[0001] Die Erfindung betrifft einen Aktor zur elektromagnetischen Ventilsteuerung mit zwei
Elektromagneten, zwischen denen eine Ankerplatte mit mindestens einem Stößel oszilliert,
und die jeweils aus einem Joch mit einem Spulenfenster und einer Erregerspule bestehen.
Ein Aktor zur elektromagnetischen Ventilsteuerung besteht im wesentlichen aus dem
Öffnermagnet und dem Schließermagnet, die durch mindestens ein Bauteil aus einem nicht
ferromagnetischen Material voneinander getrennt sind. Dieses Bauteil kann beispielsweise
durch ein Gehäuseteil gebildet werden. Zwischen den Elektromagneten, dem Öffnermagnet
und dem Schließermagnet, befindet sich die aus einem ferromagnetischen Material bestehende
Ankerplatte, die durch Bestromen der Erregerspule des Öffnermagneten oder der Erregerspule
des Schließermagneten in die jeweilige Richtung bewegt wird. Das Joch des Öffnermagneten
weist eine Durchführung für einen Ventilstößel auf, der die auf die Ankerplatte einwirkenden
Kräfte auf mindestens ein Gaswechselventil überträgt.
Der Aktor kann beispielsweise so ausgeführt sein, daß die Aktorfeder auf der dem Gaswechselventil
entgegengesetzten Seite des Aktors an der Außenseite des Schließermagneten angeordnet
ist. Dazu ist in Verlängerung des Ventilstößels ein einen Aktorfederteller aufweisender
Federstößel angeordnet, der durch eine Durchführung im Joch des Schließermagneten
gelagert ist. Das Joch des Schließermagneten weist eine die Durchführung des Federstößels
umgebende, eine Wandung bildende Ausformung auf, in der ein Innengewinde eingearbeitet
ist. In das Innengewinde der Wandung ist ein Schraubdeckel eingeschraubt, der zusammen
mit der Wandung einen Hohlraum bildet, in dem die auf dem Aktorfederteller aufliegende
Aktorfeder angeordnet ist. Durch Verdrehen des Schraubdeckels kann die Vorspannung
der Aktorfeder verändert werden, wodurch die Ruhelage der Ankerplatte einstellbar
ist.
[0002] Ein Aktor bildet mit einem Gaswechselventil eine funktionelle Einheit, wobei das
Gaswechselventil, entsprechend einem konventionellen Zylinderkopf mit Nockenwellen,
mittels einer Ventilfeder und einem Ventilfederteller in den Ventilsitz des Zylinderkopfes
gezogen wird.
[0003] Ist eine funktionelle Einheit aus einem Aktor und einem Gaswechselventil an der Brennkraftmaschine
montiert, werden der Ventilschaft des Gaswechselventils, der Ventilstößel und der
Federstößel des Aktors gegeneinander gepreßt. In der Ruhelage der funktionellen Einheit
befindet sich die Ankerplatte in der Mitte zwischen dem Öffnermagnet und dem Schließermagnet,
wobei die Ventilfeder und die Aktorfeder vorgespannt sind. Der Ventilteller des Gaswechselventils
befindet sich dabei in der Mittelstellung zwischen dem Ventilsitz des Zylinderkopfes,
bei der das Gaswechselventil geschlossen ist, und der Position, in der das Gaswechselventil
maximal geöffnet ist.
[0004] Durch den sich beim Betrieb eines Aktors zur elektromagnetischen Ventilsteuerung
ständig ändernden magnetischen Feldern der Elektromagneten treten in dem Joch der
Elektromagneten Wirbelströme auf, die gemäß der Lenz'schen Regel dem magnetischen
Feldaufbau bzw. Feldabbau entgegenwirken. Daraus resultiert beim Betrieb der Aktoren
eine Zunahme der Leistungsaufnahme und ein Anstieg der unerwünschten Erwärmung der
Aktoren.
[0005] Zur Vermeidung von Wirbelströmen wird beispielsweise in der US 4,715,331 vorgeschlagen,
das Joch der Elektromagneten entsprechend dem Eisenkern eines Transformators aus weichmagnetische
Blechen zusammenzusetzen.
[0006] Die Nachteile derartig geblechter Joche besteht in der geringen mechanischen Festigkeit
des Blechpaketes sowie in der hohen Anzahl von Einzelteilen, die bei der Herstellung
der Elektromagnete gehandhabt und bearbeitet werden müssen.
[0007] Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Aktor zur elektromagnetischen Ventilsteuerung
mit zwei Elektromagneten, die jeweils aus einem Joch mit einem Spulenfenster und einer
Erregerspule bestehen, anzugeben, bei dem Wirbelströme im Joch der Elektromagneten
wirkungsvoll unterdrückt werden und bei dem die Joche die notwendige mechanische Festigkeit
aufbringen.
[0008] Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst,
wonach beide loche der Elektromagnete aus mindestens zwei massiven Jochteilen bestehen,
und wonach die mindestens zwei massiven Jochteile miteinander verbunden sind.
[0009] Die mindestens zwei massiven Jochteile sind dabei so geformt, daß die Flächen der
miteinander verbundenen mindestens zwei massiven Jochteile Wirbelströme vermeidende
Schlitze bilden. Dabei brauchen die Wirbelströme vermeidende Schlitze nicht parallel
zueinander angeordnet sein.
[0010] In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, daß die sich beim
Verbindenden der mindestens zwei massiven Jochteile berührenden Flächen eine das Verbinden
unterstützende Oberfläche aufweisen.
[0011] Die mindestens zwei massiven Jochteile des jeweiligen Jochs können durch Schweißen
miteinander verbunden sein.
[0012] Dabei ist die Schweißverbindung so angeordnet, daß die zu verbindenden Flächen der
mindestens zwei massiven Jochteile einem in den mindestens zwei Jochteilen fließenden
Strom einen hohen ohmschen Widerstand entgegenstellen. Beispielsweise kann eine Schweißnaht
in der Art an einer Kante der zu verbindenden mindestens zwei Jochteile aufgebracht
werden, daß zwischen den mindestens zwei Jochteilen ein geringer Abstand verbleibt.
[0013] Alternativ können die mindestens zwei massiven Jochteile des jeweiligen Jochs durch
Kleben miteinander verbunden sein.
[0014] Dabei ist vorgesehen, daß der Klebstoff zum Verbinden der Jochteile einen hohen ohmschen
Widerstand aufweist.
[0015] Als Klebstoff kann ein Epoxydharz verwendet werden, dem ein elektrisch isolierender
Füllstoff beigemischt ist.
[0016] Durch den erfindungsgemäßen Aktor zur elektromagnetischen Ventilsteuerung wird die
Entstehung von Wirbeiströmen im Joch der Elektromagneten wirksam unterdrückt, wobei
die loche die notwendige mechanische Festigkeit aufbringen.
[0017] Im folgenden wird der Aktor zur elektromagnetischen Ventilsteuerung mit zwei Elektromagneten,
die jeweils aus einem Joch mit einem Spulenfenster und einer Erregerspule bestehen,
anhand von zwei Ausführungsbeispielen im Zusammenhang mit drei Figuren dargestellt
und erläutert.
[0018] Es zeigen:
- Figur 1
- ein Schnittbild eines Aktors zur elektromagnetischen Ventilsteuerung,
- Figur 2.1 -2.5
- die schematische Darstellung mehrerer Joche des Öffnermagneten, die aus unterschiedlich
geformten massiven Jochteilen zusammengesetzt sind,
- Figur 3
- die schematische Darstellung eines aus drei massiven Jochteilen bestehenden Jochs
des Öffnermagneten, die durch Schweißen miteinander verbunden sind.
[0019] In Figur 1 ist ein Aktor 1 zur elektromagnetischen Ventilsteuerung bei Brennkraftmaschinen
dargestellt, der im wesentlichen aus zwei Elektromagneten, dem SchlieBermagnet 2 und
dem Öffnermagnet 3 besteht. Die Elektromagneten bestehen jeweils aus dem Joch mit
dem Spulenfenster 2.2, 3.2 und der im Spulenfenster 2.2, 3.2 eingesetzten Erregerspule
2.3, 3.3. Dabei ist das Joch des Schließermagneten 2 und das Joch des Öffnermagneten
3 aus mehreren Jochteilen 2.1, 3.1 zusammengesetzt, die beispielsweise durch Kleben
oder durch Schweißen miteinander verbunden sind.
Die Elektromagneten werden durch zwei aus einem nicht ferromagnetischen Material gefertigte
Distanzstücke 4 voneinander getrennt. Zwischen den Distanzstücken 4 oszilliert die
Ankerplatte 5, an der der Ventilstößel 6 befestigt ist, der die auf die Ankerplatte
5 einwirkenden Kräfte über eine Durchführung im Joch des Öffnermagneten 3 auf ein
Gaswechselventil überträgt. Um die Durchführung im Joch des Öffnermagneten ist eine
kreisrunde Ausformung ausgebildet, die als Anschlulßeil an den Zylinderkopf der Brennkraftmaschine
dient.
Das Joch des Schließermagneten 2 und das Joch des Öffnermagneten 3 sind durch zwei
nicht dargestellte, einen Innensechskant aufweisende Kopfschrauben miteinander verbunden.
Die im Joch des Schließermagneten 2 gesenkten Kopfschrauben sind parallel zur Ventilachse,
durch die Distanztücke 4 hindurch bis in das die Gegengewinde der Kopfschrauben aufweisende
Joch des Öffnermagneten 3 geführt.
[0020] Zudem ist in dem Joch des Schließermagneten 2, in dem Joch des Öffnermagneten 3 und
in den Distanzstücken 4 zwei Bohrungen 8 für jeweils eine weitere Kopfschraube eingearbeitet,
mit denen ein Aktor 1 an dem Zylinderkopf der Brennkraftmaschine angeschraubt wird.
In der Verlängerung des Ventilstößels 6 liegt auf der Ankerplatte 5 ein Federstößel
7.1 auf, der über eine Durchführung im Joch des Schließermagneten 2 die auf die Ankerplatte
5 einwirkenden Kräfte auf die Aktorfeder 7.2 überträgt. Dazu ist an dem der Ankerplatte
5 entgegengesetzten Ende des Federstößels 7.1 ein Aktorfederteller 7.3 ausgearbeitet,
auf dem die Aktorfeder 7.2 aufliegt, und über den die Aktorfeder 7.2 den Federstößel
7.1 gegen die Ankerplatte 5 preßt.
In die Durchführungen im Joch des Schließermagneten 2 und dem Joch des Öffnermagneten
3 sind Führungshülsen 12 eingeschlagen, durch die der Ventilstößel 6.1 und der Federstößel
7.1 geführt werden.
Die Aktorfeder 7.2 befindet sich in einer radialsymmetrisch um die Durchführung des
Federstößels 7.1 ausgebildeten, eine Wandung bildende Ausformung des Jochs des Schließermagneten
2. Die Wandung weist auf der Innenseite ein Gewinde auf, in das ein Schraubdeckel
9 eingeschraubt ist. Mittels des Schraubdeckels 9 kann die Vorspannung der Aktorfeder
7.2 und der nicht dargestellten Ventilfeder verändert werden.
Die Joche sind jeweils in der Art geteilt, daß die eine Wandung bildende Ausformung
des Jochs des Schließermagneten 2 und die einen Anschluß bildende Ausformung des Jochs
des Öffnermagneten 3 zusammen mit einer ca. sechs Millimeter dicken planparallelen
Scheibe des Jochs ein Basisteil 2.4, 3.4 bilden. Auf dieses Basisteil 2.4, 3.4 sind
die das Spulenfenster 2.2, 3.2 bildenden, miteinander verbundenen Jochteile 2.1, 3.1
aufgebracht. Die Ausbildung der ca. sechs Millimeter dicke Scheibe des Basisteils
2.4, 3.4 dient dabei der Erhöhung der mechanischen Stabilität der Joche. Bei einer
hochfesten Verbindung der Jochteile 2.1, 3.1 kann auf das Ausbilden des Basisteils
2.4, 3.4 verzichtet werden.
[0021] Die zwischen den Jochteilen 2.1, 3.1 entstehenden Schlitze 10 wirken der Entstehung
von Wirbelströmen entsprechend hochohmigen Widerständen entgegen. Durch die Unterdrückung
der Wirbelströme nimmt auch die Leistungsaufnahme beim Betrieb des Aktors 1 um bis
zu 20% ab. Entsprechend geringer muß auch die Kühlung eines Aktors ausgelegt sein.
[0022] In den Figuren 2.1 bis 2.5 ist jeweils das Joch des Öffnermagneten 3 dargestellt,
wobei die Joche in eine unterschiedliche Anzahl unterschiedlich geformter Jochteile
3.1 aufgeteilt sind. Das Joch des Schließermagneten 2 und das Joch des Öffnermagneten
3 eines Aktors können ihrer unterschiedlichen Aufgabe entsprechend aus unterschiedlich
geteilten Jochteilen 2.1, 3.1 zusammengesetzt sein.
[0023] Figur 2.1 zeigt ein Joch, das in den Symmetrieachsen des Jochs geteilt ist, wobei
die 4 entstehenden Jochteile 3.1 identisch geformt sind. Die Teilung des Jochs verläuft
auch durch die Durchführung für die Führungshülse 12 des Ventilstößels. Die Führungshülse
braucht dabei nicht in die Aussparung eingeschlagen zu werden, sondern wird vor dem
Verbinden der Jochteile 3.1 in die Aussparung eingesetzt und gegebenenfalls mit den
Jochteilen verbunden.
Zudem verläuft die Teilung durch die Bohrungen 8, wobei gewährleistet sein muß, daß
über die durch die Bohrung 8 geführten Kopfschrauben zur Befestigung des Aktors an
dem Zylinderkopf keine zu hohen Scherkräfte auf die Verbindung der Jochteile 3.1 der
Längsachse einwirken.
Figur 2.2 zeigt ein Joch, das aus 4 Jochteilen 3.1 besteht, wobei 2 × 2 Jochteile
3.1 identisch geformt sind. Dabei wurde es vermieden, die Teilung des Jochs durch
die Bohrungen 8 zu führen. Die Führungshülse 12 wird bei dieser Ausführung von lediglich
2 Jochteilen gehalten.
Figur 2.3 zeigt ein Joch, das aus 6 Jochteilen 3.1 besteht, wobei 3 × 2 Jochteile
3.1 identisch geformt sind. Entsprechend stehen der Ausbildung von Wirbelströmen mehr
hochohmige Schlitze 10 entgegen. Die Bohrungen 8 verlaufen ebenfalls nicht durch einen
von Jochteilen 3.1 gebildeten Schlitz 10. Die Führungshülse 12 wird bei dieser Ausführung
von allen 6 Jochteilen 2.1 gehalten.
[0024] Figur 2.4 zeigt ein Joch, das aus 7 Jochteilen 3.1 besteht, wobei ein Jochteil 3.1
das die Aussparung aufweisende Mittelteil des Aktors 1 bildet. Die 6 weiteren Jochteile
3.1 sind alle auch mit dem Mittelteil verbunden. Das Mittelteil kann dabei entgegen
der Dargestellten Ausführung so klein ausgebildet sein, daß es lediglich die Durchführung
der Führungshülse 12 umschließt. Gegebenenfalls kann das Mittelteil rund ausgebildet
sein und keine Außenfläche des Jochs bilden.
Da Wirbelströme vorzugsweise im Randbereich der Spulenfenster 2.2, 3.2 fließen, wird
durch das Mittelteil die Wirbelströme unterdrückende Wirkung der Schlitze 10 nicht
beeinträchtigt.
Figur 2.5 zeigt eine dreidimensionale Darstellung eines Joches, das lediglich aus
2 Jochteilen 3.1 besteht, wobei ein Knochen- förmig ausgebildetes Jochteil 3.1 von
einem U- förmig ausgebildeten Jochteil 3.1 umschlossen wird. Diese Anordnung gewährleistet
durch die großen zu verbindenden Flächen eine hochfeste Verbindung der Jochteile 3.1.
[0025] Bei einer ein Mittelteil aufweisenden Aufteilung der Jochteile 2.1, 3.1 kann das
Basisteil 2.4, 3.4 des Jochs des Schließermagneten 2 und des Jochs des Öffnermagneten
3 ohne die 6 Millimeter dicke planparallele Scheibe der Joche ausgebildet werden,
wodurch jedoch erhöhte Anforderungen an die Verbindung der Jochteile 2.1, 3.1 gestellt
werden.
[0026] Die in der Figur 2.1 bis 2.5 dargestellten Teillungen der Jochteile 3.1 sind besonders
vorteilhaft durch Kleben miteinander zu verbunden. Als Klebstoff wird dabei ein Epoxydharz
verwendet, dem ein isolierend wirkender Füllstoft beigemengt ist. Der Klebstoff wird
auf die zu verbindenden Flächen der Jochteile 3.1 derart aufgetragen, daß nach dem
Aushärten des Klebstoffes ein 0.1 Millimeter breiter, mit dem Klebstoff gefüllter
Schlitz 10 zwischen den Jochteilen 3.1 verbleibt. Diese Schlitze 10 bewirken die Unterdrückung
der Wirbelströme. Gegebenenfalls können die Jochteile 3.1 auch auf die Basisteile
3.4 aufgeklebt werden.
[0027] Alternativ können die Jochteile 3.1 mit dem Basisteil 3.4 durch eine Lötung miteinander
verbunden werden. Dabei entsteht zwar eine elektrisch Leitfähige Verbindung zwischen
den Jochteilen 3.1, die Entstehung von Wirbelströmen in den Jochteilen 3.1 wird dennoch
wirksam unterdrückt.
[0028] Figur 3 zeigt die das Spulenfenster bildenden Jochteile 3.1 des Joch des Öffnermagneten
3. Die lediglich drei Jochteile 3.1 sind durch zwei Schweißnähte 11 miteinander verbunden,
die auf der dem Spulenfenster entgegengesetzten Seite des Jochs aufgebracht ist. Zwischen
den drei Jochteilen 3.1 entstehen insgesamt zwei 0.2 Millimeter dicke Schlitze 10,
die zumindest in einer Achse nicht genau parallel zueinander angeordnet sind. Zur
Herstellung der Schweißnaht wird vorzugsweise eine Schweißtechnik verwendet, die gegebenenfalls
unter Verwendung von Zusatzstoffen eine hochfeste und zugleich hochohmige Verbindung
der drei Jochteile 3.1 erzeugt. Durch die Schweißnaht 11 wird im Gegensatz zum Kleben
keine vollständige galvanische Trennung der Jochteile 3.1 erreicht, dennoch wird das
Ausbilden von Wirbelströme wirkungsvoll vermieden. Zudem ist das Schweißen ein kostengünstiges
Verfahren, das weitgehend automatisiert durchgeführt werden kann.
Bei der Verwendung eines Basisteils 2.4, 3.4 ist es von Vorteil vor dem Verbinden
der miteinander verschweißten Jochteile 3.1 mit dem Basisteil 2.4, 3.4 die Schweißnähte
11 mit den Jochteilen 3.1 plan zu schleifen.
[0029] Durch den Aktor 1 zur elektromagnetischen Ventilsteuerung, bei dem die Joche des
Schließermagneten 2 und des Öffnermagneten 3 aus mehreren massiven Jochteilen 2.1,
3.1 gefertigt und beispielsweise miteinander verklebt oder verschweißt sind, werden
Wirbelströme wirkungsvoll vermieden, wobei die Joche eine hohe Festigkeit aufweisen
und bei der Herstellung einfach gehandhabt werden können.
1. Aktor (1) zur elektromagnetischen Ventilsteuerung mit zwei Elektromagneten (2, 3),
zwischen denen eine Ankerplatte (5) mit mindestens einem Stößel (6) oszilliert, und
die jeweils aus einem Joch mit einem Spulenfenster (2.2, 3.2) und einer Erregerspule
(2.3, 3.3) bestehen, dadurch gekennzeichnet, daß beide Joche der Elektromagnete (2,
3) aus mindestens zwei massiven Jochteilen (2.1, 3.1) bestehen, und daß die mindestens
zwei massiven Jochteile (2.1, 3.1) miteinander verbunden sind.
2. Aktor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die mindestens zwei massiven Jochteile
(2.1, 3.1) so geformt sind, daß die Flächen der miteinander verbundenen mindestens
zwei massiven Jochteile (2.1, 3.1) Wirbelströme vermeidende Schlitze (10) bilden.
3. Aktor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Wirbelströme vermeidende Schlitze
(10) nicht ausschließlich parallel zueinander angeordnet sind.
4. Aktor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die sich beim Verbindenden der
mindestens zwei massiven Jochteile berührenden Flächen eine das Verbinden unterstützende
Oberfläche aufweisen.
5. Aktor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die mindestens zwei massiven Jochteile
(2.1, 3.1) des jeweiligen Jochs durch Schweißen miteinander verbunden sind.
6. Aktor nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Schweißverbindung so angeordnet
ist, daß die zu verbindenden Flächen der mindestens zwei massiven Jochteile (2.1,
3.1) einen hohen ohmschen Widerstand aufweisen.
7. Aktor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die mindestens zwei massiven Jochteile
(2.1, 3.1) des jeweiligen Jochs durch Kleben miteinander verbunden sind.
8. Aktor nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Klebstoff zum Verbinden der
Jochteile (2.1, 3.1) einen hohen ohmschen Widerstand aufweist.
9. Aktor nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Klebstoff Epoxydharz mit einem
elektrisch isolierenden Füllstoff ist.