DE3513103A1

DE3513103A1 - Elektromagnetisch arbeitende stellvorrichtung

Info

Publication number: DE3513103A1
Application number: DE19853513103
Authority: DE
Inventors: Des Erfinders Auf Nennung Verzicht
Original assignee: FLECK ANDREAS; Fleck Andreas 2000 Hamburg
Current assignee: Audi AG
Priority date: 1985-04-12
Filing date: 1985-04-12
Publication date: 1986-10-16
Also published as: US4715332A; JPH0630298B2; JPS61248402A; CA1272086A; DE3513103C2

Description

5. Dezember 1984 .:..:.. .« ^ι... ...' "*"^νινν

AZ 2028

ElektrcMnagnetisch arbeitende Stellvorrichtung

Die Erfindung betrifft eine elektromagnetisch arbeitende Stelleinrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Eine derartige Einrichtung ist aus der DE-OS 30 24 109 bekannt. Bei diesem Stand der Technik ist eine Stelleinrichtung beschrieben, die an einem Steuerelement eine Ankerplatte trägt, die zwischen zwei Schaltmagneten hin- und herbewegbar ist. In der einen Schaltposition wird die Ankerplatte von einem der Schaltmagnete gehalten in der anderen Schaltposition wird die Ankerplatte von einem anderen Schaltmagneten gehalten, der dem ersten gegenüberliegt.

Wenn die Ankerplatte in ihrer einen Schaltposition durch Stromfluß durch den einen Schaltmagneten gehalten wird, wird bereits gleichzeitig der andere Schaltmagnet unter Strom gesetzt. Der Wechsel der Schaltposition geschieht dadurch, daß der Schaltmagnet, in dessen Einzugsbereich sich die Ankerplatte befindet, abgeschaltet wird, wodurch die Ankerplatte mit Federunterstützung in Richtung zu dem anderen Schaltmagneten gedruckt wird und von diesem gehalten wird.

Der exakte Zeitpunkt des Umschaltens.wird somit definiert durch das Abschalten eines Magneten, nicht durch das Einschalten der Schaltmagnete.

Dabei ist problematisch, daß sich der Abbau des magnetischen Feldes durch in dem Magnetkern ausbildende Wirbelströme nicht genau definieren läßt, so daß eine Unsicherheit hinsichtlich des exakten Zeitpunktes, zu dem sich die Ankerplatte von der Polfläche

des Magnetkerns des bereits abgeschalteten Magneten löst, gegeben ■ ist.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine gattungsgemäße Vorrichtung zu schaffen, bei der der Zeitpunkt des Wechsels der Schaltposition exakt einstellbar ist.

Die Aufgabe wird gelöst durch den Hauptanspruch.

ErfindungsgemäG ist vorgesehen, daß in dem Magnetfluß zwischen • Ankerplatte und der Anlagefläche des Magnetkernes, der die Ankerplatte anzieht, ein magnetischer Widerstand vorgesehen ist, in dem die Magnetlinie nicht durch ferromagnetisches oder elektrisch leitendes Material läuft. Damit wird die Erzeugung und Weiterleitung von Wirbelströmen innerhalb der Ankerplatte reduziert, das Magnetfeld kann sich somit beim Ausschalten des Stromflusses schneller abbauen.

Gemäß den Unteransprüchen kann der magnetische Widerstand gebildet werden durch einen Freiraum oder Spalt oder durch elektrisch nicht leitendes Material.

Die Dicke des Spaltes auf den beiden Seiten der Ankerplatte kann je nach den Anforderungen durchaus unterschiedlich sein. Je stärker der Spalt ist, desto genauer ist der Abfallzeitpunkt vorherbestimmbar, andererseits ist jedoch auch die Kraft, die der Magnet aufbringen muß, um die Ankerplatte zu halten, größer. Der genauere Zeitpunkt wird somit mit einem höheren Energieverbrauch erkauft, und es ist abzuwägen, inwieweit für den jeweiligen Verwendungszweck es gerechtfertigt ist, den Energieverbrauch zugunsten der genaueren Steuerung des Umschaltzeltpunktes zu erhöhen.

Wird die Erfindung beispielsweise in einer Brennkraftmaschine zur Steuerung des Einlaßventiles verwendet, ist der Zeitpunkt des öffnens des Einlaßventiles verhältnismäßig unkritisch, da zu dem Zeitpunkt sich der Zylinder im oberen Totpunkt befindet und die Saugphase des Motors allmählich anläuft. Der Schließzeitpunkt jedoch

ist kritisch, da die Füllung des Brennraumes stark davon abhängt, zu welchem exakten Zeitpunkt während des starken Ansaugens unter Unterdruck das Einlaßventil geschlossen wird. Demzufolge ist es wichtig, den Wechsel von der Öffnungsstellung in die Schließsstellung genau bestimmen zu können, d.h. der Spalt zwischen Ankerplatte und Schaltmagnet, der das Ventil in geöffneter Stellung hält, wird größer ausgelegt sein als der Spalt auf der anderen Seite der Ankerplatte.

Im folgenden wird die Erfindung anhand der Figuren beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 eine teilweise geschnittene Ansicht einer erfindungsgemäßen Vorrichtung, und

Fig. 2 eine Darstellung des Details A in Fig. 1 in vergrößertem Maßstab.

Fig. 1 zeigt den Ausschnitt aus dem Motorblock einer Brennkraftmaschine, mit dem Bezugszeichen 10 ist der Zylinderkopf bezeichnet. Aus dem Zylinderraum 16 führt ein Auslaßkanal 12, der mit einem Auslaßventil 18 wahlweise verschlossen werden kann, in den Zylinderraum 16 führt ein Einlaßkanal 14, der wahlweise mit einem Einlaßventil 20 verschlossen werden kann. Die Ventile 18 und 20 werden durch eine elektromagnetisch arbeitende Stelleinrichtung gesteuert, die in einem Gehäuse 22 untergebracht ist. Einlaß- und Auslaßventil werden auf die besonderen Gegebenheiten ausgelegt, in Fig. 1 ist dementsprechend zu erkennen, daß der Ventilteller 20 des Einlaßventiles größer ist als der Ventilteller 18 des Auslaßventiles.

Im folgenden wird, da außer der Bemaßung keine prinzipiellen Unterschiede auftreten, nur die Stelleinrichtung für das Einlaßventil besprochen.

— 6 ·■

Von dem Ventilteller 20 führt ein Schaft 24 aus dem Zylinderkopf 10 heraus, der im Zylinderkopf in eine Hülse 26 gleitet. Das Ende des Ventilschaftes 24 ist mit dem Bezugszeichen 28 bezeichnet, es hat dort eine Auflage, auf die ein später zu beschreibendes Gegenlager 40 auftrifft.

An dem dem Ventilteller 20 gegenüberliegenden Ende des Ventilschaftes 24 ist umfangsmäßig ein Ring 30 angeflanscht, der als Widerlager für ein Federsystem dient, das aus einer großen Schraubenfeder 32 und einer kleinen Schraubenfeder 34 zusammengesetzt ist. Die beiden Schraubenfedern 32 und 34 laufen koaxial zueinander ineinandergefügt, der gegenüberliegende Fußpunkt 36 ist eine Auflage im Zylinderkopf. Der Ventilschaft 24 kann in dem Gleitlager 26 gegen die Kraft des Federsystems 32 und 34 bewegt werden, der Ventilteller 20 hebt sich dann von seinem Sitz und öffnet den Auslaßkanal 14.

Die axiale Verlängerung zu dem Ventilschaft 24 bildet ein Schaft 38 eines Steuerelementes, das an seinem unteren Ende zur Anlage mit dem Ventilschaft 26 ein Gegenlager 40 besitzt. Im Bereich des Gegenlagers schließt sich an den Schaft 38 des Steuerelementes eine ringförmige Ankerplatte 46 an, die aus ferromagnetische!!! Material besteht. An der Ankerplatte liegt gleichzeitig ein Federsystem aus einer großen Schraubenfeder 42 und einer kleinen Schraubenfeder 44 an, die ebenfalls koaxial zueinander und koaxial mit •dem Schaft 38 des. Steuerelementes verlaufen.

Der Fußpunkt dieses Federsystems 42 und 44 wird durch ein Auflager 48 gebildet, auf das im weiteren Verlauf noch einzugehen ist.

Ein Magnetkern 68, der im Querschnitt U-förmig ist und somit einen Topfmagneten zur Aufnahme einer Spule 66 bildet, ist ringförmig angeordnet, die Achse des Ringes fällt zusammen mit der Achse des Ventilschaftes 24. Im Innern des Magnetkernes 68 befindet sich die Spule 66, der im Querschnitt U-förmige Magnetkern 68 ist in

Richtung zur Ankerplatte 46 .geöffnet.

Gleichermaßen ist der Schaft 38 des Steuerelementes von einem ähnlich ausgebildeten Magnetkern 64 umgeben, der in seinem Innern eine Spule 62 trägt. Die Ankerplatte 46 bewegt sich, je nach Erregung des Magneten 62 bzw. 66, von einer Anlage an den Polflächen des Magnetkerns 64 zu einer Anlage an den Magnetkern' 68 und zurück.

Weiterhin ist ein Stellmagnet vorgesehen, der aus einem Magnetkern 58 und einer Spule 60 besteht. Bei Erregung der Spule 60 wird als Anker ein ferromagnetisches Bauteil 56 angezogen, das mit einem Bauteil 54 verbunden ist. Diese durch die Erregung der Spule 60 des Stellmagneten auf das Bauteil 54 wirkende Bewegung wird über Dorne 50, die in einem Verschlußdeckel angeordnet sind, auf den Fußpunkt des Federsystems, der durch das Widerlager 58 gebildet wird,übertragen, wodurch durch die Erregung der Spule 60 des Stellmagneten der Fußpunkt der Feder 42 und 44 verschoben wird.

Die Ankerplatte 46 ist in ihrer einen Schaltposition, in der das Ventil 20 geschlossen ist, durch den Magnetkern 64 aufgrund des Stromdurchflusses durch die Spule 62 gehalten. In ihrer anderen Schaltposition wird die Ankerplatte 46 durch den Magnetkern 68, aufgrund des Stromdurchflusses durch die Spule 66, gehalten. Dabei wird das Auslaßventil 20 geöffnet.

In Fig. 2 ist der Bereich der Magnetkerne 68 und 64, zusammen mit den Spulen 62 und 66, und ihr Zusammenwirken mit der Ankerplatte 46 näher dargestellt. Die Ankerplatte 46 läuft in einer Hülse 86 ohne Berührung derselben. In Fig. 2 befindet sie sich in der Stellung, in der das Ventil 20 geschlossen ist. Die Ankerplatte, die im Schnitt dargestellt ist, ist jedoch nicht durchgehend, sondern besitzt eine Scheibe 90 aus ferromagnetischem Material, das mit einer Schicht 92 bedeckt ist, die in der Fig. 2 dargestellten Stellung in Anlage an die Polflächen des Magnetkerns 64 kommt.

Die Schicht 92 sorgt dafür, daß von dem einen Schenkel des im Querschnitt U-förmigen Magnetkernes 64 über die Ankerplatte 90, die aus ferromagnetischem Material besteht, in den anderen Schenkel des Magnetkernes möglichst wenig Wirbelströme auftreten, und daß die Magnetlinien im Bereich der Schicht 92 einen für para- oder diamagnetischen Materialien typischen Verlauf zeigen, der unterschiedlich ist von dem Verlauf in ferromagnetischen Materialien. Hinsichtlich der Magnetwirkung und der auftretenden Wirbelströme verhält sich somit die Schicht 92 wie ein Luftspalt. Bei zwischen den beiden Polen des im Querschnitt U-förmigen Magnetkernes 64 verlaufenden Magnetlinien treten die Magnetlinien in das ferromagnetische Material 90 der Ankerplatte 46 erst mit einem gewissen Abstand von dem Pol des Magnetkernes 64 ein, die Ankerplatte 46 wird dementsprechend nicht mit der gleichen Kraft an den Polen des Magnetkernes 64 gehalten, als wenn der Überzug 92 auch aus ferromagnetischem Material bestehen würde. Für die vergleichbare Kraftwirkung ist somit aufgrund der Schicht 92 eine höhe.re Auslegung des Magneten erforderlich.

Andererseits jedoch wird die Induzierung von Wirbelströmen verringert, so daß mit Abschalten der Spule 62 das Magnetfeld 64 schneller zusammenbricht und somit die Ankerplatte 46 zu einem genauer vorherbestimmbaren Zeitpunkt und vor allem auch schneller freigegeben wird.

Durch Wirkung der Federn 42 und 44, wie in Fig. 1 zu sehen, wird dann die Ankerplatte in die Richtung zum Magnetkern 68 gedrückt, der zu diesem Zeitpunkt bereits durch die Strombeaufschlagung der Spule 66 erregt sein kann.

An der Unterseite der Ankerplatte 46 ist ein Vorsprung 96 entlang des Außenumfangs in akialer Richtung zu erkennen, der in Anlage an den einen Pol des im Querschnitt U-förmigen Magnetkernes 68 kommt, so daß der Pol des Magnetkernes 68 nur an dem Vorsprung 96 die Ankerplatte 46 berührt, der übrige Teil ist von der Stirnseite der Ankerplatte durch den Spalt 94 Beabstandet. Bei dieser

Ausführung wird also der Spalt nicht durch einen Überzug 92 gebildet, sondern tatsächlich durch einen Luftraum 94.

Es dürfte ohne weiteres einleuchten, daß statt eines l/orsprunges 96 auch in der seitlichen Hülse 86 der Ankerplatte 46 ein entsprechender Vorsprung am Inoenumfang vorgesehen sein kann, gegen den die Ankerplatte 46 zur Auflage kommt. Wichtig ist der isolierende Abstand der Ankerplatte 46 von den Polen des Magnetkernes 68.

Wie bereits weiter oben erwähnt, wird in der Praxis ein Kompromiß zu suchen sein zwischen der durch den Abstand notwendigerweise stärkeren Auslegung des Magneten einerseits und den erwünschten genau vorherbestimmbaren und kürzeren Schaltzeiten andererseits. Ist der eine der beiden Schaltmagneten 62 bzw. 66 hinsichtlich der genauen und kurzen Ausschaltzeit kritischer als der andere, läßt er sich dementsprechend etwas stärker auslegen und dafür dann der Abstand zwischen Ankerplatte 46 und Schaltmagnet vergrößern, bzw., wenn man einen vollkommen symmetrischen Aufbau bevorzugt, ist die Auslegung der Magnete 62 und 66 auf den größeren der beiden Spalte vorzunehmen.

- 10 -

Claims

5. Dezember 1984 · · . ■ ■ ■ OOIOIUO

AZ 2028

Patentansprüche

( l.yElektromagnetisch arbeitende Stelleinrichtung für oszillierend bewegbare Steuerelemente an Verdrängungsmaschinen, insbesondere für Hubventile, mit zwei elektrisch arbeitenden Schaltmagneten, über die eine das Steuerelement antreibende Ankerplatte in zwei -gegenüberliegende, diskrete Schaltpositionen bewegbar ist, von je einem der Schaltmagriete haltbar ist, dadurch gekennzeichnet , daß in dem von dem magnetischen Fluß durchsetzten Magnetkreis ein magnetischer Widerstand zur Einstellung der Abfallzeiten der Ankerplatte (46) vorgesehen ist._t

2. Stelleinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß der magnetische Widerstand durch einen

Freiraum (94) zwischen den Polflächen des Magnetkerns (68) des Ik

Schaltmagneten (66) und Ankerplatte (46) gebildet ist.

3. Stelleinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der magnetische Widerstand durch einen Auftrag (92) von nicht, ferromagnetischem Material auf die Ankerplatte (46) und/oder die Polfläche gebildet ist.

4. Stelleinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der magnetische Widerstand in der einen Schaltposition im Anzugsbereich des einen Schaltmagneten (64) größer ist als in der anderen Schaltposition in Anlage an den anderen Schaltmagneten (68).

5. Stelleinrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4 zur Verwendung der Betätigung eines Gaswechselventilens in einer Brennkraftmaschine,

dadurch gekennzeichnet, daß beim Einlaßventil der magnetische Widerstand (94) zwischen Ankerplatte (46) und Schaltmagnet (68) in Öffnungsposition des Ventils (20) größer ist als der magnetische Widerstand (92) zwischen Ankerplatte (46) und Schaltmagnet (64) in Schließposition des Ventils (20).