WO2000070197A1 - Elektromechanischer stellantrieb - Google Patents

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WO2000070197A1
WO2000070197A1 PCT/DE2000/001501 DE0001501W WO0070197A1 WO 2000070197 A1 WO2000070197 A1 WO 2000070197A1 DE 0001501 W DE0001501 W DE 0001501W WO 0070197 A1 WO0070197 A1 WO 0070197A1
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electromagnet
housing
electromechanical actuator
actuator
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Erwin Bauer
Hanspeter Zink
Stefan Loidl
Wolfgang Hundt
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Siemens Aktiengesellschaft
Bayerische Motorenwerke Ag
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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
    • H01F7/081—Magnetic constructions

Definitions

  • the invention relates to an electromechanical actuator, in particular for a gas exchange valve of an internal combustion engine.
  • a known electromechanical actuator (DE 297 12 502 Ul) has two electromagnets and an armature which is mechanically coupled with two springs and which is movable between a first contact surface on the first electromagnet and a further contact surface on the second electromagnet. Furthermore, the known actuator comprises a housing, each part for receiving an electromagnet having a recess. When the electromechanical actuator is manufactured in large numbers, it cannot be guaranteed that the specified dimensions for the electromagnets and the recess in the housing are exactly adhered to. Thus, after the
  • Electromagnets in the housing usually have an air gap between the electromagnet and the housing.
  • an air gap acts as a thermal insulator and thus prevents heat dissipation from the electromagnet to the housing.
  • good heat dissipation from the electromagnet is a prerequisite for reliable and energy-efficient operation of the actuator.
  • the object of the invention is to provide an electromechanical actuator which is reliable and at the same time is easy to manufacture.
  • the object is achieved according to the invention by the features of independent patent claim 1.
  • Advantageous refinements of the invention are characterized in the subclaims.
  • the invention is characterized in that a casting compound is introduced into a space which is between the electromagnet and the housing. Potting compounds have a much higher thermal conductivity than air. Good heat dissipation of the generated heat loss of the electromagnet via the casting compound to the housing is thus simply guaranteed.
  • the invention has the advantage that the electromagnets and the housing can be produced with any tolerance with regard to the dimensions. Furthermore, the dimensions of the housing or the electromagnets can only be adapted depending on the requirements of the internal combustion engine. For example, one and the same housing shape can be combined with differently designed electromagnets.
  • FIG. 1 shows an arrangement of an actuator and a control device in an internal combustion engine
  • 2 shows a solenoid which is m the housing of the actuator is introduced
  • figure 3 shows a section along a line 2-2 ⁇ by the electromagnet and the casing in accordance with Figure 2
  • Figure 4 shows the section along the line 2-2 'according to Figure 2 in a further embodiment of the electromagnet and the housing.
  • An internal combustion engine (FIG. 1) comprises an actuator 1, which acts on a gas exchange valve 2 and which is arranged in a cylinder head 31 of the internal combustion engine.
  • Gas exchange valve 2 is designed either as an outlet valve or an inlet valve and has a stem 21 and a plate 22.
  • the actuator 1 has a housing which has a first housing part 11a and a second housing part 11b.
  • a first electromagnet is arranged in the first housing part 11a, and a second electromagnet is arranged in the second housing part 11b.
  • the first electromagnet has a first core 12 which is provided with a first coil 13.
  • the second electromagnet has a second core 14 which is provided with a second coil 15.
  • An armature is provided, the armature plate of which is movably arranged in the housing between a first contact surface 15a of the first electromagnet and a second contact surface 15b of the second electromagnet.
  • the anchor plate 16 is thus movable between a closed position S max s and an open position s max0 .
  • the armature further comprises an armature shaft 17 which is guided through recesses in the first and second core 12, 14 and which with the
  • a first return means 18a and a second return means 18b which are preferably designed as springs, bias the anchor plate 16 into the predetermined rest position s 0 .
  • a position sensor 19 is preferably provided, which is arranged on or in the actuator 1 in such a way that it indirectly or directly detects the position of the anchor plate 16 and the anchor shaft 17.
  • the actuator 1 is rigidly connected to the cylinder head 31 of the internal combustion engine.
  • An intake duct and at least one cylinder 33 with a piston 34 are provided in the internal combustion engine.
  • the piston 34 is coupled to a crankshaft 36 via a connecting rod 35.
  • a control device 4 is provided which detects signals from sensors which are designed, for example, as the position sensor 19 or a speed sensor 37 or a load detection sensor. The control device 4 generates control signals for the coils 13, 15 depending on the signals from the sensors.
  • Figure 2 shows an enlarged view of the second housing part 11b and the second electromagnet incorporated therein with the second core 14 and the second coil 15.
  • the sectional view according to the section line II, II ⁇ of the object shown in FIG. 2 there is a space 19a between the core 14 and the second housing part 11b. This space is filled with a potting compound.
  • the second core 14 is thermally coupled to the second housing part 11b.
  • the casting compound contains metal particles.
  • Metal particles designed as aluminum particles or as copper particles or as silver particles are preferred because they have a high thermal conductivity.
  • Figure 4 shows a further sectional view along the line II, 11 of the object according to Figure 2.
  • Both the second core 14 of the second electromagnet and the second housing part 11b have shoulder cuts 19b, 19c, 19d, 19e, which are formed such that by the introduced potting compound a positive connection between the electromagnet and the second housing part 11b. This has the advantage that the core 14 is simply fixed in the housing part 11b.
  • the casting compound can also be introduced only in a partial area of the space 19a between the electromagnet and the housing, provided that a good thermal coupling between the electromagnet and the housing is then still guaranteed.
  • the sleeve cuts 19b to e can also be provided, for example, only in the core 14, 12 or only in the housing part 11a, b.
  • the first electromagnet and the first housing part like the second electromagnet and the second housing part, can be provided with the casting compound.

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Abstract

Ein elektromechanischer Stellantrieb (1) hat mindestens einen Elektromagneten und einen Anker, der mit mindestens einem Rückstellmittel mechanisch gekoppelt und der zwischen einer ersten Anlagefläche an dem Elektromagneten und einer weiteren Anlagefläche beweglich ist. Ferner umfaßt der elektromechanische Stellantrieb ein Gehäuse (11b), das eine Ausnehmung zur Aufnahme des Elektromagneten hat. In einem Raum (19a) zwischen dem Elektromagneten und dem Gehäuse ist eine Vergußmasse eingebracht.

Description

Beschreibung
Elektromechanischer Stellantrieb
Die Erfindung betrifft einen elektromechanischen Stellantrieb, insbesondere für ein Gaswechselventil einer Brennkraftmaschine .
Ein bekannter elektromechanischer Stellantrieb (DE 297 12 502 Ul) hat zwei Elektromagnete und einen Anker, der mit zwei Federn mechanisch gekoppelt ist und der zwischen einer ersten Anlagefläche an dem ersten Elektromagneten und einer weiteren Anlagefläche an dem zweiten Elektromagneten beweglich ist. Ferner umfaßt der bekannte Stellantrieb ein Gehäuse, wobei jeweils ein Teil zur Aufnahme eines Elektromagneten eine Ausnehmung hat. Bei einer Herstellung des elektromechanischen Stellantriebs in hohen Stückzahlen kann nicht gewährleistet werden, daß die vorgegebenen Abmessungen für die Elektromagnete und die Ausnehmung in dem Gehäuse exakt eingehalten sind. Somit verbleibt nach dem Einbringen des
Elektromagneten in das Gehäuse zumeist ein Luftspalt zwischen dem Elektromagneten und dem Gehäuse. Ein derartiger Luftspalt wirkt jedoch als thermischer Isolator und verhindert somit eine Wärmeableitung von dem Elektromagneten hin zu dem Gehäu- se. Eine gute Wärmeableitung von dem Elektromagneten ist jedoch Voraussetzung für einen zuverlässigen und energieverbrauchsarmen Betrieb des Stellantriebs.
Die Aufgabe der Erfindung ist es, einen elektromechanischen Stellantrieb zu schaffen, der zuverlässig ist und gleichzeitig einfach herzustellen ist.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch die Merkmale des unabhängigen Patentanspruchs 1. Vorteilhafte Ausgestal- tungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet . Die Erfindung zeichnet sich dadurch aus, daß eine Vergußmasse in einen Raum eingebracht ist, der zwischen dem Elektromagneten und dem Gehäuse ist. Vergußmassen haben eine wesentlich höhere thermische Leitfähigkeit als Luft. Somit ist einfach eine gute Warmeabfuhrung der erzeugten Verlustwarme des Elektromagneten über die Vergußmasse hin zu dem Gehäuse gewährleistet. Die Erfindung hat den Vorteil, daß die Elektromagnete und das Gehäuse bezuglich der Abmessungen mit einer beliebigen Toleranz hergestellt werden können. Ferner können auch die Abmessungen des Gehäuses oder der Elektromagnete lediglich abhangig von den Anforderungen der Brennkraftmaschine angepaßt werden. So kann beispielsweise ein und dieselbe Gehauseform mit verschiedenartig ausgebildeten Elektromagneten kombiniert werden.
Ausfuhrungsbeispiele der Erfindung sind anhand der schematischen Zeichnungen naher erläutert. Es zeigen:
Figur 1 eine Anordnung eines Stellantriebs und einer Steuereinrichtung in einer Brennkraftmaschine, Figur 2 einen Elektromagneten, der m das Gehäuse des Stellantriebs eingebracht ist, Figur 3 einen Schnitt längs einer Linie 2-2 λ durch den Elek- tromagneten und das Gehäuse gemäß Figur 2,
Figur 4 den Schnitt entlang der Linie 2-2 ' gemäß Figur 2 in einer weiteren Ausfuhrungsform des Elektromagneten und des Gehäuses.
Elemente gleicher Konstruktion und Funktion sind figurenuber- greifend mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
Eine Brennkraftmaschine (Figur 1) umfaßt einen Stellantrieb 1, der auf ein Gaswechselventil 2 einwirkt und der in einem Zylinderkopf 31 der Brennkraftmaschine angeordnet ist. Das
Gaswechselventil 2 ist entweder als Auslaßventil oder Einlaßventil ausgebildet und hat einen Schaft 21 und einen Teller 22. Der Stellantrieb 1 hat ein Gehäuse, das ein erstes Gehau- seteil 11a und ein zweites Gehauseteil 11b aufweist. In dem ersten Gehauseteil 11a ist ein erster Elektromagnet, m dem zweiten Gehauseteil 11b ist ein zweiter Elektromagnet ange- ordnet. Der erste Elektromagnet hat einen ersten Kern 12, der mit einer ersten Spule 13 versehen ist. Der zweite Elektromagnet hat einen zweiten Kern 14, der mit einer zweiten Spule 15 versehen ist. Ein Anker ist vorgesehen, dessen Ankerplatte in dem Gehäuse beweglich zwischen einer ersten Anlageflache 15a des ersten Elektromagneten und einer zweiten Anlageflache 15b des zweiten Elektromagneten angeordnet ist. Die Ankerplatte 16 ist somit beweglich zwischen einer Schließposition Smaxs und einer Offenposition smax0. Der Anker umfaßt desweiteren einen Ankerschaft 17, der durch Ausnehmungen des ersten und des zweiten Kerns 12, 14 gefuhrt ist und der mit dem
Schaft 21 des Gaswechselventils mechanisch koppelbar ist. Ein erstes Ruckstellmittel 18a und ein zweites Ruckstellmittel 18b, die vorzugsweise als Federn ausgebildet sind, spannen die Ankerplatte 16 in die vorgegebene Ruheposition s0 vor. Vorzugsweise ist ein Positionssensor 19 vorgesehen, der derart an oder in dem Stellantrieb 1 angeordnet ist, daß er mittelbar oder unmittelbar die Position der Ankerplatte 16 und des Ankerschafts 17 erfaßt.
Der Stellantrieb 1 ist mit dem Zylinderkopf 31 der Brennkraftmaschine starr verbunden. Ein Ansaugkanal und mindestens ein Zylinder 33 mit einem Kolben 34 sind in der Brennkraftmaschine vorgesehen. Der Kolben 34 ist über eine Pleuelstange 35 mit einer Kurbelwelle 36 gekoppelt. Eine Steuereinrichtung 4 ist vorgesehen, die Signale von Sensoren erfaßt, die beispielsweise ausgebildet sind als der Positionssensor 19 oder ein Drehzahlgeber 37 oder ein Lasterfassungssensor. Die Steuereinrichtung 4 erzeugt abhangig von den Signalen der Sensoren Stellsignale für die Spulen 13, 15.
Figur 2 zeigt in vergrößerter Darstellung das zweite Gehauseteil 11b und den darin eingebrachten zweiten Elektromagneten mit dem zweiten Kern 14 und der zweiten Spule 15. In der Schnittdarstellung gemäß der Schnittlinie II,IIΛ des in Figur 2 dargestellten Gegenstands ist zwischen dem Kern 14 und dem zweiten Gehauseteil 11b ein Raum 19a. Dieser Raum ist mit ei- ner Vergußmasse ausgefüllt. Dadurch ist der zweite Kern 14 thermisch gekoppelt mit dem zweiten Gehauseteil 11b. Eine besonders gute thermische Kopplung ist gewährleistet, wenn die Vergußmasse Metallpartikel enthalt. Dabei sind als Aluminium- partikel oder als Kupferpartikel oder als Silberpartikel aus- gebildete Metallpartikel zu bevorzugen, da diese eine hohe thermische Leitfähigkeit aufweisen.
Figur 4 zeigt eine weitere Schnittdarstellung entlang der Linie II, 11 des Gegenstands gemäß Figur 2. Sowohl der zweite Kern 14 des zweiten Elektromagneten als auch das zweite Gehauseteil 11b haben Hmterschneidungen 19b, 19c, 19d, 19e, die derart ausgebildet sind, daß durch die eingebrachte Vergußmasse ein Formschluß zwischen dem Elektromagneten und dem zweiten Gehauseteil 11b erfolgt. Dies hat den Vorteil, daß der Kern 14 einfach in dem Gehauseteil 11b fixiert ist.
Die Erfindung ist nicht auf die beschriebenen Ausfuhrungsbeispiele beschrankt. So kann beispielsweise die Vergußmasse auch nur in einen Teilbereich des Raums 19a zwischen dem Elektromagneten und dem Gehäuse eingebracht sein, sofern dann noch eine gute thermische Kopplung zwischen dem Elektromagneten und dem Gehäuse gewährleistet ist. Ferner können die Hmterschneidungen 19b bis e auch beispielsweise nur m dem Kern 14, 12 oder nur in dem Gehauseteil 11a, b vorgesehen sein. Der erste Elektromagnet und das erste Gehauseteil können ebenso wie der zweite Elektromagnet und das zweite Gehauseteil mit der Vergußmasse versehen sein.

Claims

Patentansprüche
1. Elektromechanischer Stellantrieb, insbesondere für ein Gaswechselventil einer Brennkraftmaschine, mit mindestens einem Elektromagneten und einem Anker, der mit mindestens einem Rückstellmittel mechanisch gekoppelt ist und der zwischen einer ersten Anlagefläche (15a) an dem Elektromagneten und einer weiteren Anlagefläche (15b) beweglich ist, und mit einem Gehäuse (11a, 11b), das eine Ausnehmung zur Aufnahme des Elektromagneten hat, dadurch gekennzeichnet, daß eine Vergußmasse in einen Raum (19a) eingebracht ist, der zwischen dem Elektromagneten und dem Gehäuse (11a, 11b) ist.
2. Stellantrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Elektromagnet und/oder das Gehäuse (11a, 11b) Hinter- schneidungen (19b, 19c, 19d, 19e) haben, die derart ausgebildet sind, daß durch die Vergußmasse ein Formschluß zwi- sehen dem Elektromagneten und dem Gehäuse (11a, 11b) erfolgt .
3. Stellantrieb nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Vergußmasse Metallpartikel enthält.
4. Stellantrieb nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Metallpartikel Aluminiumpar- tikel oder Kupferpartikel oder Silberpartikel sind.
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