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Titel : Segmentantrieb für Ventiltrieb

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Segmentmotor mit den 15 Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1.

Stand der Technik

Bekannt sind eine Vielzahl von Aktuatoren zur Betätigung von Gaswechselventilen von Verbrennungsmotoren. Die meisten Pa- 0 tente beschreiben Ausfuhrungen von Aktuatoren, die auf dem Resonanzschwingerprinzip aufbauen.

Bekannt sind Linearaktuatoren, die ahnlich wie in DE 19825728 beschrieben, ausgeführt sind. Diese bestehen aus zwei Elektromagneten. Zwischen den Elektromagneten befindet sich der Mag- 5 netanker, der sich zwischen den Polflachen der beiden Elektro- magnete bewegt. Der Anker steht in Verbindungen mit dem Ventil eines Verbrennungsmotors und wird durch zwei Federn beschleu-

nigt. Bekannt sind Hebelaktuatoren, ebenfalls aufbauend auf dem Resonanzschwingerprinzip nach DE 19712063 und DE 19854020. Die Aktuatoren arbeiten nach dem gleichen physikalischen Wirkprinzip mit dem Unterschied, dass das Ventil nicht direkt, sondern über einen Hebel betätigt wird und der Hebel sich zwischen den Polflachen von zwei Magneten bewegt.

Der Nachteil obiger Aktuatoren ist, dass prinzipbedingt der Ventilhub nicht beliebig verstellt werden kann. In der Regel können mit o.g. Aktuatoren nur kleine Hube und ein großer Hub eingestellt werden. Außerdem ist die Dynamik oben beschriebener Aktuatoren durch die Federn bestimmt und kann nicht variiert werden. Diese Möglichkeiten der Aktuatoren ist nicht ausreichend zur Umsetzung von neuartigen Verbrennungsverfahren. Diese erfordern eine volle Variabilität des Ventilhubes sowie eine sehr genaue Steuerzeitengenauigkeit.

Diese Anforderungen können prinzipbedingt mit einem Antrieb, wie in PCT/EP2005/000567 und in EP 1144813 Bl beschrieben, erfüllt werden.

In der EP 1144813 ist ein Drehmotor, der prinzipiell für die Betätigung von Gaswechselventilen geeignet ist, dargestellt. Der Motoraufbau sowie das Motorwirkprinzip ist nicht naher ausgeführt. Prinzipiell wird ein Reluktanzprinzip bzw. ein Synchronmotorkonzept zugrunde gelegt. Beim Rotoraufbau wird davon ausgegangen, dass Permanentmagnete in den Rotor einge- bettet sind und der magnetischen Ruckschluss über den Rotor erfolgt. Dies entspricht dem klassischen Aufbau von Synchronmaschinen. Mit diesem Wirkprinzip ist die genaue und stufenlose Regelung von Ventilen möglich. Jedoch weist der Antrieb eine hohe Tragheitsmasse auf. Daher kann die geforderte Dynamik für die Betätigung von Gaswechselventilen nicht erreicht werden. Daher ist es sinnvoll, Federn einzusetzen, um die Beschleunigung zu unterstutzen. Dies ist in Fig. 6a bis Fig. 7 des Patentes EP 1144813 ausgeführt. Um keine zu hohe Halte-

ströme in den Endlagen zu erzielen, ist in der EP 1144813 ein Haltemittel vorgesehen, was auch eine Feder sein kann.

In der PCT/EP2005/000567 ist ein Segmentmotoraufbau beschrie ^¬ ben, der einen feststehenden Außen- und Innenstator und einen mit Permanentmagneten bestuckten, schwenkbar gelagerten Rotor besitzt .

Durch die Entkoppelung des Ruckschlusses des Magnetkreises vom Rotor kann die Tragheitsmasse des Antriebes deutlich reduziert werden, ohne dass sich die magnetische Effizienz verschlech- tert. Dadurch kann eine entsprechende Dynamik erreicht werden, die für die Betätigung von Gaswechselventilen gefordert ist. Gleichzeitig kann durch den konstanten Luftspalt nahezu jede Rotordrehposition angesteuert werden. Dies ermöglicht den geforderten vollvariablen Hub mit hoher Dynamik. Prinzipiell eignet sich das in der PCT/EP2005/000567 beschriebene Segmentmotorprinzip für einen Ventiltrieb. Die Erfindung baut auf den Ideen der PCT/EP2005/000567 auf.

Zu einem derartigen Segmentmotor gehört ferner wie aus Fig.3 der DE 102005040389.1 ersichtlich, eine Rotorausfuhrung, in welcher der Rotortrager als dünnwandiger Topf ausgeführt ist, an dessen Außenseite Permanentmagnetelemente angeordnet sind. Der Rotoraufbau hat sich grundsatzlich als robust bewahrt. Die Kraftübertragung erfolgt über ein übertragungsglied, dass mit einer Welle verbunden ist. Zur übertragung der Kraft ist eine Aussparung an der Glocke erforderlich. Die Aussparung für den Hebel zur Ventilankopplung ist aufwandig und verringert die Steifigkeit des Rotors.

Die Anforderungen hinsichtlich Temperaturumgebung, Vibrationsund Stossbelastung für den Ventiltrieb sind sehr hoch. Insbe- sondere die Stossbelastung beim unsanften Aufsetzen des Ventils, ist sehr hoch. Auch beim Offnen des Ventil kann eine Stossbelastung erfolgen, falls bei einem Regelungsfehler der Rotor auf einen Maximalanschlag auftrifft. Die Anforderungen an die hochdynamische Funktion erfordern insbesondere beim

Dieselmotor hohe Kräfte. Anderseits ist die Lange des Aktua- tors beschrankt durch den Zylinder- und den Ventilabstand. Um die Baulange zum Zylinderabstand voll auszunutzen, ist die Ventilebene bzw. -achse nicht symmetrisch zum Aktuators, was eine außermittige Lagerung der Ventilankopplung zum Rotor bedeutet. Dieser für den Aktuator zur Verfugung stehende Raum muss daher voll ausgenutzt werden, um eine hohe Kraft- und Drehmomentausbeute zu erreichen.

Der in PCT/EP2005/000567 beschriebene Rotoraufbau, wie in den Figuren 2, 6 und 6a der PCT/EP2005/000567 dargestellt, kann die Stossbelastungen nicht aushalten und ist daher weniger geeignet. Ferner erfordert die lange Ausfuhrung des Aktuators eine Anordnung der Aktuatoren beidseitig, bzw. hohenversetzt zum Ventil. Dies ist aus Montagezwecken ungunstig und im Zy- linderkopfbauraum schwer unterzubringen. Ferner ist der Strukturbelastung des langen Rotors sehr hoch und somit ungunstig.

Aufgabe

Aufgabe der Erfindung ist es, einen möglichst kompakten Aufbau eines Segmentantriebs bereitzustellen.

Losung der Aufgabe

Diese Aufgabe wird erfindungsgemaß mit einem Segmentantrieb nach den Merkmalen des Anspruch 1 oder 2 gelost. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Segmentantriebe nach den Ansprüchen 1 und 2 ergeben sich durch die Merkmale der Unteranspruche .

Durch den vorteilhaften Aufbau des erfindungsgemaßen Segmentantriebes kann dieser kompakt und mit geringem Gewicht gefertigt werden. Er ist zudem hochdynamisch, mechanisch hoch be- lastbar und kostengünstig zu fertigen. Auch weist er einen geringen elektrischen Leistungsbedarf auf. Durch das Integrieren

mehrerer Antriebe, d.h. Rotoren mit deren zugehörigen Außen- und Innenstatoren in einem Gehäuse, baut der Segmentantrieb vorteilhaft sehr klein. Dabei sieht die Erfindung vor, zwei, drei, vier oder mehr Antriebe in einem modular aufgebauten Ge- hause zu einem Segmentantrieb für mehrere Ventile anzuordnen. Das vorteilhafte Vorsehen eines oder mehrere Gehausezwischenteile, welche Teile der Innenstatoren benachbarter Antriebe tragen und insbesondere auch die gemeinsame Lagerwelle für die benachbart angeordneten Rotoren aufnehmen bzw. lagern, ermog- licht eine einfache Montage durch vorteilhaft wenige Teile. Auch lasst sich der Segmentantrieb bei einer Reduzierung der Teile vorteilhaft kostengünstig fertigen.

Seitlich ist das Gehäuse des Segmentantriebes durch Gehauseplatten begrenzt, die einen Teil eines Innenstators aufnehmen können. Auch können die äußeren Gehauseplatten zur Lagerung des Rotors des angrenzenden Antriebs dienen.

Die Erfindung sieht ferner vor, mehrere Segmentantriebe nebeneinander als sog. Bänke auf einem Zylinderblock eines Verbrennungsmotors anzuordnen.

Der erfindungsgemaße Segmentantrieb erfüllt dabei folgende Anforderungen :

hohe energetische Effizienz;

robuster mechanischer Aufbau, der die auftretenden Temperatur-, Stoss- und Vibrationsbelastungen bewal- tigt;

modularer Aufbau, um bei gleichem Aufbau verschiedene Ventilabstande zu ermöglichen;

Aufbau eignet sich sowohl für einen Otto- als auch für einen Dieselmotor;

- montagefreundlicher, kompakter und kostengünstiger Aufbau;

Integration eines Warmeabfuhrkonzeptes;

Berücksichtigung einer kostengünstigen elektronischen Schnittstelle zum Steuergerat sowie die Integration eines Sensors;

Um die energetische Effizienz des Antriebes zu optimieren, weist der Rotor des erfindungsgemaßen Segmentantriebes eine geringe Trägheitsmasse auf, wobei gleichzeitig die Verluste des Magnetkreises minimiert sind. Der Magnetkreis kann primär durch Minimierung der Streuverluste optimiert werden. Dies wird dadurch erreicht, dass die Eisenkreislänge verkürzt und die Spulen möglichst optimal von Weicheisen umschlossen sind. Ferner ist darauf zu achten, dass sich die Permanentmagnetelemente wahrend der Hubbewegung immer im Magnetkreis befinden. Der in Fig. 1 der PCT/EP2005/000567 beschriebene Aufbau eines Segmentmotors hat den Nachteil, dass die außenliegenden Spulen und Permanentmagnete nicht so wirkungsvoll sind. Daher sollte beim Segmentantrieb das Erregerjoch annähernd als Dreiviertelkreis ausgeführt sein, wodurch das Magnetfeld homogener und der Kraftverlust bei einer Drehbewegung geringer ist. Der Ro- tor kann dann als Topfform ausgeführt werden und homogener, d.h. über ein größeres Segment mit Magneten bestuckt werden. Dies reduziert die Strukturbelastung und ermöglicht somit eine Massenreduzierung des Rotors.

Die Verdopplung der Anzahl der Pole ermöglicht annähernd eine Kraftverdopplung im Vergleich zur Ausgestaltung in Fig. Ia der PCT/EP2005/000567. Dadurch kann bei gleicher Kraftforderung der Aktuator kurzer ausgeführt werden. Dies wirkt sich wiederum vorteilhaft auf die Strukturbelastung des Rotors aus. Dadurch kann der Luftspalt zwischen Rotor und Stator reduziert werden, was vorteilhaft zu einem Krafterhόhung fuhrt. Insgesamt kann durch die beschriebenen Maßnahmen die energetische Effizienz im Vergleich zum in Fig. 1 der PCT/EP2005/000567 dargestellten Aufbau mehr als verdoppelt werden.

Die Dreiviertelsegmentausfuhrung ermöglicht zudem eine nahe Positionierung des Aktuators zum Stellglied. Dies wirkt sich sehr vorteilhaft auf die Anordnung der Aktuatoren beispiels ^¬ weise für einen Verbrennungsmotor aus. So können die Aktuato- ren in einer Reihe angeordnet werden. Bei dem Zylinderkopf eines Ottomotors, der die Ventile in einem Winkel zur Zündkerze angeordnet hat, können die Aktuatoren beispielsweise an der Innenseite der Ventile vorteilhaft in Reihe angeordnet werden. Dies ermöglicht einen schmalen und kompakten Aufbau auf dem Zylinderkopf. Zudem ist die einseitige Ankopplung der Ventile sehr montagefreundlich. Auch bei Dieselmotoren, bei denen die Ventile in der Regel senkrecht stehen, ist die Reihenanordnung sehr vorteilhaft. In diesem Fall sind die Aktuatoren an der Außenseite der Ventile angeordnet. Zwischen den Ventilen be- findet sich die Zündkerze.

Der Gehauseaufbau mit Lagerung des Rotors und Fixierung des Außen- und Innenstators ist entscheidend für die Robustheit des Aufbaus sowie die Kosten der Mechanik. Der Aufbau muss zum einem gewahrleisten, dass viel Raum für den Magnetkreis be- reitgestellt wird, anderseits müssen die hohen Kräfte, die auf die Lagerung und den Stator wirken, dauerstandsfest abgestutzt werden. Auch sind die Fertigungs- und Einbautoleranzen zu berücksichtigen, um möglichst kleine Luftspalte am Rotor zu ermöglichen. Hierzu werden verschiedene Möglichkeiten des Gehau- seaufbaus sowie der Lagerung aufgezeigt.

Die Gehausekonzepte sehen vor, dass die Aktuatoren modular als Bank oder alternativ als Twin oder Vierventileinheit aufgebaut werden können. Aus Kostengrunden ist sinnvoll, wenn alle Aktu- ator der Einlass- und Auslassventilseite zu einer Bank zusam- mengefasst werden. Es ist auch möglich, insbesondere bei kleinem Ventilwinkel, je zwei Aktuatoren für Einlass und zwei Aktuatoren für Auslassventile in einem Gehäuse zusammen zu fassen. Aus Gründen der Wartungsfreundlichkeit kann es jedoch auch sinnvoll sein, dass nur zwei oder vier benachbarte Aktua- toren zu einer Einheit zusammengefasst werden. Benachbarte Ak-

tuatoren teilen sich hierbei jeweils ein Gehausezwischenteil bzw. ein gemeinsames Lagerteil, in der ein Rotor bzw. mehrere Rotoren benachbarter Aktuatoren teilweise gelagert werden. Das Gehäuse des Segmentantriebes wird abgeschlossen durch eine breitere Endwandung.

Vorteilhaft ist die Einbettung aller Aktuatoren in einem Druckgussgehause . Hierbei ist wichtig, dass das Giesharz bundig mit den Seitenplatten ist um somit die Steifheit des Aktu- ators bei Belastung zu erhohen.

Der Rotor ist in Hinblick auf eine fertigungsgerechte Losung vorteilhaft aus zwei tiefgezogenen Topfen ausgeführt, die insbesondere formschlussig mit einem Hebel verbunden sein können, an dem das Stellglied angekoppelt ist.

An der Außenseite des Rotors sind vorzugsweise die Permanent- magnetelemente beziehungsweise ein nachtraglich magnetisierter Magnetring angebracht. Bei Bedarf sind die Topfe durch einen Verstarkungsring bzw. einem Bund versteift.

An dem Ankoppelglied des Rotors ist vorzugsweise eine Nadellagerung vorgesehen, die den verschleißfreien Betrieb ohne Um- lauf-Olschmierung ermöglicht.

Die Lagerung des Rotors erfolgt über eine Lagerwelle, die mit dem Rotor reib- oder formschlussig verbunden ist und in den äußeren Gehauseplatten bzw. den Gehausezwischenteilen benachbarter Aktuatoren gelagert ist. Alternativ können die Rotoren drehbar auf einer oder mehreren feststehenden, vorzugsweise auf einer im Gehäuse eingepressten Lagerwelle, gelagert sein. Als Lager dienen vorzugsweise Walzlager mit kleinem Spiel und Eigenschmierung .

Zur Regelung des Aktuators befindet sich vorteilhaft ein im Innenbereich des Aktuators integrierter Drehwinkelsensor. Die

Integration des Drehwinkelsensors hat gegenüber der in Fig. 1 dargestellten Ventilhubsensorik den Vorteil, dass der Antrieb

als Einheit vorgepruft werden kann bevor eine Montage auf den Zylinderkopf erfolgt. Dadurch können die Anzahl der Kontakte verringert werden und die Kosten des Aufbaus und des elektri ^¬ schen Anschlusses reduziert werden. Außerdem ermöglicht der Drehwinkelsensor eine bessere Regelung, da ein mögliches me ^¬ chanisches Spiel zwischen Rotor und Ventil die Regelung nicht nachteilig beeinflusst.

Der Wirkungsgrad kann durch einen Kupferfullfaktor verbessert werden. Dies kann dadurch erreicht werden, dass jeder Zahn des Joches je eine Erregerspule tragen. Die Erregerspulen sind vorteilhaft aus Backlackdraht in einer Stufenwicklung ausgeführt, so dass der Wickelraum optimal ausgefüllt ist. Denkbar ist auch eine Wicklung mit Hexacoils, die einen guten Fullfak- tor ermöglichen.

Eine vorteilhafte Ankopplung zwischen Rotor und Ventil erfolgt über ein Drehgelenk sowie einen Biegeschaft. Das Drehgelenk ermöglicht die Drehung des Ventils um seine Achse, der Biegeschaft nimmt den Axialversatz auf. Eine Integration des Sensors in den Aktuator hat zudem den Vorteil, dass das Ventil einfacher gestaltet werden kann, da keine Rucksicht auf das erforderliche Sensortarget für den Ventilhubsensor genommen werden muss.

Nachfolgend werden mögliche Ausfuhrungsformen der erfindungs- gemaßen Segmentantriebe anhand von Zeichnungen naher erlau- tert.

Es zeigen:

Fig. 1: Grundaufbau des erfindungsgemaßen Segmentantriebs mit den Teilen für einen Einzelventiltrieb in perspektivischer Explosionsdarstellung;

Fig. 2a: eine Darstellung der Anordnung der Aktuatoren auf dem Dieselmotorzylinderkopf im Querschnitt;

Fig. 2b: eine Darstellung der Anordnung der Aktuatoren auf dem Ottomotorzylinderkopf im Querschnitt;

Fig. 3a: eine Querschnittsdarstellung des Aktuators mit der Jochbefestigung im Gehäuse und Erregerspulengestal- tung;

Fig. 3b: eine Querschnittsdarstellung des Aktuators mit Gehäuse mit einer zweiten alternativen Jochbefestigung;

Fig. 4a: eine Langsschnittdarstellung einer ersten möglichen Ausfuhrungsform einer Lagerungs- und Gehausekonzeptes für den Modularaufbau für mehrere Segmentmotoren

Fig. 4b: eine Langsschnittsdarstellung einer zweiten möglichen Ausfuhrungsform eines Lagerungs- und Gehause- konzeptes;

Fig. 4c: eine Langsschnittsdarstellung einer dritten möglichen Ausfuhrungsform eines Lagerungs- und Gehause- konzpetes;

Fig. 5: Langsschnittsdarstellung einer vierten Ausfuhrungs- form eines Lagerungs- und Gehausekonzeptes mit einer gemeinsamen Lagerwelle für die beiden Rotoren als Twinantrieb;

Fig. 5a: Langschnittsdarstellung einer fünften Ausfuhrung des eines Lagerungs- und Gehausekonzeptes aufbauend auf der vierten Ausfuhrungsform.;

Fig. 5b: eine Querschnittsdarstellung der Anordnung eines Segmentantriebes gemäß der fünften Ausfuhrungsform auf einem Dieselmotorzylinderkopf (linke Darstellung) und auf einem Ottomotorzylinderkopf (rechte Darstellung) ;

Fig. 6: perspektivische Darstellung einer Bank-Anordnung auf einem Zylinderkopf.

Die Fig. 1 zeigt eine erste mögliche Ausfuhrungsform des er- findungsgemaßen Segmentantriebs, wobei lediglich ein Teil ei ^¬ nes Twinsegementantrieb in der Explosionsdarstellung dargestellt ist. Im wesentlichen besteht der Segmentantrieb aus den Baugruppen äußere Gehauseplatte 11, Gehausezwischenteil 12, Rotor 1, Außenstator 7 mit Erregerspulen 8 und Innenstator 9, Gehauseteil 10 mit Lagerung und Kuhlkreisbohrungen IIa, sowie Ventilankopplung 3.

Der Rotor 1 tragt mehrere Permanentmagnete 2 und verfugt über eine exzentrische Lagerbuchse 3, an welchem das Pleuel 25 des Ventils 17 angekoppelt ist. Zur Versteifung des Rotorgerustes befinden sich gegebenenfalls Verstarkungsringe 5 an den Randern des Rotors. Der Rotor 1 ist über die Lagerwelle 4 drehbar mittels vorzugsweise Walzlager 13 in der äußeren Gehauseplatte 11 und dem Gehausezwischenteil 12 gelagert. Zur eventuellen Kühlung des Aktuators befinden sich geeignete Aussparun- gen IIa, insbesondere in Form von Kuhlbohrungen in der Gehausewandung 10, der äußeren Gehauseplatte 11 und dem Gehausezwischenteil 12. Mittels Verschraubungen 27 und Passstiften 28 wird der gesamte Segmentantrieb positionsgenau verspannt. Die axiale Lagerfixierung kann über AnlaufScheiben 14 erfolgen. Der Erregerkreis besteht aus mehreren Jochzahnen 7, welche mit Spulen 8 bestuckt sind und im Gehäuse 10 fixiert sind. Der Magnetkreis wird über den Rotor 1 mit beidseitigem Luftspalt und dem Innenjoch 9 geschlossen. Dieses ist über eine Nut im Gehäuse 10 formschlussig über eine entsprechende Nut 29 ver- drehsicher in diesem befestigt. Die Schwenkbewegung des Rotors wird über eine geeignete Ventilankopplung, welche vorzugsweise mit Walzlagern 6 in der Lagerbuchse 3 bestuckt ist, in eine translatorische Bewegung des Ventils 17 übertragen. Das Ventil weist dabei neben dem Ventilfuß 17 vorzugsweise einen biege-

weichen Schaft 20 auf, welcher den durch die Drehbewegung entstehenden relativen Versatz des Lagerbuchse 3 zur Ventilachse elastisch kompensiert. Die Kopplung erfolgt mit einem am Schaft 20 aufgebrachtem Pleuel 19. Das Positionssignal des Ventils erfasst der Ventilhubsensor 21 über ein auf der Ven- tilhulse 18 angebrachtem Target. Alternativ kann die Ventilposition indirekt über die Rotorlage bestimmt werden. Ein geeigneter Drehwinkelsensor ist in Fig. 5 detailliert beschrieben.

An der dem dargestellten Antrieb abgewandten Seite des Gehau- sezwischenteils 12 ist ein weitere Antrieb angeordnet. Dieser kann prinzipiell spiegelsymmetrisch zum dargestellten Antrieb aufgebaut sein. Das Gehauseteil ist dabei das einzig gemeinsame Teil der beiden Antriebe.

Die Fig. 2a und Fig. 2b zeigen die universelle Einsatzmoglich- keit des Aktuators für unterschiedliche Verbrennungsmotorkonzepte. Fig. 2a zeigt einen Querschnitt senkrecht zur Motorachse eines auf einem Dieselmotorzylinderkopf 24 platzierten Aktuators. Die Achse des Ventils 17 steht bei dieser Zylinderkopfbauart parallel zu den Zylinderachsen. Fig. 2b zeigt ent- sprechend den Querschnitt eines auf einem Ottomotorzylinderkopf 25 platzierten Aktuators. Wesentlich ist hierbei, dass der Rotor des Aktuators sowohl zur Mittelebene des Zylinderkopfs hin (innenliegend) als auch von der Mittelebene weg (außenliegend) angeordnet werden kann. Optional kann in eine Ver- langerung des Ventilschafts ein Sensorelement 22 angeordnet werden .

Die Fig. 3a zeigt einen Querschnitt durch einen Antrieb des Segmentantriebes senkrecht zur Drehachse des Rotors. Der Außenstator ist aus mindestens 4 Jochzahnen 7 gestaltet, die Um- fangserstreckung des Außenstators betragt >200°. Zur Fixierung der Jochzahne 7 im Gehäuse 10 befindet sich mindestens eine formschlussige Verbindung 15, hier in Schwalbenschwanzausfuh- rung dargestellt. Hierbei können die Jochzahne 7 als Einzelpaket oder mehrere zusammengefasst ausgeführt sein.

Die Spulen 8, bevorzugt in Backlacktechnik ausgeführt, sind in dieser Variante als Stufenspulen ausgeführt, welche einzeln auf die Jochzahne 7 aufschoben werden. Die einzelnen Spulen können hierbei noch im Gehäuse in Reihe oder parallel ver- schaltet werden. Das bespulte Statorpaket kann nach Montage im Gehäuse vergossen werden. Die Befestigung des Aktuators auf dem Zylinderkopf erfolgt über Schrauben. Hierzu befinden sich am Gehäuse Laschen 26.

Wie in Figur 3b gezeigt, kann das Außenjoch mehrgeteilt ausge- fuhrt sein, wobei die Einzeljochzahne 7 in einem ringförmigen Ruckschluss 30 formschlussig, bspw. mittels Schwalbenschwanzverbindungen 15, eingebracht sind. Dieser Ring 30 ist ebenfalls über formschlussige Verbindungen 15 im Gehäuse befestigt. Im selben Bild unten ist eine Möglichkeit der Außenjoch- gestaltung dargestellt, bei welcher der Außenstator 31 mit Jochzahnen einteilig ausgeführt ist. Der Außenstator wird nach der Spulenmontage auf Rundform geformt. Hierbei sollten die Trennflachen 15a möglichst mit kleinem Luftspalt gestaltet werden oder die Jochbleche versetzt ineinander greifen, um den magnetischen Widerstand klein zu halten.

Der Außenstator kann in ein Druckgussteil eingegossen oder verklebt sein, wobei sich für die Verklebung vorzugsweise der ringförmige Ruckschluss 30 eignet, da der einteilige Außenstator 31 schon formschlussig im Gehäuse 10 eingebettet ist.

Die Fig. 4a zeigt eine erste mögliche Ausfuhrungsform eines Lagerungs- und Gehausekonzeptes für den Modularaufbau für mehrere Segmentantriebe. Die Gehäuse 10, welche die bespulten Außenstatoren in ihrer Lage fixieren, sind hier getrennt von den äußeren Gehauseplatten 10 und dem Gehausezwischenteil 12 ausgeführt und bilden sog. Gehausewandungs- abschnitte. Diese werden bei der Montage über Passungen oder Stiftbohrungen exakt zueinander positioniert. Die äußere Gehauseplatte 10 und das Gehausezwischenteil 12 können hierbei auch als Lagerschilde für mindestens einen Antrieb bzw. Aktua-

tor ausgeführt sein und haben somit Aufnahmebohrungen für die Lagerungen 13. Die Lageraufnahme, welche am äußeren Umfang das Innenjoch 9 tragt, ist als zylindrisches Drehteil ausgeführt, welches mit dem planen Lagerschild form- und reibschlussig miteinander verbunden ist. Hierzu eignet sich bspw. die Bor- deltechnik.

Die Fig. 4b zeigt eine zweite Ausfuhrungsform des Lagerungsund Gehausekonzeptes für mehrere Segmentantriebe, bei dem an dem Gehausezwischenteil 12 ein Wandungsabschnitt 33 angeformt ist. Das Gehausezwischenteil ist somit ein topfformiges Teil, dessen zylindrische Wandung zur Anlage des Außenstators dient und in dem Bereich, wo die Ankopplung für das Ventil angeordnet ist, nicht vorhanden ist. Die äußere Gehauseplatte 11 kann auch hier das Lagerauge des benachbarten Antriebes einbezie- hen.

Die Fig. 4c zeigt eine dritte Ausfuhrungsform des Lagerungsund Gehausekonzeptes, bei der das Gehausezwischenteil 12 an jeder Seite einen kragenformigen Wandungsabschnitt 34 aufweist und somit T-formig ausgestaltet ist.

Den Ausfuhrungsformen der Figuren 4a bis 4c ist gemein, dass die Rotoren 1 der benachbart angeordneten Antriebe drehfest auf einer Welle Ia angeordnet sind und die Welle Ia mittels Walzlagern 13 im Gehäuse gelagert ist. Das Gehausezwischenteil 12 tragt zu beiden Seiten jeweils einen Teil der Innenstatoren der beiden Antriebe und bildet das Lager für die Wellen Ia der Antriebe. An das links dargestellte Gehausezwischenteil 12 schließt sich ein weiterer Antrieb an, dessen einer Teil des Innenstators von dem Gehausezwischenteil 12 getragen wird und dessen Welle Ia ebenfalls in dem Gehausezwischenteil gelagert ist.

In Fig. 5 ist eine vierte Ausfuhrungsform des Lagerungs- und Gehausekonzeptes dargestellt, wobei die Rotoren des als Twin- Antriebs ausgeführten Segmentantriebs auf einer gemeinsamen Lagerwelle 35 verdrehbar mittels Walzlagern 13 gelagert sind.

Die Lagerwelle 35 kann reib- oder formschlussig in dem Gehau ^¬ sezwischenteil 34a arretiert sein. Mittels Spannringen 37 an den äußeren Enden der Lagerwelle 35 und die Walzlager 13 ein ^¬ fassenden Gleitringscheiben 38 ist sichergestellt, dass die Lagerwelle 35 axial in Position gehalten bleibt. Selbstver ^¬ ständlich ist es möglich, die Lagerwelle 35 zweiteilig auszu ^¬ bilden.

Weiterhin ist in Fig. 5 die Platzierung eines Drehwinkelsensors 22 dargestellt. Der Sensor 22 ist in einer Aussparung in der äußeren Gehauseplatte 11 fluchtend zur Drehachse des Ro ^¬ tors eingepasst. Das Target 23 zur Detektion der Drehwinkelposition ist am Rotor 1 befestigt. Für die elektrischen An- schlussleitungen zum Sensor 22 ist in diesem Zusammenhang eine dünne Folientechnik FPC 22d vorteilhaft auf der zugleich der Hall-IC 22b angeordnet bzw. verbunden ist.

In der Fig. 5 sind zudem zwei wichtige, den Aufbau bestimmende Maße L _z = Zylinderabstand und L _v = Ventilabstand eingezeichnet. Innerhalb der Baulange L _z soll zur optimalen Kraftentfaltung die Lange des Außenstators 7 und die der Permanentmagne- te 2 möglichst groß sein. Der notwendige Platz zum Wenden der Spulen ist hierzu zu optimieren. Dies ist nur möglich, wenn die Breite B der äußeren Gehauseplatten 11 gering ist. Hierzu ist zur Versteifung notwendig, dass alle Totraume zwischen Spulen, Lagerplatten und Außenstator so mit Giesharz 40 ausge- füllt sind, dass dieses zur Versteifung des gesamten Aufbaus beitragt. Für die Steifigkeit der Gehauseplatten ist ebenso ein hoher E-Modul wichtig. Es bietet sich deshalb an, die Gehauseplatten in einer Verbundkonstruktion auszufuhren, indem die Lagerteile 11 und 34a für Lagerzapfen und Innenjoch aus Aluminium und die Verstarkungsplatten 36 aus Stahl oder Kohlefaserwerkstoff hergestellt wird. Die Lagerwelle 35 kann neben der Lagerung des Rotors auch zur Zentrierung der äußeren Gehauseplatte 32a und somit des Inneren Innenjochs 9a verwendet werden. Somit kann eine hohe Rundlaufgenauigkeit zwischen dem Rotor und dem Innenjoch gewahrleistet werden. Die Toleranzket-

te und die damit verbundenen Fertigungskosten können somit reduziert werden. Das Sensortarget 23 wird in diesem Fall mit einer Durchgangsbohrung ausgeführt und der Drehwinkelsensor 22 wird exzentrisch positioniert.

Die Fig. 5a zeigt eine weitere fünfte Möglichkeit des Lage- rungs- und Gehausekonzeptes, welche auf der in Fig. 5 dargestellten Ausfuhrungsform aufbaut. Gleiche Elemente werden hier nicht noch einmal beschreiben. Bei der Ausfuhrungsform gem. Fig. 5a werden die in Fig. 5 dargestellten Verstarkerplatten 36 und damit die Dicke B eingespart. Damit befindet sich zwischen den Spulen 8 der Antriebe des Segmentantriebes keine Wandung, so dass die dem Aktuator zur Verfugung stehende Lange L _z = Zylinderabstand maximal für den Magnetkreis ausgenutzt werden kann. Zur Erhöhung des Kupferfullgrades können die Spu- len 8 zumindest stirnseitig über geeignete Vorrichtungen zusatzlich komprimiert werden. Damit wird der Abstand A _sp reduziert und die effektive Magnetlange weiter vergrößert.

Die Lagerwelle 35 ist ebenfalls im Gehausezwischenteil 34a eingepresst. Dieses Gehausezwischenteil 34 ragt mit einem Teil 34a zwischen den Rotoren 1 in das Innere der Rotoren 1 und nimmt hier die Innenstatoren 9 auf. Das Gehausezwischenteil 34a ist mit dem die Außenstatoren tragenden Gehauseteil 34 in der Mitte des Gehäuses verbunden, wie es auch in Fig. 5b dargestellt ist. Damit ist in diesem Bereich das Gehäuse am Um- fang in sich geschlossen. Die Spulendrahte 8a sind seitlich abgeführt und können in einer Gehauseaussparung 34e entsprechend der gewählten Schaltung in Reihe oder parallel über el. Verbindungsteile 8b vorzugsweise aus Stanzgitter, kontaktiert werden. Diese Anschlüsse fuhren dann zum elektrischen Steuer- gerat. Parallel verlauft die Folie 22d, die zum Stecker 22e fuhrt. Durch übliche Abschirmungsmaßnahmen kann die Sensorleitung frei von schädlichen Einstreuungen der Magnetfelder der Spulen gehalten werden. Zur zusatzlichen Verstärkung des Gehauseteils 34a können vertikal verlaufende Rippen außen am Ge- hause eingeformt werden. Rippen und Wangen bilden mit dem Ge-

hause 34 und Gehäusezwischenteil 34a eine Einheit und sind vorzugsweise als Druckgussteil hergestellt.

Die äußere Gehäuseplatte 32a ist zwischen den Gehäuseteilen 34, 34a eingespannt und stellt die Verbindung zum nächsten Ak- tuator her. Sie tragt sowohl zwei Innenjoche 9a und auch zwei Drehwinkelsensoren 22.

Die Fig. 5b zeigt diese Anordnung in einem Schnitt senkrecht zur Rotorachse. Wie bereits in der Beschreibung zur Fig. 5a erwähnt, ist in der Mitte des Segmentantriebes das Gehäuse- Zwischenteil 34 am Umfang mit dem Gehäuse 34 über die Wangen 34c und 34d verbunden. Diese Wangen 34c, 34d und haben die gleiche Länge wie das Gehäuse 34. Damit ist das Gehausezwischenteil 34 gut abgestutzt. Im Rotorinnern ist das Innenjoch 9 gezeichnet.

Die Fig. 6 zeigt eine Bankanordnung der Aktuatoren auf einem Zylinderkopf mit Befestigung mittels Schrauben 26a und 26b, welche mit dem Aktuatorgehause verbunden sind. Wie schon in Figur 2 gezeigt, sind die Aktuatoren zur Betätigung von benachbarten Ventilen der Auslass- bzw. Einlassventilseite in Reihe einseitig zum Ventil und in einer Hohe angeordnet. Das Gehäuse der Aktuatoren kann hierbei einteilig sein oder mehrteilig, so dass einzelne Aktuatoren aus bspw. Montage- oder Reparaturgründen einzeln demontiert werden können. Die Anschlüsse 37 der Spulen und Sensoren sind günstigstenfalls nach oben ausgeführt und werden direkt mit der Elektronik kontaktiert. Die Aktuatoren sind langsseitig mit z.B. drei Zuganker 38 verschraubt. Zwischen den Aktuatoren ist Platz für Zündkerze oder Zündspule 39 oder bei Direkteinspritzmotoren Einspritzventile .

Be zugs zeichen :

1: Rotor

Ia: Rotorwelle

2: Permanentmagnet

3: Lagerbuchse für Ventilankopplung

4: Lagerwelle des Rotors

5: Verstarkungsring für Rotortopf

6: Walzlager für die Ventilankopplung

7: Jochzahne

8: Spule

9: Innenjoch

10: Gehäuse

11: äußere Gehauseplatte

IIa: Kuhlbohrung

12: GehäuseZwischenteil

13: Walzlager der Hauptwelle

14: AnlaufScheibe

15: Schwalbenschwanzfixierung

16: Aktuatorbefestigung

17: Ventilfuß

18: Ventilhulse

19: Pleuel

20: Ventilschaft

21: Ventilhubsensor

22: Drehwinkelsensor

23: Target für Drehwinkelsensor

24: Dieselzylinderköpf

25: Ottozylinderköpf

26: Befestigungslaschen Gehäuse

27: Zuganker

28: Passstifte

29: Verdrehsicherung Innenjoch

30: Ringförmiger Ruckschluss

31: Einteiliger Außenstator

32: Mittlere Lagerplatte

33: L-formiges Gehause/Lagerschild

34: T-formiges Gehause/Lagerschild

34a: Gehausezwischenteil - innenliegend

34b: Wangen, integraler Bestandteil des Gehausezwischenteils

34c: wie 34b

35: Lagerwelle

36: Verstarkungsplatte

37: Spannring

38: Gleitringscheiben

39: Zündspule

40: Giesharz