EP1477637A2 - Hubaktuator für Verbrennungsmotoren mit elektrischem Ventiltrieb - Google Patents

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EP1477637A2
EP1477637A2 EP04008731A EP04008731A EP1477637A2 EP 1477637 A2 EP1477637 A2 EP 1477637A2 EP 04008731 A EP04008731 A EP 04008731A EP 04008731 A EP04008731 A EP 04008731A EP 1477637 A2 EP1477637 A2 EP 1477637A2
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EP
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housing part
electromagnets
armature
housing
stroke actuator
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Bayerische Motoren Werke AG
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    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01L—CYCLICALLY OPERATING VALVES FOR MACHINES OR ENGINES
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    • H01F7/16—Rectilinearly-movable armatures
    • H01F2007/1692—Electromagnets or actuators with two coils

Definitions

  • the present invention relates to a stroke actuator for internal combustion engines Electric valve train according to the preamble of claim 1.
  • a stroke actuator which is two axially apart has spaced electromagnets, each electromagnet has a magnetic core with an axial passage. Furthermore, one is by springs prestressed anchor provided, the an anchor plate and an anchor shaft having. The armature plate is arranged in the area between the two electromagnets. The armature, which is biased by the springs, forms a spring-mass oscillator. By energizing one or the other electromagnet can the anchor excited, i.e. be moved axially. In the passages of the Electromagnets each have a guide bush for the armature shaft. Because the electromagnets get very hot during operation and exposed to vibrations there is a risk that the guide bushes will loosen, which too Malfunction or failure of the stroke actuator.
  • the object of the invention is to provide a stroke actuator which with respect to the Problems or requirements explained above is improved.
  • the invention relates to a stroke actuator for an internal combustion engine with a electric valve train, the stroke actuator two at a distance from each other arranged electromagnets.
  • a spring-loaded Anchor consisting of an anchor shaft and an anchor plate.
  • the armature plate is arranged in the area between the two electromagnets.
  • the spring-loaded anchor represents a spring-mass oscillator that passes through Current supply to the electromagnet can be excited to axial vibrations. In other words, the anchor can be energized by one of the two Electromagnets are moved in one or the other direction.
  • the Electromagnets each have a yoke or a laminated core Iron core and a coil.
  • each yoke Recess serves as a slide bearing guide for the anchor shaft.
  • at least one housing part made of cast material is provided, one at least partially surrounds the two electromagnets. This preferably exists Housing made of two housing halves made of cast material, with each housing half one of the electromagnets is arranged.
  • the housing parts can be cast parts, for example. Castings made from aluminum alloys have proven to be particularly suitable. For example, aluminum alloys such as AlSi 9 Cu 3 or a hypereutectic aluminum alloy such as AlSi 17 are suitable.
  • FIG. 1 shows a stroke actuator 1 for an internal combustion engine with an electric valve train.
  • the stroke actuator 1 has a first electromagnet with a first magnetic core 2 and a second electromagnet axially spaced therefrom with an associated one second magnetic core 3.
  • the magnetic cores 2, 3 are preferred formed by laminated cores. They each have a passage, which in the The following is always referred to as a through hole 4, 5.
  • the shaft sections 6, 7 of an axially displaceable armature extend in these through bores 4, 5.
  • the armature has one Anchor plate 8 on. By energizing one or the other electromagnet the anchor can be moved axially.
  • the electromagnets are arranged in a housing.
  • the case is through two housing parts 9, 10 formed.
  • the housing part 9 is the first electromagnet, the housing part 10 assigned to the second electromagnet.
  • the housing parts 9, 10 are castings. In the manufacture of the magnetic cores 2, 3 with cast.
  • the through holes 4, 5 a slightly larger diameter than the shaft sections 6, 7.
  • the Housing parts are initially provided in the magnetic cores 2, 3 Through holes poured out with housing material. After curing the poured "through holes" 4, 5 drilled out with a diameter slightly smaller than that Diameter of the through holes 4, 5 and which is essentially the Diameter of the shaft sections 6, 7 corresponds.
  • Die Slide bearing guides are an integral part of each assigned Housing part 9, 10. The anchor shaft is thus guided directly in the housing. separate Guide bushings are therefore not required.
  • the magnetic cores each have a cup-shaped Recess 13, 14 into which the assigned housing part 9 or 10 extends, which enables a very compact design.
  • the housing parts 9, 10 are made of one good thermally conductive material, e.g. made of a cast aluminum material.

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Abstract

Hubaktuator (1) für Verbrennungsmotoren mit elektrischem Ventiltrieb, mit einem ersten Elektromagnet und einem zweiten Elektromagnet, die in einem Abstand voneinander angeordnet sind, und die jeweils ein Joch und eine daran angeordnete Spule aufweisen, einem Anker, der einen Ankerschaft (6,7) und eine Ankerplatte (8) aufweist, wobei die Ankerplatte (8) im Bereich zwischen den beiden Elektromagneten angeordnet ist und der Anker durch Bestromen eines der Elektromagneten in die eine bzw. die andere Richtung verschiebbar ist, wobei in mindestens einem der beiden Joche eine Gleitlagerführung vorgesehen ist, in welcher der Ankerschaft (6,7) geführt ist und einem Gehäuseteil (9,10), das einen der Elektromagneten zumindest teilweise umgibt. Das Gehäuseteil (9,10) und die Gleitlagerführung bestehen aus einem Gusswerkstoff, wobei die Gleitlagerführung integraler Bestandteil des Gehäuseteils ist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Hubaktuator für Verbrennungsmotoren mit elektrischem Ventiltrieb gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.
Aus der DE 101 08 714 A1 ist ein Hubaktuator bekannt, der zwei axial voneinander beabstandet angeordnete Elekromagneten aufweist, wobei jeder Elektromagnet einen Magnetkern mit einem axialen Durchgang hat. Ferner ist ein durch Federn vorgespannter Anker vorgesehen, der eine Ankerplatte und einen Ankerschaft aufweist. Die Ankerplatte ist im Bereich zwischen den beiden Elektromagneten angeordnet. Der durch die Federn vorgespannte Anker bildet einen Feder-Masse-Schwinger. Durch Bestromen des einen oder des anderen Elektromagneten kann der Anker angeregt, d.h. axial verschoben werden. In den Durchgängen der Elektromagneten ist jeweils eine Führungsbuchse für den Ankerschaft vorgesehen. Da die Elektromagneten im Betrieb sehr heiß werden und Vibrationen ausgesetzt sind, besteht die Gefahr, dass sich die Führungsbuchsen lockern, was zu Fehlfunktionen oder zum Ausfall des Hubaktuators führen kann.
Versuche haben ergeben, dass selbst bei eingepressten, eingeklebten oder eingegossenen Führungsbuchsen Probleme auftreten können. Zusätzlich zu diesen Funktionsnachteilen haben Führungsbuchsen auch Kostennachteile. Durch die Führungsbuchsen vergrößert sich nämlich die Teileanzahl. Durch das Einpressen, Einkleben bzw. Eingießen der Führungsbuchsen in den Magnetkern ergibt sich zusätzlicher Fertigungsaufwand. Schließlich sind auch die Führungsbuchsen an sich mit Kosten verbunden.
Aufgabe der Erfindung ist es, einen Hubaktuator zu schaffen, der hinsichtlich der oben erläuterten Probleme bzw. Anforderungen verbessert ist.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen.
Die Erfindung geht von einem Hubaktuator für einen Verbrennungsmotor mit einem elektrischen Ventiltrieb aus, wobei der Hubaktuator zwei in einem Abstand voneinander angeordnete Elektromagneten aufweist. Ferner ist ein federvorgespannter Anker, bestehend aus einem Ankerschaft und einer Ankerplatte vorgesehen. Die Ankerplatte ist im Bereich zwischen den beiden Elektromagneten angeordnet. Der federvorgespannte Anker stellt einen Feder-Masse-Schwinger dar, der durch Bestromen der Elektromagneten zu Axialschwingungen angeregt werden kann. Anders ausgedrückt kann der Anker durch Bestromen eines der beiden Elektromagneten in die eine oder in die andere Richtung verschoben werden. Die Elektromagneten weisen jeweils ein Joch bzw. einen als Blechpaket ausgebildeten Eisenkern und eine Spule auf. In den Jochen ist jeweils eine zylindrische Ausnehmung vorgesehen, die als Gleitlagerführung für den Ankerschaft dient. Ferner ist mindestens ein Gehäuseteil aus Gusswerkstoff vorgesehen, das einen der beiden Elektromagneten zumindest teilweise umgibt. Vorzugsweise besteht das Gehäuse aus zwei Gehäusehälften aus Gußwerkstoff, wobei in jeder Gehäusehälte einer der Elektromagneten angeordnet ist.
Der Kern der Erfindung besteht darin, dass die Gleitlagerführungen integraler Bestandteil des Gehäuses sind, wobei die Joche in das Gehäuse eingegossen sind. Der Anker ist mit seinem Ankerschaft also unmittelbar "im Gehäuse" gleitgelagert. Eine Führungsbuchse, wie beim Stand der Technik, ist also nicht erforderlich.
Die Gehäuseteile können z.B. Gussteile sein. Als besonders geeignet haben sich Gussteile aus Alumnium-Legierungen herausgestellt. Geeignet sind beispielsweise Aluminium-Legierungen, wie AlSi9Cu3 oder eine übereutektische Aluminium-Legierung, wie z.B. AlSi17.
Im Folgenden wird die Erfindung im Zusammenhang mit der Zeichnung näher erläutert. Die einzige Figur 1 zeigt einen Hubaktor gemäß der Erfindung.
Figur 1 zeigt einen Hubaktor 1 für einen Verbrennungsmotor mit elektrischem Ventiltrieb. Der Hubaktor 1 weist einen ersten Elektromagnet mit einem ersten Magnetkern 2 und einen axial davon beabstandeten zweiten Elektromagnet mit einem zugeordneten zweiten Magnetkern 3 auf. Die Magnetkerne 2, 3 sind vorzugsweise durch Blechpakete gebildet. Sie weisen jeweils einen Durchgang auf, der im Folgenden stets als Durchgangsbohrung 4, 5 bezeichnet wird. Die Schaftabschnitte 6, 7 eines axial verschieblichen Ankers erstrecken in diesen Durchgangsbohrungen 4, 5. Im Bereich zwischen den beiden Elektromagneten weist der Anker eine Ankerplatte 8 auf. Durch Bestromen des einen oder des anderen Elektromagneten kann der Anker axial verschoben werden.
Die Elektromagneten sind in einem Gehäuse angeordnet. Das Gehäuse ist durch zwei Gehäuseteile 9, 10 gebildet. Das Gehäuseteil 9 ist dem ersten Elektromagneten, das Gehäuseteil 10 dem zweiten Elektromagneten zugeordnet. Die Gehäuseteile 9, 10 sind Gussteile. Bei deren Herstellung werden die Magnetkerne 2, 3 mit eingegossen. Wie aus Fig. 1 ersichtlich ist, haben die Durchgangsbohrungen 4, 5 einen etwas größeren Durchmesser als die Schaftabschnitte 6, 7. Beim Gießen der Gehäuseteile werden zunächst die in den Magnetkernen 2, 3 vorgesehenen Durchgangsbohrungen mit Gehäusewerkstoff ausgegossen. Nach dem Aushärten des Gehäusewerkstoffs werden die ausgegossenen "Durchgangsbohrungen" 4, 5 aufgebohrt und zwar mit einem Durchmesser, der etwas kleiner als der Durchmesser der Durchgangsbohrungen 4, 5 ist und der im wesentlichen der Durchmesser der Schaftabschnitte 6, 7 entspricht. Durch das Aufbohren erhält man also buchsenartige Gleitlagerführungen für die Schaftabschnitte 6, 7. Die Gleitlagerführungen sind integraler Bestandteil des jeweils zugeordneten Gehäuseteils 9, 10. Der Ankerschaft ist somit direkt im Gehäuse geführt. Separate Führungsbuchsen sind somit nicht erforderlich.
Wie aus Figur 1 ersichtlich ist, weisen die Magnetkerne jeweils eine topfförmige Ausnehmung 13, 14 auf, in die sich das zugeordnete Gehäuseteil 9 bzw. 10 erstreckt, was eine sehr kompakte Bauweise ermöglicht.
Da beim Betrieb der Hubaktuatoren erhebliche Wärmeleistungen anfallen, die über das Gehäuse abgeführt werden müssen, sind die Gehäuseteile 9, 10 aus einem gut wärmeleitenden Werkstoff hergestellt, z.B. aus einem Aluminium-Gusswerkstoff.

Claims (5)

  1. Hubaktuator (1) für Verbrennungsmotoren mit elektrischem Ventiltrieb, mit einem ersten Elektromagnet (2) und einem zweiten Elektromagnet (3), die in einem Abstand voneinander angeordnet sind, und die jeweils ein Joch und eine daran angeordnete Spule aufweisen,
    einem Anker, der einen Ankerschaft (6, 7) und eine Ankerplatte (8) aufweist, wobei die Ankerplatte (8) im Bereich zwischen den beiden Elektromagneten (2, 3) angeordnet ist und der Anker (6 - 8) durch Bestromen eines der Elektromagneten (2, 3) in die eine bzw. die andere Richtung verschiebbar ist, wobei in mindestens einem der beiden Joche eine Gleitlagerführung vorgesehen ist, in welcher der Ankerschaft geführt ist und
    einem Gehäuseteil (9, 10), das einen der Elektromagneten (2, 3) zumindest teilweise umgibt,
    dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuseteil (9, 10) und die Gleitlagerführung aus einem Gusswerkstoff besteht, wobei die Gleitlagerführung integraler Bestandteil des Gehäuseteils ist.
  2. Hubaktuator (1) nach Anspruch 1, wobei jedem der beiden Elektromagneten (2, 3) ein Gehäuseteil (9, 10) zugeordnet ist und in jedem der beiden Gehäuseteile (9, 10) eine als Gleitlagerführung (11, 12) für den Ankerschaft (6, 7) fungierende buchsenartige Ausnehmung vorgesehen ist und die Gleitlagerführungen jeweils integraler Bestandteil des zugeordneten Gehäuseteils sind.
  3. Hubaktuator (1) nach einem der Ansprüche 1 oder 2, wobei die beiden Joche jeweils in das zugeordnete Gehäuseteil (9, 10) eingegossen sind.
  4. Hubaktuator (1) nach Anspruch 3, wobei die Magnetkerne (2, 3) auf der dem zugeordneten Gehäuseteil (9, 10) zugewandten Seite im Bereich des Durchgangs (11, 12) des zugeordneten Gehäuseteils (9, 10) jeweils eine topfförmige Ausnehmung (13, 14) aufweisen, die von dem zugeordneten Gehäuseteil (9, 10) ausgefüllt ist.
  5. Hubaktuator 81) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei das Gehäuseteil (9, 10) aus einer Aluminium-Legierung besteht.
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