DE29700096U1 - Elektromagnetischer Aktuator zur Betätigung eines Gaswechselventils mit Dämpfungsmitteln zur Verminderung der Körperschallübertragung - Google Patents

Description

Bezeichnung: Elektromagnetischer Aktuator zur Betätigung

eines Gaswechselventils mit Dämpfungsmitteln zur Verminderung der Körperschallübertragung

Beschreibung

Elektromagnetisch betätigbare Aktuatoren weisen wenigstens einen Elektromagneten und einen auf ein Stellglied einwirkenden Anker auf, der mit wenigstens einem Rückstellmittel verbunden ist, so daß der Anker aus einer durch das Rückstellmittel vorgegebenen ersten Stellposition nach Einschalten des Spulenstroms in eine durch die Anlage des Ankers am Elektromagneten definierte zweite Stellposition bewegt werden kann. Elektromagnetische Aktuatoren dieser Art werden beispielweise zur Steuerung der Gaswechselventile an Kolben-Brennkraftmaschinen eingesetzt. Hierbei sind vorzugsweise zwei Elektromagneten vorgesehen, zwischen den jeweils gegen die Kraft eines Rückstellmittels, beispielsweise einer Rückstellfeder, der Anker durch Abschalten des Spulenstroms am haltenden Elektromagneten und Einschalten des Spulenstroms am fangenden Elektromagneten zwischen den beiden Stellpositionen hin- und herbewegt werden kann. Durch eine entsprechende Ansteuerung der einzelnen Aktuatoren der Gaswechselventile kann nun das Ein- und Ausströmen des Arbeitsmediums bewirkt werden, so daß der Arbeitsprozeß nach den jeweiligen Betriebsanforderungen optimal beeinfluß werden kann. Elektromagnetisch betätigbare Aktuatoren für Gaswechselventile sind beispielsweise aus DE-C-30 24 109 bekannt.

Bei elektromagnetischen Aktuatoren der vorstehend bezeichneten Art kommt der Anker jeweils in der einen und in der anderen Stellposition an einer Polfläche des jeweils fangenden bzw. haltenden Elektromagneten zur Anlage. Da für 5 ein sicheres Fangen des Ankers auch noch beim Erreichen der Endposition eine Mindestgeschwindigkeit vorhanden sein muß, ergibt sich zwangsläufig jeweils beim Auftreffen auf

die Polfläche des fangenden Elektromagneten eine entsprechende Geräuschentwicklung, die nicht nur als Luftschall an die Umgebung abgegeben wird sondern auch als Körperschall auf die Brennkraftmaschine weitergegeben und bei der Verwendung an Fahrzeugmotoren auch auf die Karosserie weitergegeben wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen elektromagnetischen Aktuator der vorstehend bezeichneten Art so auszubilden, daß die Körperschallübertragung vermindert wird.

Die erfindungsgemäße Lösung ist gegeben durch einen elektromagnetischen Aktuator, der an einer Kolbenbrennkraftmaschine eines Gaswechselventils befestigt ist und im wesentlichen wenigsten einen, vorzugsweise zwei im Abstand zueinander angeordnete Elektromagneten aufweist, die einen Magnetblock bilden, sowie einen mit dem Gaswechselventil in Verbindung stehenden Anker aufweist, der jeweils in Richtung auf den Elektromagneten gegen die Kraft wenigstens einer Rückstellfeder hin- und herbewegbar geführt ist, wobei der Magnetblock mit Dämpfungsmitteln versehen ist, die eine Körperschallübertragung vermindern. Durch die Anordnung derartiger Dämpfungsmittel wird bei derartigen elektromagnetisehen Aktuatoren zumindest die Körperschallübertragung deutlich vermindert, so daß ggf. nur noch Abschirmungsmaßnahmen gegen die Luftschallausbreitung getroffen werden müssen. Beim Einsatz derartiger elektromagnetischer Aktuatoren zur Betätigung der Gaswechselventile an einer Kolbenbrennkraftmaschine, die als Fahrzeugmotor dient, ergibt sich durch die Anordnung derartiger Dämpfungsmittel im Bereich der Schallentstehung eine erhebliche Verbesserung der Benutzerkomforts.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß die Dämpfungsmittel zwischen dem Magnetblock und der Befestigung an der Kolbenbrennkraftmaschine angeordnet sind.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß bei einem aus Einzelelementen, insbesondere aus zwei Elektromagneten, Distanz- und endseitigen Spannstücken zusammengesetzten Magnetblock, zumindest zwischen den Elektronagneten und den endseitigen Spannstücken die Dämpfungsmittel angeordnet sind und daß Spannelemente für den Zusammenhalt des Magnetblockes vorgesehen sind. Diese Anordnung hat den Vorteil, daß der Magnetblock, d. h. praktisch der Aktuator selbst mit allen seinen Bauteilen als vorgefertigtes Bauteil zur Verfügung steht und daß lediglich bei der Montage am Zylinderkopf die Dämpfungsmittel zwischen dem Magnetblock und den entsprechenden Befestigungsmitteln für den Aktuator eingelegt werden müssen. In Abwandlung hierzu ist es bei einem aus mehreren Einzelelementen zusammengesetzten Aktuator zweckmäßig, wenn auch zwischen den Einzelelementen entsprechende Dämpfungsmittel angeordnet sind. Durch diese Maßnahme werden auch die aneinanderliegenden Berührungsflächen der Einzelelemente hinsichtlich der Schallübertragung gegeneinander entkoppelt und so die.Körperschallübertragung auf die Brennkraftmaschine selbst weiter reduziert wird.

In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß die Dämpfungsmittel als Zwischenlagen aus einem temperaturbeständigen Werkstoff mit gummielastischen Eigenschaften gebildet werden. Derartige Zwischenlagen können aus entsprechend in der Dicke und auch in ihrer Shorehärte bemessenem Flachmaterial formgenau gestanzt werden und sind als Flachelemente einfach zu montieren. Die Dämpfungsmittel können aber auch als Formteile hergestellt werden.

Für eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung wird vorgeschlagen, daß jeweils Begrenzungsmittel vorgesehen sind, die ein definiertes Zusammendrücken der Dämpfungsmittel über die Spannmittel beim Verspannen des Magnetblocks gewährleisten. Hierdurch wird erreicht, daß die Dämpfungsmittel nur um ein vorgegebenes Maß verspannt werden,

was insbesondere für Bauformen von Bedeutung ist, bei denen die Spannmittel zugleich die Befestigung des Magnetblocks an der Kolbenbrennkraftmaschine dienen oder aber zur Fixierung der den Magnetblock bildenden Einzelelemente dienen. Da die Spannmittel zweckmäßigerweise als Spannschrauben ausgebildet sind, kann die Befestigung der Einzelelemente auch untereinander und/oder die Befestigung des Magnetblocks an der Kolbenbrennkraftmaschine mit der für eine feste Verbindung erforderlichen Anzugskraft erfolgen, ohne daß dies nachteilige Auswirkungen auf die dazwischenliegenden Dämpfungsmittel hat.

In zweckmäßiger Ausgestaltung der Erfindung ist jeweils vorgesehen, daß das Begrenzungsmittel durch ein Distanzrohr gebildet wird, durch das als Spannmittel eine Spannschraube geführt ist und daß das Distanzrohr mit Abstand am Magnetblock verläuft. Hierdurch ist die Entkopplung zwischen dem Magnetblock einerseits und dem Distanzrohr andererseits sichergestellt.

In zweckmäßiger Ausgestaltung der Erfindung ist ferner vorgesehen, daß die Einzelelemente des Magnetblocks Mittel zum Zentrieren aufweisen, die eine Relativbewegung in Richtung der Ankerbewegung zulassen. Durch diese Maßnahme ist eine genaue Fixierung der Einzelelemente gegeneinander quer zur Bewegungsrichtung des Ankers und damit die erforderliche Genauigkeit der Ankerführungen sichergestellt.

Die Erfindung wird anhand schematischer Zeichnungen von Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 einen elektromagnetischen Aktuator in

einer Ausführungsform für eine stehende Montage,
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Fig. 2 einen elektromagnetischen Aktuator in

einer Ausführungsform für eine hängende Montage,

Fig. 3 einen Teilvertikalschnitt durch einen

Magnetblock in größerem Maßstab ohne Spannmittel,

Fig. 4 die Anordnung gem. Fig. 3 mit Spannmitteln,

Fig. 5 einen Teilschnitt durch einen Magnet

block mit einer ersten Ausführungsform für die Zentriermittel,

Fig. 6 einen Teilvertikalschnitt durch einen

Magnetblock mit einer anderen Ausführungsform für die Zentriermittel.

Der in Fig. 1 in einer schematischen Schnittdarstellung dargestellte elektromagnetische Aktuator zur Betätigung eines Gaswechselventils 1 besteht im wesentlichen aus einem Magnetblock 2, der durch einen oberen Elektromagneten 3 und einen unteren Elektromagneten 4 sowie ein dazwischenliegendes Distanzstück 5 gebildet wird. Die beiden Elektromagneten 3 und 4 weisen jeweils Magnetspulen 3.1 und auf, die mit einer hier nicht näher dargestellten Stromversorgung in Verbindung stehen. In dem vom Distanzstück 5 freigehaltenen Zwischenraum 6 ist.an einer Führungsstange ein Anker 8 befestigt. Die Führungsstange 7 stützt sich am oberen Ende gegen eine als Öffnungsfeder wirkende Rückstellfeder 9 und am unteren Ende auf dem Schaft 10 des Gaswechselventils 1 ab. Am Gaswechselventil 1 greift eine Ventilschließfeder 11 an, die für den Anker 8 gleichzeitig als untere Rückstellfeder dient. Bei einer abwechselnden Bestromung der Elektromagneten 3 und 4 wird dann der Anker 8 zwischen den beiden Elektromagneten hin- und herbewegt und entsprechend der vorgegebenen Steuerung der Bestromung der beiden Elektromagneten 3 und 4 das Gaswechselventil

geöffnet und geschlossen. In Fig. 1. ist der Aktuator in stromlosem Zustand dargestellt.

Der Magnetblock 2 ist bei der hier dargestellten Ausführungsbeispiel stehend auf dem Zylinderkopf 12 der betreffenden Kolbenbrennkraftmaschine befestigt. Die Befestigung erfolgt bei dieser Anordnung über ein Spannjoch 13 und wenigstens zwei Spannschrauben 14, die in eine entsprechende, hier nicht näher dargestellte Gewindebohrung im Zylinderkopf 12 eingeschraubt sind.

Da nun im Betrieb bei entsprechender Bestromung der Elektromagneten 3 und 4 der Anker 8 jeweils an den Polflächen 3.2 und 4.2 der Elektromagneten 3 und 4 abwechselnd mit einer entsprechenden Auftreffgeschwindigkeit zur Anlage kommt, was eine entsprechende Schallentwicklung zur Folge hat, ist bei dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel eine Schallentkopplung vorgesehen. Zur Schallentkopllung sind zwischen dem Spannjoch 13 einerseits und der Anlagefläche 15 auf dem Zylinderkopf 12 Dämpfungsmittel 16 in Form einer gummielastischen Zwischenlage angeordnet. Durch diese Dämpfungsmittel 16 wird die Weiterleitung des beim Auftreffen des Ankers jeweils entstehenden Körperschalls auf den Zylinderkopf und damit auf die Brennkraftmaschine und die damit verbundenen Teile vermindert.

Um zu verhindern, daß beim Anspannen der Spannschrauben die Dämpfungsmittel 16 übermäßig zusammengepreßt werden und damit ihre Dämpfungseigenschaften vermieden werden, sind zwischen dem Spannjoch 13 und der Anlagefläche 15 am Zylinderkopf 12 jeweils Distanzrohre 17 vorgesehen, so daß unabhängig von der Anzugskraft der Spannschrauben 14 die gummielastischen Dämpfungsmittel 16 nicht überpreßt werden. Wie aus der Zeichnung ersichtlich, ist auch die Abstützung 18 für die Rückstellfeder 9 gegenüber dem Spannjoch 13 für das Dämpfungsmittel 16 schallentkoppelt angeordnet, so daß auch über den Anker 8 und die Rückstellfeder 9 praktisch kein Körperschall übertragen werden kann.

Zusätzlich zu den beiden Dämpfungsmitteln 16, die unmittelbar den Befestigungsmitteln für den Aktuator selbst zugeordnet sind kann, wie in Fig. 1 ebenfalls dargestellt, jeweils ein Dämpfungsmittel 16.1 und 16.2 jeweils zwischen den beiden Elektromagneten 3 und 4 und dem zugehörigen Distanzstück 5 angeordnet sein, so daß die Dämpfung noch erhöht wird.

Die in Fig. 2 in einem Schnitt dargestellte Ausführungsform ist im Prinzip in gleicher Weise aufgebaut wie die Ausführungsforin gem. Fig. 1, so daß auf die Beschreibung zu Fig. verwiesen werden kann. Der Unterschied besteht hierbei lediglich darin, daß der Aktuator insgesamt hängend angeordnet ist, d. h. der Magnetblock ist mit dem Spannjoch 13 unter Zwischenlage eines Dämpfungsmittels 16 zu einem einbaufertigen Bauelement zusammengespannt. Der Aktuator ist über seitliche Verlängerungen 19 am Spannjoch 13 fest mit einem entsprechenden Teil des Zylinderkopfes 12 verschraubt, so daß die gesamte Anordnung hängend befestigt ist.

Auch die Ausführungsform gem. Fig. 1 kann in gleicher Weise ausgebildet sein, wie die Ausführungsform gem. Fig. 2, bei der die Einzelelemente, d. h. das Spannjoch 13, der obere Elektromagnet 3, das Distanzstück 5, der untere Elektromagnet 4 und eine Basisplatte 21 sind über wenigstens zwei durchgehende Verbindungsschrauben 20 zusammengespannt. Zwischen den einzelnen Elementen sind wieder die Dämpfungsmittel 16 in Form gummielastischer Zwischenlagen angeordnet.

Wie aus der Schnittdarstellung gem. Fig. 3 ersichtlich, ist in die in den Einzelelementen eingebrachte fluchtende Durchgangsbohrung 22 für die Aufnahme der Verbindungsschraube 20 ein Distanzrohr 23 eingesetzt, das in seiner Länge um ein geringes Maß kürzer ist als die Gesamthöhe des lose zusammengesetzten Magnetblocks. Der Innendurch-

messer der Bohrung 22 ist um ein geringes Maß größer als der Außendurchnesser des Distanzrohres 23, so daß dieses zu den Einzelelementen über die gesamte Länge ohne unmittelbare Berührung ist.

Werden nun, wie in Fig. 4 dargestellt, die Einzelelemente des Magnetblocks mit Hilfe der Verbindungsschrauben 20 gegeneinander verspannt, dann kann das aus den Einzelelementen und den dazwischen angeordneten Dämmitteln 16 gebildete Paket nur um die Differenz zusammengedrückt werden, die durch die geringere Länge des Distanzrohres 23 gegenüber der Bauhöhe des unverspannten Paketes vorgegeben ist.

Um nun sicherzustellen, daß der Anker 8 über seine Führungsstange 7,bei seiner Hin- und Herbewegung einwandfrei geführt wird, ist es zweckmäßig, wenn Mittel zum Zentrieren der Einzelelemente des Magnetblocks vorgesehen sind, die notwendige, wenn auch geringfügige Relativbewegungen in Richtung der Ankerbewegung zulassen, die aber eine Querbewegung zuverlässig ausschließen.

Wie in Fig. 5 dargestellt, kann dies durch die an die Dämpfungsmittel 16 angeformten Vorsprünge 24 bewirkt werden, die in entsprechende Nuten im zugehörigen Einzelelement eingreifen.

Anstelle derartiger Vorsprünge oder zusätzlich zu derartigen Vorsprüngen ist es auch möglich, wie in Fig. 6 dargestellt, die Einzelelemente jeweils am Außenumfang mit einander übergreifenden Ansätzen 25 zu versehen. Auch wenn zwischen dem Ansatz 25 und der zugehörigen Gegenfläche 26 am Umfang des angrenzenden Einzelelementes praktisch kein Querspiel vorhanden ist, reicht dies jedoch als Entkopplung aus, um eine Übertragung von Körperschall zuverlässig zu unter-5 binden, zumindest erheblich zu vermindern.

Die Anordnung von Dämpfungsmitteln 16 ist in gleicher Weise auch für einen elektromagnetischen Aktuator vorzusehen, bei dem nur ein Elektromagnet vorgesehen ist. Bei einem derartigen Aktuator wird die eine Stellposition, beispielsweise bei der Anwendung als Aktuator zur Betätigung eines Gaswechselventils die Schließposition, durch die Rückstellfeder bewirkt und die Öffnung dann gegen die Kraft der Rückstellfeder über einen Anker durch den Elektromagneten. Ein derartiger Aktuator entspricht im Prinzip den vorstehend beschriebenen Ausführungsformen, bei denen jedoch dann einer der beiden Magneten weggelassen ist. Für die zuvor beschriebene Funktionsweise würde dies bedeuten, daß bei den beschriebenen Ausführungsformen jeweils der obere Magnet 3 entfallen kann, so daß das Spannj och 13 unmittelbar den unteren Magneten 4 über ein entsprechendes Distanzstück 5 hält.

Claims (7)

1 &Lgr; ΦΦ · ·· ΦΦ· «Φ &phgr; Ansprüche

1. Elektromagnetischer Aktuator, der an einer Kolbenbrennkraftmaschine zur Betätigung eines Gaswechselventils (1) befestigt ist und im wesentlichen wenigstens einen, vorzugsweise zwei im Abstand zueinander angeordnete Elektromagneten (3, 4) aufweist, die einen Magnetblock (2) bilden, sowie einen mit dem Gaswechselventil (1) in Verbindung stehenden Anker (8) aufweisen, der jeweils in Richtung auf den Elektromagneten (3, 4) gegen die Kraft von wenigstens einer Rückstellfeder (9, 11) hin- und herbewegbar geführt ist, wobei der Magnetblock (2) mit Dämpfungsmitteln (16) versehen ist, die eine Körperschallübertragung vermindern.

2. Aktuator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Dämpfungsmittel (16) zwischen dem Magnetblock (2) und der Befestigung (12, 13) an der Kolbenbrennkraftmaschine angeordnet sind.

3. Aktuator nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß bei einem aus Einzelelementen, insbesondere aus zwei Elektromagneten (3, 4), Distanzstücken (5) und endseitigen Spannstücken (13, 21) zusammengesetzten Magnetblock (2) zumindest zwischen den Elektromagneten (3, 4) und den endseitigen Spannstücken (13,19,21) Dämpfungsmittel (16) angeordnet sind und daß Spannelemente (14) , 20) für den.Zusammenhalt des Magnetblocks (2) vorgesehen sind.

4. Aktuator nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch

gekennzeichnet, daß die Dämpfungsmittel (16) als Zwischenlagen aus einem temperaturbeständigen Werkstoff mit gummielastischen Eigenschaften gebildet werden.

5. Aktuator nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils Begrenzungsmittel (17, 23) vorgesehen sind, die ein definiertes Zusammendrücken der Dämpfungsmittel (16) über die Spannmittel (14, 20) beim Verspannen des Magnetblocks (2) gewährleisten.

6 Aktuator nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Begrenzungsmittel durch ein Distanzrohr (17, 23) gebildet wird, durch das als Spannmittel eine Spannschraube (20) geführt ist, und daß das Distanzrohr (17, 23) mit Abstand zum Magnetblock (2) verläuft.

7. Aktuator nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Einzelelemente des Magnetblocks (2) Mittel (24,25) zum Zentrieren aufweisen, die nur eine Relativbewegung in Richtung der Ankerbewegung zulassen.