DE19712063A1

DE19712063A1 - Elektromagnetischer Antrieb

Info

Publication number: DE19712063A1
Application number: DE19712063A
Authority: DE
Inventors: Heinz Leiber
Original assignee: BRAUNEWELL MARKUS 40667 MEERBUSCH DE
Current assignee: LSP Innovative Automotive Systems GmbH
Priority date: 1997-03-24
Filing date: 1997-03-24
Publication date: 1998-10-01

Description

Stand der Technik

Die Erfindung betrifft einen elektromagnetischen Antrieb mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1.

Ein derartiger elektromagnetischer Antrieb ist z. B. in der EP 0043426 B1 dargestellt und beschrieben. Dort wird von dem Antrieb ein Ventil eines Verbrennungsmotors angetrieben. Die Lagerung des Ankers erfolgt dort über den Stößel des anzutreibenden Ventils, das seinerseits in einer Ventilführung verschiebbar gelagert ist. Die Lagerung ist hier eine Gleitlagerung. Hier entstehen durch Luftspalttoleranzen nennenswerte Querkräfte auf die Lagerung. Bei DE 38 26 975 A1 ist die Führung der Ankerplatte in einer Hülse vorgeschlagen mit unterschiedlicher spezifischer Dichte, um eine Gleitführung zu ermöglichen. Auch hier entstehen Querkräfte, die Reibungsverluste darstellen.

Vorteile der Erfindung

Die erfindungsgemäße Lesung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 schafft eine verschleißfreie Lagerung mit nur geringer Reibung. Damit ist keine permanente Ölschmierung erforderlich, die bei oben genannten Systemen notwendig ist. Eine Verschleißproblematik, wie sie bei Gleitlagerung bei Auftreten einer Kippkraft bei unsymmetrischem Luftspalt auftreten kann, wobei Querkräfte auf die Lager einwirken, ist hier ausgeschlossen.

Die Unteransprüche beinhalten Ausführungsmöglichkeiten, durch die weitere Vorteile entstehen, die im Zusammenhang mit der Zeichnungsbeschreibung herausgestellt werden.

Zeichnungsbeschreibung

Anhand der Zeichnung werden Ausführungsbeispiele der Erfindung näher erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 bis 3 Blattfederlagerungen des Ankers mit unterschiedlicher Erzeugung der Rückstellkräfte;

Fig. 4 eine Drehstablagerung des Ankers;

Fig. 5 und 6 eine Drehstablagerung in zwei Ansichten mit einer Zwei-Stufen-Rückstellfederkraft;

Fig. 7 ein Diagramm zur Darstellung der Zwei-Stufen- Rückstellfederkraft gemäß den Fig. 5 und 6;

Fig. 8a und 8b Lagerungen gemäß den vorhergehenden Figuren mit einem anderen Antrieb.

In Fig. 1 ist oben ein Doppelmagnetantrieb schematisch gezeigt, der aus Magnetkernen 1 und 2 mit Magnetpolen 3 und 4, aus auf den Kernen aufgewickelten Wicklungen 5 und 6 und einem Anker 7 besteht. Bei Betätigung eines der Elektromagnete 1, 3, 5 oder 2, 4, 6 wird der Anker 7 aus der gezeigten Zwischenstellung (z. B. Mittelstellung) zu den Magnetpolen 3 oder 4 hingezogen.

Der Anker 7 ist hier durch zwei neben dem Anker angeordneten Blattfedern 8 und 9 gelagert, die einerseits fest mit einer Wand 10 und andererseits fest mit dem Anker 7 verbunden sind. Die Federn 8 und 9 erzeugen Federkräfte, die im unteren Teil der Fig. 1 im Diagramm "Federkraft über Federweg (= Ankerhub)" aufgezeichnet sind. Das Diagramm zeigt daß in der Mittelstellung (0) die resultierende Federkraft 0 ist, und daß die Summe der einander entgegengerichteten Rückstellkräfte F1 und F2 bei einer Auslenkung aus der Mittelstellung ansteigen. Hier bewirken die Blattfedern die Lagerung, aber auch die Rückstellung des Ankers in die 0-Stellung bei nicht vorhandener Erregung. Am Anker 7 ist eine Betätigungsstange 11 starr befestigt, die an ihrem unteren Ende über ein Koppelglied 12 mit dem anzutreibenden Teil 13, z. B. einem Ventilstößel verbunden ist.

Fig. 2 unterscheidet sich von Fig. 1 nur dadurch, daß zusätzlich zwei Rückstellfederkräfte in Form von Spiralfedern 21 und 22 vorgesehen sind. Die Charakteristiken F21 und F22 dieser Federn sind im Diagramm der Fig. 1 unten aufgezeichnet. Auch sie bewirken die jetzt allerdings sicherere Rückstellung in die 0-Stel lung. Hier wird die Blattfederlagerung nur zur Ankerführung benutzt.

Beim Ausführungsbeispiel der Fig. 3 sind die Blattfedern 38 und 39 so bemessen, daß sie eine Federcharakteristik F38/39 gemäß Fig. 3 unten aufweisen. Die Betätigungsstange 30 ist hier drehbeweglich mit dem Anker 37 verbunden und im unteren Teil in einer Lagerung geführt. Das anzutreibende Teil 31 (Ventilstößel) wird hier durch eine Betätigungsfeder 32 nach oben gegen die Betätigungsstange gedrückt. Es besteht hier somit nur eine lose Verbindung. Die Feder 32 ist so ausgelegt, daß sie eine Charakteristik entsprechend F32 aufweist; d. h. daß diese Feder 32 die zweite Rückstellfederkraft erzeugt die - zusammen mit der Federkraft F38/39 - bei Nichterregung den Anker in die Mittelstellung stellt.

Während in den Fig. 1 bis 3 Blattfederlagerungen dargestellt sind, wird in Fig. 4 eine Drehstab- (oder Drehrohr-) Lagerung gezeigt. Bei dieser Lagerung sind die zu beschleunigenden Massen erheblich kleiner. Hier sind die Magnetkreise in gleicher Weise ausgebildet. Lediglich die Magnetpole 43 und 44 sind schräg ausgebildet, um an den Verlauf des um die Achse 40 gedrehten Ankers 47 angepaßt zu sein. Der nähere Aufbau der Drehstablagerung ist der Fig. 6 entnehmbar. Ein Drehstab 60 ist hier bei 61 starr eingespannt. Am an sich freien Ende kann ein die Verdrehung zulassendes Stützlager 62 vorgesehen sein. Mit dem Drehstab 60 ist ein Käfig 63 verbunden, der seinerseits den Anker 67 aufnimmt. An diesem Käfig ist auch die Verbindungsstange 42 gelagert.

In Fig. 4 ist die Achse 40 gleich der Drehachse des Drehstabs 60. Der Käfig 63 der Fig. 6 kann auch in Fig. 4 der Träger 41 des Ankers 47 sein. Mit dem Anker 47 oder dem Käfig 63 ist die Betätigungsstange 42 drehbar verbunden, die ihrerseits über ein Koppelglied 45 mit z. B. einem Ventilstößel 46 verbunden ist. Hierdurch sind die Querkräfte gering. Beim Beispiel der Fig. 4 ist unterstellt, daß der Drehstab die Nullstellung des Ankers selbst bewirkt (entspr. Fig. 1). Man kann jedoch wie in Fig. 2 zusätzliche Federn zur Mittelstellungseinstellung vorsehen. Auch eine Lösung entsprechend Fig. 3 ist denkbar, so daß einerseits der Drehstab und andererseits eine Rückstellfeder für das anzutreibende Glied die Mittelstellung miteinander bewirken.

Fig. 5 entspricht Fig. 4 mit dem Unterschied, daß hier die Rückstellkräfte von dem Drehstab 60 und der Ventilrückstellfeder 32 gebildet werden und bei einer bestimmten Auslenkung in jeder Richtung eine weitere Federkraft wirksam wird, die die Rückstellkraft in der Endstellung erhöht. In Fig. 5 ist diese zusätzliche Rückstellkraft durch ein am rechten Ende eingespanntes Blattfederpaar 50/51 und eine Verlängerung 52 des Ankers 57 realisiert, die ab einer bestimmten Auslenkung zusätzlich eine der Blattfedern 50 oder 51 verbiegen muß. Dies zeigt auch Fig. 6 in anderer Ansicht.

Die Fig. 7 zeigt ausgezogen den Verlauf der Summe der in Fig. 5 und 6 gezeigten Zwei-Stufen-Rückstellfeder. Diese Zwei-Stufen-Feder hat den Vorteil, daß die Federcharakteristik besser dem Magnetkraftverlauf F_M angepaßt ist. Daher kann das System bereits aus der Ruhelage ohne den üblichen Aufschwingvorgang in die Endlage gefahren werden. Darüber hinaus bewirkt die steile Federcharakteristik der zweiten Feder eine entsprechend hohe Abbremsung des von der gegenüberliegenden Endlage ankommenden Ankers, was erheblich zur Dämpfung und Stellungsregelung beiträgt. Weiterhin trägt die mögliche hohe Endkraft der Feder zu einer hohen Anfangsbeschleunigung und damit schnellen Ventilöffnung bei.

Der erfindungsgemäße Antrieb kann auch als Pumpantrieb verwendet werden, wobei der Ventilstößel 13, 31 durch einen Pumpkolben ersetzt wird.

Abweichend von dem Antrieb der Fig. 1 bis 7 kann auch ein elektrodynamischer Antrieb zum Einsatz kommen, wie er z. B. aus der Lautsprechertechnik bekannt ist. Hier wird die Erregerspule 70 des Systems federgelagert, z. B. mit einer Blattfeder 71 gemäß Fig. 8a oder einem Drehstab 72 entsprechend Fig. 8b.

Claims

1. Elektromagnetischer Antrieb mit zwei Elektromagneten, deren Polflächen wenigstens teilweise einander zugewandt sind und mit einem beweglich gelagerten, zwischen diesen Polflächen hin- und herbewegbaren Anker, der bei abgeschalteten Magneten durch Federkräfte in eine Zwischenstellung gebracht und dort gehalten wird und bei Einschalten eines der Elektromagneten in eine der beiden Endstellung zumindest in der Nähe der Polflächen des entsprechenden Elektromagneten gebracht wird, wobei der Anker mit dem anzutreibenden Teil verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Anker federgelagert ist.

2. Elektromagnetischer Antrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Lagerung durch Blattfedern (8, 9; 38, 39) realisiert ist (Fig. 1 bis 3).

3. Elektromagnetischer Antrieb (8, 9; 38, 39) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Lagerung durch eine Drehfeder (Drehstab, Drehrohr) (60) realisiert ist (Fig. 4 bis 6).

4. Elektromagnetischer Antrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß durch die Federlagerung selbst die Zwischenstellung bestimmt ist (Fig. 1; Fig. 4).

5. Elektromagnetischer Antrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzeugung der Federkräfte für die Zwischenstellung gesonderte Rückstellfedern (21, 22) vorgesehen sind (Fig. 2).

6. Elektromagnetischer Antrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß für die Rückstellung in die Zwischenstellung in der einen Richtung die Federlagerung und in der anderen Richtung eine Rückstellfederkraft (32) insbesondere des anzutreibenden Teils (31) verantwortlich ist (Fig. 3; Fig. 5).

7. Elektromagnetischer Antrieb nach einem der Ansprüche 1, 2 oder 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Anker (7) starr mit dem anzutreibenden Teil (13) verbunden ist.

8. Elektromagnetischer Antrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindung zwischen dem Anker (37) und dem anzutreibenden Teil (31) wenigstens ein drehbewegliches Koppelglied enthält (Fig. 1, Fig. 2).

9. Elektromagnetischer Antrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß ab einer bestimmten Auslenkung des Ankers (57) aus der Zwischenstellung ein zusätzliches, die Rückstellwirkung verstärkendes Federkraftpaar (50; 51) wirksam wird (Fig. 5 und 6).

10. Elektromagnetischer Antrieb nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß ab weiteren bestimmten Auslenkungen wenigstens ein weiteres Federpaar wirksam ist.

11. Elektromagnetischer Antrieb nach einem der Ansprüche 3 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Drehstab ein Stützlager (62) aufweist (Fig. 6).

12. Elektromagnetischer Antrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Anker mit der Federlagerung über einen Käfig (67) verbunden ist (Fig. 6).

13. Elektromagnetischer Antrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß das anzutreibende Teil ein Ventil, insbesondere eines Verbrennungsmotors ist.

14. Elektromagnetischer Antrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 12, gekennzeichnet durch seine Anwendung in Pumpenantrieben.

15. Elektromagnetischer Antrieb nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß das Betätigungsglied in zwei Richtungen antreibend ausgebildet ist und je einen Pumpkolben antreibt.

16. Elektrodynamischer Antrieb (nach Art eines Lautsprechers), dadurch gekennzeichnet, daß die Erregerspule des Antriebs federgelagert ist.

17. Elektrodynamischer Antrieb nach Anspruch 16, gekennzeichnet durch die Kombination mit einem oder mehreren Merkmalen der Ansprüche 2 bis 15.