DE19945112A1 - Elektromagnetischer Aktuator - Google Patents
Elektromagnetischer AktuatorInfo
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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.
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