1. The relevant prior art further includes EP 1 004 755 A2, EP 1 024 253 A2 and DE 196 11 547 A1.
Eine elektromagnetische Hubventil-Betätigungsvorrichtung für eine Brennkraftmaschine, auch elektromagnetischer Aktuator genannt, hat wegen der Freiheit hinsichtlich der Ventilsteuerzeiten, d.h. hinsichtlich des jeweiligen Öffnungs- und Schließzeitpunktes der Hubventile immense Vorteile, jedoch müssen zum Betätigen, insbesondere zum Öffnen des Hubventiles relativ hohe Kräfte aufgebracht werden, was eine gewisse Mindestgröße von Magnetspulen und Anker erforderlich macht. Derartige Systeme mit hohem Bauraumbedarf können aber nicht ohne weiteres im in einer Brennkraftmaschine zur Verfügung stehenden Raum untergebracht werden. Weiterhin müssen derartige Systeme, die bauartbedingt hohe Reaktionskräfte während ihrer Funktion in die Struktur der Brennkraftmaschine einleiten, als ungünstig im Hinblick auf die Abstrahlung von Geräuschemissionen angesehen werden.An electromagnetic lift valve actuator for an internal combustion engine, also called electromagnetic actuator, has because of Freedom in terms of valve timing, i. with regard to the respective Opening and closing time of the globe valves immense benefits, however need to operate, especially for opening the globe valve relative high forces are applied, giving a certain minimum size of magnetic coils and anchor required. Such systems with high Space requirements but can not readily in an internal combustion engine be accommodated in the available space. Farther Such systems, the design-related high reaction forces during introduce their function in the structure of the internal combustion engine, as unfavorable with regard to the emission of noise.
Mit der vorliegenden Erfindung soll eine Maßnahme aufgezeigt werden, die
zur Lösung der soeben geschilderten Problematik beiträgt.
Die Lösung dieser Aufgabe ist dadurch gekennzeichnet, daß der Ankerschaft
zumindest abschnittsweise aus einem Material besteht, dessen spezifisches
Gewicht wesentlich geringer als dasjenige von Stahl liegt. Vorteilhafte Ausund
Weiterbildungen sind Inhalt der Unteransprüche.With the present invention, a measure is to be shown, which contributes to the solution of the problem just described.
The solution to this problem is characterized in that the armature shaft at least partially consists of a material whose specific gravity is much lower than that of steel. Advantageous Ausund further developments are content of the dependent claims.
Erfindungsgemäß soll der den Anker im Aktuator führende und dabei dessen oszillierende Bewegung auf das Brennkraftmaschinen-Hubventil übertragende Ankerschaft zumindest abschnittsweise aus einem relativ leichten Material gefertigt sein, um die vom Aktuator zu bewegende Masse so gering als möglich zu halten. Diese Maßnahme erlaubt es, die Aktuator-Magnetspulen kleiner zu dimensionieren als bei Verwendung eines bspw. vollständig aus Stahl gefertigten Ankerschaftes. Ferner stellen sich bei geringerer bewegter Masse im Aktuator zwangsläufig geringere Reaktionskräfte ein, die in die den Aktuator umgebende Brennkraftmaschinen-Struktur eingeleitet werden, so daß mit der erfindungsgemäßen Maßnahme gleichzeitig verringerte Geräuschemissionen auftreten.According to the invention, the armature in the actuator leading and thereby the oscillating motion transmitted to the engine lifting valve Anchor shaft at least partially made of a relatively light material be made to the mass to be moved by the actuator as low as possible to keep. This measure allows the actuator solenoids smaller to dimension than when using a example. Completely off Steel-made anchor shaft. Furthermore, they turn out to be less agile Mass in the actuator inevitably lower reaction forces, which in the initiating the internal combustion engine structure surrounding the actuator, so that with the inventive measure simultaneously reduced noise emissions occur.
Als Beispiele für bevorzugte Materialien, die für einen Ankerschaft mit den Merkmalen des kennzeichnenden Teiles von Anspruch 1 in Frage kommen, seien Titan oder Titanlegierungen sowie keramische Werkstoffe genannt, die alle eine weitere vorteilhafte Eigenschaft, nämlich eine äußerst geringe (magnetische) relative Permeabilität besitzen. Diese (bekannte) Meßgröße definiert die ferromagnetische Eigenschaft eines Materials, d.h. ob ein Material ein magnetischer Leiter oder ein magnetischer Nicht-Leiter ist. As examples of preferred materials suitable for anchorage with the Features of the characterizing part of claim 1 come into question, Titanium or titanium alloys and ceramic materials are called, the all a further advantageous property, namely an extremely low have (magnetic) relative permeability. This (known) measured quantity defines the ferromagnetic property of a material, i. whether a material is a magnetic conductor or a magnetic non-conductor.
An einem elektromagnetischen Aktuator zur Betätigung eines Brennkraftmaschien-Hubventiles kann es nämlich zusätzlich erwünscht sein, die jeweilige Position des oszillierend bewegten Ankers bestimmen zu können, wozu bevorzugt berührungslose, insbesondere induktiv arbeitende Meßsysteme zum Einsatz kommen können. Bevorzugt wird ein derartiges Meßsystem nahe des dem Schaft des Hubventiles entgegengesetzten Endabschnittes des Ankerschaftes angeordnet. Um nun das Meßsystem nicht durch eine Magnetisierung des Ankerschaftes in diesem Meßbereich zu stören, wird weiterhin vorgeschlagen, den Ankerschaft zumindest im Bereich dieses induktiven Meßsystemes aus einem Material zu fertigen, das (zumindest hinsichtlich der in diesem Anwendungsfall auftretenden magnetischen Feldstärken) im wesentlichen ein magnetischer Nicht-Leiter ist. Die Permeabilität des in diesem Ankerschaftbereich verwendeten Materials soll also nahe derjenigen von bspw. Luft oder Vakuum liegen.On an electromagnetic actuator for actuating an internal combustion engine lift valve In fact, it may additionally be desirable to have the respective one To be able to determine the position of the oscillating armature, which is preferred Non-contact, in particular inductively operating measuring systems for Use can come. Preferably, such a measuring system is close of the stem of the lift valve opposite end portion of the Anchor shaft arranged. So now the measuring system not by a magnetization to disturb the armature shaft in this range, will continue proposed, the armature shaft at least in the range of this inductive Measuring system made of a material that (at least in terms the magnetic field strengths occurring in this application) is essentially a magnetic non-conductor. The permeability of in The material used in this armature shaft area should therefore be close to that from eg air or vacuum.
Im Sinne einer besonders vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung können verschiedene Abschnitte des Ankerschaftes aus unterschiedlichen Materialien bestehen, die jeweils im wesentlichen hinsichtlich der für diese Abschnitte relevanten Anforderungen ausgewählt sind. Bei den einzelnen Abschnitten des Ankerschaftes handelt es sich dabei um mehr oder weniger lange Wellenstümpfe, die aneinandergereiht und zusammengesetzt den Ankerschaft bilden. Anhand der beigefügten und im folgenden beschriebenen Prinzipskizze wird nun ein derartiges bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben.In terms of a particularly advantageous embodiment of the invention different sections of the armature shaft made of different materials in each case substantially in respect of those sections relevant requirements are selected. For the individual sections the anchor shank are more or less long stumps, The strung together and composed the anchor shaft form. Based on the attached and described below schematic diagram Now, such a preferred embodiment of the invention described.
Mit der Bezugsziffer 1 ist der Anker (auch Ankerplatte genannt) eines elektromagnetischen
Aktuators bezeichnet, mit welchem ein nicht dargestelltes
Brennkraftmaschinen-Hubventil betätigt, d.h. geöffnet (und geschlossen)
wird. Das gesamte System ist dabei analog dem bekannten (und bspw. in
der eingangs genannten Schrift ausführlicher gezeigten) Stand der Technik
als mechanischer Schwinger ausgebildet, d.h. es sind auch geeignete Federelemente
vorgesehen, die die jeweils gewünschte Bewegung des Ankers 1
sowie des Hubventiles mit hervorrufen. Letzteres stützt sich dabei mit dem
freien Ende seines Ventilschaftes an der freien Stirnseite des hier unteren
Endabschnittes 2a eines bzw. des am Anker 1 befestigten Ankerschaftes 2
ab. Somit wird der Anker 1 und mit diesem der Ankerschaft 2 sowie das
Brennkraftmaschinen-Hubventil längs der Achse 3 des Ankerschaftes 2 gemäß
Pfeilrichtung 4 oszillierend bewegt, wobei diese Bewegung durch hier
der Einfachheit halber nicht dargestellte, oberhalb sowie unterhalb des Ankers
1 angeordnete und dabei den Ankerschaft 2 umgebende Elektro-Magnetspulen
initiiert und aufrechterhalten wird. Die von den Magnetspulen
erzeugten Magnetkräfte wirken hierzu alternierend auf den Anker 1 (bzw. auf
die Ankerplatte 1) ein. Der Vollständigkeit halber sei noch darauf hingewiesen,
daß der Anker 1 über seinen Ankerschaft 2 in im Aktuator vorgesehenen
(nicht gezeigten) Führungsbuchsen gemäß Pfeilrichtung 4 längsverschiebbar
geführt ist.The reference numeral 1, the armature (also called anchor plate) of an electromagnetic
Actuator referred, with which a not shown
Engine Hub Valve actuated, i. opened (and closed)
becomes. The entire system is analogous to the known (and, for example, in
the document mentioned in more detail) prior art
designed as a mechanical oscillator, i. They are also suitable spring elements
provided that the respective desired movement of the armature. 1
and the lift valve with cause. The latter is supported by the
free end of its valve stem at the free end of the lower here
Der hier gezeigte und nun näher beschriebene Ankerschaft 2 ist in Richtung
seiner Längsachse 3 betrachtet aus verschiedenen Abschnitten 2a bis 2e
zusammengesetzt, die jeweils aus unterschiedlichen Materialien bestehen
bzw. bestehen können. Diese Materialien sind dabei jeweils im wesentlichen
hinsichtlich der für diese Abschnitte 2a - 2e zutreffenden Anforderungen
ausgewählt. So ist der weiter oben bereits erwähnte untere Endabschnitt 2a
bevorzugt extrem hart ausgebildet, um optimale Verschleiß- und Gleiteigenschaften
im Hinblick auf den punktförmigen Kontakt mit dem Schaft des
Brennkraftmaschinen-Hubventiles aufzuweisen. Beispiele für bevorzugte
Materialien für diesen unteren Endabschnitt 2a sind insbesondere gehärtete
Stähle (Ventilstahl, Wälzlagerstahl) oder andere Hartmetalle, wie bspw. Wolframcarbid.
Daneben können hierfür geeignete Keramikmaterialien zum Einsatz
kommen, wie bspw. SiN, welches sich durch gute Zähigkeit auszeichnet,
oder Al2O3 mit seiner besonders guten Verschieissbeständigkeit, oder
CerMets, d.h. nichtoxidische Metallkeramiken.The armature shaft 2 shown here and now described in greater detail is composed of
Beidseitig des Ankers 1 bzw. der Ankerplatte 1 liegen zentrale Ankerschaft-Abschnitte
2d, über welche der Ankerschaft 2 mit dem Anker 1 verbunden
ist. Das Material für diese zentralen Ankerschaft-Abschnitte 2d wird also im
Hinblick darauf ausgewählt, daß eine einfache und sichere Verbindung zwischen
dem Ankerschaft 2 und dem Anker 1 ermöglicht wird. Bevorzugt handelt
es sich bei dieser Verbindung um eine Schweiß- oder Lötverbindung.
Das Material der zentralen Ankerschaft-Abschnitte 2d sollte also gut
schweißbar oder lötbar sein, so daß für diese zentralen Ankerschaft-Abschnitte
2d grundsätzlich niedriglegierte Stähle verwendet werden können.On both sides of the armature 1 and the anchor plate 1 are central
Insbesondere für diese zentralen Ankerschaft-Abschnitte 2d kann jedoch
auch ein Material gewählt werden, welches es aufgrund seiner Eigenschaften
erlaubt, bevorzugt diesen Abschnitt 2d des Ankerschaftes 2 zumindest
bereichsweise mit einem gegenüber dem übrigen Bereich des Ankerschaftes
2 verringerten Querschnitt auszubilden. Ein solcher verringerter Querschnitt
ermöglicht dabei nicht nur eine weitere Reduktion der (im Aktuator) bewegten
Massen, sondern kann dem Ankerschaft 2 in diesem Bereich zusätzlich
eine gewisse Nachgiebigkeit verleihen. Diese Querschnittsverringerung kann
dabei in Gestalt einer umlaufenden Rille ausgebildet sein und fungiert quasi
als Gelenk im Ankerschaft 2.However, in particular for these central
Vor allem im Hinblick auf eine einfache Beherrschung der Abweichungen in
der Parallelität der Ankerplatte 1 gegenüber den bereits genannten Elektromagent-Spulen,
die die Ankerplatte 1 alternierend entlang des Ankerschafts
2 anziehen und zeitweise an ihrer Oberfläche festhalten, ist eine derartige
Nachgiebigkeit (bzw. ein derartiges Gelenk) äußerst vorteilhaft, da hiermit
eine Ausrichtung der Ankerplatte 1 in einem vom rechten Winkel abweichenden
Winkel gegenüber dem Ankerschaft 2 gestattet wird. Als Beispiel für eine
derartige Nachgiebigkeit in Form einer bereichsweisen Querschnittsverringerung
(oder umlaufenden Nut) sind in der beigefügten Abbildung seitlich
neben dem Ankerschaft 2 die entsprechend gestalteten Ankerschaft-Abschnitte
2d vergrößert dargestellt. Zur Umsetzung einer derartigen Gestaltung
kommen dabei als bevorzugte Materialien für diese(n) Ankerschaft-Abschnitt(e)
2d bspw. Titan, Aluminium, Ti-Al-Legierungen oder Magnesium
zum Einsatz.Especially with regard to easy control of deviations in
the parallelism of the anchor plate 1 with respect to the aforementioned solenoid coils,
the anchor plate 1 alternately along the armature shaft
2 and temporarily hold on their surface is one such
Resilience (or such a joint) extremely advantageous because hereby
an orientation of the anchor plate 1 in a deviating from the right angle
Angle opposite the armature shaft 2 is allowed. As an example of one
Such compliance in the form of a region-wise reduction in cross-section
(or circumferential groove) are in the attached figure sideways
in addition to the anchor shaft 2, the correspondingly shaped
An die beiden zentralen Ankerschaft-Abschnitte 2d schließen sich längs der
Längsachse 3 in Richtung der beiden Enden des Ankerschaftes 2 betrachtet
sog. Führungs-Abschnitte 2c des Ankerschaftes 2 an. Mit diesen FührungsAbschnitten
2c ist der Ankerschaft 2 in (weiter oben bereits erwähnten, hier
der Einfachheit halber nicht dargestellten) Führungsbuchsen, die im Aktuator
bzw. in dessen Gehäuse eingebunden sind, geführt. Im Hinblick auf die hierbei
auftretenden Beanspruchungen sollte das für die Führungs-Abschnitte 2c
verwendete Material relativ hart sein, um optimale Verschleiß- und Gleiteigenschaften
zu erzielen. Beispiele für bevorzugte Materialien für diese Führungs-Abschnitte
2c sind gehärtete Stähle, wie Ventilstahl oder Wälzlagerstahl,
daneben abermals geeignete Keramiken, wie z.B. SiN für gute Zähigkeit
oder Al2O3 für besonders gute Verschleissbeständigkeit.
An den hier unteren Führungs-Abschnitt 2c schließt sich längs der Längsachse
3 in Richtung des unteren Endabschnittes 2a des Ankerschaftes 2
betrachtet ein sog. Federteller-Abschnitt 2b an. An diesem Federteller-Abschnitt
2b wird ein Federteller (nicht gezeigt) befestigt, an welchem sich
eines der weiter oben bereits genannten Federelemente, die das schwingungsfähige
Aktuatorsystem bilden, abstützt. Die Befestigung dieses Federtellers
kann dabei wie bei den Federtellern von Brennkraftmaschinen-Hubventilen
üblich erfolgen, d.h. über bspw. mit drei umlaufenden Nasen
versehene Kegelstücke, wobei in diesem Federteller-Abschnitt 2b des Ankerschaftes
2 eine entsprechende Anzahl von diese Nasen aufnehmenden
Rillen (nicht gezeigt) vorgesehen ist. Im Hinblick auf die Belastungen im Bereich
dieser Ankoppelung des Federtellers über diese Kegelstücke soll dieser
Federteller-Abschnitt 2c harte und dabei zähe Eigenschaften aufweisen;
Beispiele für bevorzugte Materialien für diesen Federteller-Abschnitt 2b sind
demzufolge typische martensitische Materialien, wie bspw. Ventilstahl.At the here
An den hier oberen Führungs-Abschnitt 2c schließt sich längs der Längsachse
3 in Richtung des oberen freien Endes des Ankerschaftes 2 betrachtet ein
dabei dessen oberes Ende bildender sog. Sensor-Abschnitt 2e an. Im Bereich
dieses Sensor-Abschnittes 2e ist im bzw. am Aktuator ein figürlich nicht
dargestelltes induktiv arbeitendes Meßsystem vorgesehen, mit Hilfe dessen
die jeweils aktuelle Position des Ankers 1 (bzw. genauer des Ankerschaftes
2, d.h. dessen Sensor-Abschnittes 2e) feststellbar ist. Um dabei jegliche
Gefahr von Fehlmessungen auszuschließen, soll der Sensor-Abschnitt 2e
des Ankerschaftes 2 im wesentlichen unmagnetisch sein, d.h. der Sensor-Abschnitt
2e soll durch die den Anker 1 betätigenden Elektro-Magnetspulen
nicht magnetisierbar sein. Diese Eigenschaft des folglich für den Sensor-Abschnitt
bevorzugt zu verwendenden Materials läßt sich auch dadurch beschreiben,
daß die relative Permeabilität des Materials für den Sensor-Abschnitt
2e erheblich geringer als diejenige von Stahl (oder Nickel oder Kobalt)
ist und bevorzugt nahe derjenigen von Luft oder anderen nichtmagnetischen
Materialien liegt, d.h. daß das Material für diesen Sensor-Abschnitt 2e
zumindest hinsichtlich der hier auftretenden magnetischen Feldstärken im
wesentlichen ein magnetischer Nicht-Leiter ist. Beispiele für bevorzugte Materialien
für diesen Sensor-Abschnitt 2e sind Titan oder Titanlegierungen
oder keramische Werkstoffe, daneben aber auch austenitischer Stahl, ferner
Aluminium, alle Keramiken und Legierungen aus Titan, Aluminium sowie
Magnesium.At the
Das Material zumindest eines, bevorzugt jedoch mehrerer der beschriebenen
Abschnitte 2a bis 2e des Ankerschaftes 2 weist darüber hinaus ein spezifisches
Gewicht auf, welches wesentlich geringer ist als dasjenige von
Stahl. Der Begriff "wesentlich" steht hierbei für eine Größenordnung von zumindest
15%, d.h. das spezifische Gewicht des Materials zumindest eines
der genannten Abschnitte 2a - 2e soll zumindest 15% unterhalb des spezifischen
Gewichtes von Stahl liegen. Dieses Kriterium erfüllt bspw. Titan mit
einem spezifischen Gewicht in der Größenordnung von 5,8 kg/dm3 im Vergleich
zu Stahl, dessen spezifisches Gewicht ca. 7,8 kg/dm3 beträgt, daneben
aber auch Keramikmaterial mit einem spezifischen Gewicht in der Größenordnung
von 4 kg/dm3. Auf diese Weise kann unter Berücksichtigung der
geforderten Festigkeit das Gewicht des Ankerschaftes 2 reduziert bzw. so
gering als möglich gehalten werden, was einen Beitrag zur Minimierung der
vom elektromagnetischen Aktuator zu bewegenden Massen zur Folge hat
und wodurch folglich die den Anker 1 sowie letztlich das Brennkraftmaschinen-Hubventil
oszillierend in Bewegung versetzenden Elektro-Magnetspulen
kleiner dimensioniert werden können. Darüberhinaus treten bei einer für die
Funktion des Aktuators benötigten bestimmten Beschleunigung einer nunmehr
kleineren bewegten Masse entsprechend geringere Reaktionskräfte
auf, was günstigen Einfluss auf die Geräuschemissionen des gesamten Systemes
hat.The material of at least one, but preferably more of the described
Was die Fertigung des beschriebenen, aus mehreren Abschnitten 2a - 2e
(oder nur aus einem Teil der hier beschriebenen Abschnitte) zusammengesetzten
Ankerschaftes 2 betrifft, so können die verschiedenen Materialien
der jeweils aneinander angrenzenden Abschnitte 2a bis 2e bspw. durch diverse
Schweißverfahren, wie z.B. Reibschweißen, Laserstrahlschweißen,
Löten oder Kondensatorentladungsschweißen miteinander verbunden werden.
Daneben sind jedoch auch andere gängige Verbindungstechniken
möglich, bspw. Verschrauben, Verkleben oder Zusammengießen.As for the manufacture of the described, from
Abschließend sei darauf hingewiesen, daß sowohl der zuletzt beschriebene
Effekt der Gewichtsreduzierung als auch der in Verbindung mit dem Sensor-Abschnitt
2e des Ankerschaftes 2 beschriebene Effekt des zumindest in diesem
Abschnitt nicht ferromagnetischen Materials auch dann erzielbar ist,
wenn der Ankerschaft 2 vollständig in Titan oder einer Titanlegierung oder in
Keramik ausgebildet ist, d.h. wenn der Ankerschaft nicht aus den anhand der
beigefügten Figur beschriebenen Abschnitten 2a - 2e zusammengesetzt ist.
Daneben können selbstverständlich eine Vielzahl weiterer Details insbesondere
konstruktiver Art durchaus abweichend vom lediglich prinzipiell dargestellten
Ausführungsbeispiel gestaltet sein, ohne den Inhalt der Patentansprüche
zu verlassen.Finally, it should be noted that both the last described
Effect of weight reduction as well as in connection with the
- 11
- Anker oder AnkerplatteAnchor or anchor plate
- 22
- Ankerschaftanchor shank
- 2a2a
- unterer Endabschnitt von 2lower end section of 2
- 2b2 B
- Federteller-Abschnitt von 2Spring plate section of 2
- 2c2c
- Führungs-Abschnitt von 2Leaders section of 2
- 2d2d
- zentraler Ankerschaft-Abschnittcentral anchorage section
- 2e2e
- Sensor-Abschnitt von 2Sensor section of 2
- 33
- Längsachse von 2Longitudinal axis of 2
- 44
- Pfeilrichtung: oszillierende Bewegung von 1, 2Arrow direction: oscillating movement of 1, 2
Claims (4)
- An electromagnetic actuator for operating a gate valve of an internal combustion engine, comprising an armature (1) movable in oscillation between two magnet coils and bearing an armature shank (2) which is guided in the actuator and an end portion (2a) whereof acts on the shank of the gate valve, wherein the armature shank (2) is formed at least in parts of a material having a specific weight considerably less than that of steel, characterised in that different portions (2a - 2e) of the armature shaft (2) are formed from different materials, connected in each case in accordance with the relevant requirements on these portions.
- An electromagnetic actuator according to claim 1, wherein an inductive measuring system for determining the position of the armature (1) is provided near the other end of the armature shank, characterised in that the armature shank, at least in the region of the measuring system, is formed from a material having a relative permeability considerably less than that of steel.
- An electromagnetic actuator according to claim 1 or 2, characterised in that the armature shank (2) is completely or partly formed from titanium or a titanium alloy or of ceramic.
- An electromagnetic actuator according to any of the preceding claims, characterised in that at least one portion (2d) of the armature shank (2) has parts with a cross-section smaller than the rest of the armature shank (2).
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE19926413A DE19926413C2 (en) | 1999-06-10 | 1999-06-10 | Electromagnetic actuator for actuating an internal combustion engine lift valve |
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