DE19922422A1 - Elektromagnetischer Stellantrieb - Google Patents

Abstract

Zur Befestigung der Spulenkerne (5, 6) bei einem elektromagnetischen Stellantrieb werden Balken (42) verwendet, die in Schlitzen (38) des Spulenkerns (5, 6) sitzen, in die die Wicklung (7, 8) eingesetzt wird. Die Balken (42) sind mit dem Gehäuse (1, 3) verschraubt, in dem der Spulenkern (5, 6) samt Wicklung (7, 8) Aufnahme findet. Alternativ dazu kann der Spulenkern (5, 6) direkt mit dem Gehäuse (1, 3) vergossen werden. Dann muß er geeignete Hinterschneidungen (40) aufweisen.

Description

Die Erfindung betrifft einen elektromagnetischen Stellan­ trieb, insbesondere für ein Gaswechselventil einer Brenn­ kraftmaschine, gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1, 5 oder 7.

Stellantriebe für Gaswechselventile von Brennkraftmaschinen sind bekannt. Im Gegensatz zu nockenwellenbetätigten Ventilen werden elektromagnetisch betätigte Ventile zum Öffnen und Schließen in Abhängigkeit von der Drehlage der Kurbelwelle angesteuert. Dabei muß der Stellantrieb in der Lage sein, ho­ he Kräfte aufzubringen, insbesondere beim Öffnen eines Aus­ laßventils, und die jeweilige Endstellung des Gaswechselven­ tils beim Öffnen und Schließen muß mit Sicherheit erreicht werden.

Ein elektromagnetischer Stellantrieb gemäß dem Oberbegriff des Hauptanspruches ist aus DE 197 35 375 C2 bekannt.

Ein solcher Stellantrieb weist einen Anker auf, der von zwei gegensinnig wirkenden Federn in einer Mittelstellung zwischen zwei Elektromagneten gehalten wird. Durch Bestromung eines der Elektromagneten kann der Anker in die jeweilige, dem Elektromagneten zugeordnete Endstellung angezogen und dort gehalten werden. Um den Stellantrieb von einer Endstellung in die andere zu überführen, wird die Bestromung der haltenden Spule beendet und die andere Spule bestromt, wodurch der An­ ker unter der Kraft der Federn sowie des eingeschalteten Elektromagneten in die andere Endstellung bewegt wird. Der Anker sowie der Ankerschaft und das davon angetriebene Gas­ wechselventil sowie die Federn stellen zusammen einen Fe­ der/Masse-Schwinger dar.

Da zum Anziehen bzw. Halten des Ankers in einer Endstellung die Kraft einer der Federn überwunden bzw. kompensiert werden muß, müssen die Elektromagneten entsprechend dimensioniert sein. Dazu ist es bekannt, ferromagnetische Spulenkerne zu verwenden, in die jeweils eine Wicklung eingesetzt ist. Dabei ist der Befestigung des Spulenkörpers deswegen Beachtung zu schenken, da an dieser Befestigung die gesamte vom jeweiligen Elektromagneten aufgebrachte Kraft abgestützt werden muß.

Aus dem Stande der Technik ist dazu nur bekannt, daß nach DE 197 35 375 C2 die beiden Elektromagneten in einem mehrteili­ gen Gehäuse angeordnet sind, dessen einzelne Gehäuseteile un­ tereinander verspannt sind.

Es ist somit Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein elektro­ magnetisches Stellantrieb zu schaffen, dessen Spulenkerne einfach und dennoch sicher befestigt sind.

Diese Aufgabe wird durch die in den Ansprüchen 1, 5 und 7 ge­ kennzeichnete Erfindung gelöst.

Erfindungsgemäß ist jeder Spulenkern mit Schlitzen versehen, in denen die jeweilige Wicklung aufgenommen wird. In diesen Schlitzen liegt ebenfalls ein Balken, der über Befestigungs­ mittel mit dem Teil eines mehrteiligen Gehäuses verbunden ist, in dem der Spulenkern sitzt. Auf diese Weise ist der Spulenkern im entsprechenden Gehäuseteil verankert. Vorzugs­ weise sind dabei die Balken von unten, d. h. von der dem Anker abgewandten Seite mit dem Gehäuse verschraubt und liegen un­ ter der Wicklung, die ja bei einem Elektromagneten bekannter­ weise nicht gesondert gesichert werden muß. Im Gehäuse liegen vorzugsweise nur die Spulenkerne mit Wicklungen sowie der An­ ker.

In einer alternativen Ausführungsform hat der Spulenkern Hin­ terschneidungen, die formschlüssig in entsprechende Vorsprün­ ge des Gehäuses greifen.

In einer Ausführungsform sitzt der Anker auf einem Anker­ schaft, der durch ein Loch im Spulenkern und durch das Gehäu­ se läuft. Zur Führung des Ankerschaftes werden Laufbuchsen von den im Gehäuse befestigten Spulenkernen in Öffnungen des Gehäuses gehalten.

Durch die erfindungsgemäße Befestigung des Spulenkerns ist eine sichere und zugleich einfach zu bewerkstelligende Veran­ kerung des Spulenkerns geschaffen.

Durch die Erfindung wird somit ein elektromagnetischer Stel­ lantrieb geschaffen, dessen Spulenkern unter Vermeidung um­ ständlicher Befestigungsverfahren sicher mit dem Gehäuse ver­ bunden ist. Die dazu vorgeschlagene Befestigung ermöglicht es weiter, das Gehäuse material- und platzsparend auszuführen, so daß der elektromagnetische Stellantrieb zusätzlich eine geringe Baugröße erhält.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Un­ teransprüchen gekennzeichnet.

Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnung in Ausführungsbeispielen näher erläutert. Die Zeichnung zeigt:

Fig. 1 ein Schnitt durch einen elektromagnetischen Stellantrieb,

Fig. 2 eine Explosionsdarstellung von Gehäuse, Spu­ lenkern und Balken,

Fig. 3 eine Darstellung eines Gehäuses mit eingesetz­ tem Spulenkern und eingesetzter Wicklung,

Fig. 4 eine Explosionsdarstellung von Gehäuse mit eingesetztem Spulenkern und Wicklung,

Fig. 5 eine Draufsicht auf ein Gehäuse mit eingesetz­ tem und befestigtem Spulenkern vor dem Einsetzen der Wick­ lung,

Fig. 6 eine Schnittdarstellung durch das Gehäuse und den Spulenkern der Fig. 5,

Fig. 7 eine andere Schnittdarstellung durch das Ge­ häuse und den Spulenkern der Fig. 5 und

Fig. 8 und 9 Schnittdarstellungen von im Gehäuse vergosse­ nen Spulenkernen.

Das elektromagnetische Stellantrieb der Fig. 1 ist am Zylin­ derkopf 60 einer Brennkraftmaschine befestigt und treibt ein Gaswechselventil an. Dazu weist der Stellantrieb in einem Ge­ häuse einen plattenförmigen Anker 10 auf, der auf einem An­ kerschaft 9 sitzt, welcher wiederum auf einem Ventilschaft 64 aufliegt. Der Ankerschaft 9 ragt dabei in eine Vertiefung 63 des Zylinderkopfes, in der das Gaswechselventil sitzt, das einen Ventilteller 62 mit Ventilsitz 61 hat.

Der Ventilteller 62 wird von einer Feder 68, die zwischen ei­ ner Unterlegscheibe 69, die in der Vertiefung 63 am Zylinder­ kopf 60 aufliegt, und einem am Ventilschaft 64 befestigten Ventilfederteller 67 eingespannt ist, nach oben auf eine End­ stellung hin gedrückt, in der der Ventilsitz 61 das Gaswech­ selventil schließt.

Die Feder 68 wirkt dabei auch auf den Ankerschaft 9 und den Anker 10. Ihr entgegenwirkend ist zwischen einem am Anker­ schaft befestigten Ankerfederteller 13 und einer am Gehäuse aufliegenden Unterlegscheibe 11 eine Feder 12 eingespannt, die den Ankerschaft 9 nach unten drückt.

Der Anker 9 befindet sich im Gehäuse, das aus einem unteren Gehäuseteil 3, einem oberen Gehäuseteil 1 und einem Gehäuse­ mittelteil 2 aufgebaut ist, zwischen zwei Elektromagneten. Der untere Elektromagnet besteht aus einem unteren Spulenkern 6 und einer unteren Wicklung 8, der obere Elektromagnet aus einem oberen Spulenkern 5 und einer oberen Wicklung 7. Die Gehäuseteile sind miteinander verschraubt.

Die Wicklungen 7, 8 werden von geeigneten Treiberschaltungen bestromt, die von einer Steuerschaltung angesteuert werden.

Die Stirnflächen der Spulenkerne sind Anschläge für den Anker 10 und definieren dessen Endstellungen. Die Federn 12, 68 halten den Anker 10 bei unbestromten Wicklungen 7, 8 in einer Ruhelage zwischen diesen Endstellungen, aus der er mittels Elektromagneten auslenkbar ist.

In den Fig. 3 und 4 sind das untere Gehäuse 3 mit dem Spu­ lenkern 6 und die Wicklung 8 genauer dargestellt.

Fig. 4 zeigt eine perspektivische Explosionsdarstellung des unteren Gehäuseteils 3 mit Spulenkern 6 und der Wicklung 8, und Fig. 3 diese drei Bauteile mit eingesetzter Wicklung 8. Der Spulenkern 6 besteht aus einem ferromagnetischen Materi­ al. beispielsweise "Vacoflux 17". Er weist mit dem Gehäuse­ teil 3 geeignete Schlitze 38 auf, in die die Wicklung 8 so eingesetzt werden kann, daß ihre Anschlüsse 37 aus dem Gehäu­ se herausragen. Durch ein Loch 45 im Spulenkern läuft der An­ kerschaft 9. Die Polfläche 19 wird durch die Flächen 19a, 19b und 19c gebildet. An dieser Polfläche 19 liegt der Anker 10 an, wenn er in der entsprechenden Endstellung ist.

Das obere Gehäuseteil 1 mit dem oberen Spulenkern 5 und der Wicklung 7 ist ähnlich aufgebaut wie das untere Gehäuseteil 3 und dessen Spulenkern 6 mit der Wicklung 8.

Die Befestigung der Spulenkerne 5, 6 ist beispielhaft am un­ teren Gehäuseteil 3 in den Fig. 2, 5, 6 und 7 dargestellt.

Das Gehäuseteil 3 hat eine Öffnung, in die der Spulenkern 6 eingesetzt werden kann. Dieser Spulenkern 6 hat die beschrie­ benen Schlitze 38. In diese Schlitze 38 werden zwei Balken 42 eingelegt, die in der Darstellung der Fig. 2 von unten gese­ hen mit Schrauben 44 mit dem Gehäuseteil 3 verschraubt wer­ den. Fig. 5 zeigt diesen Aufbau in einer Draufsicht von oben, in der die Balken 42 gut zu erkennen sind. Fig. 6 zeigt einen Querschnitt mit einem in einem Schlitz 38 liegenden Balken 42 der mit zwei Schrauben 44 mit dem Gehäuseteil 3 verbunden ist, wodurch der Balken 42 den Spulenkern 6 im Gehäuseteil 3 sichert. Fig. 7 zeigt einen Längsschnitt, in dem gut zu er­ kennen ist, wie die Balken 42 in den Schlitzen 38 liegen.

Zur Führung des Ankerschaftes 9 am Gehäuseteil 3 ist eine Laufbuchse 4 vorgesehen. Diese Laufbuchse 4 wird vom Spulen­ kern 6 am Gehäuseteil 3 gesichert. Dies ist in Fig. 2, beson­ ders gut jedoch in Fig. 4 zu sehen. Der Spulenkern 6 hat das Loch 45, durch das der Ankerschaft 9 läuft. Die Laufbuchse 4 sitzt, wie in Fig. 7 gut zu erkennen ist, in einer Öffnung im Gehäuseteil 3, die fluchtend zum Loch 45 des Spulenkerns 6 liegt. Die Laufbuchse 4 hat als vergrößerten Kopfabschnitt einen Ringflansch, der in einer entsprechenden Ausnehmung des Gehäuseteils 3 sitzt, so daß die Buchse 4 fest in der Öffnung des Gehäuseteils 3 gesichert ist. Natürlich kann anstelle ei­ nes Ringflansches auch ein anders ausgebildeter Kopfab­ schnitt, beispielsweise ein kegeliger Kopfabschnitt, vorgese­ hen werden.

Die Befestigung des Spulenkerns 6 mittels der Balken 42 er­ möglicht eine einfache Montage, da lediglich wenige Schrauben nötig sind, die noch dazu von gut zugänglicher Seite, d. h. von unten in das Gehäuseteil 3 gesteckt und mit dem Balken 42 verschraubt werden. Anstelle der Schrauben 44 sind natürlich auch andere Befestigungselemente möglich, beispielsweise kön­ nen die Balken 42 mit dem Gehäuseteil 3 vernietet oder verra­ stet werden. Auch Schnappverschlüsse sind denkbar.

In einer alternativen Ausführungsform zur Befestigung der Spulenkerne 5, 6 im Gehäuseteil 1, 3 kann auf separate Befe­ stigungsmittel verzichtet werden. Diese Ausführungsform ist in Fig. 8 wieder am Beispiel des unteren Gehäuseteils 3 dar­ gestellt. Der Spulenkern 6 weist Hinterschneidungen 40 auf, die mit entsprechenden Vorsprüngen des Gehäuseteils 3 verra­ stet sind. Zur weiteren Befestigung kann der Spulenkern 6 mittels einer aushärtenden Gußmasse 46 zusätzlich im Gehäuse­ teil 3 vergossen sein, so daß Gehäuseteil 3 und Spulenkern 6 fest miteinander verbunden sind.

In einer Abwandlung dieser Ausführungsform weisen sowohl die Spulenkerne 5, 6 als auch die Gehäuseteile 1, 3 Hinterschnei­ dungen auf. Dies ist in Fig. 9 wieder am Beispiel des unteren Gehäuseteils 3 dargestellt. Zur Befestigung wird in den von den Hinterschneidungen gebildeten Hohlraum eine Gußmasse 46 eingebracht, die nach dem Erhärten den Spulenkern 6 mit dem Gehäuseteil 3 verbindet.

Claims (10)

1. Elektromagnetischer Stellantrieb, insbesondere für ein Gaswechselventil einer Brennkraftmaschine, mit einem Anker (10), der durch mindestens einen Elektromagneten in einem Ge­ häuse (1, 3) zwischen zwei Endstellungen axial bewegbar ist, wobei der Elektromagnet einen ferromagnetischen Spulenkern (5, 6) aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (1, 3) mehrteilig ist, und daß der ferromagnetische Spulen­ kern (5, 6) Schlitze (38) aufweist, in denen eine Wicklung (7, 8) aufgenommen ist und mindestens ein Balken (42), der in den Schlitzen (38) des Spulenkerns (5, 6) liegt, über Befe­ stigungsmittel (44) mit dem jeweiligen Gehäuseteil (1, 3) verbunden ist und so den Spulenkern (5, 6) im jeweiligen Ge­ häuseteil (1, 3) verankert.

2. Elektromagnetischer Stellantrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Befesti­ gungsmittel (44) den Balken (42) an der dem Anker (10) abge­ wandten Seite des Gehäuses (1, 3) verankern.

3. Elektromagnetischer Stellantrieb nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Wicklung (7, 8) sich zwischen dem Balken (42) und dem Anker (10) be­ findet.

4. Elektromagnetischer Stellantrieb nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Befestigungsmittel (44) Schrauben sind, die in Gewinde am Balken (42) eingreifen.

5. Elektromagnetischer Stellantrieb, insbesondere für ein Gaswechselventil einer Brennkraftmaschine, mit einem Anker (10), der durch mindestens einen Elektromagneten in einem Ge­ häuse (1, 3) axial zwischen zwei Endstellungen bewegbar ist, wobei der Elektromagnet einen ferromagnetischen Spulenkern (5, 6) aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse mehrteilig ist, jedes entsprechende Gehäuseteil (1, 3) Vor­ sprünge und jeder zugeordnete Spulenkern (5, 6) Hinterschnei­ dungen (40) aufweist, die den Spulenkern (5, 6) durch Form­ schluß im zugeordneten Gehäuseteil (1, 3) verankern.

6. Elektromagnetischer Stellantrieb nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß einer der Spulenkern (5, 6) im entsprechenden Gehäuseteil (1, 3) ver­ gossen ist.

7. Elektromagnetischer Stellantrieb insbesondere für ein Gas­ wechselventil einer Brennkraftmaschine mit einem Anker (10), der durch mindestens einen Elektromagneten in einem Gehäuse (1, 3) axial zwischen zwei Endstellungen bewegbar ist, wobei der Elektromagnet einen ferromagnetischen Spulenkern (5, 6) aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse mehrteilig ist, jedes entsprechende Gehäuseteil (1, 3) und jeder zugeordnete Spulenkern (5, 6) Hinterschneidungen (40) aufweist, die zusammen einen Hohlraum bilden, in dem eine er­ härtete Gußmasse (46) den Spulenkern (5, 6) mit dem Gehäuse­ teil (1, 3) verbindet.

8. Elektromagnetischer Stellantrieb nach einem der bisherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Anker (10) auf einem Ankerschaft (9) befestigt ist, der durch ein Loch (45) im Spulenkern (5, 6) läuft, und daß eine Laufbuchse (4) für den Ankerschaft (9) fluchtend mit dem Loch (45) in eine Öffnung des Gehäuseteils (1, 3) eingesetzt ist.

9. Elektromagnetischer Stellantrieb nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Lauf­ buchse (4) vom Spulenkern (5, 6) im Gehäuseteil (1, 3) gehal­ ten wird.

10. Elektromagnetischer Stellantrieb nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Lauf­ buchse (4) einen Kopfabschnitt aufweist, der größer ist als die Öffnung des Gehäuseteils (1, 3) und in einer geeigneten Ausnehmung des Gehäuseteils (1, 3) und/oder des Spulenkerns (5, 6) zu liegen kommt.