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Die Erfindung betrifft ein Absperr
oder Drosselventil für
den Gaswechselkanal eines Verbrennungsmotors, mit einem Gehäuse, einer
im Gehäuse angeordneten,
zwischen einer Öffnungs-
und einer Schließstellung
um eine quer zur Strömungsrichtung im
Kanal verlaufende Drehachse verschwenkbaren Ventilklappe, deren
Randzone sich in der Schließstellung
unter dem Einfluß eines
Schließmoments dichtend
an einer die Schwenkbewegung begrenzenden Gegenfläche am Gehäuse abstützt, wie
es beispielsweise aus der
US
5,975,128 A bekannt ist.
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Man arbeitet heute an gasdynamisch schwingungsfähigen Systemen
für die
Gaseinbringung in wenigstens eine Brennkammer eines Verbrennungsmotors
der Kolbenbauart, insbesondere für
Kraftfahrzeuge, wobei Menge, Zusammensetzung und Temperatur der
Brenngase der Brennkammer von Arbeitsspiel zu Arbeitsspiel variierbar
sind. Dies erfordert eine hohe Präzision bei der zeitlichen und
volumenmäßigen Steuerung
der pro Arbeitsspiel in den Brennraum fließenden Luft- bzw. Gasmasse, Zu
diesem Zweck wird dem Einlaßventil
der Brennkammer ein Steuerventil zugeordnet, dessen Öffnungs-
und Schließzeiten
frei wählbar
sind, wobei in Abhängigkeit
von Betriebszustand und jeweiliger Leistungsanforderung die Steuereinheit
des Motors die Bewegungen des Steuerventils kontrolliert Das efindungsgemäße Absperr-
oder Drosselventil sall beispielsweise den hohen Anforderungen genügen, die
an ein solches Steuerventil zu stellen sind, die Schaltzeiten für Steuerventile
dieser Art sind sehr kurz, und müssen
möglichst
exakt eingehalten werden. Schaltzeiten < 2 ms sind vorgegeben. Es müssen deshalb
eine hohe Geschwindigkeit und eine hohe Beschleunigung ermöglicht werden
und deshalb muß die
Klappe ein möglichst
geringes Trägheitsmoment
aufweisen, wodurch die Klappe mit geringem Materialaufwand herzustellen
ist und aufgrund ihrer geringen Materialstärke flexibel verformbar sein
kann.
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Dadurch können Leckagen am Ventil auftreten.
Solche Leckagen beeinflussen einerseits die Wiederholbarkeit bzw.
die genaue Vorherbestimmbarkeit der einzelnen Ladungswechsdelvorgänge und
sie beeinflussen unabhängig
davon die Effizienz sowohl bei der Erhöhung als auch bei der Reduzierung
des Luftmassenstroms.
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Die hohen Geschwindigkeiten der Ventilklappe
können
zu hohem Verschleiß und
hoher, intolerabler Lärmentwicklung
führen,
wenn nicht die Bewegung der Ventilklappe bei der Annäherung an
ihre Endposition möglichst
exakt verzögert
wird, so daß sie
einerseits die vorgesehene Endposition sicher erreicht, andererseits
aber beim Erreichen der Endposition eine möglichst geringe Restgeschwindigkeit aufweist.
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Die Anlage der Klappenrandzone an
der ihr zugeordneten Gegenfläche
am Gehäuse
erfolgt nicht lückenlos,
so daß der
für die
zuverlässige
Funktion des Ventil erforderliche Grad der Dichtheit im gaschlossenen
Zustand der Ventils nicht zu gewährleisten ist.
Die flexible Klappe kann sich nämlich
auf der Lee-Seite von der Gegenfläche abheben, nachdem dort der
an der Klappe anstehende Druckunterschied der abzusperrenden Gase
ein Abheben und Verbiegen des leeseitigen Klappenteils verursachen
kann.
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Wenn sich die zur Steuerung der Klappenbewegung
dienenden mechanischen Elemente zumindest teilweise außerhalb
des Gaswechselkanals befinden, müssen
mechanische Bewegungsübertragungselemente
die Wandung des Gaswechselkanals durchdringen und verursachen dadurch
Abdichtungsprobleme mit entsprechendem Aufwand an Material, Raum
und Mantagearbeit.
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Es liegt der Erfindung deshalb die
Aufgabe zugrunde, Wege aufzuzeigen, die es gestatten, ein Ventil
der eingangs genannten Art so auszugestalten, daß die Abdichtung der durch
die geschlossene Ventilklappe getrennten Räume möglichst optimal gewährleistet
ist, daß insbesondere
in beiden Druckrichtungen auch bei dynamischer Druckbelastung eine
gute Abdichtung erreicht wird, wobei ein geringes Trägheitsmoment
der Klappe ebenso ermöglicht werden
soll wie die Vermeidung von Lärm
und Bauteileschäden
durch hohe Aufsetzimpulse infolge der Aufsetrgeschwindigkeit und
der bewegten Masse. Letztere Aufgabe wird umso wichtiger, je größer die Steifigkeit
der Ventilklappe ist. Schließlich
soll die Aufgabe unabhängig
von der Querschnittsform des Strömungskanals
gelöst
werden, nachdem beispielsweise rechteckige, ovale und kreisrunde
Querschnitte Verwendung finden. Als dicht kann ein Ventil in der Praxis
angesehen werden, wenn ein womöglich
verbleibender Spalt keine turbulente Leckageströmung zuläßt Mit anderen Worten kann
man das Ventil als dicht bezeichnen, wenn Spotte so eng sind, daß nur noch
laminare Strömungen
feststellbar sind. Es soll dabei längs des gesamten Randes der
Ventilklappe annähernd
der gleiche Anpreßdruck
herrschen.
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Eine Lösung dieser Aufgabe besteht
darin, daß zumindest
die Randzone der Klappe und/oder die Gegenfläche elastisch verformbar ist
bzw. sind und im unbelasteten Zustand derart geformt sind, daß in der
Schließstellung
unter der Wirkung des Schließmoments
längs des
gesamten Klappenrands eine ununterbrochene dichte Anlage an der
Gegenfläche
besteht.
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Weil der Idealfall einer spaltfreien
Anlage aufgrund gewisser Schwankungen der in die Gestaltung des
verformbaren Bereichs einzubeziehenden Parameter nicht erreichbar
ist, wird unter einer ununterbrochenen dichten Anlage der Randzone
an der Gegenfläche
eine solche Anlage verstanden, daß in der Schließstellung
gegebenenfalls verbleibende Spalte so eng sind, daß an ihnen
keine turbulente Strömung
auftritt.
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Die bei gasdynamischen Systemen erforderliche
kurze Schaltzeit von unter 2 ms wird vorzugsweise durch die Gestaltung
des Ventils als Feder-Masse-Schwinger (FMS) erreicht, der aus der Ventilklappe,
einer Rückstellfeder
und einem Stellorgan besteht, wobei die Ventilklappe in der Endposition
durch ein der Federkraft entgegenwirkendes Haltemoment, das z.B.
durch einen Hubmagnet erzeugt wird, festhaltbar ist. Zur Anwendung
als FMS besteht eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung darin, daß die elastische
Verformbarkeit im Dichtungsbereich derart ausgebildet ist daß die Federkennlinie des
FMS, zumindest bei der Annäherung
an die Schließposition,
durch den Kontakt zwischen Klappe und Anschlag eine progressive
Zunahme erfährt
Damit kann durch entsprechende Abstimmung der aus der gemeinsamen
Wirkung der Rückstellfeder
und der Elastizität
des Dichtungsapparats resultieren Federkennlinie mit der Kennlinie
des Hubmagneten die Aufsetzgeschwindigkeit der Klappe auf die Gegenfläche in der
Schließposition
weitgehend eliminiert werden.
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Es besteht dabei noch die Möglichkeit,
daß bei
Verwendung eines Hubmagneten dessen Anker gegen den Magneten schlägt und dadurch
Lärm erzeugt
sowie Beschädigungen
verursachen kann. Um dies zu vermeiden, besteht eine weitere sehr
vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung darin, daß der Kontaktbeginn
zwischen Ventilklappe und Gegenfläche auf die Winkelposition
der Ventilklappe gelegt ist, in der deren Bewegungsenergie gerade
aufgezehrt ist, und daß die
dauerhafte Endposition der Ventilklappe in deren Schließstellung
so gewählt
ist, daß bei
dieser Klappenstellung ein Restspalt zwischen Anker und Hubmagnet
verbleibt. Das System kann dadurch so abgestimmt werden, daß aufgrund
der durch die Stellkraft des Hubmagneten auf die Ventilklappe übertragenen
Bewegungsenergie die Ventilklappe zunächst die dauerhafte Endposition überschreiten wird,
ohne daß jedoch
der Anker den Hubmagneten erreicht, und daß sich dann die Ventilklappe
auf die dauerhafte Endposition einschwingen wird.
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Eine bevorzugte Ausführungsform
besteht darin, daß in
der Offenposition ein der Klappe zugeordneter Anschlag am Gehäuse angebracht
ist, so daß dort
der Kantakt zwischen Anker und Hubmagnet vermieden wird.
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Während
bei Feder-Masse-Schwingem die Rückstellfeder
bestrebt ist, die Ventilklappe in eine Mittelstellung zwischen ihren
beiden Endpositionen zu bewegen, wird bei gesteuerten Rückschlagventilen
die Ventilklappe durch die Rückstellfeder
in die Schließposition
gezogen. Bei Ventilen mit durch Federkraft schließender Ventilklappe
besteht eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung darin, daß die Ventilklappe
einseitig am Gehäuse
gelagert ist und daß ihr
ein in die Gegenfläche
einbezogener Hubmagnet zugeordnet ist, so daß der den Strömungsquerschnitt
sperrende Klappenbereich dem Hubmagnet als Anker zugeordnet ist
und durch den Hubmagnet dichtend gegen die Gegenfläche gezogen
wird. Dabei besteht eine besonders vorteilhafte Weiterbildung darin,
daß der
Hubmagnet bezogen auf die Schließstellung etwa mutig zwischen
Drehachse und freiem Klappenende in der Gegenfläche angeordnet ist, wodurch
sich die Stützweiten
der jeweils der elastischen Verformung durch die Druckdifferenz
unterworfenen Bereiche der Klappe etwa auf die Hälfte reduzieren und sich die
möglichen
Spaltweiten entsprechend verringem.
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Für
die praktische Ausführung
der Erfindung sind verschiedene Varianten möglich, so kann etwa die Klappe
elastisch verformbar und die Gegenfläche am Gehäuse entsprechend der Biegelinie
der Randzone der Klappe in der Schließstellung gestattet sein, oder
es ist die Klappe biegesteif ausgebildet und die ihrer Randzone
zugeordnete Gegenfläche
am Gehäuse
ist elastisch verformbar. Dabei ist vorzugsweise die Gegenfläche an einem
mit dem Gehäuse
verbundenen Dichtungsrahmen ausgebildet.
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Eine für das angestrebte Ziel, Leckagen
weitgehend zu vermeiden, besonders vorteilhafte Ausgestaltung eines
Ventils mir durch Federkraft schließender Ventilklappe besteht
darin, daß auf
der von der Ventilklappe abgewandten Seite der Drehachse mit dieser
ein Anker verbunden ist, der in einer taschenartigen Erweiterung
des Gaswechselkanals zwischen zwei Hubmagneten bewegbar ist, wobei
die Erweiterung zumindest auf einer Seite der Ventilklappe gegen
den Gaswechselkanal geschlossen ist, weil dadurch auch Leckagen über den
Stellmechanismus einfach und zuverlässig vermieden werden können.
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Eine weitere, besonders vorteilhafte
Ausgestaltung besteht darin, daß am
Gehäuse
im Schwenkbereich der Ventilklappe der Gegenfläche eine Steuerkante vorgelagert
ist und daß zwischen dieser
Steuerkante und der Gegenfläche
der Abstand zwischen der Gehäuseinnenfläche und
der relativ zu ihr beweglichen, benachbarten Randfläche der
Ventiiklappe bis auf ein die Berührung
beider Flächen
ausschließendes
Minimum reduziert ist.
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Damit ist das verfahrenstechnische
Schließen
exakt auf die Winkelposition der Schließkante festgelegt. Sobald die
Ventilklappe während
ihrer Schließbewegung
die Schließkante überschreitet,
ist das Ventil geschlossen. Die Ventilklappe bewegt sich jedoch
bis zur Gegenfläche
weiter, bis unter der Wirkung des Schließmoments das elastische Element soweit
verformt worden ist, daß das
Auftreten einer turbulenten Strömung
zwischen der Randzone der Ventilklappe und der Gegenfäche ausgeschlossen ist.
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Anhand der folgenden Beschreibung
von Ausführungsbeispielen
unter Bezugnahme auf die beigefügten
Zeichnungen wird die Erfindung näher erläutert.
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Es zeigt
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1 einen
schematischen Längsschnitt durch
einen Gaswechselkanal im Bereich eines prinzipiell bekannten Absperr-
oder Drosselventils mit einem als mittig gelagerte Drehklappe ausgebildeten Ventilkörper,
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2 eine
erste erfindungsgemäße Ausführungsform
des in 1 gezeigten Ventils,
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3 eine
zweite efindungsgemäße Ausführungsform
des in 1 gezeigten Ventils,
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3a das
Detail „A" in 3 in größerem Maßstab,
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4 eine
dritte erfindungsgemäße Ausführungsform
eines Ventils, dessen Drehklappe einseitig gelagert ist,
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5 eine
vierte erfindungsgemäße Ausführungsform
eines Ventils als gesteuerte Rückschlagklappe
und
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6 ein
Diagramm der wirksamen Momente bei der Annäherung der einen Teil eines
Feder-Masse-Schwingers bildenden Ventilklappe an ihre Schließposition.
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In den 1 bis 5 bezeichnet 10 einen
Gaswechselkanal, der durch eine ein Ventilgehäuse bildende Wandung 12 umschlossen
wird. Quer zur Stromungsrichtung ist eine Drehachse 14 angeordnet,
die mit einer zwischen einer Offenstellung und einer Schließstellung
verschwenkbaren Ventilklappe 18 versehen ist. to den 1 bis 5 ist die Ventilklappe 16 in
ihrer Schließstellung
gezeigt. In ihrer Offenstellung, die sie nach einer Drehung um etwa
45° erreicht,
erstreckt sich die Ventilklappe in Richtung der Strömung im Gaswechselkanal.
Im Bereich der Wandung 12 beginnt mit einer Schließ- bzw.
Steuerkante 17 eine Einkerbung, an deren Ende der Randzone 16' der Ventilklappe 16 eine
Gegenfläche 18 derart zugeordnet
ist, daß die
Gegenfläche 18 die Schwenkbewegung
der Ventilklappe 16 aus der Offenstellung in die Schließstellung
begrenzt per Abstand zwischen dem Umfang der Ventilklappe 1o und dem
sich zwischen der Schließkante 17 und
der Gegenfäche 18 erstreckenden
Abschnitt der Einkerbung ist in der Zeichnung unmaßstäblich groß dargestellt. In
der Realität
wird er so gering wie möglich,
aber jedenfalls so groß gehalten,
daß eine
Berührung
zwischen dem Rand der Klappe 16 und der Wandung 12 während der
Bewegung der Klappe 18 ausgeschlossen ist. Vorzugsweise
ist der Abstand so gering, daß nach
dem Passieren der Schließkante 17 zwischen dem
Umfang der Ventilklappe 16 und der Wandung 12 keine
turbulente Strömung
auftreten kann. Mit dem Passieren der Steuerkante 17 durch
die sich in Richtung auf die Gegenfläche 18 bewegende Ventilklappe 16 hat
der verfahrenstechnische Schließvorgang
stattgefunden, d.h. das Ventil ist geschlossen. Die weitere Bewegung
der Ventilklappe 16 dient dem Ziel, jegliche Leckage am
geschlossenen Ventil zu verhindern.
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In den 1 bis 3 durchquert die Drehachse 14 die
Mitte des Gaswechselkanals 10 und entsprechend besteht
die Ventilklappe 18 aus zwei beiderseits der Drehachse 14 angeordneten
Hügeln 16a und 16b,
während
bei den Varianten nach den 4 und 5 die Drehachse 14 am
Rande des Gaswechselkanals 10 und die Ventilklappe 16 einseitig
an der Drehachse angeordnet ist. Entsprechend weisen die Randzone 16' und die Gegenfläche 18 bei
den Varianten nach 4 und 5 einen im weitesten Sinne U-förmigen Verlauf
auf, d.h. sie entfernen sich am einen Klappenende von der Drehachse 14 und
kehren am anderen Klappenende wieder zur Drehachse zurück. Bei
den Varianten nach den Ventilkonstruktionen nach den 1 bis 3 weist die Randzone 18' jedes der beiden
Flügel 16a und 16b und
die ihr jeweils zugeordnete Gegenfläche 18 einen solchen
etwa U-förmigen Verlauf
auf. Um die Ventilklappe 18 zu bewegen, wird in geeigneter
Weise ein Stellmoment um die Drehachse 14 ausgeübt.
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Um die Ventilklappe 18 in
ihrer Schließstellung
zu haften, wirkt auf die Drehklappe 16 ein Schließmoment
ein. Dieses Schließmoment
wirkt bezogen auf die 1 – 3 entgegen dem Uhrzeigersinn,
bezogen auf die 4 und 5 im Uhrzeigersinn. Je nach
der Wirkungsirchtung eines zwischen beiden Seiten der geschlossenen
Ventilklappe 16 bestehenden Druckunterschieds ist eine
Seite der Ventilklappe 16 die Luv- und die andere die Leeseite.
Nimmt man an, daß die
Leeseite der Ventilklappe 16 in den 1 bis 5 jeweils
dem Abschnitt des Gaswechselkanals 10 zugewandt ist, der
sich rechts von der Drehachse 14 befindet, so ist der Druckunterschied
bestrebt, in den 1 – 3 die Randzone 16' des oberen
Flügels 16a von
der ihr zugeordneten Gegenfläche 18 abzuheben.
Bei der einseitig gelagerten Drehklappe der 4 und 5 besteht
ein solcher Einfluß längs der
gesamten Randzone 16' der
Ventilklappe 16.
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Um den dadurch möglicherweise auftretenden Spalt
und die dadurch verursachte Leckage möglichst gering zu halten, sind
die aus den 2 bis 5 ersichtlichen konstruktiven
Mittel vorgesehen, wobei in den Fig. jeweils die Situation gezeigt
ist, in der der erste Kontakt der sich schließenden Ventilklappe 18 mit
der Gegenfläche 18 erfolgt.
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Bei der Ausführungsform nach 2 ist die Ventilklappe 16 elastisch
verformbar und der Verlauf der ihrer Randzone 16' zugeordneten
Gegenfläche 18 ist
an die Biegelinie angepaßt,
die diese Randzone 16' unter
dem Einfluß des
Schließmoments
annehmen wird, wenn die Ventilklappe 16 während der Schließbewegung
zunächst
mit ihrem Rand auf die Gegenfläche 18 auftreffen
und sich anschließend elastisch
verformen wird. Auf diese Weise wird sich die Randzone 16' elastisch an
die Gegenfläche 18 anschmiegen,
so daß Leckagen
auf ein Minimum reduziert werden. Dieser Zustand bleibt unter dem
Einfluß des
Schließmoments
erhalten, bis sich das Ventil öffnet.
Um die Bewegung der Ventilklappe 16 auch in Öffnungsrichtung
zu begrenzen, kann der Ventilklappe ein Anschlag 19 zugeordnet
sein.
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Die 3 und 3a zeigen eine Variante,
bei welcher die Ventilklappe 16 relativ starr ausgebildet werden
kann. Die ihrer Randzone 16' zugeordnete Gegenfläche 18 ist
an einem elastisch verformbaren, in die Wandung 12 eingesetzten
Element 20 ausgebildet.
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In 4 ist
eine Variante mit einseitig gelagerter, elastisch verformbarer Ventilklappe 16 und
einer entsprechend der sich einstellenden Biegelinie der Randzone 16' der Ventilklappe 1fi geformten
Gegenfläche 18 gezeigt.
Abweichend von 2, wo
die Klappe 16 im unbelasteten Zustand eben geformt ist und
sich unter dem Einfluß des
Schließmoments völbt, ist
hier die Ventilklappe 16 im unbelasteten Zustand gewölbt und
nimmt unter der Wirkung des Schließmoments im gespannten Zustand
eine ebene Form an, weshalbhier die Gegenfläche 18 entsprechend
eben gestaltet ist. Einem Bereich der Randzone 16' gegenüberliegend,
der sich etwa bei der halben radialen Länge der Ventilklappe 16 befindet,
ist in die Gegenfläche 18 ein
elektrisch betätigbarer
Hubmagnet 22 eingelassen, der ein Haltemoment ausübt, das
die Randzone 16' in
dichten Kontakt mit der Gegenfläche 18 zieht.
Der der Druckdifferenz ausgesetzte Bereich der einseitig gelagerter
Ventilklappe 16 unterteilt sich dadurch in zwei Abschnitte,
den an beiden Enden gestützten
Abschnitt zwischen Drehachse 14 und Hubmagnet 22 und
den einseitig durch den Hub magnet 22 gestützten restlichen
Abschnitt, wodurch die verformende Wirkung der Druckdifferen wesentlich
reduziert wird.
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Die 5 zeigt
die Anwendung der Erfindung auf eine gesteuerte Rückschlagklappe.
Es wird angenommen, daß die
einseitig gelagerte Ventilklappe 16 durch eine nicht gezeigte
Rückstellfeder
in ihre Schließstellung
bewegt wird, wo sie durch einen Hubmagnet 24 festgehalten
werden kann. Dabei wird die Ventilklappe 16 elastisch verformt
und in der bereits beschriebenen Weise gegen die die Biegelinie
angepaßte
Gegenfläche 18 gelegt
Ein weiterer Hubmagnet 26 dient dazu, die Ventilklappe 16 in
ihrer Offenstellung zu halten. Den Hubmagneten 24 und 28 ist ein
Anker 28 zugeordnet, der auf der von der Ventilklappe 18 abgewandten
Seite der Drehachse 14 mit dieser verbunden ist und innerhalb
einer in der Wandung 12 ausgebildeten, taschenartigen Erneuerung 30 bewegbar
ist Die Wandung muß bei
dieser Ausgestaltung lediglich von den elektrischen Leitungen zu den
Magneten 24 und 28 durchquert werden, was problemlos
und mit einfachsten Mitteln unter Ausschluß jeglicher Leckagen möglich ist
Auch die taschenförmige
Erweiterung 30 kann ohne besondere Probleme gegenüber dem
Gaswechselkanal 10 derart abgedichtet werden, daß Leckagen über die
Erweiterung 30 unterbunden werden. Eine Gehäusetasche 31 kann
als Luftsammler für
Stauluft dienen, die bei Strömungsumkehr
die Klappe von der Offenposition abhebt.
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Eine besonders vorteilhafte Steuerung
für Ventile
mit extrem hoher Schaltgeschwindigkeit ergibt sich bei einer Ventilgestaltung
als Feder-Masse-Schwinger, wobei eine unter der Wirkung einer Bewegungsfeder
eine definierte Mittellage aufweisende Masse um diese Mitellage
zwischen einer Schließ-
und Offenstellung schwingt Dabei wird zum Ausgleich der Bewegungsverluste
eine Energierzufuhr erforderlich, die zur Vermeidung von Lärm und Verschleiß das erforderliche
Maß nicht übersteigen sollte.
Zur Energierzufuhr können
gesteuerte Hubmagnete eingesetzt werden, die die Masse in die eine
oder andere Endposition ziehen.
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In 6 ist
auf der Abszisse der Schvirenkwinkel der Ventilklappe und des mit
ihr verbundenen, mit einem Hubmagneten zusammenwirkenden Ankers
aufgetragen, wobei 0 die unter der Wirkung der Bewegungsfeder des
Feder-Masse-Schwingers von der Ventilklappe eingenommene Ruhestellung
bezeichnet, während
durch die linie s die Winkelstellung der Ventilklappe bezeichnet
wird, bei der der Anker bei geschlossenem Ventil auf dem Hubmagneten aufsitzen
würde.
Die Ordinate zeigt die Größe des jeweils
wirksamen Moments in Prozenten des maximalen Haltemoments des Hubmagneten
an.
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Mit f ist die Kennlinie des durch
die Bewegungsfeder des Feder-Masse-Schwingers ausgeübten Rüdckstelimoments
bereichnet. Die Linie a bezeichnet die Winkelposition, die die Ventilklappe
erreicht haben wird, wenn ihre kinetische Energie erschöpft ist
An dieser Stelle kommt die Ventilklappe in Kontakt mit der ihr zugeordneten
Gegenfläche
am Gehäuse,
so daß bei
einer Fortsetzung der Klappenbewegung durch den elastisch verformbaren
Dichtungsapparat ein Rückstellmoment
auf die Ventillappe ausgeübt
wird, das durch die Kennlinie d dargestelt ist Damit die Ventilklappe
ihre Bewegung fortsetzen und dadurch ihre den Gaswechselkanal schließende Endposition
erreichen kann, und damit sie dort für eine vorgegebene Verweildauer
festgehalten werden kann, ist der Hubmagnet mit der Kennlinie h
vorgesehen. Das vom Hubmagnet ausgeübte Haltemoment ist umso größer, je
geringer der Spalt zwischen Hubmagnet und Anker ist. Der Hubmagnet
wird bestromt, sobald die Ventilklappe die Position a erreicht hat
Die Größe des dann
auf die Ventilklappe einwirkenden Haltemoments wird durch den Schnittpunkt A1
der Linien a und h gekennzeichnet, während die Große des durch
die Bewegungsfeder ausgeübten Rückstellmoments
durch den Schnittpunkt A2 der Linien a und f gekennzeichnet ist.
Es besteht in der Winkelposition a demnach ein Überschuß des Haltemoments, das bestrebt
ist, die Ventilklappe gegen die Position s zu bewegen. Bei dieser
Bewegung wird die Wirkung des Rückstellmoments
f der Bewegungsfeder durch das Rüdckstellmoment
d des Dichtungsapparats verstärkt,
wodurch sich beginnend mit der Winkelposition a ein resultierendes
Rückstellmoment g
ergibt, dessen Kennlinie die Kennlinie des entgegengesetzt gerichteten
Haltemoments h im Punkt G schneidet. In dieser Winkelposition besteht
also ein Momentengleichgewicht Aufgrund der kinetischen, gegen s
gerichteten Energie wird die Ventilklappe zwar den Punkt G zunächst noch überschreiten,
worauf dann das Rückstellmoment
g zunehmend das Haltemoment h übersteigt
und die kinetische Energie aufgezehrt wird. Das System ist so abgestimmt,
daß die
Ventilklappe vor dem Erreichen der Winkelposition s zum Stillstand
kommt und zurückschwingt
und sich schließlich
auf die Position G einschwingt. Damit ist ein direkter Kontakt des
Ankers mit dem Hubmagneten vermieden und eine störende Lärmquelle ausgeschaltet Wenn
die Ventilklappe in der Position G zur Ruhe gekommen ist, ist der
Dichtungsapparat durch ein dem Abstand E-D entsprechendes Moment belastet,
das die Randzone der Ventilklappe und die Gegenfläche dichtend
aneinanderschmiegt.