DE202004011676U1

DE202004011676U1 - Elektromagnetische Linear-Stelleinrichtung

Info

Publication number: DE202004011676U1
Application number: DE202004011676U
Authority: DE
Original assignee: TRW Automotive GmbH
Current assignee: ZF Automotive Germany GmbH
Priority date: 2004-07-26
Filing date: 2004-07-26
Publication date: 2004-12-16
Anticipated expiration: 2014-07-27

Abstract

Elektromagnetische Linear-Stelleinrichtung, insbesondere zur Betätigung eines Gaswechselventils in einer Verbrennungskraftmaschine, mit
wenigstens einem Topfkern (10"), der eine zu einer Mittelachse (M) des Topfkerns (10") senkrechte Auflagefläche (20') aufweist, und
einer in Axialrichtung beweglichen, im wesentlichen scheibenförmigen Ankerplatte (22'),
wobei der Topfkern (10") auf der der Ankerplatte (22') zugewandten Seite einen erhöhten äußeren Randabschnitt (26) aufweist.

Description

Die Erfindung betrifft eine elektromagnetische Linear-Stelleinrichtung, insbesondere zur Betätigung eines Gaswechselventils in einer Verbrennungskraftmaschine. Elektromagnetische Linear-Stelleinrichtungen weisen als wesentliche Bauteile einen Topfkern und eine bewegliche Ankerplatte auf.
Ein Beispiel für eine Stelleinrichtung zur Betätigung eines Gaswechselventils in einer Verbrennungskraftmaschine mit einem schwingfähigen Feder-Masse-System ist in der DE-A-198 25 728 gezeigt. Die Ankerplatten solcher Stelleinrichtungen sind in der Regel rechteckig ausgebildet. Dies hat folgenden Grund: Die maximale Breite einer Ankerplatte ist durch den Ventilabstand begrenzt, so daß eine Stelleinrichtung mit einer rechteckigen Ankerplatte und einer entsprechenden rechteckigen Polfläche des Topfkerns eine größere Magnetkraft auf die Ankerplatte ermöglicht als z.B. ein runder Stellantrieb mit einer scheibenförmigen Ankerplatte. Die magnetisch wirksame Fläche kann gegebenenfalls durch Ausdehnung der Ankerplatte und der Polfläche in Längsrichtung noch vergrößert werden.
Nachteilig bei solchen Stelleinrichtungen ist, daß rechteckige Ankerplatten einen hohen Fertigungsaufwand haben. Außerdem müssen rechteckige Ankerplatten durch geeignete Führungen gegen ein Verdrehen gesichert werden, was neben dem erhöhten Material- und Montageaufwand auch zu einem schnelleren Verschleiß der Stelleinrichtungen führt.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine einfach aufgebaute, leistungsfähige elektromagnetische Linear-Stelleinrichtung mit leicht zu fertigenden Bauteilen zu schaffen.
Zur Lösung dieser Aufgabe wird eine elektromagnetische Linear-Stelleinrichtung, vorgeschlagen, mit wenigstens einem Topfkern, der eine zu einer Mittelachse des Topfkerns senkrechte Auflagefläche aufweist, und einer in Axialrichtung beweglichen, im wesentlichen scheibenförmigen Ankerplatte, wobei der Topfkern auf der der Ankerplatte zugewandten Seite einen erhöhten äußeren Randabschnitt aufweist. Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, daß sich durch eine besondere Formgebung des Randabschnitts des Topfkerns eine gezielte Beeinflussung der Magnetkraftkennlinie erreichen läßt. Dies führt zu einer deutlichen Erhöhung der Magnetkräfte, wenn der Luftspalt zwischen Polfläche und Ankerplatte groß ist, z.B. beim Anschwingen aus der Mittellage. Somit wird im Hinblick auf eine vorteilhafte Serienfertigung die Verwendung scheibenförmiger Ankerplatten ermöglicht, die leicht zu fertigen sind und keine Verdrehsicherung oder Führung benötigen.
Vorteilhafte und zweckmäßige Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Stelleinrichtung sind in den Unteransprüchen angegeben.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung und aus den beigefügten Zeichnungen, auf die Bezug genommen wird. In den Zeichnungen zeigen:
1 eine Draufsicht auf einen Topfkern einer Stelleinrichtung nach dem Stand der Technik;
2 eine Unteransicht einer Ankerplatte einer Stelleinrichtung nach dem Stand der Technik;
3 eine Schnittansicht entlang der Linie A–A in 1;
4 eine Draufsicht auf einen runden Topfkern;
5 eine Unteransicht einer scheibenförmigen Ankerplatte;
6 eine Draufsicht auf einen Topfkern einer erfindungsgemäßen Stelleinrichtung; und
7 und 8 Schnittansichten entlang der Linie B–B in 6 gemäß zweier verschiedener Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Stelleinrichtung.
Die in den 1 bis 3 gezeigte elektromagnetische Linear-Stelleinrichtung nach dem Stand der Technik weist einen im Querschnitt rechteckigen Topfkern 10 in E–Form mit einer Länge 1 und einer vorgegebenen maximalen Breite b auf. Im Topfkern 10 sind zwei in Längsrichtung parallel verlaufende Nuten 12 gebildet, die den Topfkern 10 in einen Mittelabschnitt 14 und zwei äußere Abschnitte 16 unterteilen. In den Nuten 12 ist eine um den Mittelabschnitt 14 gewickelte Spule (nicht dargestellt) aufgenommen. Der Topfkern 10 weist ferner eine durch den Mittelabschnitt 14 verlaufende zentrale Bohrung 18 auf. Die durch die Nuten 12 unterbrochene Auflagefläche 20 für die Ankerplatte 22 stellt die Polfläche des aus der Spule und dem Topfkern 10 gebildeten Elektromagneten dar. Die Länge 1 und die Breite b der Ankerplatte 22 stimmen mit den entsprechenden Abmessungen der Auflagefläche 20 des Topfkerns 10 überein. An die Ankerplatte 22 ist eine durch die zentrale Bohrung 18 hindurchragende Stange 24 angefügt. Durch Bestromung der Spule bewegt sich die Ankerplatte 22 in Richtung der durch die Bohrung definierten Mittelachse M, um mittels der Stange 24 ein Ventil zu betätigen.
Die 4 und 5 zeigen einen runden Topfkern 10' mit einer umlaufenden Nut 12' bzw. eine scheibenförmige Ankerplatte 22'. Der Topfkern 10' und die Ankerplatte 22' haben beide einen Durchmesser, der gleich der Breite b der zuvor beschriebenen rechteckigen Stelleinrichtung ist. Mit dem Topfkern 10' und der Ankerplatte 22' ließe sich somit eine Stelleinrichtung bauen, deren Querschnitt dem in 3 dargestellten Querschnitt gleicht. Eine solche Stelleinrichtung hätte bei gleicher Breite b eine wesentlich kleinere Polfläche 20' wie die zuvor beschriebene Stelleinrichtung.
6 zeigt schließlich einen Topfkern 10" einer erfindungsgemäßen Stelleinrichtung. Der Topfkern 10" weist im wesentlichen den gleichen runden Aufbau wie der in 4 gezeigte Topfkern 10" auf und kann mit einer scheibenförmigen Ankerplatte 22' verwendet werden, wie sie in 5 dargestellt ist. Der Topfkern 10" und die Ankerplatte 22' sind beim erfindungsgemäßen Stellantrieb zur Verringerung von Wirbelstromverlusten jeweils aus einem weichmagnetischen Werkstoff mit geringer elektrischer Leitfähigkeit ausgebildet. Durch geeignetes Schlitzen oder Blechung des Topfkerns 10" können die Wirbelstromverluste weiter reduziert werden.
Die Besonderheit der erfindungsgemäßen Stelleinrichtung ist der erhöhte äußere Randabschnitt 26 des Topfkerns 10", der in den 7 bis 9 in verschiedenen Ausführungsformen zu sehen ist. Der Randabschnitt 26 ist in einem Bereich gebildet, dessen radiale Entfernung von der Mittelachse M größer als der Radius der Ankerplatte 22' ist. Allerdings ist der Randabschnitt 26, wie in 6 gezeigt, bezüglich der Mittelachse M in Umfangsrichtung an zwei Stellen unterbrochen. Diese beiden Stellen definieren die minimale Breite b des Topfkerns 10".
In den 7 und 8 sind zwei verschiedene Möglichkeiten gezeigt, wie der Randabschnitt 26 gestaltet werden kann, um bei Bestromung der Spule die Magnetfeldlinien so zu optimieren, daß eine möglichst große anziehende bzw. abstoßende Kraft auf die Ankerplatte 22' ausgeübt wird. Bei der Ausführungsform der 7 ist der Randabschnitt 26 in Axialrichtung durch eine ebene, zur Auflagefläche 20 parallele Fläche 28 begrenzt, während die entsprechende Fläche 28' bei der Ausführungsform der 8 geneigt ist.
Mit dem erfindungsgemäßen Stellantrieb können trotz der kleineren Polfläche 20", die der des in 4 gezeigten Topfkerns 10' entspricht, Stellkräfte realisiert werden, die mit denen des in den 1 bis 3 gezeigten Stellantriebs vergleichbar sind.
Bei der Darstellung der Stelleinrichtungen wurde auf Details wie die Spulenwicklung, Federn etc. verzichtet, da diese wie bei bekannten Stelleinrichtungen (z.B. gemäß der DE-A-198 25 728) ausgeführt und dem Fachmann daher an sich bekannt sind.

Claims

Elektromagnetische Linear-Stelleinrichtung, insbesondere zur Betätigung eines Gaswechselventils in einer Verbrennungskraftmaschine, mit wenigstens einem Topfkern (10"), der eine zu einer Mittelachse (M) des Topfkerns (10") senkrechte Auflagefläche (20') aufweist, und einer in Axialrichtung beweglichen, im wesentlichen scheibenförmigen Ankerplatte (22'), wobei der Topfkern (10") auf der der Ankerplatte (22') zugewandten Seite einen erhöhten äußeren Randabschnitt (26) aufweist.
Stelleinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Randabschnitt (26) bezüglich der Mittelachse (M) in Umfangsrichtung unterbrochen ist.
Stelleinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Randabschnitt (26) in einem Bereich liegt, dessen radiale Entfernung von der Mittelachse (M) größer als der Radius der Ankerplatte (22') ist.
Stelleinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Randabschnitt (26) in Axialrichtung durch eine ebene, zur Auflagefläche (20') parallele Fläche (28) begrenzt ist.
Stelleinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Randabschnitt (26) in Axialrichtung durch eine bezüglich der Auflagefläche (20') geneigte Fläche (28') begrenzt ist.