DE19945112A1 - Elektromagnetischer Aktuator - Google Patents

Abstract

Es wird ein elektromagnetischer Aktuator beschrieben, der zur Betätigung eines Gaswechselventils dient. Er besteht aus zwei Elektromagneten und einem von diesen betätigten Anker, der auf das Gaswechselventil einwirkt und aus zwei Federkräften, die gegengerichtet auf den Anker wirken. Die Elektromagnete weisen ein Übersetzungsverhältnis i = I¶1¶/I¶2¶ kleiner 1 auf. DOLLAR A Der Anker und die ihm zugeordneten Pole des Elektromagneten sind nun derart ausgebildet, daß das Übersetzungsverhältnis i¶1¶ des Schließmagneten größer als das Übersetzungsverhältnis i¶2¶ des Öffnungsmagneten ist.

Description

Die Erfindung betrifft einen Elektromagnetischen Aktuator mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1.

Ein derartiger Aktuator ist beispielsweise in der älteren Patentanmeldung 198 24 537.8 beschrieben.

Üblicherweise ist das Übersetzungsverhältnis i für beide Elektromagnete gleich.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, den vorgeschlagenen Aktuator weiter zu optimieren.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.

Für den Schließmagneten gilt, daß er wegen der Ventilschließkraft eine große Halte­ kraft aufweisen muß. Andererseits muß er wegen der beim Schließen geringen Gas­ kräfte eine relativ kleine Hubarbeit leisten.

Demgegenüber muß der Öffnungsmagnet wegen der relativ großen Gaskräfte beim Auslaßventil eine relativ große Hubarbeit leisten. Um Leistung zu sparen, sollte des­ halb der Arbeitsluftspalt möglichst Hein sein, was ein kleineres Übersetzungsverhält­ nis i für den Öffnungsmagneten erfordert.

Dagegen entwickelt der Schließmagnet bei größerem Übersetzungsverhältnis eine höhere Kraft an der Ventilachse.

Aus diesen Überlegungen resultiert die Auslegung des Aktuators mit unterschiedli­ chem i für die beiden Elektromagnete.

Aus dieser Auslegung der Elektromagnete wird der Schließmagnet klein. Die effekti­ ve Ankermasse wird durch die Formgebung des Ankers (z. B. mit trapezförmigem Querschnitt) geringfügig erhöht.

Der Öffnungsmagnet bekommt einen kleinen mittleren Luftspalt, was die Leistung vermindert.

Gemäß einer Weiterentwicklung der Erfindung wird zusätzlich ein Kennlinienmagnet (Tauchanker) für den Öffnungsmagneten verwendet und das dem Öffnungsmagne­ ten gegenüberliegende Ankerteil wird entsprechend dem Anspruch 2 ausgebildet.

Die Verwendung eines Kennlinienmagneten für den Öffnungsmagneten ist an sich aus der EP 0739 004 A1 bekannt. Gegenüber dem zweiten Elektromagneten ist der Anker als Flachanker ausgebildet. Die Elektromagnete sind dort als Topfmagnete ausgebildet, wobei der Anker eine lineare Auf- und Abbewegung ausführt. Beim Stand der Technik ist der Anker gleitgelagert. Die durch Fertigungstoleranzen un­ vermeidlichen Luftspaltunterschiede haben relativ hohe Querkräfte zur Folge, wo­ durch Reibungskräfte bewirkt werden. Die Verwendung eines Kennlinienmagneten hat den Vorteil, daß die hohen Gaskräfte wegen der höheren Fernwirkungskraft eines solchen Elektromagneten leichter überwunden werden können. Im speziellen Fall des schwenkbaren Ankers wird durch die Erfindung die bewegte Masse des Ankers und damit der Energiebedarf klein gehalten. Die Verwendung eines oder mehrerer Wälzlager für die Schwenkbewegung des Ankers hat den Vorteil, daß durch Ferti­ gungstoleranzen bedingte Querkräfte auf die Lagerung geringe Reibungsverluste mit sich bringen. Durch die Verwendung von Stanzteilen für den Anker und/oder die Jo­ che, die als Feinstanzteile hergestellt werden können, können Toleranzen und Wir­ belstromverluste klein gehalten werden. Außerdem kann das Joch zum Anker justiert werden. Die Verwendung der erfindungsgemäß ausgebildeten Kennlinienmagneten ist auch ohne die Verwendung der Merkmale des A1 möglich.

Anhand der Zeichnung werden Ausführungsbeispiele der Erfindung erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 ein erstes Ausführungsbeispiel

Fig. 2 ein zweites Ausführungsbeispiel

In der Fig. 1 sind zwei zweipolige Elektromagnete 1 und 2 gezeigt, die Joche 1a bzw. 2a und Wicklungen 1b bzw. 2b aufweisen. Ein diesen Elektromagneten 1 und 2 zu­ geordneter Anker 3 ist an einem Hebel befestigt, der an seinem linken Ende schwenkbar um die Schwenkachse 4 gelagert ist. Die Lagerung kann als Wälzlager ausgebildet sein, wobei ein oder mehrere Wälzlager verwendet werden können. Die auf den Anker 3 wirkenden Federkräfte werden hier durch einen Torsionsstab 6, so­ wie die Ventilfeder 9 aufgebracht. Der Torsionsstab verläuft in Richtung der Schwenk­ achse und zumindest teilweise in einem Rohr 7, das durch den Hebel 8 gebildet wird. Am anderen Ende des Hebels 8 wirkt dieser auf einen nur angedeuteten Ventil­ schaft 10 ein, auf den die Kraft der Ventilfeder 9 wirkt.

Der Elektromagnet 2 ist der Öffnungsmagnet.

Der schraffiert dargestellte Anker 3 hat hier im Querschnitt die Form eines Trapezes mit nicht parallelen Seitenflächen. Damit liegt das Zentrum 3b des unteren Ankerteils näher bei der Schwenkachse 4 als das Zentrum 3a des oberen Ankerteils. Die Pole der Elektromagneten sind so angeordnet, daß sie den Ankerteilen mit den Zentren 3a und 3b zugeordnet sind. Daraus folgt, daß das Übersetzungsverhältnis i₁ des Elektromagneten 1 größer als das Übersetzungsverhältnis i₂ des Elektromagneten 2 ist.

In der Fig. 2 sind ähnlich wie in Fig. 1 zwei Elektromagnete 11, 11a, 11b und 12, 12a und 12b vorgesehen, denen ein schwenkbar gelagerter Anker 13 gegenüber steht, der auf einen Ventilschaft 20 einwirkt. Der Hebel 18 ist hier in Wälzlagern 15 gela­ gert. Hier erzeugt der Torsionsstab 16 die gesamten Federkräfte. Auch hier gilt, das i₁ < i₂ ist.

Während der dem Elektromagneten 11 zugeordnete Teil des Ankers 3 ein Flachanker ist, ist hier zusätzlich das dem Elektromagneten 12 zugeordnete Ankerteil als Tauchanker mit Eintauchteilen 13a und 13b ausgebildet und die Pole 12c der Jo­ che 12a sind den Eintauchteilen 13a und 13b in der gezeigten Stellung naheliegend und für die Schwenkbewegung geeignet ausgebildet, so daß sich kleine Luftspalte ausbilden. Wie erwähnt, werden der Anker 13 und die Joche 11a und 12a vorzugs­ weise durch Stanzteile zusammengesetzt, sie sind also lamelliert. Durch die Wälzla­ gerung und die zum Anker justierbaren Joche können die radialen Luftspalte sehr klein gehalten werden. Das System bewirkt hier wie ein Reluktanzmotor.

Claims (6)

1. Elektromagnetischer Aktuator zur Betätigung eines Gaswechselventils (10) mit einem Elektromagneten zum Schließen des Gaswechselventils (Schließmagnet) und einem zweipoligen Elektromagneten zum Öffnen des Gaswechselventils (Öffnungsmagnet), mit einem zugehörigen das Gaswechselventil (10) betätigen­ den Anker (3) und mit auf den Anker (3) wirkenden, entgegengesetzt gerichteten Federkräften (6), die ohne Betätigung eines Elektromagneten (1, 2) den Anker (3) in eine Zwischenstellung zwischen zwei Endstellungen stellen, in denen dieser durch die Elektromagneten (1, 2) wenigstens in der Nähe der Pole (2c) der Elek­ tromagneten (1, 2) gehalten wird, wobei der Anker (3) um eine Schwenkachse (4) schwenkbar gelagert ist und wobei der Abstand I₁ des Einwirkpunkts auf das Gaswechselventil von der Schwenkachse (4) größer als der Abstand I₂ des Zen­ trums des Ankers von der Schwenkachse (4) ist (Übersetzungsverhältnis i = I₂/I₁ < 1), dadurch gekennzeichnet, daß der Anker (3) derart ausgebildet ist, daß das Zentrum (Mitte 3b) des dem Öffnungsmagneten (2) gegenüberliegenden An­ kerteils näher an der Schwenkachse (4) liegt als das Zentrum (Mitte 3a)des dem Schließmagneten (1) zugeordnete Ankerteils und daß die Pole (1c, 2c) der Elek­ tromagnete (1, 2) diesen Ankerteilen (Zentren 3a, 3b) gegenüber liegend ange­ ordnet sind.

2. Elektromagnetischer Aktuator, insbesondere nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das dem Öffnungsmagneten (1, 2) zugeordnete Ankerteil als Tauchanker (13a, 13b) ausgebildet ist und daß die in den Elektromagneten (12) eintauchenden Ankerteile (13a, 13b) näher zur Schwenkachse (4) liegen als die diesen eintauchenden Ankerteilen (13a, 13b) zugeordneten Polenden (12c) des Jochs (12b) des Elektromagneten (12).

3. Elektromagnetischer Aktuator nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Schließmagnet (1) einen Flachanker aufweist.

4. Elektromagnetischer Aktuator nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch ge­ kennzeichnet, daß für die schwenkbare Lagerung wenigstens ein Wälzlager (15) vorgesehen ist.

5. Elektromagnetischer Aktuator nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch ge­ kennzeichnet daß der Anker (3) und/oder die Joche (1a, 2a) aus Stanzteilen zu­ sammengesetzt sind.

6. Elektromagnetischer Aktuator nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Joche (1a, 2a) gegenüber dem Anker (3) justierbar sind.