Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Betätigung mindestens
eines Gaswechselventils einer Brennkraftmaschine nach dem
Oberbegriff des Anspruchs 1.
Aus der DE 196 28 860 A1 ist eine gattungsbildende Vorrichtung
zur Betätigung mindestens eines Gaswechselventils einer Brennkraftmaschine
bekannt. Diese als elektromagnetischer Aktuator
ausgebildete Vorrichtung umfaßt zwei elektromagnetische Einheiten,
von denen eine in Öffnungsrichtung und eine in
Schließrichtung wirkt. Mittels der beiden elektromagnetischen
Einheiten ist ein Schwenkanker betätigbar, der mit dem Gaswechselventil
über einen Ventilschaft in Wirkverbindung steht.
Der Schwenkanker und die beiden elektromagnetischen Einheiten
sind in einem gemeinsamen Gehäuse angeordnet. Der Schwenkanker
ist über eine Drehachse in dem Gehäuse gelagert.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine gattungsgemäße
Vorrichtung zu schaffen, die gut justierbar ist, so daß beim
Schwenken des Schwenkankers gegen eine der elektromagnetischen
Einheiten ein minimaler Luftspalt verbleibt. Sie wird gemäß
der Erfindung durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Weitere
Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Die Erfindung geht aus von einer Vorrichtung zur Betätigung
mindestens eines Gaswechselventils einer Brennkraftmaschine,
umfassend mindestens einen Schwenkanker, der mit dem Gaswechselventil
in Wirkverbindung steht, sowie mindestens eine erste
und mindestens eine zweite elektromagnetische Einheit, welche
zur Betätigung des Schwenkankers dienen.
Es wird vorgeschlagen, daß der Schwenkanker einer ersten Funktionsgruppe
mit einem Ankergehäuse zugeordnet ist, das über
Verbindungsmittel zumindest mit einer zweiten Funktionsgruppe
verbunden ist, welcher eine der beiden elektromagnetischen
Einheiten zugeordnet ist. Die Aufteilung der Vorrichtung in
Funktionsgruppen ermöglicht es, die Bauteile der jeweiligen
Funktionsgruppe zunächst zusammenzusetzen und vor dem Verbinden
der Funktionsgruppen einer Bearbeitung, insbesondere einer
Feinbearbeitung, wie Schleifbearbeitung, Feinfräsen usw., zu
unterziehen, so daß beim Zusammensetzen der jeweiligen Bauteile
gegebenenfalls entstehende Verzüge egalisiert werden. Die
Wirkflächen der einzelnen Funktionsgruppen sind nach deren Zusammensetzen
derart frei zugänglich, daß sie einer Bearbeitung
unterzogen werden können. Insbesondere können Wirkflächen der
jeweiligen Funktionsgruppen, d.h. die Wirkflächen des Schwenkankers
und die jeweils zugeordneten, in der Regel von einem
Joch gebildeten Wirkflächen einer der beiden elektromagnetischen
Einheiten, derart einer Bearbeitung unterzogen werden,
daß nach dem Verbinden der Funktionsgruppen bei entsprechender
Schwenkstellung des Schwenkankers zwischen diesen Wirkflächen
kein oder nur ein minimaler Luftspalt liegt. Durch z.B.
Schleifen lassen sich minimale Toleranzen erreichen.
Des weiteren ist es möglich, Verformungen, denen die jeweilige
Funktionsgruppe im Betrieb der Vorrichtung unterzogen ist,
während des Bearbeitens aufzubringen, so daß zwischen den jeweiligen
Wirkflächen im Betrieb der Vorrichtung bei entsprechender
Schwenkankerstellung ein über die Wirkflächen konstanter
Abstand bzw. kein Abstand herrscht.
Die Verbindungsmittel können gleichzeitig zur Verbindung der
Funktionsgruppen untereinander und zur Befestigung der Vorrichtung
beispielsweise auf einem Aktuatorenträger oder einem
Zylinderkopf dienen.
Es ist denkbar, daß der Schwenkanker und eine der elektromagnetischen
Einheiten der ersten Funktionsgruppe zugeordnet sind
und die andere elektromagnetische Einheit der zweiten Funktionsgruppe
zugeordnet ist. Um jedoch sowohl in Öffnungsstellung
des Schwenkankers als auch in Schließstellung des Schwenkankers
optimal zueinander orientierte Wirkflächen vorsehen zu
können, umfaßt die Vorrichtung nach der Erfindung vorteilhaft
eine dritte Funktionsgruppe, welcher eine der beiden elektromagnetischen
Einheiten zugeordnet ist und die über Verbindungsmittel
mit der ersten Funktionsgruppe verbunden ist. Dadurch
ist es möglich, vor dem Verbinden der Funktionsgruppen
sowohl die öffnungsseitigen als auch die schließseitigen Wirkflächen
einer Bearbeitung, insbesondere Feinbearbeitung zu unterziehen.
Nach einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung umfassen
die Verbindungsmittel mindestens eine stangenartige Befestigungseinrichtung.
Diese ist vorzugsweise als Schraubenbolzen
ausgeführt. Denkbar ist aber beispielsweise auch eine stangenartige
Befestigungseinrichtung wie eine Gewindestange. Mit einer
stangenartigen Befestigungseinrichtung können die einzelnen
Funktionsgruppen im wesentlichen spannungsfrei miteinander
verbunden werden. Des weiteren kann die stangenartige Befestigungseinrichtung
auch auf einfache Weise zur Befestigung der
Vorrichtung nach der Erfindung auf einem Aktuatorenträger, einem
Zylinderkopf oder dergleichen eingesetzt werden. Es sind
jedoch auch andere, dem Fachmann als sinnvoll erscheinende
Vorrichtungen, mittels denen die Funktionsgruppen miteinander
verbunden und fixiert werden können, als Verbindungsmittel geeignet.
Das Ankergehäuse ist vorteilhaft rahmenartig ausgebildet, wobei
es zur Lagerung des mindestens einen Schwenkankers dient.
Eine derartige Ausgestaltung des Ankergehäuses bietet eine sichere
und geschützte Aufnahme für den Schwenkanker, in die auf
einfache Weise Eingriffstellen für die stangenartige Vorrichtung
zur Verbindung der Funktionsgruppen eingebracht sein können.
Entsprechend können die zweite und/oder die dritte Funktionsgruppe
eine erste bzw. eine zweite Aufnahmevorrichtung umfassen,
die im wesentlichen rahmenförmig ausgebildet sind. Das
Ankergehäuse und die Aufnahmevorrichtungen können beispielsweise
aus Einzelteilen zusammengeschweißt oder können gegossen
sein und sind zweckmäßigerweise so ausgestaltet, daß sie jeweils
mit Versteifungsmitteln versehen sind. Beispielsweise
umfassen die Aufnahmevorrichtungen jeweils einen Hauptrahmen
und einen Seitenrahmen, zwischen denen die jeweilige elektromagnetische
Einheit befestigt ist, sowie gegebenenfalls einen
oder mehrere stirnseitig angebrachte, steife Biegebalken. So
bilden die Aufnahmevorrichtungen sichere und formstabile Aufnahmen
für die jeweilige elektromagnetische Einheit.
Zweckmäßig greifen die Verbindungsmittel an der rahmenartigen
Aufnahme der ersten und/oder der zweiten Funktionsgruppe an.
Insbesondere können die Funktionsgruppen derart über mindestens
ein als Schraubenbolzen ausgebildetes Verbindungsmittel
verspannt sein, daß dieses jeweils in eine Bohrung der beiden
rahmenartigen Aufnahmen sowie eine Bohrung des rahmenartig
ausgebildeten Ankergehäuses eingreift.
Die Vorrichtung nach der Erfindung läßt sich besonders gut
justieren, wenn die Wirkflächen der ersten und der zweiten elektromagnetischen
Einheit parallel ausgerichtet sind. In diesem
Fall sind die rahmenartigen Aufnahmen für die elektromagnetischen
Einheiten sowie das Ankergehäuse zweckmäßig im wesentlichen
parallel ausgerichtet.
Insbesondere bei paralleler Ausrichtung der Wirkflächen der elektromagnetischen
Einheiten ist es vorteilhaft, wenn der
Schwenkanker keilförmig ausgebildet ist. Damit ist gewährleistet,
daß die Wirkfläche der elektromagnetischen Einheit und
die jeweilige Wirkfläche des Schwenkankers, wenn dieser gegen
diese elektromagnetische Einheit geschwenkt ist, im wesentlichen
parallel ausgerichtet sind, so daß eine minimale Halteleistung
aufzubringen ist. Die Bearbeitung der Wirkflächen vor
dem Verbinden der Funktionsgruppen kann insbesondere in diesem
Fall derart erfolgen, daß zunächst die eine elektromagnetische
Einheit umfassende Funktionsgruppe auf die den Schwenkanker
umfassende Funktionsgruppe gesetzt und dann eine elektromagnetische
Einheit aktiviert wird, so daß der Schwenk-anker von
einem der elektromagnetischen Einheit zugeordneten Joch, beispielsweise
dem sogenannten Öffnerjoch, angezogen wird, ein
Abtragmittel zwischen den Schwenkanker und das Joch eingebracht
wird und dann die beiden Funktionsgruppen relativ zueinander
im wesentlichen parallel zu den Wirkflächen oszillierend
bewegt werden. Danach werden die zweite Wirkfläche des
Schwenkankers und die Wirkflächen eines der zweiten elektromagnetischen
Einheit zugeordneten Jochs, beispielsweise des
sogenannten Schließerjochs, auf entsprechende Weise behandelt.
Die Vorrichtung nach der Erfindung kann als Doppelaktuator
ausgebildet sein, so daß sie zur gleichzeitigen Betätigung
zweier Gaswechselventile dienen kann.
Weitere Vorteile ergeben sich aus der folgenden Zeichnungsbeschreibung.
In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der
Vorrichtung nach der Erfindung dargestellt. Die Beschreibung
und die Ansprüche enthalten zahlreiche Merkmale in Kombination.
Der Fachmann wird die Merkmale zweckmäßigerweise auch einzeln
betrachten und zu sinnvollen weiteren Kombinationen zusammenfassen.
Es zeigt:
- Fig. 1
- einen Doppelaktuator in einer schematischen perspektivischen
Darstellung,
- Fig. 2
- drei Funktionsgruppen des Aktuators nach Fig. 1 in einer
perspektivischen Darstellung,
- Fig. 3
- die drei Funktionsgruppen nach Fig. 2 ohne jeweilige
Gehäuse in einem schematischen Querschnitt,
- Fig. 4
- die Anordnung zweier Funktionsgruppen des Doppelaktuators
nach Fig. 1 bei einer Schleifbearbeitung in einer
schematischen Darstellung,
- Fig. 5
- einen Spülvorgang einer Lagerstelle eines Schwenkankers
und
- Fig. 6
- eine alternative Ausführungsform eines elektromagnetischen
Aktuators in einem schematischen Querschnitt.
In Fig. 1 bis 3 ist ein elektromagnetischer Doppelaktuator 10,
ein sogenannter Twinaktuator, dargestellt, der zur Betätigung
zweier nicht näher dargestellter Gaswechselventile einer ebenfalls
nicht näher dargestellten Brennkraftmaschine für Kraftfahrzeuge
dient.
Der Doppelaktuator 10 ist im wesentlichen aus drei Funktionsgruppen
zusammengesetzt, nämlich einer ersten Funktionsgruppe
11, die zwei Schwenkanker 12 und 13 umfaßt, einer zweiten
Funktionsgruppe 14, die zum Schließen der Gaswechselventile
dient und hierzu zwei als Elektromagneten ausgebildete elektromagnetische
Einheiten 15 und 16 umfaßt, sowie einer dritten
Funktionsgruppe 17, die zum Öffnen der Gaswechselventile dient
und hierzu zwei als Elektromagneten ausgebildete elektromagnetische
Einheiten 18 und 19 umfaßt.
Die Funktionsgruppen 11, 14 und 17 sind über gemeinsame, als
Schraubenbolzen ausgebildete Verbindungsmittel 20 und 21 miteinander
verbunden. Die Schraubenbolzen 20 und 21 dienen auch
zur Befestigung des Doppelaktuators 10 auf einem hier nicht
dargestellten Aktuatorenträger.
Die Schraubenbolzen 20 und 21 durchgreifen jeweils eine Bohrung
22 bzw. 23 einer als Aufnahmerahmen ausgebildeten Aufnahmevorrichtung
24 der zweiten Funktionsgruppe 14, jeweils eine
Bohrung eines rahmenförmigen Ankergehäuses 25 der ersten Funktionsgruppe
11, von denen der Zeichnung nur die Bohrung 26 zu
entnehmen ist, sowie jeweils eine Bohrung einer als Aufnahmerahmen
ausgebildeten Aufnahmevorrichtung 27 der dritten Funktionsgruppe
17, von denen der Zeichnung nur die Bohrung 28 zu
entnehmen ist. Das Ankergehäuse 25 wird von einem Gußteil gebildet.
Die zweite Funktionsgruppe 14 ist derart aufgebaut, daß der
Aufnahmerahmen 24 einen Hauptrahmen 29 umfaßt, der zwischen
den beiden elektromagnetischen Einheiten 15 und 16 angeordnet
ist und mit zwei Seitenrahmen 30 und 31 verbunden ist, die jeweils
eine elektromagnetische Einheit 15 bzw. 16 umschließen.
Stirnseitig ist der Aufnahmerahmen 24 mittels sogenannter Biegebalken
32 versteift. Die elektromagnetischen Einheiten 15
und 16 sind über Schweißnähte 33 in den Aufnahmerahmen 24 eingeschweißt.
Die elektromagnetischen Einheiten 15 und 16 der zweiten Funktionsgruppe
14, die als Schließermagneten ausgebildet sind,
sind derart aufgebaut, daß sie eine in Fig. 2 der Übersichtlichkeit
halber nicht dargestellte Magnetspule 58 bzw. 59 umfassen,
die jeweils mit einem als Joch ausgebildeten Spulenkern
34 bzw. 35 zusammenwirken, an welchen an den den Schwenkankern
12 und 13 zugewandten Stirnseiten sogenannte Magnetwirkflächen
bzw. -polflächen M1 ausgebildet sind, die mit in
Fig. 2 oben dargestellten sogenannten Schwenkankerwirkflächen
bzw. -polflächen S1 der Schwenkanker 12 und 13 zusammenwirken.
Der Aufnahmerahmen 27 der dritten Funktionsgruppe 17 ist entsprechend
dem Aufnahmerahmen 24 der zweiten Funktionsgruppe 14
aufgebaut und nimmt die beiden elektromagnetischen Einheiten
18 und 19 auf, die als Öffnungsmagneten ausgebildet sind und
jeweils eine Magnetspule 36 bzw. 37 sowie einen mit der jeweiligen
Magnetspule zusammenwirkenden, als Joch ausgebildeten
Spulenkern 38 bzw. 39 aufweisen. Die Joche 38 und 39 weisen an
den den Schwenkankern 12 und 13 zugewandten Stirnseiten Magnetwirkflächen
bzw. -polflächen M2 auf, die mit Schwenkankerwirkflächen
bzw. -polflächen S2 der Schwenkanker 12 und 13 zusammenwirken.
Die Wirkflächen S1, S2 der Schwenkanker 12 und 13 sowie die
Wirkflächen M1 und M2 der Joche 34, 35 bzw. 38, 39 sind insbesondere
Fig. 3 zu entnehmen.
Die Schwenkanker 12 und 13 sind jeweils in zwei Lagern 40 bzw.
41 gelagert, welche in dem rahmenförmigen Ankergehäuse 25 ausgebildet
sind. Des weiteren sind die Schwenkanker 12 und 13 in
Einbaustellung mittels Drehstabfedern 42 bzw. 43 in Richtung
der dritten Funktionsgruppe 17, d.h. in Öffnungsrichtung vorgespannt.
Die Drehstabfedern 42 und 43 sind bei dem fertig montierten
Doppelaktuator 10 mittels der Schraubenbolzen 20 bzw. 21 in
Vorspannung gehalten, und zwar jeweils über ein hebelartig
ausgebildetes Übertragungselement 44 bzw. 45. Die Hebel 44 und
45 sind mit den Drehstabfedern 42 bzw. 43 verschweißt und weisen
jeweils eine Ausnehmung auf, die von dem Schraubenbolzen
20 bzw. 21 durchgriffen ist. Die Köpfe der Schraubenbolzen 20
und 21 greifen an den Hebeln 44 bzw. 45 an und halten so die
Drehstabfedern 42 bzw. 43 unter Vorspannung.
Die Drehstabfedern 42 und 43 sind beim Einsetzen in das Ankergehäuse
25 spannungsfrei. Sie werden dann dadurch vorgespannt,
daß die Schraubenbolzen 20 und 21 in korrespondierende Gewinde
eingedreht werden. Die Schraubenbolzen 20 und 21, die auch zur
Befestigung des Doppelaktuators 10 dienen, bilden jeweils eine
Federspanneinrichtung für die Drehstabfedern 42 und 43.
Bei der Darstellung in Fig. 2 sind der Übersichtlichkeit halber
neben den Magnetspulen 36, 37, 58 und 59 auch die Schraubenbolzen
20 und 21 und die Übertragungselemente 44 und 45
nicht dargestellt.
In Fig. 3 sind die Funktionsgruppen 11, 14 und 17 jeweils ohne
zugehörigen Rahmen 24, 25 bzw. 27 dargestellt. Fig. 3 ist zu
entnehmen, daß die Wirkflächen M1 an den Stirnseiten der Joche
34 und 35 und die Wirkflächen M2 an den Stirnseiten der Joche
38 und 39 parallel ausgerichtet sind. Die Schwenkanker 12 und
13 sind jeweils keilförmig ausgebildet und weisen jeweils einen
nasenartigen Vorsprung 46 bzw. 47 auf, mittels deren der
Schwenkanker 12 bzw. 13 über einen hier nicht dargestellten
Ventilschaft mit dem betreffenden Gaswechselventil der Brennkraftmaschine
zusammenwirkt. Wenn der Schwenkanker 12 bzw. 13
gegen das ihm jeweils zugeordnete, als sogenanntes Schließerjoch
ausgebildete Joch 34 bzw. 35 geschwenkt ist, liegt die an
dem Schwenkanker 12 bzw. 13 ausgebildete Wirkfläche S1 parallel
zu den an den Stirnseiten des Jochs 34 bzw. 35 ausgebildeten
Wirkflächen M1. Entsprechend sind die an dem als sogenannten
Öffnerjoch ausgebildeten Joch 38 bzw. 39 ausgebildeten
Wirkflächen M2 parallel zu der jeweils zugeordneten Wirkfläche
S2 an dem Schwenkanker 12 bzw. 13 ausgerichtet, wenn dieser
gegen das jeweils zugeordnete Öffnerjoch 38 bzw. 39 geschwenkt
ist.
In Fig. 4 ist eine Schleifbearbeitung der Wirkflächen M1 der
Joche 34 und 35 und der Wirkflächen S1 der Schwenkanker 12 und
13 schematisch dargestellt. Mittels dieses Verfahrens werden
die Wirkflächen S1 und M1 feinjustiert. Hierzu wird die Funktionsgruppe
14 nach deren Zusammensetzen auf die erste Funktionsgruppe
11 gesetzt. Dann werden die elektromagnetischen Einheiten
15 und 16 aktiviert, so daß die Schwenkanker 12 und 13
gegen die Joche 34 und 35 gezogen werden. Zwischen die Joche
34 und 35 einerseits und die Schwenkanker 12 und 13 andererseits
wird ein Läppmittel eingebracht. Das Läppmittel ist beispielsweise
aus einer Suspension aus Wasser mit einem Läppkorn
wie Korund, Siliziumcarbid, Borcarbid oder dergleichen gebildet.
Danach wird die Funktionsgruppe 14 mit einer dem Doppelpfeil
L folgenden oszillierenden Läppbewegung auf der Funktionsgruppe
11 bewegt, so daß ein wirksamer Oberflächenabtrag an
den Läppflächen, d.h. den Wirkflächen S1 und M1 erfolgt. Auf
diese Weise wird der sogenannte Luftspalt zwischen den Wirkflächen
M1 und S1 minimiert. Die Läppbewegung kann auch kreisförmig
sein.
Die Schwenkanker 12 und 13 werden während der Schleifbearbeitung
mit den Kräften belastet, die im Betrieb der Brennkraftmaschine
auf die Schwenkanker 12 und 13 wirken, so daß während
der Schleifbearbeitung die im Aktuatorbetrieb auftretenden
Verformungen der Joche 34 und 35 und der Schwenkanker 12 und
13 dargestellt bzw. erreicht werden und damit eine erforderliche
Profilierung der Schwenkanker- und Jochwirkflächen S1 bzw.
M1 automatisch erfolgen kann, die im Betrieb minimale Luftspalte
erzeugt.
Während der Schleifbearbeitung werden die Lagerstellen der
Schwenkanker 12 bzw. 13 gespült, um zu verhindern, daß Läppmittel
in dieselben eindringt. Dies ist in Fig. 5 dargestellt.
Die Spülung erfolgt beispielsweise mit Luft, Wasser, Öl oder
dergleichen. Das Spülmedium wird in eine hohle Achse 48 des
jeweiligen Schwenkankers 12 bzw. 13 eingebracht und strömt
dann über eine Öffnung 49 der Achse 48 durch die jeweilige Lagerstelle.
Die Magnetspulen 58 und 59 werden während der Schleifbearbeitung
mit variierenden Strömen beaufschlagt, so daß die Wirkflächen
S1 und M1 hinsichtlich unterschiedlicher Anlagekräfte
der Schwenkanker 12 und 13 an den Magnetwirkflächen M1 bearbeitet
werden.
In Fig. 6 ist eine alternative Ausführungsform eines elektromagnetischen
Aktuators 50 dargestellt. Im wesentlichen gleichbleibende
Bauteile sind grundsätzlich mit den gleichen Bezugszeichen
beziffert. Ferner kann bezüglich gleichbleibender
Merkmale und Funktionen auf die Beschreibung zu dem Ausführungsbeispiel
nach Fig. 1 bis 3 verwiesen werden.
Der elektromagnetische Aktuator umfaßt ebenfalls eine erste
Funktionsgruppe 11 mit einem hier nicht dargestellten Ankergehäuse,
eine zweite Funktionsgruppe 14 mit einem hier ebenfalls
nicht dargestellten Aufnahmegehäuse sowie eine dritte Funktionsgruppe
17 mit einem ebenfalls hier nicht dargestellten Aufnahmegehäuse.
Das Ankergehäuse und die Aufnahmegehäuse können
im wesentlichen rahmenförmig ausgebildet sein und sind über
geeignete, hier nicht dargestellte Verbindungsmittel miteinander
verbunden.
Die erste Funktionsgruppe 11 umfaßt einen Schwenkanker 51, der
zwei Wirkflächen S1 und S2 aufweist, die parallel zueinander
ausgerichtet sind. Die Wirkfläche S1 ist Wirkflächen M1 eines
Elektromagneten 54 zugeordnet, die an einem Schließerjoch 52
ausgebildet sind, das mit einer Magnetspule 56 zusammenwirkt.
Die Wirkfläche S2 ist Wirkflächen M2 eines Elektromagneten 55
zugeordnet, die an einem Öffnerjoch 53 ausgebildet sind, das
mit einer Magnetspule 57 zusammenwirkt. Die Wirkflächen M1 des
Schließerjochs 52 und die Wirkflächen M2 des Öffnerjochs 53
spannen einen spitzen Winkel auf. In Schließstellung liegt der
Schwenkanker 51 an dem Schließerjoch 52 an. In Öffnungsstellung,
welche gestrichelt dargestellt ist, liegt der Schwenkanker
51 an dem Öffnerjoch 53 an.