DE10053596A1 - Elektromagnetischer Aktuator zur Betätigung eines Stellgliedes - Google Patents

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf einen elektromagnetischen Aktuator zur Betätigung eines Stellgliedes, der zumindest einen in einem Gehäuse angeordneten Elektromagneten aufweist, welcher auf einen aus im wesentlichen zum Gaswechselventil hin ausgerichteten Blechen aufgebauten Anker wirkt. DOLLAR A Um einen elektromagnetischen Aktuator zur Betätigung eines Stellgliedes weiterzuentwickeln, wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, daß mindestens ein Blech des Ankers mindestens eine Durchgangsöffnung aufweist, welche einen Kanal zum Transport eines Mittels bildet.

Description

Die Erfindung betrifft einen elektromagnetischen Aktuator zur Betätigung eines Stellgliedes gemäß dem Oberbegriff des An­ spruchs 1.

Aus der WO 00/46490 ist ein gattungsgemäßer elektromagnetischer Aktuator zur Betätigung eines Stellgliedes bekannt, wobei es sich bei dem Stellglied um ein Gaswechselventil einer Brenn­ kraftmaschine handelt. Der Aktuator weist mindestens einen Elektromagneten, der durch einen eine Polfläche aufweisenden Jochkörper mit Spule gebildet wird, und ein in bezug auf die Polfläche über einen Führungsbolzen hin und her bewegbares An­ kerelement auf. Das Ankerelement besteht aus einer Ankerplatte, die mit dem Führungsbolzen fest verbunden ist. Die Ankerplatte weist zwei Deckbleche auf, zwischen denen ein Lamellenpaket aus einer Vielzahl von fest miteinander verbundenen Blechlamellen angeordnet ist, die senkrecht zu den Deckblechen ausgerichtet und mit diesen verbunden sind.

Ferner ist aus der älteren Anmeldung DE 100 35 759.8 ein elek­ tromagnetischer Aktuator zur Betätigung eines Gaswechselventi­ les einer Brennkraftmaschine mit einem Schwenkanker bekannt, der zwischen zwei Elektromagneten schwenkbar um eine Achse ge­ lagert ist. Der Anker weist einen Kanal zum Transport eines Mittels auf, wobei der Kanal quer zur Bewegungsrichtung des An­ kers durch den Anker geführt ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen gattungsgemäßen Aktuator weiterzuentwickeln.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im Kennzeichen des Anspruchs 1 gegebenen Merkmale gelöst.

Ein wesentlicher Vorteil der Erfindung besteht in der einfachen Fertigung des Kanales. Der Kanal entsteht automatisch beim Zu­ sammenfügen der einzelnen Bleche zum Anker, d. h. vor dem Zusam­ menbau ist lediglich die Durchgangsöffnung beispielsweise mit­ tels Laserschneiden oder Stanzen in das Blech einzubringen. Nach dem Zusammenfügen der einzelnen Blechen zu einem den Anker bildenden Blechpaket, ist die Durchgangsöffnung seitlich von den benachbarten Blechen begrenzt. Sieht man nun vorteilhafter­ weise mehrere Bleche mit mehreren Durchgangsöffnungen vor, so lassen sich durch Gruppierung und Schachtelung der die Durch­ gangsöffnungen aufweisenden Bleche beliebige Querschnitte und Verläufe des Kanals darstellen. Innerhalb eines Bleches können auch gekrümmte Konturen dargestellt werden, was beim Bohren des Kanales nicht möglich wäre. Der Kanal kann vorteilhafterweise mit geringem konstruktivem Aufwand zur Versorgung eines Spielausgleichselementes und/oder zur Schmierung der Lagerstel­ len des Ankers und/oder zur Kühlung des Ankers dienen.

Weitere Ausgestaltungen und Vorteile der Erfindung gehen aus den übrigen Unteransprüchen und der Beschreibung hervor.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist im folgenden in drei Zeichnungen mit weiteren Einzelheiten näher erläutert, und zwar zeigen:

Fig. 1 einen Querschnitt durch einen schematisch dargestellten erfindungsgemäßen Aktuator mit einem aus Blechen aufge­ bauten Anker, der einen erfindungsgemäßen Kanal auf­ weist,

Fig. 2 eine Seitenansicht auf den geblechten Anker in perspek­ tivischer Darstellung mit zwei aus dem Blechpaket her­ ausgelösten Einzelblechen, und

Fig. 3 einen teilweisen Längsschnitt durch den Anker.

Fig. 1 zeigt einen elektromagnetischen Aktuator 1 zur Betäti­ gung eines Stellgliedes, bei dem es sich im vorliegenden Fall um ein Gaswechselventil 2 einer nicht näher dargestellten Brennkraftmaschine handelt. Der Aktuator 1 besitzt eine elek­ tromagnetische Einheit mit zwei Elektromagneten 3 und 4, einem Öffnungsmagneten 3 und einem Schließmagneten 4. Jeder der Elek­ tromagnete 3, 4 besitzt eine auf einem nicht näher dargestell­ ten Spulenträger aufgewickelte Magnetspule 3a, 4a und ein Joch 3b, 4b mit zwei Jochschenkeln, welche mit ihren Stirnseiten Polflächen 3c, 4c bilden. Zwischen den Polflächen 3c, 4c ist ein Schwenkanker 5 um eine Achse hin und her schwenkbar gela­ gert. Der Schwenkanker 5 wirkt über ein Spielausgleichselement 6 und über einen Ventilschaft 7 auf das Gaswechselventil 2. Der Ventilschaft 7 ist über eine nicht dargestellte Schaftführung in einem Zylinderkopf der Brennkraftmaschine axial verschiebbar gelagert.

Gemäß Fig. 2 ist der Schwenkanker 5 aus im wesentlichen in Richtung zum Gaswechselventil 2 ausgerichteten Blechen aufge­ baut, welche fest beispielsweise mittels Crimpen oder Schweißen miteinander verbunden sind. Erfindungsgemäß weist mindestens ein Blech 8 des Schwenkankers 5 mindestens eine Durchgangsöffnung 9 mit einem frei wählbaren Querschnitt wie beispielsweise einem ovalen Schlitz auf, welcher einen Kanal 10 für den Transport eines Mittels bildet. In Fig. 2 weisen Blech 8a und 8b jeweils zwei Durchgangsöffnungen 9a und 9b sowie 9c und 9d auf, die seitlich von den benachbarten Blechen 8c und 8d begrenzt sind, wobei die Durchgangsöffnung 9b des Bleches 8a einen Einlaß 22 für das Mittel und die Durchgangsöffnung 9c des Bleches 8b ei­ nen Auslaß 23 für das Mittel aufweist. Die Durchgangsöffnungen 9a bis 9d sind beispielsweise mittels Laserschneiden oder Stan­ zen in die Bleche 8a, 8b des Schwenkankers 5 eingebracht und jeweils mit in Fig. 3 dargestellten Überlappungsbereichen 11 versehen, über welche sie zur Bildung des Kanales 10 unterein­ ander in Verbindung stehen, wobei die Durchgangsöffnung 9b des Bleches 8a über den Einlaß 22 noch zusätzlich mit einem Ölein­ trittskanal 12 (Fig. 3) und die Durchgangsöffnung 9c des Ble­ ches 8b über den Auslaß 23 mit dem Spielausgleichselement 6 (Fig. 1) in Verbindung steht.

Ferner besitzt der Aktuator 1 gemäß Fig. 1 einen Federmechanis­ mus mit zwei vorgespannten Ventilfedern, und zwar mit einer hier nicht dargestellten, als Drehstabfeder ausgebildeten, in Öffnungsrichtung 13 wirkenden Ventilfeder und mit einer als Schraubendruckfeder ausgebildeten, in Schließrichtung 14 wir­ kenden Ventilfeder 15. Der Schwenkanker 5 ist fest mit einer hohlen Schwenkachse 16 verschweißt, welche, hier nicht darge­ stellt, in zwei Lagerstellen im Aktuatorgehäuse 21 gelagert ist. Die hier nicht dargestellte Drehstabfeder ist mit einem Ende mit dem Aktuatorgehäuse 21 drehfest verbunden und wirkt über die Schwenkachse 16, den Schwenkanker 5 und über den Ven­ tilschaft 7 auf das Gaswechselventil 2. Die Schraubendruckfeder 15 stützt sich über eine erste Federauflage 17 am Zylinderkopf ab und wirkt über eine zweite Federauflage 18 und über den Ven­ tilschaft 7 auf das Gaswechselventil 2. Bei nicht erregten Elektromagneten 3, 4 wird der Schwenkanker 5 durch die Ventil­ federn 15 in einer Gleichgewichtslage zwischen den Polflächen 3c, 4c der Elektromagneten 3, 4 gehalten.

Wird der Aktuator 1 beim Start aktiviert, wird entweder der Schließmagnet 4 oder der Öffnungsmagnet 3 kurzzeitig übererregt oder der Schwenkanker 5 mit einer Anschwingroutine mit seiner Resonanzfrequenz angeregt, um aus der Gleichgewichtslage ange­ zogen zu werden. In geschlossener Stellung des Gaswechselven­ tils 2 liegt der Schwenkanker 5 an der Polfläche 3c, 4c des er­ regten Schließmagneten 4 und wird von diesem gehalten. Der Schließmagnet 4 spannt die in Öffnungsrichtung 13 wirkende Ven­ tilfeder weiter vor. Um das Gaswechselventil 2 zu öffnen, wird der Schließmagnet 4 ausgeschaltet und der Öffnungsmagnet 3 ein­ geschaltet. Die in Öffnungsrichtung 13 wirkende Ventilfeder be­ schleunigt den Schwenkanker 5 über die Gleichgewichtslage hin­ aus, so daß dieser von dem Öffnungsmagneten 3 angezogen wird.

Der Schwenkanker 5 legt sich an die Polfläche 3c des Öffnungs­ magneten 3 an und wird von diesem festgehalten. Um das Gaswech­ selventil 2 wieder zu schließen, wird der Öffnungsmagnet 3 aus­ geschaltet und der Schließmagnet 4 eingeschaltet. Die in Schließrichtung 14 wirkende Ventilfeder 15 beschleunigt den Schwenkanker 5 über die Gleichgewichtslage hinaus zum Schließ­ magneten 4. Der Schwenkanker 5 wird vom Schließmagneten 4 ange­ zogen, legt sich an die Polfläche 4c des Schließmagneten 4 an und wird von diesem festgehalten.

Von einem nicht näher dargestellten Druckanschluß gelangt Brennkraftmaschinenöl in den Hohlraum 19 der Schwenkachse 16. Aus dem Hohlraum 19 gelangt das Brennkraftmaschinenöl über den Öleintrittskanal 12 in den erfindungsgemäßen Kanal 10, welcher in einen an den Schwenkanker 5 angeformten, einen Ventiltrieb bildenden Vorsprung 20 führt, von dem das Brennkraftmaschinenöl zur Druckmittelversorgung in das Spielausgleichselement 6 ge­ leitet wird.

Ferner kann der Kanal 10 derart ausgebildet sein, daß er zu­ sätzlich oder ausschließlich die Lagerstellen des Schwenkankers 5 mit Öl versorgt und/oder zur Kühlung des Schwenkankers 5 dient. Demgemäß kann das im Kanal 10 geführte Mittel von ver­ schiedenen Stoffen gebildet sein, die beispielsweise in erster Linie zum Wärmeabtransport oder zur Schmierung ausgelegt sind. Besonders vorteilhaft wird das Mittel jedoch von einem Brenn­ kraftmaschinenöl gebildet, das als Druckmittel für ein Spielausgleichselement, zur Kühlung und zur Schmierung genutzt werden kann und in einer Brennkraftmaschine grundsätzlich zur Verfügung steht. Um eine vorteilhafte Kühlung des Ankers zu er­ reichen, kann der Kanal 10 quer zur Bewegungsrichtung des An­ kers durch den Anker geführt sein. Um bei geringem Druckverlust eine große Kühlfläche und eine vorteilhafte Wärmeabfuhr aus dem Anker zu erreichen, kann der Kanal kurvenförmig bzw. mäander­ förmig durch den Anker geführt sein.

Claims (9)

1. Elektromagnetischer Aktuator (1) zur Betätigung eines Stellgliedes (2), der zumindest einen in einem Gehäuse (21) angeordneten Elektromagneten (3, 4) aufweist, welcher auf einen aus im wesentlichen zum Gaswechselventil (2) hin aus­ gerichteten Blechen (8) aufgebauten Anker (5) wirkt, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein Blech (8a, 8b) des Ankers (5) min­ destens eine Durchgangsöffnung (9a bis 9d) aufweist, welche einen Kanal (10) für den Transport eines Mittels bildet.

2. Elektromagnetischer Aktuator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die mindestens eine Durchgangsöffnung (9a bis 9d) des Bleches (8a, 8b) seitlich von den benachbarten Blechen (8c, 8d) begrenzt ist und mindestens einen Einlaß (22) so­ wie mindestens einen Auslaß (23) für das Mittel aufweist.

3. Elektromagnetischer Aktuator nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Bleche (8a, 8b) Durchgangsöffnungen (9a bis 9d) aufweisen, welche jeweils mit Überlappungsbereichen (11) versehen sind, über die jede Durchgangsöffnung (9a bis 9d) mit mindestens einer im benachbarten Blech (8a, 8b) eingebrachten Durchgangsöffnung (9a bis 9d) in Verbindung steht.

4. Elektromagnetischer Aktuator nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß über den Kanal (10) ein Spielausgleichselement (6) mit Druckmittel versorgt ist.

5. Elektromagnetischer Aktuator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Anker (5) als Schwenkanker ausgebildet ist, der in mindestens zwei Lagerstellen gelagert ist.

6. Elektromagnetischer Aktuator nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß über den Kanal (1 0) die Lagerstellen des Schwenkan­ kers (5) mit Schmiermittel versorgt sind.

7. Elektromagnetischer Aktuator nach Anspruch 1, 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Kanal (10) zur Kühlung des Ankers (5) dient.

8. Elektromagnetischer Aktuator nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Durchgangsöffnungen (9a bis 9d) gekrümmte Kon­ turen aufweisen.

9. Elektromagnetischer Aktuator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es sich bei dem Stellglied (2) um ein Gaswechsel­ ventil einer Brennkraftmaschine handelt.