DE10005953A1

DE10005953A1 - Verfahren zur Herstellung eines elektromagnetischen Aktuators und elektromagnetischer Aktuator

Info

Publication number: DE10005953A1
Application number: DE10005953A
Authority: DE
Inventors: Heinz Leiber
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2000-02-09
Filing date: 2000-02-09
Publication date: 2001-08-16
Also published as: WO2001059267A1; EP1169553A1

Abstract

Es wird ein Verfahren zur Herstellung eines elektromagnetischen Aktuators beschrieben, wie er z. B. zum Antrieb eines Ventils eines Verbrennungsmotors benutzt wird. DOLLAR A Um die, durch Durchbiegungen der Joche der Elektromagnete durch die Magnetkraft und/oder des Ankers durch Federkräfte in den Endstellungen des Ankers auftretende Luftspalte zu kompensieren, werden diese ermittelt und durch eine entsprechende Profilgebung der Joche und/oder des Ankers ausgeglichen.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines elektromagnetischen Ak tuators mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1 und den Aktuator, der dabei entsteht.

Ein elektromagnetischer Aktuator mit den oben genannten Merkmalen ist z. B. aus der DE 198 24 537 A1 bekannt. Dort wird durch den Aktuator mit zwei Elektroma gneten ein schwenkbar gelagerter Hebel angetrieben, der den Anker beinhaltet. Das der Hebellagerung gegenüberliegende Ende wirkt auf den Schaft eines Ventils eines Verbrennungsmotors ein.

Für einen solchen Aktuator ist es wichtig, daß einerseits möglichst geringe Massen zu bewegen sind. Andererseits soll der Magnetwirkungsgrad in den Endstellungen möglichst hoch sein, weil dann der Energiebedarf des Aktuators gering ist. Hierzu ist es notwendig, daß der Anker in den Endstellungen einen möglichst kleinen Luftspalt aufweist.

Wenn die Elektromagnete hohe Kräfte entwickeln, kommt es zu Durchbiegungen des Magnetjochs, die einen relativ großen Restluftspalt zur Folge haben, was einen ho hen Haltestrom und damit eine hohe Haltestromleistung bedeutet. Dieser Nachteil tritt insbesondere dann auf, wenn wie in der älteren Anmeldung PCT/EP99/08755 beschrieben die Tiefe der Joche und des Ankers groß ist, z. B. die Tiefe zur Breite größer 1,5 bzw. 2 oder gar größer 3 ist. Zur Definition der Tiefe T und Breite B wird auf Fig. 1 der Zeichnung verwiesen, wo diese Größen eingezeichnet sind.

Auf den langen Anker, der die Antriebskraft auf den Ventilschaft überträgt, wirken ebenfalls verbiegende Kräfte ein.

Es besteht die Möglichkeit diese Verbiegungen durch Verstärkungen klein zu halten, was jedoch Erhöhung des Gewichts bedeutet.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine Möglichkeit zu schaffen, den Luftspalt klein zu halten, ohne daß eine wesentliche Gewichtserhöhung zu Stande kommt.

Diese Aufgabe wird durch die Herstellungsmerkmale des Anspruchs 1, bzw. die An ordnungsmerkmale des Anspruchs 9 gelöst. Die Unteransprüche beinhalten Weiter bildungen der Erfindung.

Die erfindungsgemäße Lösung besteht somit darin, die durch die Verbiegungen ent stehenden Luftspaltvergrößerungen in den Endstellungen durch eine entsprechende Profilgebung der Polflächen und/oder der Ankerflächen zumindest weitgehend zu kompensieren. Es soll also in den Endstellungen zwischen den gesamten Polflächen und den entsprechenden Flächen des Ankers ein homogener kleiner Luftspalt ent stehen.

Anhand des Ausführungsbeispiels der Zeichnung wird die Erfindung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine perspektivische Darstellung eines Aktuators

Fig. 2a bis 2c prinzipielle Seitenansichten des Aktuators der Fig. 1 in verschiedenen Situationen

In Fig. 1 ist in perspektivischer Darstellung ein Aktuator gezeigt. Er besteht aus zwei Elektromagneten 1 und 2 mit Jochen 1a und 2a und Wicklungen 1b und 2b. Die Jo che 1a und 2a sind zwischen Lagerplatten 3 angeordnet, von denen die vordere zur Verbesserung der Übersicht weggelassen wurde. Es sind hier nur die Befestigungs öffnungen 4 für Verbindungsschrauben gezeigt. Zwischen den Elektromagneten 1 und 2 ist ein Anker 5 angeordnet, der an einem um die Achse 6a schwenkbaren Rohr 6 befestigt ist. Der Anker 5 ist Teil eines aus Ankerrohr 6, Anker 5 und Betätigungsteil 7 bestehenden Hebels, wobei das Betätigungsteil 7 entgegen einer Ventilfederkraft auf den Ventilschaft einwirkt. Mit 8 ist eine Torsionsfeder in Form eines Biegerohrs bezeichnet, die die entgegengesetzt gerichteten Federkräfte auf den Anker 5 er zeugt. Es sind hier Elektromagnete 1 und 2 mit im Vergleich zur Breite B großer Tiefe T (T : B z. B < 2) dargestellt, bei denen das eingangs beschriebene Verbiegungspro blem besonders stark auftritt.

Die Fig. 2a zeigt von der Seite gesehen die Joche 1a und 2a zwischen den teilweise unterbrochen gezeichneten Lagerplatten 3 und den Anker 5 mit dem Betätigungs teil 7. Die ausgezogenen Linien oben und unten zeigen die Verläufe der Joche ohne Einwirkung von Magnetkräften. In Fig. 2b ist oben der Anker 5 in die obere Endstel lung gebracht. Auf das Joch 1a wirkt die Magnetkraft, die zu Verbiegungen des Jochs führt. Auch der Anker 5 wird durch die auf ihn wirkende Kraft der Torsionsfe der 8 verbogen. In Fig. 2b unten ist die entsprechende Situation bei Aktivierung des unteren Magneten gezeigt, wobei die Ankerverbiegung durch die Ventilfederkraft F_V erzeugt wird. Schraffiert sind die entstehenden Luftspalte eingezeichnet. Die Verbie gungen und Luftspalte sind übertrieben dargestellt.

Wird nun, wie beschrieben, z. B. durch finite Elemente Berechnungsverfahren, die Biegelinie berechnet, wie dies in Fig. 2b oben und unten festgehalten ist, so kann man z. B. ohne etwas am Anker zu ändern, den Jochen 1a und 2a die in der Fig. 2c gezeigten Profile 1a' und 2a' geben. Ohne Belastung sind diese in Fig. 2a mit 1a''' und 2a''' gezeigt. Bei Betätigung des entsprechenden Elektromagneten legt sich dann der Anker 5 mit minimalem Luftspalt an das neue Profil an, wobei der minimale Luftspalt nicht 0 sein muß. Zur Klarstellung der Fig. 2b und 2c: Die Profile 1a' und 2a' der Fig. 2c müssen den Verläufen 1a" und 2a" der Fig. 2b entsprechen.

Alternativ können die Luftspalte z. B. auch durch ein Abdruckverfahren ermittelt wer den.

Die gewünschte Profilierung kann durch Auf- und/oder Abtrageverfahren erzeugt werden.

Claims

1. Verfahren zur Herstellung eines elektromagnetischen Aktuators, dessen Anker (5) durch Magnetkraft in Verbindung mit wenigstens einer Federkraft (8) in zwei Endstellungen gebracht wird, wobei dem Anker (5) Polflächen wenigstens eines Magnetjochs (1a, 2a) gegenüberstehen, über die die Magnetkraft auf den Anker (5) einwirkt, und wobei der Anker (5) ein zu bewegendes Teil antreibt, dadurch gekennzeichnet, daß in wenigstens einer der Endstellungen festgestellt wird, welche Beeinflussung der Luftspalt zwischen den Polflächen und dem Anker (5) durch die auf das wenigstens eine Joch (1a, 2a) einwirkende Magnetkraft und/oder die auf den Anker einwirkende Federkraft (8, F_V) erfährt und daß auf grund dieser Feststellung die Polflächen des Jochs (1a, 2a) und/oder die den Polflächen (1a', 2a') gegenüberliegenden Flächen des Ankers (5) ein solches Profil (1a', 2a') erhalten, daß in der wenigstens einen Endstellung wenigstens weitgehend ein gewünschter minimaler Luftspalt zwischen den magnetisch wirksamen Flächen entsteht.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Aktuator ein Elektromagnet ist.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß auf den Anker des Aktuators zwei entgegengesetzt gerichtete Federkräfte (8, F_V) und abwechselnd zwei entgegengesetzt gerichtete Magnetkräfte einwirken.

4. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Anker (5) Teil eines an einem Ende (6a) schwenkbar gelagerten Hebels (5, 6, 7) ist und daß das andere Hebelende (7) auf das anzutreibende Teil, insbesondere den Schaft eines Ventils einwirkt.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß auf den Hebel (5, 6, 7) die Federkraft (Federkräfte) eines Drehstabs (8) einwirken.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Feststellung der Beeinflussung des Luftspalts durch ein Abdruckverfahren er folgt.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Feststellung der Beeinflussung des Luftspalts durch ein Simulationsverfahren (z. B. finite Elemente Methode) erfolgt.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Profilierung durch auf- und/oder abtragende Verfahren erfolgt.

9. Elektromagnetischer Aktuator, dessen Anker (5) durch Magnetkraft in Verbin dung mit wenigstens einer Federkraft (8, F_V) in zwei Endstellungen gebracht wird, wobei dem Anker (5) Polflächen wenigstens eines Magnetjochs (1a, 2a) gegenüberstehen, über die die Magnetkraft auf den Anker (5) einwirkt, und wo bei der Anker (5) ein zu bewegendes Teil antreibt, dadurch gekennzeichnet, daß die Polflächen des wenigstens einen Jochs (1a, 2a) und/oder die diesen Flächen gegenüberstehenden Flächen des Ankers (5) ein solches Profil (1a', 2a') aufweisen, daß in der wenigstens einen Endstellung des Ankers (5) ein gewünschter minimaler Luftspalt zwischen den magnetisch wirksamen Flächen vorhanden ist.

10. Elektromagnetischer Aktuator nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß er tiefe Joche (1a, 2a) und einen entsprechend tiefen Anker (5) aufweist (Tiefe T zu Breite B < 1,5).