DE10324398A1

DE10324398A1 - High velocity setting device for electrical switch element has spring forces holding armature for operation of switch element in neutral position between 2 switched electromagnets

Info

Publication number: DE10324398A1
Application number: DE2003124398
Authority: DE
Inventors: Oskar Dr. Schatz
Original assignee: Schatz Thermo Engineering GmbH
Current assignee: Schatz Thermo Engineering GmbH
Priority date: 2003-05-28
Filing date: 2003-05-28
Publication date: 2004-12-23

Abstract

The setting device has at least one armature (14) used for operation of the switch element (15) positioned between 2 switched electromagnets, with spring forces (28) holding the armature in a neutral position between the electromagnets, each of which has a planar bearing surface facing the armature, which itself has 2 opposing surfaces remaining parallel to the bearing surfaces during the armature movement.

Description

Die Erfindung betrifft nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 eine Hochgeschwindig keitsstelleinrichtung geeignet zum Verstellen eines Schaltglieds zwischen zwei Schaltstellungen bei sehr kleinen Schaltzeiten, mit zwei schaltbaren Elektromagneten, zwischen denen wenigstens ein Anker angeordnet ist, der in der einen Schaltstellung des Schaltglieds an dem einen Elektromagneten und in der zweiten Schaltstellung des Schaltglieds an dem anderen Elektromagneten anliegt, und in einer zur Übertragung einer Schaltbewegung geeigneten Weise mit dem Schaltglied verbunden ist, wobei der Anker in beiden Richtungen seiner Bewegungsbahn jeweils derart federnd abgestützt ist, daß die Federkräfte bestrebt sind, den Anker in einer Mittellage zwischen beiden Elektromagneten zu haltenThe Invention relates to a high speed according to the preamble of claim 1 keitsstelleinrichtung suitable for adjusting a switching element between two switching positions with very short switching times, with two switchable Electromagnets, between which at least one armature is arranged, the one in the switching position of the switching element on the one electromagnet and in the second switching position of the switching element on the other electromagnet is present, and in one for transmission a switching movement suitably connected to the switching element is, the anchor in both directions of its path of movement in each case resiliently supported is that the spring forces strive to place the armature in a central position between the two electromagnets to keep

Eine Einrichtung dieser Art ist aus der DE 101 40 706 A1 bekannt. Sie arbeitet als Feder-Masse-Schwinger und ist beispielsweise geeignet, ein dem Einlaßventil einer Brennkraftmaschine vorgeschaltetes Lufttaktventil umzuschalten, das während der Öffnungszeit des nockengesteuerten Zylindereinlaßventils in einer dem jeweiligen Betriebszustand angepaßten Weise den Einlaßkanal zu ansteuerbaren Zeitpunkten öffnet und schließt, und dies gegebenenfalls mehrmals. Hierzu sind außerordentlich kurze Umschaltzeiten erforderlich. Mit der bekannten Einrichtung ist es gelungen, die Schaltzeit auf etwa 2 ms zu reduzieren, was für die Erreichung optimaler Ergebnisse, aber auch hinsichtlich des Raumbedarfs des Systems zu lang ist.A facility of this kind is from the DE 101 40 706 A1 known. It works as a spring-mass oscillator and is suitable, for example, to switch an air-cycle valve upstream of the intake valve of an internal combustion engine, which opens and closes the intake port at controllable times during the opening time of the cam-controlled cylinder intake valve in a manner adapted to the respective operating state, and if necessary several times. This requires extremely short switchover times. With the known device, it has been possible to reduce the switching time to about 2 ms, which is too long to achieve optimal results, but also in terms of the space requirement of the system.

Bei der bekannten Konstruktion sind die beiden Elektromagneten derart angeordnet, daß ihre Anlageflächen einen spitzen Winkel einschließen. Der Anker ist um eine zur Scheitellinie dieses Winkels parallele Antriebsachse des Schaltglieds zwischen zwei Endstellungen verschwenkbar, in denen jeweils eine seiner Oberflächen an einer Anschlagfläche der Magneten anliegt. Der Anker wird durch einen im Inneren der als Hohlwelle ausgerichteten Antriebswelle angeordneten Torsionsstab in seiner neutralen Mittelstellung zwischen beiden Anlageflächen gehalten, solange keiner der Magneten erregt ist.at the known construction, the two electromagnets are like this arranged that their contact surfaces one Include an acute angle. The Anchor is about a drive axis parallel to the apex line of this angle of the switching element between two end positions, in each of which one of its surfaces on a stop surface the magnet is applied. The anchor is made by an inside of the arranged as a hollow shaft drive shaft torsion bar held in its neutral middle position between the two contact surfaces, as long as none of the magnets is excited.

Die Höhe der dynamischen Aufladung und der Raumbedarf werden von der Länge der Schwingrohre des Saugmoduls bestimmt. Kurze Schaltzeiten ermöglichen kurze Schwingrohre und eine hohe dynamische Aufladung bei niedriger Drehzahl. Die erreich ten Schaltzeiten im Bereich von 2 ms erfordern Schwingrohrlängen von ca. 800 mm, während Schwingrohrlängen von 200 mm vom Markt gefordert werden. Voraussetzung dafür sind aber Schaltzeiten von 0,5 ms.The height of dynamic charging and space requirements are determined by the length of the Swing tubes of the suction module determined. Enable short switching times short swing tubes and high dynamic charging at low Rotational speed. The switching times reached in the range of 2 ms require vibrating tube lengths of approx. 800 mm, while vibrating tube lengths of 200 mm from the market. The prerequisite for this are Switching times of 0.5 ms.

Neben diesen verfahrenstechnischen Problemen besteht auch Bedarf an einer konstruktiven Verbesserung der bekannten Einrichtungen. Die aus zwei Magneten, einem Schwenkanker und einer Drehfeder bestehende Konstruktion ist kostenintensiv und in ihrer Ausgestaltung besonders raumaufwendig und störanfällig. Die Schwenkbewegung des Ankers führt zu einem mit dem Abstand von seiner Schwenkachse wachsenden, keilförmigen Magnetspalt. Die Magnetkräfte sinken quadratisch mit dem Magnetspalt und somit quadratisch mit dem Abstand von der Schwenkachse des Ankers, während das resultierende Drehmoment nur linear mit dem Abstand zunimmt. Höhere Drehmomente zur Realisierung kürzerer Schaltzeiten erfordern zwangsweise größere Baulängen für den Magnetspalt bzw. für die Magnete und Anker, sowie eine Drehfeder mit größerem Durchmesser und größerer Länge. Bei der Anwendung zur Betätigung einer Ventilklappe reduziert ein vergrößerter Durchmesser der Drehfeder jedoch den Fließquerschnitt im Ventil, weil die die Ventilklappe tragende Antriebswelle die Drehfeder umhüllt und somit in ihrem Außendurchmesser an die verstärkte Drehfeder angepaßt werden muß.Next These procedural problems also require one constructive improvement of the known facilities. The two Magnets, a swivel armature and a torsion spring existing construction is expensive and particularly space-consuming in its design and prone to failure. The Pivotal movement of the anchor leads to a wedge-shaped magnetic gap growing with the distance from its pivot axis. The magnetic forces sink square with the magnetic gap and thus square with the distance from the pivot axis of the armature, while the resulting torque only increases linearly with distance. Higher torques to achieve shorter switching times require larger lengths for the magnetic gap or for the magnets and anchors, as well as a torsion spring with a larger diameter and greater length. at the application for actuation a valve flap reduces the diameter of the torsion spring however, the flow cross section in the valve because the drive shaft carrying the valve flap Coil spring encased and thus in their outer diameter to the reinforced torsion spring customized must become.

Das bekannte System hat aus diesen Gründen keine Reserven, die eine Verkürzung der Schaltzeit ermöglichen.The known system has no reserves for these reasons, the one shortening enable the switching time.

Es besteht somit die Aufgabe, eine Hochgeschwindigkeitsstelleinrichtung der eingangs genannten Art so weiterzubilden, daß sie einen zuverlässigen, kostengünstigen und raumsparenden Antrieb darstellt, der Schaltzeiten in der Größenordnung von 0,5 ms ermöglicht. Dabei sollte der Strömungswiderstand des Ventils gering gehalten oder gar reduziert werden, die Magnetkraft möglichst im gesamten Bewegungsbereich des Ankers verfügbar gehalten und das für den Stellvorgang zur Verfügung stehende Drehmoment erhöht werden. Durch die weitere Steigerung der Schaltgeschwindigkeit verschärft sich das Problem der Lärmentwicklung und Bauteileschäden durch das Aufeinandertreffen von Anker und Magnet, sowie Ventil und Ventilsitz, weshalb die Problemlösung auch diesen Asperkt berücksichtigen muß.It there is therefore the task of a high-speed control device of the type mentioned at the outset in such a way that they provide a reliable, inexpensive and space-saving drive, the switching times in the order of magnitude of 0.5 ms. The flow resistance should be of the valve can be kept low or even reduced, the magnetic force preferably kept available throughout the range of motion of the armature and that for the setting process to disposal standing torque increases become. The further increase in the switching speed exacerbates the problem of noise and component damage the meeting of armature and magnet, as well as valve and valve seat, which is why problem solving also take this asperct into account got to.

Durch die vorstehenden Analyse des erreichten Entwicklungsstandes haben sich im wesentlichen zwei Problempunkte ergeben, die für die Stagnation der Entwicklung ursächlich sind: die ungünstige Ausbildung des Magnetspalts und die Verwendung einer Drehfeder als Energiespeicher für den Feder-Masse-Schwinger, so daß eine optimale Lösung die Überwindung beider Problempunkte umfassen sollte. In der Praxis, insbesondere bei der Anwendung bei PKW-Motoren, wird man jedoch oft vor die Frage gestellt werden, ob angesichts des begrenzten Nutzvolumens im Motorraum und der darauf abgestimmten Motorkonstruktion eine optimale Lösung sich ohne weitergreifende und damit sehr kostenintensive Änderungen der Motorkonstruktion realisieren läßt, weshalb es sinnvoll sein kann, sich zunächst auf einen der Problempunkte zu konzentrieren, dessen Beseitigung mit relativ geringem Aufwand und mit doch erkennbarem Fortschritt erreicht werden kann.The above analysis of the level of development achieved has essentially resulted in two problem points that are responsible for the stagnation in development: the unfavorable design of the magnetic gap and the use of a torsion spring as an energy store for the spring-mass oscillator, so that an optimal solution is found Overcoming both issues should include. In practice, especially when used in car engines, one will often be asked whether, given the limited usable volume in the engine compartment and what is required correct engine design an optimal solution can be realized without far-reaching and therefore very cost-intensive changes to the engine design, which is why it may make sense to first concentrate on one of the problem points, the elimination of which can be achieved with relatively little effort and with recognizable progress.

Es werden deshalb unter Berücksichtigung der gestellten Aufgabe verschiedene Lösungen vorgeschlagen, die bereits für sich allein gegenüber dem Stand der Technik einen deutlichen Fortschritt ergeben, die aber auch gemeinsam angewandt werden können, um die Problemlösung weiter zu optimieren.It are therefore taking into account the task proposed various solutions that already for themselves alone opposite the prior art result in significant progress that but can also be applied together to further solve the problem to optimize.

Nach dem kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 besteht eine Lösung der gestellten Aufgabe erfindungsgemäß darin, daß die Elektromagneten jeweils eine dem Anker zugewandte, ebene Anlagefläche aufweisen, daß diese Anlageflächen beider Elektromagneten zueinander parallel sind und zwischen sich einen Bewegungsbereich einschließen, in dem der plattenförmig mit zwei den Elektromagneten zugewandten parallelen Oberflächen ausgebildete Anker zu den Anlageflächen parallel bleibend zwischen diesen beweglich ist.To the characterizing part of claim 1 is a solution to task according to the invention in that the Electromagnets each have a flat contact surface facing the armature, that these contact surfaces both electromagnets are parallel to each other and between themselves include a range of motion in which the plate-shaped with two anchors formed parallel surfaces facing the electromagnet to the contact surfaces moving parallel between them.

Durch die Parallelität der Magnetspalte bei der Bewegung der Anker und durch den verkürzten Weg des Ankers wird die Wirkung der Magnete wesentlich angehoben. Die verkürzten Anker- und Federwege reduzieren die Massenkräfte bei der Beschleunigung und Verzögerung des Stellglieds.By the parallelism the magnetic gap when the armature moves and through the shortened path the effect of the magnets is significantly increased. The shortened Anchor and spring travel reduce the inertia forces during acceleration and delay of the actuator.

Die Konstruktion eignet sich sowohl für Schaltglieder mit linearer Schaltbewegung als auch für solche mit drehender bzw. schwenkender Schaltbewegung. Für letztere besteht eine zweckmäßige Ausgestaltung darin, daß das Schaltglied zwischen beiden Schaltstellungen um die Drehachse seiner mit dem Anker verbundenen Antriebswelle verschwenkbar auf dieser fest angebracht ist und daß der Anker und die Antriebswelle einander derart zugeordnet sind, daß die Wirkungslinien der Magnetkräfte, der den Anker stützenden Federkräfte und der resultierenden Massenträgheitskräfte in einer gemeinsamen Achse senkrecht zu einer die Drehachse der Antriebswelle enthaltenden Ebene verlaufen, und daß diese gemeinsame Achse von dieser Drehachse einen geringen radialen Abstand (Exzentrizität) einhält.The Construction is suitable for both contact elements with linear Switching movement as well for those with rotating or pivoting switching movement. For the latter there is an appropriate design in that the Switching element between the two switching positions around its axis of rotation connected to the armature drive shaft pivotable on this is firmly attached and that the Armature and the drive shaft are assigned to each other such that the lines of action the magnetic forces, the one supporting the anchor spring forces and the resulting inertial forces in one common axis perpendicular to the axis of rotation of the drive shaft containing plane, and that this common axis of this axis of rotation maintains a small radial distance (eccentricity).

Die erfindungsgemäße Konstruktion weist keine Drehfeder auf, wodurch es möglich wird, z.B. die sich quer zur Luftströmung erstreckende Antriebswelle einer schwenkbaren Ventilklappe eines Lufttaktventils gegenüber den beim Stand der Technik gegebenen Möglichkeiten weiter im Querschnitt zu reduzieren und dadurch den Strömungswiderstand im Ventilbereich abzusenken. Der Wegfall einer langen Drehfeder und die damit verbun dene Reduzierung der axialen Erstreckung des Magnetspalts ermöglichen eine drastische Verringerung des axialen Bauraums des Antriebs trotz einer – wie nachstehend erläutert – um den Faktor 4 reduzierten Schaltzeit.The construction according to the invention has no torsion spring, which makes it possible e.g. the cross for air flow extending drive shaft of a pivotable valve flap of an air cycle valve across from cross-section of the possibilities given in the prior art reduce and thereby the flow resistance lower in the valve area. The omission of a long torsion spring and the associated reduction in the axial extension of the Allow magnetic gap despite a drastic reduction in the axial installation space of the drive one - like explained below - around the Factor 4 reduced switching time.

Der besondere Vorteil, der sich zur Lösung der gestellten Aufgabe allein schon durch den Wegfall der Drehfeder erreichen läßt, kann genutzt werden, auch wenn der Anker in der aus dem Stand der Technik bekannten Weise um eine Drehachse verschwenkbar ist, d.h. wenn die Erfindung ausgeht von einer Hochgeschwindigkeitsstelleinrichtung geeignet zum Verstellen eines Schaltglieds zwischen zwei Schaltstellungen bei sehr kleinen Schaltzeiten, mit zwei schaltbaren Elektromagneten, zwischen denen verschwenkbar ein drehfest auf einer Antriebswelle für das Schaltglied angebrachter Anker angeordnet ist, der in der einen Schaltstellung des Schaltglieds an dem einen Elektromagneten und in der zweiten Schaltstellung des Schaltglieds an dem anderen Elektromagneten anliegt, und in einer zur Übertragung einer Schaltbewegung geeigneten Weise mit dem Schaltglied verbunden ist, wobei der Anker in beiden Richtungen seiner Bewegungsbahn jeweils derart federnd abgestützt ist, daß die Federkraft bestrebt ist, den Anker in einer Mittellage zwischen beiden Elektromagneten zu halten.The special advantage that can be used to solve the task can be achieved simply by eliminating the torsion spring be used, even if the anchor in the state of the art is known to be pivotable about an axis of rotation, i.e. if the The invention is based on a high-speed actuating device Suitable for moving a switching element between two switching positions with very short switching times, with two switchable electromagnets, between which a pivotable on a drive shaft for the switching element attached anchor is arranged in the one switching position of the switching element on the one electromagnet and in the second switching position of the switching element is applied to the other electromagnet, and in one for transmission a switching movement suitably connected to the switching element is, the anchor in both directions of its path of movement in each case resiliently supported is that the Spring force strives to place the anchor in a middle position between to hold both electromagnets.

Bei einer solchen Einrichtung besteht eine vorteilhafte erfindungsgemäße Lösung bereits darin, daß der Antriebswelle zwei gleich dimensionierte aber einander entgegengesetzt wirkende Federn zugeordnet sind, deren Wirkungsachse senkrecht zu einer die Drehachse der Antriebswelle enthaltenden Ebene verläuft und von dieser Drehachse einen radialen Abstand einhält.at Such a device already has an advantageous solution according to the invention in that the Drive shaft two equally sized but opposite each other Acting springs are assigned, whose axis of action is perpendicular to a plane containing the axis of rotation of the drive shaft and maintains a radial distance from this axis of rotation.

Mit der zu sich selbst parallelen Ankerbewegung und dem Wegfall der Drehfeder ermöglicht die Erfindung ein schwingfähiges Feder-Masse-System mit sehr kurzen Wegen für die Feder- und Ankermassen und sehr engen und parallelen Magnetspalten mit geringem axialem Raumbedarf. Diese Dimensionierung ist sehr bedeutsam, weil die Massenkräfte quadratisch mit den Anker- und Federwegen sinken, während die spezifischen Magnetkräfte quadratisch mit der Reduzierung der Ankerwege ansteigen. Bei der praktischen Ausführung der Erfindung konnten die Anker- und Federwege gegenüber dem Stand der Technik halbiert werden. Dadurch sinkt bei sonst gleichen Bedingungen die Schaltzeit um den Faktor 4, weil die Schaltzeit von der Relation Masse/Federsteifigkeit abhängt.With the anchor movement parallel to itself and the elimination of the Torsion spring allows the invention a viable Spring-mass system with very short distances for the spring and anchor masses and very narrow and parallel magnetic gaps with little axial Space requirements. This dimensioning is very significant because the mass forces are quadratic decrease with the armature and spring travel, while the specific magnetic forces square with the reduction of anchorage increases. In the practical execution of the Invention could halve the anchor and spring travel compared to the prior art become. This reduces the switching time under otherwise identical conditions by a factor of 4 because the switching time depends on the relation between mass and spring stiffness depends.

Durch den Übergang von den proportional zum Abstand von der Drehachse wachsenden Längen des Magnetspalts beim Stand der Technik mit seinem Schwenkanker auf die erfindungsgemäßen parallelen Magnetspalte, kann die Größe der Anker und Magnete reduziert werden, weil bei der Integration der Magnetkräfte über der magnetisch wirk samen Fläche die Spaltlängen umgekehrt quadratisch eingehen. Dies hat trotz der um den Faktor 4 reduzierten Schaltzeit eine Reduzierung des Stromverbrauchs und der Wärmeentwicklung zur Folge.Due to the transition from the lengths of the magnetic gap growing in proportion to the distance from the axis of rotation in the prior art with its swivel armature to the invention parallel magnetic gaps, the size of the armature and magnets can be reduced, because when the magnetic forces are integrated over the magnetically effective surface, the gap lengths are reversed square. Despite the switching time reduced by a factor of 4, this results in a reduction in power consumption and heat development.

Durch die Reduzierung der Spaltlängen wird die Fernwirkung zwischen Magnet und Anker verbessert, weil bei gleichem Magnetfeld die Entfernung Anker/Magnet reduziert ist. Dadurch kann die Schaltzeit durch entsprechende Magnetschaltung zusätzlich verkürzt werden. Falls verfahrenstechnisch wünschenswert, ist bei Bedarf auch eine Erhöhung der Schaltzeit gegenüber der Eigenfrequenz des Feder-Masse-Systems realisierbar.By the reduction of the gap lengths the long-distance effect between magnet and armature is improved because the distance between armature and magnet is reduced with the same magnetic field. This allows the switching time through appropriate magnetic switching can also be shortened. If procedurally desirable, is an increase if necessary compared to the switching time the natural frequency of the spring-mass system can be realized.

Der axial erforderliche Bauraum wird nicht nur wegen des Wegfalls der Drehfeder wesentlich kürzer, sondern auch wegen der Freiheit bei der Gestaltung der Oberfläche des Magnetspalts.The axially required space is not only due to the elimination of Torsion spring much shorter, but also because of the freedom in designing the surface of the Magnetic gap.

Eine besonders vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung besteht darin, daß der Anker in der Mitte des Bewegungsbereichs derart mittig und gegenüber diesem drehbeweglich auf einem in den Bewegungsbereich ragenden Abschnitt der Antriebswelle gelagert ist, daß dieser Abschnitt der Antriebswelle eine Symmetrieachse des Ankers definiert, so daß sich beiderseits dieses Abschnitts gleich große und zu den Anlageflächen parallele Abschnitte des Ankers erstrecken, die beiderseits symmetrisch in Bezug auf diese Symmetrieachse in einer zu den Anlageflächen senkrechten Richtung federnd abgestützt sind, und daß der den Anker aufnehmende Abschnitt der Antriebswelle als radial zu deren Stellachse versetzter Exzenter gestaltet ist, wobei in der Mittellage des Ankers zwischen den beiden Elektromagneten die Achsen des Exzenters und der Antriebswelle in der zu den beiden Anlageflächen parallelen Mittelebene des Bewegungsbereichs verlaufen und die Parallelverschiebung des Ankers zwischen beiden Anlageflächen dem Schwenkwinkel der Antriebswelle zwischen den beiden Schaltstellungen des Schaltglieds entspricht.A a particularly advantageous embodiment of the invention consists in that the Anchor in the middle of the range of motion in the middle and opposite this rotatable on a section projecting into the range of motion the drive shaft is mounted that this section of the drive shaft Axis of symmetry of the armature is defined, so that there is on both sides of this section same size and to the contact surfaces parallel sections of the armature extend symmetrically on both sides with respect to this axis of symmetry in a perpendicular to the contact surfaces Are resiliently supported, and that the the armature receiving portion of the drive shaft as radial whose positioning axis is offset eccentric, being in the Middle of the armature between the two electromagnets the axes of the eccentric and the drive shaft in the parallel to the two contact surfaces Center plane of the range of motion and the parallel shift of the anchor between the two contact surfaces the swivel angle of the Drive shaft between the two switching positions of the switching element equivalent.

Es wird dadurch mit minimalem Bauaufwand und Raumbedarf die Parallelbewegung des Ankers in eine Schwenkbewegung der Antriebswelle umgesetzt.It the parallel movement is thus carried out with minimal construction effort and space requirements of the armature converted into a swiveling movement of the drive shaft.

Sofern eine gewisse Verweilzeit des Ankers in einer seiner beiden Endstellungen erforderlich ist, was in den meisten Anwendungsfällen der Fall sein wird, muß der Anker durch einen Haltestrom am Elektromagnet festgehalten werden, weil er andernfalls durch die in den Federn gespeicherte Energie sofort seine Bewegungsrichtung umkehrt. Betrachtet man die Aufgabe der Magnete, so sind drei Funktionen erkennbar:

– das Aufschaukeln des Systems beim Start,
– den Ausgleich der beim Übergang von einer Endposition zur anderen auftretenden Verluste und
– das Festhalten des Ankers in der Endposition.

If a certain dwell time of the armature is required in one of its two end positions, which will be the case in most applications, the armature must be held on the electromagnet by a holding current, because otherwise it immediately reverses its direction of movement due to the energy stored in the springs. Looking at the task of the magnets, three functions can be seen:

- the system rocking at startup,
- the compensation of the losses which occur during the transition from one end position to the other and
- holding the anchor in the end position.

Für die letztgenannte Funktion ist im Vergleich zu den beiden anderen Funktionen die zehnfache Magnetstärke erforderlich, weshalb es äußerst vorteilhaft ist, die Haltefunktion nicht den Magneten zuzuweisen, sondern gemäß einer weiteren, später noch genauer erläuterten Ausgestaltungen der Erfindung einer mechanischen Umkehrsperre.For the latter Function is ten times that of the other two functions magnetic strength required, which is why it is extremely beneficial is not to assign the holding function to the magnets, but according to one more, later explained in more detail Embodiments of the invention of a mechanical reversing lock.

Betrachtet man die Funktionen der den Anker stützenden Federn, so erkennt man zwei Funktionen, von welchen nur eine unmittelbar mit der Wirkungsweise des Ankers zu tun hat, nämlich den Anker gleichmäßig abzustützen, so daß seine zu den Anlageflächen an den Magneten parallele Lage und damit eine stets über den ganzen Bereich der Anlageflächen gleiche Spaltdicke gewährleistet ist. Die zweite Funktion als Energiespeicher des Feder-Masse-Systems kann auch an andere Stelle der Bewegungsübertragung zwischen Anker und Schaltglied ausgeübt werden. Das bietet die Möglichkeit, die den Anker stützenden Federn nur so stark auszubilden, daß sie die erstgenannte Funktion problemlos übernehmen können, während die wesentlich stärkeren, als Energiespeicher dienenden Federelemente nicht direkt am Anker angreifen müssen.considered one recognizes the functions of the springs supporting the anchor one has two functions, only one of which has a direct effect the anchor has to do, namely support the anchor evenly, so that its to the contact surfaces parallel to the magnet and thus always above the whole area of the contact surfaces ensures the same gap thickness is. The second function as energy storage for the spring-mass system can also be used elsewhere in the movement transmission between anchor and Switching element exercised become. This offers the opportunity that support the anchor Train springs only so strongly that they perform the first function take over easily can, while the much stronger than Do not attack spring elements that serve to store energy directly on the anchor have to.

Eine besonders vorteilhafte Ausgestaltung besteht darin, daß der der Bewegungs- und Kraftübertragung dienende Pfad zwischen den Magneten und dem Schaltglied in zwei getrennte, bewegungsmäßig gekoppelte und jeweils über einen Federspeicher verfügende, als Feder-Masse-Schwinger wirkende Systeme aufgeteilt ist, daß das den Magneten zugeordnete System durch eine Umkehrsperre im geladenen Zustand des Federspeichers sperrbar ist und als treibendes und steuerndes System das dem Schaltglied zugeordnete getriebene System beherrscht, und daß der Federspeicher des getriebenen Systems um den Faktor 10 stärker dimensioniert ist als der Federspeicher des treibenden und steuernden Systems.A a particularly advantageous embodiment is that the Movement and power transmission serving path between the magnets and the switching element in two separate, motionally coupled and each over spring loaded, systems acting as a spring-mass oscillator is divided that the System assigned to magnets by a reverse lock in the loaded State of the spring accumulator is lockable and as a driving and controlling System that controls the driven system assigned to the switching element, and that the Spring storage of the driven system is dimensioned stronger by a factor of 10 as the spring accumulator of the driving and controlling system.

Das steuernde System wird seinerseits von einer Leistungselektronik vom Motorcomputer aus gesteuert. Leistungselektronik ist teuer. Weil im treibenden und steuernden System bei dieser erfindungsgemäßen Ausgestaltung die Leistungselektronik nur noch für die um den Faktor 10 verkleinerte Speicherkapazität ausgelegt werden muß, ist der Aufwand für die leistungselektronische Ausstattung und die Stromversorgung, sowie der Anfall an Verlustwärme beträchtlich reduziert. Außerdem muß nur noch der im getriebenen System dem Schaltglied benachbarte Teil des Übertragungspfads mechanisch für die Aufnahme des starken Moments des in diesem System vorgesehenen Federspeichers dimensioniert werden. Auch dieser Aufwand kann noch reduziert werden, wenn nach einer weiteren vorteilhaften Ausbildung der Federspeicher des getriebenen Systems geteilt ist und sein Stellmoment zu gleichen Teilen beiderseits des Schaltglieds auf dessen Antriebswelle übertragen wird. Eine einfache konstruktive Lösung dieser Gestaltungsidee besteht erfindungsgemäß darin, daß der Anker in der Mitte des Bewegungsbereichs derart mittig und gegenüber diesem drehbeweglich auf einem Exzenterabschnitt einer zur Antriebswelle achsparallelen Abtriebswelle des treibenden und steuernden Systems gelagert ist, daß dieser Exzenterabschnitt eine Symmetrieachse des Ankers definiert, so daß sich beiderseits dieses Exzenterabschnitts gleich große und zu den Anlageflächen parallele Abschnitte des Ankers erstrecken, die beiderseits symmetrisch in Bezug auf diese Symmetrieachse in einer zu den Anlageflächen senkrechten Richtung federnd abgestützt sind, wobei in der Mittellage des Ankers zwischen den beiden Elektromagneten die Achsen des Exzenterabschnitts und der Abtriebswelle in der zu den beiden Anlageflächen parallelen Mittelebene verlaufen, daß die Antriebswelle in einer Querschnittsebene mit radialem Abstand von ihrer Achse eine Kulisse aufweist, die der Abtriebswelle zugeordnet und in der Mittelstellung der Antriebswelle zur Mittelebene des Bewegungsbereichs symmetrisch gestaltet ist, und in die spielfrei ein an der Zwischenwelle angeordneter exzentrischer Mitnehmer derart eingreift, daß eine Schwenkbewegung der Abtriebswelle eine gegenläufige Schwenkbewegung der Antriebswelle zur Folge hat, derart, daß eine Parallelverschiebung des Ankers aus der Mittellage bis zur Anlagefläche einem Schwenkwinkel der Antriebswelle entspricht, der halb so groß ist, wie der Schwenkwinkel zwischen den beiden Schaltstellungen des Schaltglieds. Eine besonders vorteilhafte Ausgestaltung besteht darin, daß in den beiden Endstellungen des Ankers die im Kontaktpunkt zwischen der Kulisse und dem Mitnehmer auf der Kontaktfläche errichtete Normale zumindest annähernd durch die Achse der Zwischenwelle verläuft. Damit ergibt sich in den beiden Endstellungen in Bezug auf die auf die Antriebswelle einwirkende starke Rückstellkraft eine Totpunktlage. Erst wenn das steuernde System freigegeben wird, setzt sich die Abtriebswelle in Bewegung und die Totpunktstellung wird verlassen.The controlling system is in turn controlled by power electronics from the engine computer. Power electronics is expensive. Because in the driving and controlling system in this embodiment according to the invention the power electronics only have to be designed for the storage capacity reduced by a factor of 10, the effort for the power electronics equipment and the power supply, as well as the amount of heat loss, is considerably reduced. In addition, only the switching element must be in the driven system Neighboring part of the transmission path can be dimensioned mechanically for the absorption of the strong moment of the spring accumulator provided in this system. This effort can also be reduced if, according to a further advantageous embodiment, the spring accumulator of the driven system is divided and its actuating torque is transmitted in equal parts on both sides of the switching element to its drive shaft. According to the invention, a simple constructive solution to this design idea is that the armature is mounted in the center of the range of motion so that it is rotatable and rotatable relative to it on an eccentric section of an output shaft of the driving and controlling system which is axially parallel to the drive shaft such that this eccentric section defines an axis of symmetry of the armature, so that on both sides of this eccentric section extend equally large and parallel to the contact surfaces sections of the armature, which are supported on both sides symmetrically with respect to this axis of symmetry in a direction perpendicular to the contact surfaces, the axes of the eccentric section between the two electromagnets in the central position of the armature and the output shaft run in the central plane parallel to the two contact surfaces, that the drive shaft has a link in a cross-sectional plane at a radial distance from its axis, that of the output shaft assigned and symmetrically designed in the central position of the drive shaft to the central plane of the range of motion, and in which an eccentric driver arranged on the intermediate shaft engages without play such that a pivoting movement of the output shaft results in an opposite pivoting movement of the drive shaft, such that a parallel displacement of the armature from the central position to the contact surface corresponds to a swivel angle of the drive shaft that is half as large as the swivel angle between the two switching positions of the switching element. A particularly advantageous embodiment consists in the fact that in the two end positions of the armature the normal established in the contact point between the link and the driver on the contact surface runs at least approximately through the axis of the intermediate shaft. This results in a dead center position in the two end positions in relation to the strong restoring force acting on the drive shaft. Only when the controlling system is released, the output shaft starts to move and the dead center position is left.

Da die beschriebenen Konstruktionen zur Umsetzung der Parallelverlagerung des Ankers in eine Schwenkbewegung der Antriebswelle einen geringen seitlichen, zu den Anlageflächen parallelen Versatz des Ankers zur Folge haben, besteht eine andere Ausführungsform zur Vermeidung dieses seitlichen Versatzes darin, daß der Anker mit einem linear beweglichen Stellglied zur Bewegungsübertragung auf das Schaltglied verbunden ist.There the constructions described to implement the parallel shift of the armature in a swiveling movement of the drive shaft lateral, to the contact surfaces parallel offset of the anchor result, there is another embodiment to avoid this lateral offset in that the anchor with a linearly movable actuator for motion transmission is connected to the switching element.

Das Stellglied kann ein starres Element sein, so daß es die aus seiner Mittellage nach beiden Seiten erfolgenden Bewegungen des Ankers an das Schaltglied übertragen kann. Sofern das Schaftglied eine Schwenkbewegung ausführen soll, besteht eine Weiterbildung darin, daß das Stellglied eine Zahnstange ist, die mit einem Zahnrad auf der Antriebswelle in Eingriff steht.The Actuator can be a rigid element so that it is from its central position transmit armature movements to both sides of the switching element can. If the shaft member is to perform a pivoting movement, there is a development that the actuator is a rack is engaged with a gear on the drive shaft.

Eine sehr einfache, leichte Konstruktion ergibt sich, wenn man gemäß einer weiteren Ausführungsform zwei zueinander und zu den Anlageflächen parallele, durch Federn gestützte Anker im Bewegungsbereich anordnet, die Anker in der Wirkungslinie der Magnet-, Feder- und Massenträgheitskräfte durch ein durch die Federn vorgespanntes Band verbindet und mit diesem Band die zu den Ankern parallele Antriebswelle umschlingt. Eine Variante mit nur einem Anker besteht darin, daß der Anker in der Wirkungslinie der Magnet-, Feder- und Massenträgheitskräfte mit einem durch Spannrollen vorgespannten Band verbunden ist, das von einer Seite des Ankers ausgehend zur Antriebsverbindung um die Antriebswelle und von dieser über eine auf der anderen Seite des Ankers angeordnete Umlenkrolle zurück zum Anker geführt ist. Dabei kann ein vorteilhafter, sehr geringer radialer Abstand von wenigen mm zwischen dem Band und der Achse der Antriebswelle realisiert werden. Nach einer vorteilhaften Weiterbildung besteht die Möglichkeit, das Band um einen nockenartigen Abschnitt der Antriebswelle zu schlingen, so daß sich der Abrollradius des Bandes auf der Antriebswelle gegen das Ende der Stellbewegung vergrößert und damit die Rückstellkraft der Federn stark ansteigt und das sanfte Anschlagen der Anker an den Anschlagflächen begünstigt wird. Man kann dadurch auch das schnelle Überfahren einer dem beweglichen Ventilkörper zugeordneten Steuerkante beim Öffnen und Schließen des Ventils erreichen. Eine weitere Einsatzmöglichkeit besteht darin, ein stabiles Gleichgewicht zwischen der Schließkraft des Magneten und der Rückstellkraft des Federspeichers herzustellen unter Einhaltung eines engen Spalts zwischen Anker und Magnet.A very simple, light construction results if one according to one another embodiment two parallel to each other and to the contact surfaces, by springs supported Arranges anchors in the range of motion, the anchors in the line of action the magnetic, spring and inertial forces a band pretensioned by the springs connects and with this Belt that wraps around the drive shaft parallel to the anchors. A Variant with only one anchor is that the anchor is in the line of action the magnetic, spring and inertial forces with is connected by a tensioned belt tensioned by one side of the armature starting from the drive connection around the drive shaft and from this over a deflection roller arranged on the other side of the anchor back to the anchor guided is. This can be an advantageous, very small radial distance of a few mm between the belt and the axis of the drive shaft will be realized. According to an advantageous further development the possibility, to loop the tape around a cam-like portion of the drive shaft so that the rolling radius of the belt on the drive shaft towards the end the actuating movement is enlarged and thus the restoring force the springs rise sharply and the anchor hits gently the stop surfaces favored becomes. You can also quickly run over one of the moving ones valve body assigned control edge when opening and closing of the valve. Another possible application is a stable balance between the closing force of the magnet and the Restoring force to manufacture the spring accumulator while maintaining a narrow gap between anchor and magnet.

Diese Konstruktionen zur Linearbewegung des Ankers bzw. der beiden Anker werden vorzugsweise mit der erfindungsgemäßen Umkehrsperre ausgerüstet. Diese besteht darin, daß mit dem Anker ein Sperrelement gekoppelt ist, das in einer in seiner Bewegungsrichtung verlaufenden Randzone zwei den beiden Schaltpositionen zugeordnete Kerben aufweist, denen ein in einer zu dieser Bewegungsrichtung normalen Richtung beweglicher und durch eine Feder gegen die Randzone vorgespannter, zum Eingriff in die Kerben geeigneter Sperrbolzen zugeordnet ist, der beim Eintreffen eines entsprechenden Steuerbefehls durch einen Magneten aus der Kerbe bewegbar ist.This Constructions for linear movement of the armature or the two anchors are preferably equipped with the reverse lock according to the invention. This is that with a locking element is coupled to the anchor, which in one in its direction of movement extending edge zone two assigned to the two switching positions Has notches, one in one to this direction of movement normal direction more flexible and by a spring against the edge zone preloaded locking bolts suitable for engaging the notches is assigned to that when a corresponding control command arrives can be moved out of the notch by a magnet.

Sobald der Anker in unmittelbare Nähe der Anlagefläche gelangt ist, gelangt auch die Kerbe in den Bereich des Sperrbolzens, der in die Kerbe einrastet und bis zum Eintreffen des Lösebefehls das Schaltglied in seiner erreichten Schaltposition festhält. Damit entfällt für den Elektromagneten die eine hohe Magnetstärke erfordernde Haltefunktion. Es können deshalb Magneten mit um den Faktor 10 geringerer Stärke verwendet werden, oder es können die starken Magneten beibehalten werden und zur Verkürzung der Schaltzeit die Federkennlinie um den Faktor 10 erhöht werden.As soon as the anchor in close proximity the contact surface the notch also reaches the area of the locking pin, which snaps into the notch and until the release command arrives holds the switching element in its reached switching position. In order to deleted for the Electromagnets the holding function requiring a high magnetic strength. It can therefore magnets with a strength of 10 times less are used or they can strong magnets are retained and the spring characteristic to shorten the switching time increased by a factor of 10 become.

Eine sehr zweckmäßige Ausgestaltung der Umkehrsperre besteht darin, daß die Kerben und das ihnen zugeordnete Ende des Sperrbolzens einen deckungsgleichen keilförmigen Querschnitt aufweisen, daß dem Sperrbolzen ein Unterbrecher zugeordnet ist, der geeignet ist, der Fangstrom der Magneten zu unterbrechen, wenn der Sperrbolzen sich in Richtung auf die Kerbe bewegt, und daß der Anker unmittelbar aber kontaktfrei vor der Anlagefläche positioniert ist, wenn der Sperrbolzen vollständig in die Kerbe eingedrungen ist. Damit wird die Geräuschentwicklung und der Verschleiß minimiert. Zugleich kann die den Sperrbolzen in die Kerbe drückende Feder den Verlustausgleich vornehmen.A very functional design The reverse lock is that the notches and them associated end of the locking pin has a congruent wedge-shaped cross section have that Locking pin is assigned an interrupter that is suitable for Interrupt the current of the magnets when the locking pin is out moved towards the notch, and that the anchor immediately but contact-free in front of the contact surface is positioned when the locking pin has fully penetrated the notch is. So that the noise and minimizes wear. At the same time, the spring pushing the locking pin into the notch make the loss compensation.

Das Schaltglied (Ventilkörper) erreicht somit seine Sollposition mit hoher Wiederholgenauigkeit. Dadurch wird die Kollision zwischen Ventilkörper und Ventilsitz, sowie zwischen Anker und Magneten vermieden.The Switching element (valve body) thus reaches its target position with high repeatability. Thereby the collision between valve body and valve seat, as well avoided between armature and magnet.

Anhand der nun folgenden Beschreibung der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele der Erfindung wird diese näher erläutert.Based the following description of the shown in the drawing Embodiments of the Invention this becomes closer explained.

Es zeigt:It shows:

1 einen schematischen Schnitt durch eine erfindungsgemäße Hochgeschwindigkeitsstelleinrichtung quer zur Antriebswelle im Bereich der Elektromagneten, wobei sich der Anker in seiner Mittelstellung befindet, 1 2 shows a schematic section through a high-speed actuating device according to the invention transversely to the drive shaft in the region of the electromagnets, the armature being in its central position,

1a eine schematische Darstellung des schwingfähigen Systems nach 1, 1a is a schematic representation of the vibratable system 1 .

2 einen Schnitt durch die Antriebswelle außerhalb des Magnetspalts mit einer Sperrscheibe und einem durch ein Solenoid lösbaren Riegelbolzen, 2 2 shows a section through the drive shaft outside the magnetic gap with a locking disk and a locking bolt which can be released by a solenoid,

2a eine schematische Darstellung des schwingfähigen Systems nach 2 2a is a schematic representation of the vibratable system 2

3 einen der 2 ähnlichen Schnitt durch eine selbsthemmende Sperrvorrichtung, 3 one of the 2 similar cut through a self-locking device,

3a eine schematische Darstellung der schwingfähigen Systeme nach 3, 3a a schematic representation of the vibratory systems 3 .

4 eine schematische Darstellung einer Variante der Ausführungsform nach 3, 4 is a schematic representation of a variant of the embodiment 3 .

5 eine Variante für eine exakte Linearbewegung des Ankers mit zwei durch ein Band verbundenen Ankern, 5 a variant for an exact linear movement of the armature with two anchors connected by a band,

6 eine Variante für eine exakte Linearbewegung des Ankers mit einem eine Zahnstange tragenden Anker, 6 a variant for an exact linear movement of the armature with an armature carrying a toothed rack,

7 eine schematische Darstellung einer Variante der Erfindung, die bei einem Schwenkanker durch den Ersatz der Drehfedern durch zwei entgegenge setzt und in Bezug auf die Schwenkachse tangential wirkende Federn einen Vorteil der erfindungsgemäßen Lösung realisiert, und 7 is a schematic representation of a variant of the invention, which sets in a swivel armature by replacing the torsion springs by two and in relation to the swivel axis tangentially acting springs realizes an advantage of the solution according to the invention, and

8 eine Variante, die die Konstruktionselemente der 1 und 5 verbindet und nur einen Anker erfordert. 8th a variant that the construction elements of 1 and 5 connects and requires only one anchor.

Es wird davon ausgegangen, daß die erfindungsgemäße Einrichtung zur Betätigung eines Lufttaktventils im Einlaßkanal eines Verbrennungsmotors eingesetzt wird, wobei das Schaltglied eine zwischen einer Öffnungsstellung und einer Schließstellung um 45° verschwenkbare, auf einer Antriebswelle 10 fest angebrachte Ventilklappe ist. Die Stellvorrichtung besitzt beiderseits eines Bewegungsbereichs 12 für einen Anker 14, zwei über eine Steuerung ein- und ausschaltbare Elektromagnete 16 und 18, die hier jeweils aus zwei Teilmagneten 16a, 16b bzw. 18a, 18b bestehen und die jeweils eine dem Anker 14 zugewandte Anlagefläche 20 bzw. 22 aufweisen.It is assumed that the device according to the invention for actuating an air cycle valve is used in the inlet duct of an internal combustion engine, the switching element being pivotable on an input shaft between an open position and a closed position by 45 ° 10 fixed valve flap is. The actuator has a range of motion on both sides 12 for an anchor 14 , two electromagnets that can be switched on and off via a control 16 and 18 , each consisting of two partial magnets 16a . 16b respectively. 18a . 18b exist and each one the anchor 14 facing contact surface 20 respectively. 22 exhibit.

Die Steuerung der Einrichtung erfolgt entsprechend dem jeweiligen Betriebszustand durch die schematisch in den 1a, 2a und 3a dargestellte Motorelektronik 1, von der die Bewegung des Ankers 14 abhängig ist, was schematisch durch eine Verbindung zwischen der Elektronik 1 und dem Anker 14 angezeigt ist.The device is controlled according to the respective operating state by the schematically in the 1a . 2a and 3a engine electronics shown 1 from which the movement of the anchor 14 is dependent on what is shown schematically by a connection between the electronics 1 and the anchor 14 is displayed.

Die Anlageflächen 20 und 22 sind zueinander parallel angeordnet, so daß der zwischen ihnen eingeschlossene Bewegungsbereich 12 eine konstante Dicke aufweist. Der Anker 14 weist die Form einer rechteckigen Platte auf, die die Anlageflächen 20 und 22 mit zu diesen parallelen Oberflächen überdeckt. Der Anker 14 kann durch das Einschalten des einen oder anderen Elektromagneten 16 oder 18 derart gegen dessen Anlagefläche 20 bzw. 22 gezogen werden, daß er sich zu sich selbst parallel verlagert, d.h. die den Anlageflächen 20 und 22 zugewandten Oberflächen des Ankers 14 stets zu diesen Anlageflächen parallel bleiben und dadurch der Magnetspalt zwischen dem Anker 14 und der einen oder anderen ihm zugeordneten Anlagefläche 20 bzw. 22 in jeder Stellung des Ankers 14 stets eine über den gesamten Spaltbereich konstante Dicke aufweist.The investment areas 20 and 22 are arranged parallel to each other so that the range of motion enclosed between them 12 has a constant thickness. The anchor 14 has the shape of a rectangular plate that the contact surfaces 20 and 22 covered with surfaces parallel to these. The anchor 14 can by switching on one or the other electromagnet 16 or 18 so against its contact surface 20 respectively. 22 be drawn that it shifts parallel to itself, that is, the contact surfaces 20 and 22 facing Surfaces of the anchor 14 always remain parallel to these contact surfaces and thereby the magnetic gap between the armature 14 and one or the other contact surface assigned to it 20 respectively. 22 in any position of the anchor 14 always has a constant thickness over the entire gap area.

Der Anker 14 ist an zwei einander gegenüberliegenden Seiten über den Bereich der Anlageflächen 20 und 22 hinaus verlängert, so daß Ansätze 24 und 26 gebildet werden, in deren Bereich der Anker 14 in seiner Bewegungsrichtung von beiden Seiten her durch mit 28 gekennzeichnete Federn derart belastet ist, daß sich die Federkräfte im Gleichgewicht befinden, wenn der Anker 14 seine gezeigte Mittelposition einnimmt.The anchor 14 is on two opposite sides over the area of the contact surfaces 20 and 22 extended so that approaches 24 and 26 are formed in the area of the anchor 14 is loaded in its direction of movement from both sides by springs marked with 28 such that the spring forces are in equilibrium when the armature 14 occupies its center position shown.

Beim gezeigten Ausführungsbeispiel wird angenommen, daß die Antriebswelle 10 einen ersten Abschnitt 10a aufweist, der außerhalb des Bereichs der Elektromagnete 16 und 18 die nicht gezeigte Ventilklappe trägt und drehbar im schematisch bei 30 gezeigten Gehäuse der Einrichtung gelagert ist. Ein zweiter Abschnitt 10b der Antriebswelle 10 ragt in den Bewegungsbereich 12 und trägt den Anker 14. Die Abschnitte 10a und 10b sind in radialer Richtung zueinander um die Exzentrizität „A" versetzt, so daß der als Lagerwelle für den Anker 14 dienende Abschnitt 10b in Bezug auf den Abschnitt 10a einen Exzenter bildet und dadurch der Anker 14 und der Abschnitt 10b relativ zueinander um eine zur Achse des Abschnitts 10a, der Stellachse des Stellorgans, parallele Achse verschwenkbar sind. Diese beiden Achsen befinden sich in der gezeigten, bei ausgeschalteten Magneten durch das Gleichgewicht der Federn 28 bestimmten neutralen Mittelposition des Ankers 14 in einer zu den Anlageflächen 20 und 22 parallelen Mittelebene des Bewegungsbereichs 12, wobei dann zugleich die Achse des Abschnitts 10b von den achsparallelen Enden des Bewegungsbereichs 12 gleiche Abstände einhält, so daß die Achse des exzentrischen Abschnitts 10b eine Symmetrieachse des Ankers 14 – und in dieser Mittelstellung des Ankers 14 – auch des Bewegungsbereichs 12 und der Gesamtanordnung der Magnete 16 und 18 und der Federn 28 darstellt, so daß dadurch der Anker 16 nahezu exakt stets nur zu sich selbst parallel verlagert wird, wenn er unter der Magnetwirkung bzw. Federwirkung gegen die eine oder andere Anlagefläche 18 oder 20 bewegt wird.In the embodiment shown, it is assumed that the drive shaft 10 a first section 10a has outside the range of the electromagnet 16 and 18 the valve flap, not shown, bears and rotates schematically 30 shown housing of the device is stored. A second section 10b the drive shaft 10 protrudes into the range of motion 12 and carries the anchor 14 , The sections 10a and 10b are offset in the radial direction from each other by the eccentricity "A", so that the as a bearing shaft for the armature 14 serving section 10b regarding the section 10a forms an eccentric and thereby the anchor 14 and the section 10b relative to one another about the axis of the section 10a , the actuating axis of the actuator, parallel axis are pivotable. These two axes are in the shown, when the magnets are switched off due to the balance of the springs 28 certain neutral center position of the anchor 14 in one to the investment areas 20 and 22 parallel center plane of the range of motion 12 , with the axis of the section 10b from the axially parallel ends of the range of motion 12 maintains equal distances so that the axis of the eccentric section 10b an axis of symmetry of the armature 14 - And in this middle position of the anchor 14 - also the range of motion 12 and the overall arrangement of the magnets 16 and 18 and the feathers 28 represents, so that the anchor 16 is almost always only shifted parallel to itself when it is under the magnetic effect or spring action against one or the other contact surface 18 or 20 is moved.

Bei dieser Bewegung des Ankers 14 gegen eine der beiden Anlageflächen 20 und 22 muß der Abschnitt 10b der Ankerbewegung folgen, was nur durch eine Drehung der Antriebswelle 10 um die Achse ihres Abschnitts 10a möglich ist. Die Anordnung ist dabei unter Berücksichtigung des angenommenen Verstellwinkels der Ventilklappe von 45° so getroffen, daß bei einer Bewegung des Ankers 14 aus der Mittellage gegen die eine oder andere Anlagefläche 20 oder 22 die Antriebsachse 10 eine Schwenkbewegung von 22,5° ausführt.During this movement of the anchor 14 against one of the two contact surfaces 20 and 22 the section 10b follow the armature movement, which is only by rotating the drive shaft 10 around the axis of its section 10a is possible. The arrangement is made taking into account the assumed adjustment angle of the valve flap of 45 ° so that when the armature moves 14 from the middle position against one or the other contact surface 20 or 22 the drive axle 10 performs a pivoting movement of 22.5 °.

Bei Betriebsbeginn werden die beweglichen Massen der Stelleinrichtung und des Ventils (Anker 14, Federn 28 und Ventilklappe) durch getaktetes Ein- und Ausschalten der Magneten 16 und 18 in Schwingung versetzt, bis der Anker in einer seiner Endstellungen an einer Anlagefläche 20 oder 22 festgehalten werden kann. Diese beiden Endstellungen entsprechen der Öffnungs- bzw. Schließstellung des Ventilkörpers.At the start of operation, the moving masses of the actuating device and the valve (armature 14 , Feathers 28 and valve flap) by switching the magnets on and off 16 and 18 vibrated until the armature in one of its end positions on a contact surface 20 or 22 can be held. These two end positions correspond to the opening or closing position of the valve body.

Danach wird der Motor gestartet und die Öffnungs- und Schließzeitpunkte des Ventils werden nun vom Bordcomputer 1 aufgabengerecht gesteuert. Dabei folgt in der Regel auf jede Ventilbewegung eine Haltepause. Es gibt aber auch Betriebszustände, wo auf eine Öffnungsbewegung unmittelbar eine Schließbewegung erfolgt. Gerade dieser Anwendungsfall setzt entsprechend hohe Anforderungen in Bezug auf die Kürze der Schaltzeit, um eine minimale Öffnungsdauer des Ventils zu definieren.Then the engine is started and the opening and closing times of the valve are now from the on-board computer 1 controlled according to the task. There is usually a pause for each valve movement. But there are also operating states where an opening movement immediately results in a closing movement. This application in particular places correspondingly high demands on the shortness of the switching time in order to define a minimum opening time of the valve.

Die Energieverluste des Schwingsystems, Lagerreibung und aerodynamischer Widerstand, werden am Ende einer jeden Ventilbewegung durch den Fangstrom des jeweils eingeschalteten Magneten 16 oder 18 ausgeglichen. Dabei ergeben sich Probleme grundsätzlicher Art, weil einerseits das Fangen des Ankers 14 gesichert sein muß, aber andererseits eine Überdosis des Fangstroms zu Lärm oder gar Schäden an Magneten und Anker führen kann.The energy losses of the vibration system, bearing friction and aerodynamic resistance are determined at the end of each valve movement by the capture current of the magnet that is switched on 16 or 18 balanced. Problems of a general nature arise because, on the one hand, catching the anchor 14 must be secured, but on the other hand an overdose of the trapping current can lead to noise or even damage to magnets and armatures.

Die Funktion des Haltestroms kann durch eine steuerbare Umkehrsperre ersetzt werden, die das Schaltglied 15, hier das Ventil, in seiner Endlage, z.B. automatisch, festhält, bis die Sperrung gesteuert außer Kraft gesetzt wird. Eine entsprechende Konstruktion ist in 2 gezeigt, die eine Position einer Umkehrsperre 32 darstellt, die der Position des Ankers 14 in 1 entspricht. Auf der Antriebswelle 10 ist fest eine sektorförmige Sperrscheibe 34 angebracht, die an ihrem kreisbogenförmigen Umfang 36 zwei um einen Winkel von 45° versetzte keilförmige Kerben 38 und 40 aufweist. Diesem Umfang benachbart ist der Magnet 42 eines Solenoids angeordnet, das geeignet ist, bei Erregung einen Spenbolzen 44, der in Bezug auf die Sperrscheibe 34 radial beweglich, jedoch verdrehsicher geführt ist und durch eine Feder 46 gegen den Umfang 36 der Sperrscheibe gedrückt wird, von der Sperrscheibe 34 abzuheben. Die der Sperrscheibe 34 zugewandte Spitze des Sperrbolzens 44 ist mit einer Schneide 48 versehen, die im Querschnitt deckungsgleich zu den Kerben 38 und 40 ausgebildet und ebenso ausgerichtet ist, so daß unter der Wirkung der Feder 46 eine der Flanken der Schneide 48 an der entsprechenden Flanke der in den Bereich des Sperrbolzens 44 kommenden Kerbe 38 oder 40 entlang gleiten kann, so daß durch den Sperrbolzen 44 die Antriebswelle 10 in der erreichten jeweiligen Schaltposition festgehalten wird, bis sie durch Erregung des Solenoids 42 freigegeben wird. Der Anker 14 wird dann durch die in den Federn 28 gespeicherte Energie in Richtung auf die andere Schaltposition, d.h. die jeweils andere Anlagefläche 20 oder 22 bewegt. Der in der Endphase der Bewegung erforderliche Fangstrom kann soweit reduziert werden, daß nur sichergestellt ist, daß eine der Kerben 38 bzw. 40 in den Bereich des Sperrbolzens 44 gelangt, so daß durch das Eindrücken des Sperrbolzens 44 in die zugeordnete Kerbe 38 oder 40 die Kraft der Feder 46 den Anker 14 und damit die Antriebswelle 10 sicher in die Endstellung schiebt, in der der Sperrbolzen 44 vollständig in die Kerbe 38 bzw. 40 eingedrungen ist, wodurch der Verlustausgleich vervollständigt wird. Dabei besteht die Möglichkeit, die Kerben 38 und 40 derart an der Sperrscheibe 34 anzuordnen, daß der Anker 14 blockiert wird, unmittelbar bevor er Kontakt mit der Anschlagfläche 20 oder 22 erhält. Geräuschentwicklung und Verschleiß wird dadurch spürbar reduziert.The function of the holding current can be replaced by a controllable reverse lock, which is the switching element 15 , here the valve, in its end position, e.g. automatically, holds until the locking is overridden in a controlled manner. A corresponding construction is in 2 shown a position of a reverse lock 32 represents the position of the anchor 14 in 1 equivalent. On the drive shaft 10 is a sector-shaped locking disc 34 attached to their circular arc-shaped circumference 36 two wedge-shaped notches offset by an angle of 45 ° 38 and 40 having. The magnet is adjacent to this circumference 42 a solenoid arranged, which is suitable, a excitation pin when excited 44 that in relation to the lock washer 34 is radially movable, but guided against rotation and by a spring 46 against the scope 36 the lock washer is pressed by the lock washer 34 withdraw. That of the lock washer 34 facing tip of the locking pin 44 is with a cutting edge 48 provided, which are congruent to the notches in cross section 38 and 40 trained and aligned so that under the action of the spring 46 one of the flanks of the cutting edge 48 on the corresponding flank in the area of the locking bolt 44 coming notch 38 or 40 can slide along so that through the locking pin 44 the drive shaft 10 is held in the respective switching position reached until it is excited by the solenoid 42 is released. The anchor 14 is then through in the feathers 28 stored energy in the direction of the other switching position, ie the respective other contact surface 20 or 22 emotional. The catching current required in the final phase of the movement can be reduced to such an extent that it is only ensured that one of the notches 38 or 40 in the area of the locking pin 44 arrives so that by pressing in the locking pin 44 into the associated notch 38 or 40 the power of the spring 46 the anchor 14 and thus the drive shaft 10 pushes safely into the end position in which the locking pin 44 completely into the notch 38 respectively. 40 has penetrated, whereby the loss compensation is completed. There is a possibility of notches 38 and 40 such on the locking disc 34 arrange that the anchor 14 is blocked immediately before making contact with the stop surface 20 or 22 receives. This noticeably reduces noise and wear.

Ist eine Umkehrsperre 32 vorhanden, entfällt die Notwendigkeit für die Elektromagneten 16 und 18, während der Verweildauer das Ankers 14 in einer der Schaltpositionen einen Haltestrom aufzunehmen, der die Magneten in die Lage versetzt, den Anker 14 gegen die gespeicherte Rückstellkraft in der jeweiligen Endposition an einer der Anschlagflächen 20 oder 22 festzuhalten. Entfällt die Haltefunktion der Elektromagneten 16 und 18, beschränkt sich ihre Aufgabe darauf, das Aufschaukeln des Systems beim Start und den Ausgleich der Bewegungsverluste zu ermöglichen. Hierfür sind weniger als 10 % der Kraft erforderlich, die zum Festhalten des Ankers benötigt wird.Is a reverse lock 32 is present, the need for the electromagnets is eliminated 16 and 18 , during the anchor's stay 14 absorb a holding current in one of the switching positions, which enables the magnets to position the armature 14 against the stored restoring force in the respective end position on one of the stop surfaces 20 or 22 hold. The holding function of the electromagnets is eliminated 16 and 18 , their task is limited to enabling the system to rock when starting and to compensate for the loss of movement. This requires less than 10% of the force required to hold the anchor.

Verwendet man bei der erfindungsgemäßen Lösung mit Umkehrsperre Elektromagneten von der beim Stand der Technik benutzten Größe, kann die Federkennlinie der Federn 28 um den Faktor 10 erhöht werden. Die Federkennlinie wirkt sich derart auf die Eigenfrequenz des Feder-Masse-Schwingers aus, daß diese um den Faktor Wurzel aus 10 = 3,16 erhöht wird. Dies ist gleichbedeutend mit einer Reduzierung der Schaltzeit von 1,8 ms auf 0,6 ms.If one uses electromagnets of the size used in the prior art in the solution according to the invention with a reverse lock, the spring characteristic of the springs can be 28 be increased by a factor of 10. The spring characteristic has such an effect on the natural frequency of the spring-mass oscillator that it is increased by the factor root from 10 = 3.16. This is equivalent to a reduction in the switching time from 1.8 ms to 0.6 ms.

Um das Verständnis der nachfolgend erläuterten Weiterentwicklung der Erfindung zu fördern, ist in 1 a schematisch das schwingfähige System gemäß 1 dargestellt. Die schwingende Masse besteht aus dem Anker 14, der den Anker 14 tragenden Antriebswelle 10 und dem auf dem Anker angeordneten, hier dargestellten und mit 15 bezeichneten Schaltglied, z.B. einer verschwenkbaren Ventilklappe. Als Energiespeicher dienen die Federn 28. Die 2a zeigt in entsprechender Darstellung die Einrichtung, wenn mittels der Sperre 32 die Federn 28 von ihrer Haltefunktion befreit sind. Als Energiespeicher dienen dann die beiderseits des Schaltglieds 15 mit der Welle 10 verbundenen Federn 128.In order to promote the understanding of the further development of the invention explained below, in 1 a schematically the vibratory system according to 1 shown. The vibrating mass consists of the anchor 14 that the anchor 14 load-bearing drive shaft 10 and arranged on the anchor, shown here and with 15 designated switching element, for example a pivotable valve flap. The springs serve as energy storage 28 , The 2a shows in a corresponding representation the device, if by means of the lock 32 the feathers 28 are exempt from their holding function. Both sides of the switching element then serve as energy stores 15 with the wave 10 connected springs 128 ,

Die Aufgabe der Federn 28 besteht darin, den Anker 14 in seiner zu den Anlageflächen 20 und 22 parallelen Lage abzustützen. Außerdem können sie – wie erläutert – als Energiespeicher eines Feder-Masse-Schwingers eingesetzt werden. Dieser Feder-Masse-Schwinger kann, wie nachfolgend noch anhand der 3 und 3a genauer erläutert, zur Steuerung eines zweiten Feder-Masse-Schwingers mit wesentlich größerer Speicherkapazität eingesetzt werden, zu dessen schwingfähiger Masse das Schaltglied 15 gehört. Die Aufgabe des Energiespeichers für den zweiten Feder-Masse-Schwinger kann beispielsweise die in 2a dargestellte Anordnung von Federn 128 an der Antriebswelle 10 übernehmen.. Eine weitere Möglichkeit, einen Federspeicher direkt auf die Antriebswelle 10 des Schaltglieds einwirken zu lassen, besteht in der sinngemäßen Übernahme eines aus 5 ersichtlichen Konstruktionsprinzips, wenn man das Bild ohne die Magnete 16 und 18 betrachtet und die dort gezeigten Anker 14a und 14b als einfache Gegenhalter scheiben für die Federn 28 ansieht. Die Gegenhalterscheiben werden dann durch das die Antriebswelle 10 umschlingende Band bei Drehung der Antriebswelle 10 wechselseitig gegen die Kraft der Federn bewegt.The task of the feathers 28 is the anchor 14 in its to the investment areas 20 and 22 support parallel position. In addition, as explained, they can be used as an energy store for a spring-mass oscillator. This spring-mass oscillator can, as will be shown in the following 3 and 3a explained in more detail, are used to control a second spring-mass oscillator with a substantially larger storage capacity, the oscillating mass of which the switching element 15 heard. The task of the energy store for the second spring-mass oscillator can, for example, be the in 2a arrangement of springs shown 128 on the drive shaft 10 take over .. Another way to get a spring loaded directly onto the drive shaft 10 to allow the switching element to act consists in the analogous takeover of one 5 apparent design principle if you look at the picture without the magnets 16 and 18 considered and the anchors shown there 14a and 14b as simple counterhold washers for the springs 28 look. The counter holder disks are then through the drive shaft 10 looping belt when the drive shaft rotates 10 reciprocally moved against the force of the springs.

Eine besonders vorteilhafte konstruktive Variante mit zwei schwingfähigen Systemen zeigen die 3 und 3a. Es ist wird beim gezeigten Beispiel angenommen, daß die Bewegung des Ankers parallel zu sich selber in gleicher Weise in eine hin- und hergehende Schwenkbewegung umgeformt wird, wie dies bereits anhand der 1 beschrieben wurde, weshalb der diesem Zweck dienende Teil der Konstruktion in 3 nicht mehr dargestellt ist, um die Übersichtlichkeit zu verbessern. Während aber in 1 der Anker 14 auf einem Exzenter 10b an der Antriebswelle 10 des Schaltglieds gelagert ist, ist der nicht gezeigte Exzenter zur Lagerung des ebenfalls nicht gezeigten Ankers an einer Welle 156 angeordnet, die demnach durch die Bewegung des Ankers ebenso um ihre Achse hin und her bewegt wird wie die Antriebswelle 10 in 1. Diese Welle 156 trägt aber nicht das Schaltglied, dieses ist vielmehr drehfest mit der ihm zugeordneten, hier mit 110 bezeichneten Antriebswelle verbunden, der außerdem ein separater, in der schematischen Darstellung der 3a mit 128 bezeichneter Federspeicher, etwa in der vorstehend beschriebenen Weise, zugeordnet ist.A particularly advantageous constructive variant with two oscillating systems is shown by the 3 and 3a , It is assumed in the example shown that the movement of the armature parallel to itself is transformed in the same way into a reciprocating pivoting movement, as has already been done with reference to FIG 1 was described, why the part of the construction serving this purpose in 3 is no longer shown to improve clarity. But while in 1 the anchor 14 on an eccentric 10b on the drive shaft 10 of the switching element is mounted, the eccentric, not shown, for mounting the armature, also not shown, on a shaft 156 arranged, which is accordingly moved back and forth about its axis by the movement of the armature as the drive shaft 10 in 1 , This wave 156 but does not carry the switching element, this is rather connected in a rotationally fixed manner to the drive shaft assigned to it, here designated 110, which is also a separate, in the schematic representation of the 3a With 128 designated spring, is assigned, for example in the manner described above.

Es finden sich demnach in der Konstruktion nach 3 und 3a zwei schwingfähige Systeme, wobei die Masse des ersten Systems aus dem Anker 14 und der durch den Anker 14 angetriebenen Welle 156 besteht und dieser Masse die Federn 28 als Energiespeicher zugeordnet sind, während die Masse des zweiten schwingfähigen Systems aus der Antriebswelle 110 mit dem Schaltglied 15 und dem auf der Antriebswelle angeordneten Hebel 150 besteht und dieser Masse ein mit der Antriebswelle 110 verbundener Federspeicher 128 zugeordnet ist. Diese beiden Systeme sind mechanisch gekoppelt durch den an der Antriebswelle 110 angeordneten Hebel 150, dessen freies Ende durch einen radialen Schlitz 152 gabelförmig gestaltet ist und eine Kulisse darstellt, in die ein Exzenterzapfen 154 eingreift, der sich an der Welle 156 befindet. Es ist also in diesem Fall die Antriebswelle 10 nach 1 in zwei mechanisch gekoppelte Teile getrennt, nämlich die das Schaltglied 15 tragende Antriebswelle 110 und die dem ersten System zugeordnete Welle 156.It can therefore be found in the construction 3 and 3a two oscillatory systems, the mass of the first system from the anchor 14 and the anchor 14 driven shaft 156 exists and this mass the springs 28 as energy memory are assigned while the mass of the second vibratory system from the drive shaft 110 with the switching element 15 and the lever arranged on the drive shaft 150 exists and this mass with the drive shaft 110 connected spring mechanism 128 assigned. These two systems are mechanically coupled by the one on the drive shaft 110 arranged lever 150 whose free end is through a radial slot 152 is fork-shaped and represents a backdrop in which an eccentric pin 154 engages who is on the shaft 156 located. So in this case it is the drive shaft 10 to 1 separated into two mechanically coupled parts, namely the switching element 15 load-bearing drive shaft 110 and the shaft associated with the first system 156 ,

Das erste System wird durch die Magnetkraft bewegt und gibt seine Bewegung über die Welle 156 und den Exzenterzapfen 154 an das zweite System ab. Es wird deshalb zur leichteren Unterscheidung von der direkt das Schaltglied antreibenden Antriebswelle 110 die Welle 156 als Abtriebswelle bezeichnet.The first system is moved by the magnetic force and gives its movement over the shaft 156 and the eccentric pin 154 to the second system. It is therefore easier to distinguish it from the drive shaft that directly drives the switching element 110 the wave 156 referred to as the output shaft.

Wird der Anker 14 aus der in 1 gezeigten Stellung nach rechts gegen den Magneten 18 gezogen, wird die Abtriebswelle 156 in 3 im Uhrzeigersinn verschwenkt, der Exzenterzapfen 154 wandert aus seiner Mittelstellung in die in 3 linke Endposition und der Hebel 150 wird dabei entgegen dem Uhrzeigersinn verschwenkt. Die Energiespeicher beider Systeme sind in der erreichten Endstellung geladen. Die Wirkung der den Energiespeicher des ersten Systems darstellenden Federn 28 wird durch eine Sperre beispielsweise der in 2 gezeigten Art abgestützt. Der der Antriebswelle 110 zugeordnete mächtige Energiespeicher ist bestrebt, durch das auf die Antriebswelle 110 ausgeübte Drehmoment den Hebel 150 wieder im Uhrzeigersinn zurückzuschwenken. Weil aber die Wirkungslinie der vom Hebel 150 auf den Exzenterzapfen 154 ausgeübten Stellkraft durch die Achse der Abtriebswelle 156 verläuft, ist diese Endposition eine Totpunktstellung und selbsthemmend, bis durch einen Steuerbefehl z.B. an den Magneten 42 (2) das erste System freigegeben wird, wodurch sich die Abtriebswelle 156 entgegen dem Uhrzeigersinn bewegt, der Exzenterzapfen 154 ein im Uhrzeigersinn gerichtetes Drehmoment auf den Hebel 150 und die Antriebswelle 110 ausübt und die Totpunktsituation verlassen wird, so daß die gespeicherte Energie wirksam werden und die Umschaltbewegung beschleunigen kann Hat der Anker 14 die andere Endstellung erreicht, stellt sich wieder eine Totpunktsituation ein, die erst wieder durch die Auslösung der Sperre des ersten Systems überwunden werden kann.Will the anchor 14 from the in 1 position shown to the right against the magnet 18 is pulled, the output shaft 156 in 3 pivoted clockwise, the eccentric pin 154 migrates from its middle position to the in 3 left end position and the lever 150 is pivoted counterclockwise. The energy storage of both systems is charged in the end position reached. The effect of the springs representing the energy storage of the first system 28 is blocked by, for example, the in 2 supported type shown. That of the drive shaft 110 Allocated powerful energy storage strives through the drive shaft 110 exerted torque the lever 150 swivel back clockwise. But because the line of action of the lever 150 on the eccentric pin 154 force exerted by the axis of the output shaft 156 runs, this end position is a dead center position and self-locking until a control command, for example, on the magnet 42 ( 2 ) the first system is released, causing the output shaft 156 counter-clockwise, the eccentric pin 154 a clockwise torque on the lever 150 and the drive shaft 110 exercises and the dead center situation is left, so that the stored energy can take effect and accelerate the switching movement Has the anchor 14 reaches the other end position, a dead center situation arises again, which can only be overcome by releasing the lock of the first system.

Es ist demnach das erste System mit dem Energiespeicher der Kapazität 1 das treibende und steuernde System, während das zweite System mit dem Energiespeicher der Kapazität 10 das getriebene System ist, was prinzipiell als Master-Slave-System bekannt ist.It is therefore the first system with the energy storage capacity 1 the driving and controlling system, while the second system with the energy storage capacity 10 the driven system is what is known principally as the master-slave system.

Diese Anordnung eignet sich besonders gut für eine berührungsfreies Schließen des Ventils. Voraussetzung ist eine genaue Justierung von Anker 14 und Schaltglied 15. Den maximalen Winkelausschlag in der Schließrichtung und der Gegenrichtung erreicht die Antriebswelle 110 jeweils in der Totpunktstellung. Ist die Ventilklappe so justiert, daß sie in der Schließposition noch einen minimalen Abstand vom Ventilsitz einhält, wird sie selbst dann keinen unmittelbaren Kontakt mit dem Ventilsitz erhalten, wenn die Masse des zweiten Systems etwas über die Totpunktlage hinausschwingen sollte.This arrangement is particularly suitable for contactless closing of the valve. Precise adjustment of the anchor is required 14 and switching element 15 , The drive shaft reaches the maximum angular deflection in the closing direction and in the opposite direction 110 each in the dead center position. If the valve flap is adjusted so that it still maintains a minimal distance from the valve seat in the closed position, it will not be in direct contact with the valve seat even if the mass of the second system should swing somewhat beyond the dead center position.

Um einerseits die Totpunktsituation in beiden Endstellungen der Antriebswelle 110 bzw. des Hebels 150 zu erreichen und andererseits den geforderten Stellwinkel von 45° zwischen den Endstellungen einzuhalten, ist für die Abtriebswelle 156 in 3 ein wesentlich größerer, von der Ankerbewegung abgeleiteter Schwenkwinkel erforderlich als bei der vergleichbaren Schwenkung der Antriebswelle 10 in 1. Die 4 zeigt schematisch eine Weiterbildung der Konstruktion nach 3, bei der der Schwenkwinkel der Abtriebswelle 156 beträchtlich reduziert werden kann. Es ist die in der 4 rechte Endstellung der Konstruktion in vollen Linien, die neutrale Mittelstellung in gepunkteten Linien und die linke Endstellung in gestrichelten Linien dargestellt. Der Exzenterzapfen 154 ist durch einen schematisch als gleichschenkliges Dreieck dargestellten Formkörper 170 ersetzt, dessen Spitze mit der Abtriebswelle 156 drehfest verbunden ist. Die beiden anderen Ecken des Formkörpers 170 sind abgerundet und dienen der Bewegungsübertragung auf die die Seiten eines gleichschenkligen Dreiecks bildenden Ränder 172 und 174 eines den Schlitz 152 ersetzenden Ausschnitts in einer nicht näher dargestellten, auf der Antriebswelle 110 sitzenden Scheibe. In der rechten Endposition liegt die abgerundete Ecke 176 des Formkörpers 170 am Rand 172 an. Der Federspeicher übt ein Drehmoment auf die Antriebswelle 110 aus. An der Kontaktstelle zwischen dem Rand 172 und der Ecke 176 verläuft die Tangente an die Bewegungsbahn dieses Kontaktpunkts um die Antriebswelle 110 durch die Achse der Abtriebswelle 110, so daß wieder die beschriebene Totpunktsituation besteht. Wird der Anker 14 angezogen und beginnt die Abtriebswelle sich im Uhrzeigersinn zu bewegen, folgt der Rand 172 dem Formkörper 170, bis dieser seine Mittelstellung erreicht hat, Dort gelangt die andere Ecke 178 in Kontakt mit dem anderen Rand 174 und die Ecke 176 löst sich vom Rand 172, wenn sich die Bewegung des Formkörpers 170 bis zur anderen Endstellung fortsetzt, wobei der Federspeicher durch die Bewegung des Formkörpers 170 wieder geladen wird.On the one hand the dead center situation in both end positions of the drive shaft 110 or the lever 150 To achieve and on the other hand to maintain the required setting angle of 45 ° between the end positions is for the output shaft 156 in 3 a much larger swivel angle derived from the armature movement is required than with the comparable swiveling of the drive shaft 10 in 1 , The 4 shows schematically a further development of the construction 3 , at which the swivel angle of the output shaft 156 can be reduced considerably. It is the one in the 4 right end position of the construction in full lines, the neutral middle position in dotted lines and the left end position in dashed lines. The eccentric pin 154 is represented by a shaped body schematically shown as an isosceles triangle 170 replaced, the tip of which with the output shaft 156 is rotatably connected. The other two corners of the molded body 170 are rounded and serve to transmit motion to the edges forming the sides of an isosceles triangle 172 and 174 one the slot 152 replacing detail in a not shown, on the drive shaft 110 seated disc. The rounded corner is in the right end position 176 of the shaped body 170 on the edge 172 on. The spring accumulator exerts a torque on the drive shaft 110 out. At the point of contact between the edge 172 and the corner 176 the tangent to the path of movement of this contact point runs around the drive shaft 110 through the axis of the output shaft 110 , so that the described dead center situation exists again. Will the anchor 14 tightened and the output shaft begins to move clockwise, the edge follows 172 the molded body 170 until it has reached its middle position, there the other corner 178 in contact with the other edge 174 and the corner 176 detaches from the edge 172 when the movement of the molded body 170 continues to the other end position, the spring accumulator by the movement of the molded body 170 is loaded again.

Vorzugsweise hat der in Bezug auf den Ausgleich der Verlustenergie steuernde und treibende Teil, der Mitnehmer 154 bzw. 170, eine geringfügig höhere Frequenz als der getriebene Teil, die Kulisse 152 bzw. 172, 174. Hierdurch wird ein lautloser Ausgleich der Verlustenergie gefördert, indem der Schwenkwinkel des Mitnehmers annähernd konstant gehalten wird. Zu diesem Zweck wird bei jedem Bewegungsende die Position des Mitnehmers 154 bzw. 170 mit der Sollposition verglichen. Während der darauf folgenden Bewegung wird der Ausgleich der Verluste so dosiert, daß die Abweichung ausgeglichen wird (adaptive Regelung). Insbesondere wenn die Ventilklappe in ihrer Schließposition eine gewisse Variation erlaubt, z.B. durch einen elastischen Ventilsitz oder durch eine sogenannte Spaltdichtung, kann der Steuerungsaufwand sehr gering gehalten werden. Es ist dann sogar möglich, in den beiden Endpositionen die Berührung von Anker und Magneten zu vermeiden. Wie aus der 3 ersichtlich ist, kann ein maximaler Schwenkwinkel der Welle 110 eingehalten werden, auch wenn der Exzenterzapfen 154 über die Sollposition hinausschwingt.Preferably, the part which controls and drives the loss energy has the driver 154 respectively. 170 , a slightly higher frequency than the driven part, the backdrop 152 respectively. 172 . 174 , This promotes a silent compensation of the energy loss by keeping the pivoting angle of the driver approximately constant. For this purpose, the position of the driver is at each end of movement 154 respectively. 170 compared with the target position. During the subsequent movement, the loss compensation is metered in such a way that the deviation is compensated (adaptive control). In particular, if the valve flap allows a certain variation in its closed position, for example by means of an elastic valve seat or by a so-called gap seal, the control effort can be kept very low. It is then even possible to avoid contact between the armature and the magnet in the two end positions. As from the 3 can be seen, a maximum swivel angle of the shaft 110 be observed, even if the eccentric pin 154 swings beyond the target position.

Wie die 1 erkennen läßt, verlagert sich bei der dort gezeigten Konstruktion der Anker 14 zu sich selbst parallel, sobald er von einem der Magneten 16 oder 18 angezogen wird. Um diese Bewegung in eine Drehbewegung der Antriebswelle 10 umzuformen, bewegt sich der exzentrische Wellenabschnitt 10b um die Achse der Antriebswelle 10 nach beiden Seiten um jeweils 22,5°, wodurch der Anker 14 auch eine – wenn auch geringfügige – Verlagerung rechtwinklig zur Richtung seiner Parallelverschiebung erfährt, so daß die Schwenkachse des Ankers 14 und die Symmetrieachse des Systems aus Magneten 16 und 18 und Federn 28 nicht mehr genau deckungsgleich sind.As the 1 can be seen, the anchor shifts in the construction shown there 14 parallel to itself as soon as it is hit by one of the magnets 16 or 18 is attracted. This movement into a rotary movement of the drive shaft 10 the eccentric shaft section moves 10b around the axis of the drive shaft 10 to both sides by 22.5 ° each, causing the anchor 14 also undergoes a displacement, albeit a slight one, perpendicular to the direction of its parallel displacement, so that the pivot axis of the armature 14 and the axis of symmetry of the system made of magnets 16 and 18 and feathers 28 are no longer exactly congruent.

Die 5 und 6 zeigen konstruktive Varianten, die eine lineare Ankerbewegung exakt rechtwinklig zu den Anlageflächen 20 und 22 ermöglichen.The 5 and 6 show constructive variants that have a linear armature movement exactly at right angles to the contact surfaces 20 and 22 enable.

Die Konstruktion nach 5 weist jedem Elektromagneten 16 und 18 einen Anker 14a bzw. 14b zu, die zueinander und zu den Anlageflächen 20 und 22 parallel und mit einem Abstand voneinander im Bewegungsbereich 12 angeordnet und durch ein Band 162 miteinander verbunden sind, das die zwischen den Ankern 14a und 14b angeordnete Antriebswelle umschlingt, durch die Federn 28 vorgespannt ist und somit geeignet ist, einerseits eine gleichsinnige Linearbewegung beider Anker 14a und 14b sicherzustellen und andererseits diese Linearbewegung in eine Schwenkbewegung der Antriebsachse 10 umzuformen. Dabei kann der Hebelarm der Magnetkräfte und Massenträgheitskräfte an der Antriebswelle 10 wesentlich kleiner gehalten werden als die entsprechende radiale Erstreckung einer Hälfte der dem Anker 14a oder 14b zugeordneten Anlagefläche 20 oder 22. Es kann der wirksame Hebelarm zwischen Band und Antriebswelle sogar kleiner gehalten werden als der Radius der Antriebswelle 10. Außerdem kann durch eine nockenförmige Ausgestaltung der Antriebswelle 10 im Bereich der Bandumschlingung erreicht werden, daß die Federkennlinie im Bereich der Endlagen der Stellvorrichtung progressiv ansteigt.The construction after 5 assigns each electromagnet 16 and 18 an anchor 14a respectively. 14b to each other and to the contact surfaces 20 and 22 parallel and at a distance from each other in the range of motion 12 arranged and by a tape 162 are interconnected, that is between the anchors 14a and 14b arranged drive shaft wraps through the springs 28 is biased and is therefore suitable, on the one hand, a linear movement of the two anchors in the same direction 14a and 14b ensure and on the other hand this linear movement in a pivoting movement of the drive axis 10 reshape. The lever arm of the magnetic forces and inertial forces on the drive shaft 10 are kept much smaller than the corresponding radial extension of half of the armature 14a or 14b assigned contact area 20 or 22 , The effective lever arm between the belt and the drive shaft can even be kept smaller than the radius of the drive shaft 10 , In addition, by a cam-shaped design of the drive shaft 10 can be achieved in the area of the belt wrap that the spring characteristic increases progressively in the area of the end positions of the adjusting device.

Die 6 zeigt eine Variante, bei welcher nur ein Anker 14 erforderlich ist, der mit einer Zahnstange 164 verbunden ist, die zwischen den Teilmagneten 16a und 16b aus dem Bewegungsbereich 12 herausgeführt ist und über ein auf der Antriebswelle 10 angebrachtes Zahnrad 168 die Linearbewegung des Ankers 14 in eine Schwenkbewegung der Antriebswelle 10 umsetzt.The 6 shows a variant in which only one anchor 14 is required with a rack 164 connected between the partial magnets 16a and 16b from the range of motion 12 is led out and via a on the drive shaft 10 attached gear 168 the linear movement of the armature 14 in a pivoting movement of the drive shaft 10 implements.

Bei der Variante nach 8 wird wie in 1 ein einziger Anker 14 verwendet, der in ein Band 162 eingebunden ist, das auf der einen Seite des Ankers 14 über die Antriebswelle 10 geführt ist, von dort zu einer Umlenkrolle 180 verläuft und von dieser wieder zurück zum Anker 14. Um das Band 162 jeweils bei der Bewegungsübertragung auf die Antriebswelle 10 straff zu halten, wenn der Anker 14 die Umschaltbewegung nach links oder rechts ausführt, sind beiderseits des Ankers 14 Spannrollen 182 angeordnet, die durch ortsfest abgestützte Federn 184 belastet werden.In the variant after 8th becomes like in 1 a single anchor 14 used that in a tape 162 is integrated on one side of the anchor 14 via the drive shaft 10 is led from there to a pulley 180 runs and from this back to the anchor 14 , Around the tape 162 each time the movement is transmitted to the drive shaft 10 keep taut when the anchor 14 the switching movement to the left or right is on both sides of the anchor 14 tensioners 182 arranged by fixed springs 184 be charged.

Claims

High-speed actuating device suitable for adjusting a switching element ( 15 ) between two switching positions with very short switching times, with two switchable electromagnets ( 16 . 18 ), between which at least one anchor ( 14 ; 14a . 14b ) is arranged, which is in the one switching position of the switching element on one electromagnet and in the second switching position of the switching element on the other electromagnet, and in a manner suitable for transmitting a switching movement with the switching element ( 15 ) is connected, the anchor ( 14 ; 14a . 14b ) is resiliently supported in both directions of its movement path in such a way that the spring forces ( 28 ) strive to anchor ( 14 ; 14a . 14b ) in a middle position between the two electromagnets ( 16 . 18 ), characterized in that the electromagnets ( 16 . 18 ) one each to the anchor ( 14 ; 14a . 14b ) facing, flat contact surface ( 20 . 22 ) have that these contact surfaces ( 20 . 22 ) of both electromagnets ( 16 . 18 ) are parallel to each other and have a range of motion between them ( 12 ) in which the plate-shaped with two electromagnets ( 16 . 18 ) facing parallel surfaces formed anchors ( 14 ; 14a . 14b ) to the contact surfaces ( 20 . 22 ) moving parallel between them.

Device according to claim 1, characterized in that the switching element ( 15 ) between the two switch positions around the axis of rotation of its with the armature ( 14 ; 14a . 14b ) connected drive shaft ( 10 ) is pivotally attached to this and that the anchor ( 14 ; 14a . 14b ) and the drive shaft ( 10 ) are assigned to each other in such a way that the lines of action of the magnetic forces that 14 ; 14a . 14b ) supporting spring forces ( 28 ) and the resulting inertial forces in a common axis perpendicular to the axis of rotation of the drive shaft ( 10 ) containing plane, and that this common axis maintains a small radial distance (eccentricity "A") from this axis of rotation.

High-speed actuating device suitable for adjusting a switching element ( 15 ) between two switching positions with very short switching times, with two switchable electromagnets ( 216 . 218 ), between which a swivel-mounted on a drive shaft ( 210 ) anchor attached to the switching element ( 214 ) is arranged, which in the one switching position of the switching element ( 15 ) on one electromagnet and in the second switching position of the switching element on the other electromagnet, and is connected to the switching element in a manner suitable for transmitting a switching movement, the armature ( 214 ) is resiliently supported in both directions of its movement path in such a way that the spring force ( 228a . 228b ) strives to anchor ( 214 ) in a middle position between the two electromagnets ( 216 . 218 ), characterized in that the drive shaft ( 210 ) two springs of the same size but working in opposite directions ( 228a . 228b ) are assigned, whose axis of action is perpendicular to the axis of rotation of the drive shaft ( 210 ) contains the plane and maintains a radial distance from this axis of rotation.

Device according to claim 2, characterized in that the armature ( 14 ) in the middle of the range of motion ( 12 ) so centered and rotatable relative to it on a section protruding into the range of motion ( 10b ) the drive shaft ( 10 ) that this section ( 10b ) the drive shaft ( 10 ) an axis of symmetry of the armature ( 14 ) is defined so that on both sides of this section ( 10b ) of equal size and to the contact surfaces ( 20 . 22 ) extend parallel sections of the anchor ( 14 ) that are symmetrical on both sides with respect to this axis of symmetry in one of the contact surfaces ( 20 . 22 ) are supported resiliently in the vertical direction, and that the anchor ( 14 ) receiving section ( 10b ) the drive shaft is designed as an eccentric offset radially to its actuating axis, with the armature ( 14 ) between the two electromagnets ( 16 . 18 ) the axes of the eccentric ( 10b ) and the drive shaft ( 10 ) to the two contact surfaces ( 20 . 22 ) parallel central plane of the range of motion ( 12 ) run and the parallel displacement of the anchor ( 14 ) between the two contact surfaces ( 20 . 22 ) the swivel angle of the drive shaft ( 10 ) between the two switching positions of the switching element ( 15 ) corresponds.

Device according to one of claims 2 to 4, characterized in that the path (motion and force transmission) 14 . 156 . 154 . 150 . 110 ) between the magnets ( 15 . 18 ) and the switching element ( 15 ) in two separate, motionally coupled and each via a spring accumulator ( 28 . 128 ) systems, which act as spring-mass oscillators, is divided so that the magnet ( 16 . 18 ) assigned system ( 14 . 156 . 154 ) with a reverse lock ( 32 ) in the loaded state of the spring accumulator ( 28 ) is lockable and as a driving and controlling system that the switching element ( 15 ) associated driven system ( 150 . 110 ) and that the spring mechanism ( 128 ) of the driven system is dimensioned 10 times stronger than the spring mechanism ( 28 ) of the driving and controlling system.

Device according to claim 5, characterized in that the spring accumulator ( 148 ) of the driven system and its actuating torque in equal parts on both sides of the switching element ( 15 ) on its drive shaft ( 110 ) transmits.

Device according to one of claims 5 or 6, characterized in that the anchor ( 14 ) in the middle of the range of motion ( 12 ) in the middle and rotatable relative to it on an eccentric section of a drive shaft ( 110 ) axially parallel output shaft ( 156 ) that this eccentric section is an axis of symmetry of the armature ( 14 ) defined so that on both sides of this eccentric section there are sections of the armature of equal size and parallel to the contact surfaces ( 14 ) extend on both sides symmetrically with respect to this axis of symmetry in a to the contact surfaces ( 20 . 22 ) are supported resiliently in the vertical direction, whereby in the central position of the anchor ( 14 ) between the two electromagnets ( 15 . 18 ) the axes of the eccentric section and the output shaft ( 156 ) to the two contact surfaces ( 20 . 22 ) parallel center plane that the drive shaft ( 110 ) in a cross-sectional plane with a radial distance from its axis a backdrop ( 152 ; 172 . 174 ) which the output shaft ( 156 ) assigned and in the middle position of the drive shaft ( 110 ) to the central plane of the range of motion ( 12 ) is designed symmetrically, and in the one on the output shaft ( 156 ) arranged eccentric driver ( 154 ; 170 ) engages in such a way that a pivoting movement of the output shaft ( 156 ) such an opposite swiveling movement of the drive shaft ( 110 ) has the consequence that a parallel displacement of the armature ( 14 ) between the two systems surfaces ( 20 . 22 ) a swivel angle of the drive shaft ( 110 ) between the two switching positions of the switching element ( 15 ) corresponds.

Device according to claim 7, characterized in that in the two end positions of the armature ( 14 ) at the point of contact between the backdrop ( 152 ; 172 . 174 ) and the normal on the contact surface at least approximately through the axis of the output shaft ( 156 ) runs.

Device according to claim 1, characterized in that the armature ( 14 ; 14a . 14b ) with a linearly movable actuator ( 162 ; 164 ) for transmission of motion to the switching element ( 15 ) connected is.

Device according to claim 9, characterized in that the actuator is a rigid element ( 164 ) is.

Device according to claim 10, characterized in that the actuator is a rack ( 164 ) with a gear ( 168 ) on the drive shaft ( 10 ) is engaged.

Device according to claim 9, characterized in that two to each other and to the contact surfaces ( 20 . 22 ) parallel, by springs ( 28 supported anchors 14a . 14b ) in the range of motion ( 12 ) are arranged, the anchors ( 14a . 14b ) in the line of action of the magnetic, spring and inertial forces through a through the springs ( 28 ) pre-tensioned band (162) are connected, and the band ( 162 ) to the anchors ( 14a . 14b ) parallel drive shaft ( 10 ) wraps around.

Device according to claim 9, characterized in that the armature ( 14a . 14b ) in the line of action of the magnetic, spring and inertial forces with a through tensioning pulleys ( 182 . 184 ) pre-tensioned tape ( 162 ) connected from one side of the anchor ( 14 ) starting from the drive connection around the drive shaft ( 10 ) and from this via a deflection roller arranged on the other side of the anchor ( 180 ) is led back to the anchor.

Device according to one of claims 12 or 13, characterized in that between the belt ( 152 ) and the axis of rotation of the drive shaft ( 10 ) there is a very small radial distance.

Device according to one of claims 12 or 13, characterized in that the band ( 162 ) a cam-like section of the drive shaft ( 10 ) wraps around.

Device according to claim 15, characterized in that the rolling radius of the band ( 162 ) on the drive shaft ( 10 ) enlarged towards the end of the actuating movement.

High-speed actuating device suitable for adjusting a switching element ( 15 ) between two switching positions with very short switching times, with two switchable electromagnets ( 16 . 18 ), between which at least one anchor ( 14 ; 14a . 14b ) is arranged, which is in the one switching position of the switching element on one electromagnet and in the second switching position of the switching element on the other electromagnet, and is connected to the switching element in a manner suitable for transmitting a switching movement, the armature ( 14 ; 14a . 14b ) is resiliently supported in both directions of its movement path in such a way that the spring forces ( 28 ) strive to anchor ( 14 ; 14a . 14b ) in a middle position between the two electromagnets ( 16 . 18 ), or high-speed actuating device according to one of claims 1 to 16, characterized in that with the armature ( 14 ; 14a . 14b ) a locking element ( 34 ) which is coupled in an edge zone running in its direction of movement ( 36 ) two notches assigned to the two switch positions ( 38 . 40 ), which are movable in a direction normal to this direction of movement and by a spring ( 48 ) pre-tensioned against the edge zone to engage the notches ( 38 . 40 ) suitable locking pin ( 44 ) that is assigned when a corresponding control command is received by a magnet ( 42 ) from the notch ( 38 . 40 ) is movable.

Device according to claim 17, characterized in that the notches ( 38 . 40 ) and the end assigned to them ( 48 ) of the locking pin ( 44 ) have a congruent wedge-shaped cross-section that the locking bolt ( 44 ) an interrupter is assigned, which is suitable for the catching current of the magnets ( 16 . 18 ) to interrupt when the locking pin moves towards the notch ( 38 . 40 ) moves and that the anchor ( 14 ; 14a . 14b ) directly but without contact in front of the contact surface ( 20 . 22 ) is positioned when the locking pin ( 44 ) completely into the notch ( 38 . 40 ) has penetrated.