[0001] Die Erfindung betrifft einen Aktor zur elektromagnetischen Ventilsteuerung mit einer
Vorrichtung zur Positionsbestimmung der Ankerplatte, wobei die Vorrichtung aus einem
Magnetfeldsensor und einem Magnetfeldgeber besteht. Derartige Aktoren zur elektromagnetischen
Ventilsteuerung sind beispielsweise aus der US 4,957,074 bekannt.
[0002] 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 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 Stößel auf, der die auf die Ankerplatte einwirkenden Kräfte auf mindestens
ein Gaswechselventil überträgt.
[0003] 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 Stößels eine einen Aktorfederteller aufweisende
Schubstange angeordnet, die durch eine Durchführung im Joch des Schließermagneten
gelagert ist. Das Joch des Schließermagneten weist eine die Durchführung der Schubstange
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 ist die Ruhelage der Ankerplatte einstellbar
ist.
[0004] 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.
[0005] Ist eine funktionelle Einheit aus einem Aktor und einem Gaswechselventil an der Brennkraftmaschine
montiert, werden der Ventilschaft des Gaswechselventils, der Stößel und die Schubstange
des Aktors gegeneinander gepreßt. In der Ruhelage der funktionellen Einheit befindet
sich die Ankerplatte exakt 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.
[0006] Beim Betrieb eines Aktors zur elektromagnetischen Ventilsteuerung ist es von grundlegender
Bedeutung, daß der Öffnermagnet und der Schließermagnet zum exakt richtigen Zeitpunkt
mit einer genau bemessenen Stromstärke angesteuert werden. Zur Bereitstellung dieser
Größen weist jeder Aktor eine Vorrichtung zur Positionsbestimmung der Ankerplatte
auf, die ein zur Stellung der Ankerplatte proportionales Signal an eine den Aktoren
zugeordnete Steuerelektronik übermitteln. Die Vorrichtung besteht beispielsweise aus
einem ortsfesten, am Joch des Schließermagneten befestigten Magnetfeldsensor, und
einem an der oszillierenden Schubstange angebrachten Magnetfeldgeber. Die Steuerelektronik
berechnet zur Regelung des Flugverhaltens der Ankerplatte auf Basis des Signals des
Magnetfeldsensors die erforderliche Stromstärke sowie die Zeitpunkte, an denen der
Öffnermagnet und der Schließermagnet geschaltet werden.
[0007] Die Magnetfeldsensoren sensieren die Feldstärke des an einem der oszillierenden Bestandteile
des Aktors angebrachten Magnetfeldgebers. Eine derartige Vorrichtung zur Positionsbestimmung
ist aus der eingangs genannten US 4,957,074 bekannt.
[0008] Der Nachteil dieser Vorrichtung zur Positionsbestimmung der Ankerplatte besteht darin,
daß der Feldlinienverlauf des Magnetfeldgebers von den metallischen, zum Teil oszillierenden
Bestandteilen des Aktors, beispielsweise der Aktorfeder, beeinflußt wird.
[0009] Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Aktor zur elektromagnetischen Ventilsteuerung
mit einer einen Magnetfeldsensor und einen Magnetfeldgeber aufweisenden Vorrichtung
zur Positionsbestimmung der Ankerplatte anzugeben, bei dem der Feldlinienverlauf des
Magnetfeldgebers nicht von den metallischen, gegebenenfalls oszillierenden, Bestandteilen
des Aktors beeinflußt wird.
[0010] Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch das Merkmal des Patentanspruchs 1 gelöst,
wobei der Magnetfeldsensor und der Magnetfeldgeber von einer magnetischen Abschirmung
umgeben sind. Durch die magnetische Abschirmung sensiert der Magnetfeldsensor ausschließlich
die vom Abstand zum Magnetfeldgeber abhängige Feldstärke des Magnetfeldgebers.
[0011] Die magnetische Abschirmung besteht vorzugsweise aus einem Material mit weichmagnetischen
Eigenschaften, wodurch die Feldlinien in der magnetischen Abschirmung geführt werden.
[0012] Am der Ankerplatte entgegengesetzten Ende der einen Aktorfederteller aufweisenden
Schubstange ist der Magnetfeldgeber befestigt. Dabei weist der Schließermagnet eine
die Durchführung umgebende, eine Wandung bildende Ausformung mit einem Innengewinde
auf, in der ein Schraubdeckel eingeschraubt ist. Zwischen dem Aktorfederteller und
dem Schraubdeckel ist eine Aktorfeder angeordnet. Als magnetische Abschirmung ist
zwischen der Aktorfeder und der Schubstange, an der der Magnetfeldgeber befestigt
ist, eine metallische Hülse angeordnet, wobei der Magnetfeldsensor, der ortsfest mit
dem Schließermagnet verbunden ist, zwischen der metallischen Hülse und der Schubstange
bei dem Magnetfeldgeber angeordnet ist.
[0013] In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, daß die als metallische
Hülse ausgebildete magnetische Abschirmung ein Bestandteil des Schraubdeckels ist,
wobei gegebenenfalls der gesamte Schraubdeckel aus einem Material mit weichmagnetischen
Eigenschaften gefertigt ist.
[0014] In eine weiteren Weiterbildung ist vorgesehen, daß der Magnetfeldsensor mit einer
Haltevorrichtung in den Schraubdeckel eingeschraubt ist.
[0015] In einer letzten vorteilhaften Weiterbildung ist vorgesehen, daß der Magnetfeldsensor
als analoger Hallsensor und der Magnetfeldgeber als Permanentmagnet ausgebildet ist.
[0016] Im folgenden wird ein Aktor zur elektromagnetischen Ventilsteuerung mit einer einen
Magnetfeldsensor und einen Magnetfeldgeber aufweisenden Vorrichtung zur Positionsbestimmung
der Ankerplatte, die von einer magnetischen Abschirmung umgeben ist, anhand von einem
Ausführungsbeispiel im Zusammenhang mit einer Figur dargestellt und erläutert.
[0017] Es zeigt:
- Figur
- die schematische Darstellung eines Aktors zur elektromagnetischen Ventilsteuerung
mit einer Vorrichtung zur Positionsbestimmung der Ankerplatte, die von einer magnetischen
Abschirmung umgeben ist.
[0018] In der Figur ist ein Aktor zur elektromagnetischen Ventilsteuerung mit einer Vorrichtung
zur Positionsbestimmung der Ankerplatte AP dargestellt, die aus einem Magnetfeldsensor
MS, der als analoger Hallsensor ausgebildet ist, und einem Magnetfeldgeber MG, der
als Permanentmagnet ausgebildet ist, besteht.
[0019] Der Aktor besteht aus dem Joch des Öffnermagneten ÖM und dem Joch des Schließermagneten
SM, die durch zwei aus einem nicht ferromagnetischen Material gefertigte Distanzstücke
DS voneinander getrennt werden. Zwischen den Distanzstücken DS oszilliert die Ankerplatte
AP, an der der Stößel S befestigt, der die auf die Ankerplatte AP einwirkenden Kräfte
über eine Durchführung im Joch des Öffnermagneten ÖM auf ein Gaswechselventil überträgt.
[0020] In der Verlängerung des Stößels S liegt auf der Ankerplatte AP eine Schubstange SS
auf, die in einer Durchführung in dem Joch des Schließermagneten SM gelagert ist,
und die die auf die Ankerplatte AP einwirkenden Kräfte auf die Aktorfeder AF überträgt.
Dazu ist an dem der Ankerplatte AP entgegengesetzten Ende der Schubstange SS ein Aktorfederteller
AFT ausgearbeitet, auf dem die Aktorfeder AF aufliegt, und über den die Aktorfeder
AF die Schubstange SS gegen die Ankerplatte AP preßt. Auf der Seite des Aktorfedertellers
AFT ist in der Schubstange SS ein axiales Innengewinde eingearbeitet, in das ein Magnethalter
MH zur Aufnahme des Permanentmagneten MG eingeschraubt wird.
[0021] Die Aktorfeder AF befindet sich in einer radialsymmetrisch um die Durchführung der
Schubstange SS ausgebildeten, eine Wandung bildende Ausformung des Jochs des Schließermagneten
SM. Die Wandung weist auf der Innenseite ein Gewinde auf, in das ein Schraubdeckel
SD eingeschraubt ist. Mittels des Schraubdeckels SD kann die Vorspannung der Aktorfeder
AF verändert werden, wodurch die Ruhelage der Ankerplatte AP einstellbar ist.
[0022] Der Schraubdeckel SD weist in der Mitte eine zentrische Aussparung auf, in der ebenfalls
ein Innengewinde eingearbeitet ist. Die Aussparung ist rohrartig verlängert ausgeführt.
Diese rohrartige Verlängerung bildet die als metallische Hülse ausgeführte magnetische
Abschirmung MA für den am Ende der Schubstange SS befestigten Permanentmagnet MG.
Der Schraubdeckel SD und die metallische Hülse MA sind dabei einteilig ausgeführt,
weshalb der ganze Schraubdeckel SD aus einem Material mit weichmagnetischen Eigenschaften
gefertigt ist.
[0023] In das Innengewinde der zentrischen Aussparung des Schraubdeckels DS ist eine Haltevorrichtung
HV für den analoger Hallsensor MS eingeschraubt. Durch die schraubbar gestaltete Haltevorrichtung
HV kann der analoge Hallsensor MS in seiner Position zum Permanentmagnet MG justiert
werden. Diese Justage ist notwendig, wenn die Mittellage der Ankerplatte durch das
Verdrehen des Schraubdeckels SD verändert wurde, wodurch sich auch die Position des
analogen Hallsensors zum Permanentmagnet MG verändert. Über die Haltevorrichtung HV
erfolgt zudem die nicht dargestellte elektrische Verkabelung des analogen Hallsensors
MS.
[0024] Durch die als metallische Hülse ausgebildete magnetische Abschirmung MA, die Bestandteil
des Schraubdeckels SD ist, sensiert der analoger Hallsensor MS lediglich die von Abstand
zwischen dem analogen Hallsensor und dem Permanentmagnet MG abhängige magnetische
Feldstärke des Permanentmagneten MG, wodurch einer den Aktoren zugeordneten Steuereinheit
ein unverfälschtes, zur Position der Ankerplatte AP proportionales Signal zur Verfügung
steht.
1. Aktor zur elektromagnetischen Ventilsteuerung mit einem Öffnermagnet (ÖM) und einem
Schließermagnet (SM), zwischen denen eine Ankerplatte (AP) oszilliert, mit einer einen
Magnetfeldsensor (MS) und einen Magnetfeldgeber (MG) aufweisenden Vorrichtung zur
Positionsbestimmung der Ankerplatte (AP), dadurch gekennzeichnet, daß der Magnetfeldgeber
(MG) und der Magnetfeldsensor (MS) von einer magnetischen Abschirmung (MA) umgeben
sind.
2. Aktor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die magnetische Abschirmung (MA)
aus einem Material mit weichmagnetischen Eigenschaften besteht.
3. Aktor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß an der Ankerplatte (AP)
ein Stößel (S) angebracht ist, daß in Verlängerung des Stößels (S) eine mit der Ankerplatte
(AP) oszillierende, einen Aktorfederteller (AFT) aufweisende Schubstange (SS) angeordnet
ist, an der der Permanentmagnet (MG) befestigt ist, und die in einer Durchführung
im Schließermagnet (SM) gelagert ist, daß der Schließermagnet (SM) eine die Durchführung
umgebende, eine Wandung bildende Ausformung mit einem Innengewinde aufweist, in der
ein Schraubdeckel (SD) eingeschraubt ist, daß zwischen dem Aktorfederteller (AFT)
und dem Schraubdeckel (SD) eine Aktorfeder (AF) angeordnet ist, daß zwischen der Aktorfeder
(AF) und der Schubstange (SS) als magnetische Abschirmung (MA) eine metallische Hülse
angeordnet ist, und daß zwischen der metallischen Hülse und der Schubstange (SS) bei
dem Magnetfeldgeber (MG) der Magnetfeldsensor (MS) angeordnet ist, der ortsfest mit
dem Schließermagnet (SM) verbunden ist.
4. Aktor nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die als metallische Hülse ausgebildete
magnetische Abschirmung (MA) ein Bestandteil des Schraubdeckels (SD) ist.
5. Aktor nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Magnetfeldsensor (MS)
mit einer Haltevorrichtung in den Schraubdeckel (SD) eingeschraubt ist.
6. Aktor nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Magnetfeldsensor
(MS) ein analoger Hallsensor ist und der Magnetfeldgeber (MG) ein Permanentmagnet
ist.