DE19807181A1 - Elektromagnetische Schwinganker-Vorrichtung, insbesondere als Aktuator für ein Gaswechselventil einer Kraft- oder Arbeitsmaschine - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1 auf eine elektromagnetische Schwinganker-Vorrichtung, insbesondere als Aktuator für ein Gaswechselventil einer Kraft- oder Arbeitsmaschine, mit einem zwischen diametral angeordneten Rückstellfedern von beabstandet angeordneten, steuerbaren Elek­ tromagneten huboszillierend angetriebenen Anker, wobei der über einen Stößel hubgeführte Anker mit Blechlamellen ausgerüstet ist.

Eine derartige Schwinganker-Vorrichtung ist beispielsweise aus der DE-B 10 24 156 bekannt, wobei der huboszillierende Anker zur Vermeidung von Wirbelstrom­ verlusten und damit zur Reduzierung zugeführter elektrischer Energie aus Blech­ lamellen aufgebaut ist. Bei dieser bekannten Schwinganker-Vorrichtung sind die beabstandet angeordneten Elektromagneten den Anker umschließend ausgebildet, so daß ein in Ankerhubrichtung länglich bauender Anker es ermöglicht, die Blech­ lamellen relativ einfach zu einem Paket zusammenzufassen und ferner relativ ein­ fach mit dem Stößel antriebsfest zu verbinden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, für einen insbesondere in Ankerhubrich­ tung kurzbauenden Anker eine hierfür geeignete Blechung bzw. Anordnung von Blechlamellen aufzuzeigen.

Diese Aufgabe ist mit dem Patentanspruch 1 dadurch gelöst, daß die Blechlamellen in einem am Stößel vorgesehenen Halterahmen angeordnet sind.

Für einen in Ankerhubrichtung relativ kurzbauenden Anker können bei einem insbe­ sondere quer zur Ankerhubrichtung ausgedehnt gestalteten Anker die Blechlamellen in vorteilhafter Weise besonders stabil mit dem Stößel des Ankers verbunden wer­ den. Diese Vorteile gelten für einen in Ankerhubrichtung relativ niedrig bauenden Anker von runder oder ovaler oder eckiger Gestalt.

Die Erfindung findet bevorzugt Anwendung bei einer als Aktuator dienenden Schwinganker-Vorrichtung, wobei der Aktuator einen zwischen hubbeabstandet an­ geordneten Elektromagneten oszillierenden Anker von viereckiger bzw. rechteckiger Gestalt umfaßt, wobei erfindungsgemäß der Halterahmen eine mit dem Stößel in antriebsfester Verbindung stehende Traverse umfaßt, an der quer zur Anker­ hubrichtung parallel beabstandet angeordnete Profilstäbe als Tragelemente der Blechlamellen dienen, die jeweils als ein Blechpaket zwischen der Verbindungs­ traverse und einer jeweiligen, an den freien Endbereichen der Profilstäbe vorge­ sehenen End-Traverse angeordnet sind.

Mit dieser Ausgestaltung ist eine hochbelastbare Verbindung von Blechlamellen und dem Halterahmen erreicht, die beim Aufschlagen des Ankers in einem Aktuator auf einen der Elektromagneten in vorteilhafter Weise zum Tragen kommt.

Zur Ausbildung einer hochbelastbaren Verbindung wird im Weiteren erfindungs­ gemäß vorgeschlagen, daß die Blechlamellen einzeln oder paketweise auf den Pro­ filstäben aufgefädelt angeordnet sind und weiter mittels mit den Profilstäben verbun­ denen End-Traversen im Halterahmen lagegesichert sind. Diese erfindungsgemäße Ausgestaltung erlaubt in vorteilhafter Weise, entweder einzelne Blechlamellen in dem Halterahmen zu einem kompakten Blechpaket anzuordnen oder ein aus den Blechlamellen gebildetes Blechpaket in den Halterahmen einzuführen und bei­ spielsweise durch eine feste Verbindung der End-Traversen mit den Profilstäben im Halterahmen lagezusichern.

Im Hinblick auf einen Aktuator für Gaswechselventile einer Kraft- oder Arbeits­ maschine mit beidseitig auf die Elektromagnete aufschlagendem Anker wird in wei­ terer Ausgestaltung der Erfindung vorgeschlagen, daß jedes Blechpaket abwechs­ lungsweise relativ zu den Profilstäben über entsprechend angepaßte Durch­ brechungen fixierte Blechlamellen und relativ zu den Profilstäben in Ankerhubrich­ tung mittels entsprechend verlängerten Durchbrechungen begrenzt beweglich an­ geordnete Blechlamellen umfaßt, wobei die Blechlamellen jedes Blechpaketes zwi­ schen der jeweiligen End-Traverse und der Verbindungs-Traverse reib- bzw. kraft­ schlüssig benachbart angeordnet sind. Hierbei sind vorzugsweise die begrenzt be­ weglich angeordneten Blechlamellen in Ankerhubrichtung gegenüber den im Hal­ terahmen fixierten Blechlamellen größer bzw. höher dimensioniert.

Mit der erfindungsgemäßen Anordnung der Blechlamellen im Anker mit unter­ schiedlich großen Blechlamellen, bei denen die größeren Blechlamellen beweglich in jedem Blechpaket eingeklemmt sind, kann durch mechanische Reibung ein Teil der Bewegungsenergie beim Aufschlagen des Ankers auf den jeweiligen Elektro­ magneten in Reibarbeit umgewandelt werden. Durch die unterschiedliche Größe werden die größeren Bleche zwangsweise bewegt. So können die Aufschlag-Ge­ schwindigkeit und damit der Impuls verringert werden.

Zur Erzielung eines vorteilhaft steifen Halterahmens wird in weiterer Ausgestaltung der Erfindung vorgeschlagen, daß der Halterahmen als ein einstückiges Bauteil ge­ staltet ist und die Blechlamellen über in einer Ankerhubrichtung offen gestaltete Ausnehmungen auf den Profilstäben angeordnet sind, wobei die Blechlamellen je­ des Blechpaktes mittels durchsetzend angeordneter Stifte an Verbindungs-Traverse und jeweiliger End-Traverse gesichert gehalten sind. Auch diese Ausgestaltung läßt die Anordnung der einzelnen Blechlamellen zu einem Blechpaket in dem Halte­ rahmen zu, ferner kann auch ein aus Lamellen zusammengefaßtes Blechpaket in den Halterahmen eingesetzt werden, wobei zur Fixierung des jeweiligen Blech­ paketes im Halterahmen von der Seite der End-Traversen her vorzugsweise die Blechlamellen bzw. die Blechpakete durchsetzende Stifte eingeführt werden bis zur Fixierung in der Verbindungs-Traverse.

Weiter läßt diese Ausgestaltung es ebenfalls zu, daß jedes Blechpaket abwechs­ lungsweise über die Stifte fixierte Blechlamellen und mittels Langlöcher relativ zu den Stiften reibbeweglich angeordnete Blechlamellen umfaßt.

Ferner ergibt ein als einstückiges Bauteil gestalteter Halterahmen eine vorteilhafte Gewichtsreduzierung durch Ausbildung aus einer Keramik, insbesondere einer Sin­ ter-Keramik. Dies eröffnet ferner die Möglichkeit, die zwischen den Traversen vor­ gesehenen Profilstäbe als Trageelemente für die Blechlamellen bzw. die Lamellen- Pakete bei geringem Gewicht mit einem hohem Widerstandsmoment auszubilden.

Erreicht ist damit ein im Gewicht reduzierter und besonders steifer Halterahmen für die Anker-Blechung.

Die erfindungsgemäße Ausbildung des einstückigen Halterahmens aus einer Kera­ mik ermöglicht in weiterer Ausgestaltung, daß der aus einer Keramik gestaltete Halterahmen in einstückiger Verbindung mit einem Stößel steht, der gegebenenfalls gerundete Übergänge in die Verbindungstraverse aufweist für eine dem Abbremsen dienende Zwangsführung, wie diese beispielsweise in der deutschen Patentanmel­ dung 197 43 081 vorgeschlagen wurde.

Neben der vorteilhaften Gewichtsreduzierung des Ankers und der vorteilhaften bau­ lichen Vereinigung von Stößel und Halterahmen durch den Einsatz einer Keramik sind ferner fertigungsbedingte Toleranzen zu verringern und außerdem die Gestal­ tung den mechanischen Anforderungen entsprechend besser anzupassen.

Die Erfindung ist anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen beschrieben. Es zeigt

Fig. 1 in schematischer Darstellung einen Aktuator als Schwinganker-Vor­ richtung für ein nicht gezeigtes Gaswechselventil einer Kraft- oder Ar­ beitsmaschine,

Fig. 2 einen Halterahmen in perspektivischer Darstellung,

Fig. 3 den Halterahmen mit eingesetzten Blechlamellen bzw. Blechpaketen in Draufsicht,

Fig. 4 einen Querschnitt durch ein Blechpaket des Ankers gemäß Fig. 3,

Fig. 5 einen ähnlichen Querschnitt durch ein Blechpaket mit fix und beweg­ lich angeordneten Blechlamellen,

Fig. 6 die fix und beweglich angeordneten Blechlamellen in Stirnansicht eines Blechpaketes,

Fig. 7 einen einteilig ausgebildeten Halterahmen in perspektivischer Ansicht und in

Fig. 8 einen Querschnitt durch diese Halterahmen mit Blechlamellen und Stiftfixierungen,

Fig. 9 einen einstückig mit einem Stößel ausgebildeten Halterahmen aus Keramik.

Eine elektromagnetische Schwinganker-Vorrichtung 1 dient in einer nicht darge­ stellten Kraft- oder Arbeitsmaschine als Aktuator für ein Gaswechselventil, von dem lediglich der Schaft "VS" abschnittsweise dargestellt ist. Der Aktuator 1 umfaßt einen zwischen diametral angeordneten, nicht gezeigten Rückstellfedern von beabstandet angeordneten, steuerbaren Elektromagneten 2, 3 huboszillierend angetriebenen Anker 4, wobei der über einen Stößel 5 hubgeführte Anker 4 Blechlamellen 6 um­ faßt, die der Reduzierung von Wirbelstromverlusten dienen.

Für einen insbesondere auf einen Ventilschaft "VS" eines Gaswechselventiles ein­ wirkenden Aktuator 1 mit einem zwischen hubbeabstandeten Elektromagneten 2 und 3 in Ankerhubrichtung relativ kurz bzw. niedrig bauenden Anker 4 ist eine hierfür geeignete Blechung bzw. Anordnung der Blechlamellen 6 dadurch erreicht, daß die Blechlamellen 6 in einem am Stößel 5 vorgesehenen, aus Fig. 2 erkennbaren Halterahmen 7 angeordnet sind.

Wie aus den Fig. 1 und 3 erkennbar, ist der zwischen den hubbeabstandet an­ geordneten Elektromagneten 2 und 3 oszillierende Anker 4 des Aktuators 1 von rechteckiger Gestalt. Der für diese Ankergestaltung vorgesehene Halterahmen 7 gemäß Fig. 2 weist eine mit dem Stößel 5 antriebsfest verbindbare Traverse 8 auf, an der quer zur Ankerhubrichtung "AH" parallel beabstandet angeordnete Profil­ stäbe 9 und 9' als Tragelemente der Blechlamellen 6 dienen, wobei die Blechlamel­ len 6 jeweils als ein Blechpaket 6', 6" zwischen der Verbindungs-Traverse 8 und einer jeweiligen, an den freien Endbereichen der Profilstäbe 9, 9' vorgesehenen End-Traverse 10, 10' angeordnet sind.

Wie aus Fig. 4 ersichtlich, weist jede Blechlamelle 6 den Profilstäben 9, 9' im Quer­ schnitt entsprechend angepaßte Ausnehmungen 11, 11' auf, über die die Blech­ lamellen 6 entweder einzeln oder als Blechpaket 6', 6" auf den Profilstäben 9, 9' aufgefädelt angeordnet sind, wobei zur Lagesicherung der Blechlamellen 6 bzw. der Blechpakete 6, 6" die freien Endabschnitte der Profilstäbe 9, 9' mit der jeweiligen End-Traverse 10, 10' vorzugsweise fest verbunden sind.

Aus den Fig. 5 und 6 ist eine vorteilhafte Weiterbildung der erfindungsgemäß angeordneten Blechlamellen 6 ersichtlich, die sich dadurch gekennzeichnet, daß jedes Blechpaket 6', 6" abwechslungsweise relativ zu den Profilstäben 9, 9' des Halterahmens 7 über entsprechend angepaßte Ausnehmungen 11, 11' fixierte Blechlamellen 60 und relativ zu den Profilstäben 9, 9' in Ankerhubrichtung mittels entsprechend verlängerten Ausnehmungen 12, 12' begrenzt beweglich angeordnete Blechlamellen 60' umfaßt, wobei die Blechlamellen 60, 60' jedes Blechpaketes 6', 6" zwischen der jeweiligen End-Traverse 10, 10' und der Verbindungs-Traverse 8 reib- bzw. kraftschlüssig benachbart angeordnet sind. Vorzugsweise sind hierbei die be­ grenzt beweglich angeordneten Blechlamellen 60' in Ankerhubrichtung gegenüber den im Halterahmen 7 fixierten Blechlamellen 60 größer bzw. höher dimensioniert.

Durch diese vorbeschriebene Blechung des Ankers 4 mit unterschiedlich großen Blechlamellen 60, 60', wobei die größeren Blechlamellen 60' beweglich in das Blechpaket 6', 6" eingeklemmt sind, kann durch mechanische Reibung ein Teil der beim Aufschlagen des Ankers 4 auf einen der Elektromagneten 2 und 3 vorhande­ nen Bewegungsenergie in Reibarbeit umgewandelt werden. Durch die unterschiedli­ che Größe werden die größeren Blechlamellen 60' zwangsweise bewegt, womit in vorteilhafter Weise die Aufschlaggeschwindigkeit und somit der Impuls verringert sind.

In Fig. 7 ist für einen Anker 4 eines Aktuators 1 ein als ein einstückiges Bauteil gestalteter Halterahmen T gezeigt, bei dem die Blechlamellen 6 über in Anker­ hubrichtung offen gestaltete Ausnehmungen 13, 13' auf den Profilstäben 9, 9' ange­ ordnet sind, wobei die Blechlamellen 6 jedes Blechpaketes 6', 6" mittels durch­ setzend angeordneter Stifte 14 an Verbindungs-Traverse 8 und jeweiliger End-Tra­ verse 10, 10' gesichert gehalten sind.

Auch bei dieser Ausgestaltung des Halterahmens 7' kann jedes Blechpaket 6', 6" abwechslungsweise über die Stifte 14 fixierte Blechlamellen 60 und mittels Lang­ löcher relativ zu den Stiften 14 reibbeweglich angeordnete Blechlamellen 60' umfas­ sen.

Mit der Ausgestaltung des Halterahmens 7' als ein einstückiges Bauteil ist vorzugs­ weise eine Gewichtsreduzierung durch die Ausbildung des Halterahmens 7' aus einer Keramik erzielt, wobei Sinter-Keramik bevorzugt ist.

Eine vorteilhafte Weiterbildung des einstückig aus einer Keramik gestalteten Hal­ terahmens 7' offenbart schließlich Fig. 9, wonach der aus einer Keramik gestaltete Halterahmen 7' in einstückiger Verbindung mit einem Stößel 5' steht, der gerundete Übergänge 15 in die Verbindungs-Traverse 8 aufweist für eine dem Abbremsen die­ nende Zwangsführung mit am Stößel federbelastet anliegenden Kugeln oder Rollen.

Claims (9)

1. Elektromagnetische Schwinganker-Vorrichtung, insbesondere als Aktuator für ein Gaswechselventil einer Kraft- oder Arbeitsmaschine,

• 1. mit einem zwischen diametral angeordneten Rückstellfedern von be­ abstandet angeordneten, steuerbaren Elektromagneten (2, 3) hub­ oszillierend angetriebenen Anker (4), wobei .
• 2. der über einen Stößel (5, 5') hubgeführte Anker (4) mit Blechlamellen (6, 60, 60') ausgerüstet ist,

dadurch gekennzeichnet,

• 1. daß die Blechlamellen (6, 60, 60') in einem am Stößel (5, 5') vorge­ sehenen Halterahmen (7, 7') angeordnet sind.

2. Schwinganker-Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet

• 1. als Aktuator (1) mit einem zwischen hubbeabstandet angeordneten Elektromagneten (2, 3) oszillierenden Anker (4) von viereckiger bzw. rechteckiger Gestalt, und
• 2. einem Halterahmen (7, 7') mit einer mit dem Stößel (5, 5') antriebsfest in Verbindung stehenden Traverse (8), an der
• 3. quer zur Ankerhubrichtung parallel beabstandet angeordnete Profil­ stäbe (9, 9') als Tragelemente der Blechlamellen (6, 60, 60') dienen, die
• 4. jeweils als ein Blechpaket (6', 6") zwischen der Verbindungs-Traverse (8) und einer jeweiligen, an den freien Endbereichen der Profilstäbe (9, 9') vorgesehenen End-Traverse (10, 10') angeordnet sind.

3. Aktuator nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,

• 1. daß die Blechlamellen (6, 60, 60') einzeln oder als Blechpaket (6', 6") auf den Profilstäben (9, 9') aufgefädelt angeordnet und
• 2. mittels mit den Profilstäben (9, 9') verbundenen End-Traversen (10, 10') im Halterahmen (7, 7') lagegesichert sind.

4. Aktuator nach Anspruch 2 und 3, dadurch gekennzeichnet,

• 1. daß jedes Blechpaket (6', 6") abwechslungsweise relativ zu den Pro­ filstäben (9, 9') über entsprechend angepaßte Ausnehmungen (11, 11') fixierte Blechlamellen (60) und.
• 2. relativ zu den Profilstäben (9, 9') in Ankerhubrichtung mittels entspre­ chend verlängerten Ausnehmungen (12, 12') begrenzt beweglich an­ geordnete Blechlamellen (60') umfaßt, wobei
• 3. die Blechlamellen (60, 60') jedes Blechpaketes (6', 6") zwischen der jeweiligen End-Traverse (10, 10') und der Verbindungs-Traverse (8) reib- bzw. kraftschlüssig benachbart angeordnet sind.

5. Aktuator nach den Ansprüchen 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die begrenzt beweglich angeordneten Blechlamellen (60') in Ankerhubrichtung gegenüber den im Halterahmen (7) fixierten Blechlamellen (60) größer bzw. höher dimensioniert sind.

6. Aktuator nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch ge­ kennzeichnet,

• 1. daß der Halterahmen (7') als ein einstückiges Bauteil gestaltet ist und
• 2. die Blechlamellen (6) über in Ankerhubrichtung offen gestaltete Aus­ nehmungen (13, 13') auf den Profilstäben (9, 9') angeordnet sind, wobei
• 3. die Blechlamellen (6) jedes Blechpaketes (6', 6") mittels durchsetzend angeordneter Stifte (14) an Verbindungs-Traverse (8) und jeweiliger End-Traverse (10, 10') gesichert gehalten sind.

7. Aktuator nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der als ein ein­ stückiges Bauteil gestaltete Halterahmen (7') aus einer Keramik ist, insbe­ sondere Sinter-Keramik.

8. Aktuator nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet,

• 1. daß der aus einer Keramik gestaltete Halterahmen (7') in einstückiger Verbindung mit einem Stößel (5') steht, der
• 2. gegebenenfalls gerundete Übergänge (15) in die Verbindungs-Tra­ verse (8) aufweist für eine dem Abbremsen dienende Zwangsführung.

9. Aktuator nach den Ansprüchen 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet,

• 1. daß jedes Blechpaket (6', 6") abwechslungsweise über die Stifte (14) fixierte Blechlamellen (60) und
• 2. mittels Langlöcher relativ zu den Stiften (14) reibbeweglich angeord­ nete Blechlamellen (60') umfaßt.