DE3025445A1

DE3025445A1 - Vorrichtung zum verstellen eines verstellbaren bauteiles

Info

Publication number: DE3025445A1
Application number: DE19803025445
Authority: DE
Inventors: Thomas Laity; Alec Harry Seilly
Original assignee: Lucas Industries Ltd
Current assignee: ZF International UK Ltd
Priority date: 1979-07-06
Filing date: 1980-07-04
Publication date: 1981-01-15
Also published as: ES8101700A1; JPS5614817A; GB2058992A; IT8023111A0; GB2058992B; IT1131860B; FR2461097A1; ES492376A0; US4375793A

Description

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Beschreibungseinleitung

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Verstellen eines verstellbaren Bauteiles mit einem Elektromagneten, wobei ein Ausgangsglied und ein Hebelgestänge zwischen dem Ausgangsglied und dem verstellbaren Bauteil vorgesehen sind.

Eine solche Vorrichtung ist beispielsweise zum öffnen und Schließen eines Tellerventiles von Brennkraftmaschinen bekannt geworden (FR-PS 78 OO 767) . Diese bekannte Vorrichtung schließt einen Hebel ein, der an seinem einen Ende schwenkbar gelagert ist und an seinem anderen Ende mit dem Ventilschaft des zugehörigen VentileS' zusammenwirkt. Das Ausgangsglied des Elektromagneten wirkt auf den Hebel nahe dem schwenkbar gelagerten Ende bzw. der Schwenkachse des Hebels zusammen. Das Hebelverhältnis ist so festgelegt, daß einer kleinen Bewegung des Ausgangsgliedes eine große Verstellbewegung des Ventiles entspricht. Ein typisches Hebelverhältnis liegt im Bereich 8:1.

Ein Gasauslaßventil einer Brennkraftmaschine muß bei relativ hohem Gasdruck im entsprechenden Zylinder der Brennkraftmaschine geöffnet werden. Ein in solchen Fällen typischer

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Druck liegt bei 350 KM/m . Ein solcher Druck übt auf den Ventilteller eine Kraft aus, die das Ventil in seiner Schließ-

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stellung zu halten sucht. Diese Kraft wird noch von der Kraft der Schließfeder des Ventiles verstärkt. Zum Öffnen des Ventiles muß deswegen eine Kraft aufgebracht werden, die größer als die Summe aus Gasdruck und Federkraft ist.

Um die von einem Elektromagneten vorgegebener Größe zur Verfügung zu stellende Kraft zu erhöhen, müßte das Hebelverhältnis verkleinert werden. Das würde aber wieder bedeuten, daß für einen vorgegebenen Ventilhub der Verstellweg der Vorrichtung vergrößert werden müßte. Bei den meisten Elektromagneten bedeutet jedoch ein größerer Verstellweg für eine Vorrichtung vorgegebener Größe eine geringere Verstellkraft am Beginn der Verstellbewegung, es liegt im Ergebnis kein Vorteil vor, und es ist doch notwendig, einen größeren Elektromagneten vorzusehen.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist eine unter Berücksichtigung dieser Problematik zweckmäßige Ausgestaltung einer Vorrichtung der eingangs genannten Gattung in baulich einfacher Weise, so daß die Vorrichtung beim Gebrauch mit einem kleinen Hebelverhältnis arbeitet, um die Anfangsbewegung des zu verstellenden Bauteiles zu bewirken und dann dieses übersetzungsverhältnis größer werden zu lassen, um die Verstellbewegung des zu verstellenden Bauteiles zu bewirken.

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Zur Lösung dieser Aufgabe weist eine Vorrichtung der eingangs genannten Gattung einen ersten Hebel auf, der am einen Ende schwenkbar gelagert ist und bei Gebrauch der Vorrichtung an oder nahe seinem anderen Ende mit dem zu verstellenden Bauteil zusammenwirkt; es ist ferner eine wirkungsmäßige Ververbindung des Ausgangsgliedes nach einer Anfangsbewegung mit dem ersten Hebel nahe seiner Schwenkachse vorgesehen; ferner ist ein zweiter Hebel vorgesehen, der nahe seinem einen Ende in einem Drehpunkt abgestützt ist und an seinem anderen Ende während der Anfangsbewegung des Ausgangsgliedes mit diesem wirkungsmäßig verbunden ist; schließlich sind zwischen den Enden des zweiten Hebels und zwischen dem Bereich der Wirkverbindung des Ausgangsgliedes mit dem ersten Hebel und dem äußeren Ende des ersten Hebels Mittel zur Übertragung der Bewegungen zwischen den beiden Hebeln während der Anfangsbewegung des Ausgangsgliedes vorgesehen.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist nachfolgend an Hand der Zeichnung beschrieben; in der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 als Mittellängsschnitt eine Vorrichtung gemäß der Erfindung, die einer Brennkraftmaschine zugeordnet ist und ein Gasauslaßventil dieser Brennkraftmaschine betätigt,

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Fig. 2, 3 Teile der Vorrichtung gemäß Fig. 1 in verschiedenen Betriebsstellungen und

Fig. 4 als Mittellängsschnitt einen Elektromagneten, wie er Teil der Vorrichtung gemäß Fig. 1 ist.

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Figurenbeschreibung

Gemäß Fig. 1 weist ein Tellerventil 10 einen Ventilteller 11 und einen Ventilschaft 12 auf. Der Ventilschaft 12 erstreckt sich durch die Ventilführung 13 und weist oberhalb dieser Ventilführung ein Widerlager 14 für eine gewickelte Druckfeder 15 auf. Die Druckfeder 15 hält das Ventil in seiner Schließstellung. Das Ventil ist einem Zylinder der zugehörigen Brennkraftmaschine zugeordnet, dessen Kolben mit 16 bezeichnet ist, und es steuert das Abströmen der Verbrennungsabgabe aus dem Brennerraum zu dem Abgaskanal 17. Während des Betriebes der Brennkraftmaschine muß das Gasauslaßventil öffnen, während der zugehörige Zylinder unter Druck stehendes Gas einschließt und demzufolge die auf das Ventil ausgeübte Öffnungskraft dem auf den Ventilteller wirkenden Gasdruck des Motorzylinders und der von der Druckfeder 15 ausgeübten Federkraft entgegenwirken muß. Ist das Auslaßventil einmal geöffnet, so ist der Ventilteller druckausgeglichen, d.h. auf seine beiden Seiten wirkt im wesentlichen der gleiche Gasdruck. Im allgemeinen fällt beim öffnen des Ventiles der Gasdruck im Motorzylinder sehr rasch ab, so daß nach einer Anfangsbewegung allein der Federdruck der Druckfeder 15 überwunden werden muß, um den Ventilteller in die maximale Öffnungsstellung des Ventiles zu bringen.

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Um angesichts dieser Verhältnisse das Gasauslaßventil aus der dargestellten Schließstellung heraus in seine offene Stellung bringen zu können, ist eine Betätigungsvorrichtung 18 vorgesehen. Diese Vorrichtung schließt einen Elektromagneten 19 ein, der unter Bezugnahme auf Fig. 4 noch zu beschreiben sein wird. Es genügt zunächst festzustellen, daß der Elektromagnet ein Ausgangsglied 20 aufweist, das mit einem mittig angeordneten Stössel 21 versehen ist, dessen äußeres Ende hohlkugelförmig ausgebildet ist.

Die Betätigungsvorrichtung schließt einen ersten Hebel ein, der am einen Ende um eine Achse 23 schwenkbar gelagert ist. Das andere Ende des Hebels 22 ist so ausgebildet, daß es mit dem Ventilschaft 12 zusammenzuarbeiten vermag. Der Hebel 22 weist außerdem eine Ausnehmung 24 auf, in die der Stössel 21 hineinragt, wobei eine Kugel 25 am Grunde der Ausnehmung angeordnet ist, um mit der sphärischen Fläche am Ende des Stössels 21 zusammenzuwirken. In der Schließstellung des Ventiles und bei entregtem Elektromagneten (Fig. 1) liegt zwischen der sphärischen Fläche und der Kugel 25 ein Zwischenraum vor.

Die Betätigungsvorrichtung schließt einen weiteren Hebel ein, dessen eines Ende gabelförmig ausgebildet ist, wobei dieses Ende mit Vorsprüngen zum Zusammenwirken mit dem

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Ausgangsglied 20 versehen ist. Nahe seinem anderen Ende wirkt der Hebel 26 mit einem einstellbaren Gewindezapfen 27 zusammen, der für den Hebel 26 als Schwenk- oder Hebelpunkt wirkt. Darüber hinaus ist der Hebel 26 zwischen seinen Enden mit einem Vorsprung 28 zum Zusammenwirken mit einem Druckkissen versehen, das von dem Hebel 22 getragen wird, und zwar zwischen dem Hebelende, das mit dem Ventilschaft zusammenwirkt und der Bewegungsachse des Ausgangsgliedes 20. Schließlich erstreckt sich ein Zapfen 29 mit Spiel durch eine Öffnung im Hebel 26. Dieser Zapfen 29 ist mit einem Kopf versehen, der in der in Fig. 1 dargestellten Betriebsstellung gegenüber dem Hebel 26 auf dessen dem Gewindezapfen 27 gegenüberliegenden Seite einen bestimmten Abstand einhält.

Gemäß Fig. 4 weist der Elektromagnet eine Innenhülse 30 auf, die einem Träger 31 zugeordnet ist. Der Elektromagnet weist außerdem eine verstellbare Außenhülse 32 auf. Die verstellbare Außenhülse 32 ragt über die feste Innenhülse 30 hinaus und weist am äußeren Ende eine Bodenplatte 33 auf. Die Bodenplatte 33 ist mit einer konischen Feder 34 versehen. Eine entsprechende, jedoch entgegengesetzt konische Federscheibe 35 ist dem Ausgangsglied 20 zugeordnet. Infolge ihrer Anordnung bezüglich ihrer Konizität wirken die beiden Federscheiben als eine Feder zwischen der Bodenplatte 33 und dem Ausgangs-

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glied 20. Durch nicht dargestellte Mittel sind diese einzelnen Teile in ihrer Stellung relativ zueinander gehalten, ohne daß ihre noch zu beschreibende Funktion beeinträchtigt würde. Die Innenhülse 30 besteht aus magnetisierbarer* Material und ist am Außenumfang mit zwei Rippen 36,37 versehen, die jeweils die Form einer Wendel bzw, eines Schraubengewindes haben. Auf diese Weise bilden die beiden Rippen ein Paar schraubenförmiger Nuten, in denen elektrische Wicklungen 38,39 angeordnet sind. Diese Wicklungen sind dadurch gebildet, daß ein Wicklungsdraht fortschreitend in die eine Nut eingelegt ist und in der anderen Nut in den Bereich seines Ausgangspunktes zurückkehrt. Wird durch diesen Draht ein elektrischer Strom geschickt, so erhalten die Rippen eine einander entgegengerichtete magnetische Polarität.

Die Außenhülse 32 besteht ebenfalls aus magnetisierbarem Material. Sie bildet eine Armatur, die auf der Innenseite ein Paar schraubenförmiger Leisten aufweist, die in die Nuten der Innenhülse 30 hineinragen. In der in Fig. 4 dargestellten Ruhestellung liegen die Leisten der Außenhülse 32 frei in den Nuten der Innenhülse 30, so daß in der Darstellung der Fig. 4 die Außenhülse nach unten verstellt wird, wenn die Wicklungen 38,39 mit einem elektrischen Strom beschickt werden, um die Reluktanz der Luftspalte zu verringern, die zwischen den Rippen 37,36 und den Leisten bestehen.

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Ausgehend von der in Fig. 1 dargestellten Betriebsstellung ist die Arbeitsweise der Vorrichtung die folgende.

Wird den elektrischen Wicklungen der "Innenhülse 30 ein elektrischer Strom zugeführt, so wird die Außenhülse oder Armatur in der Darstellung der Fig. 4 nach unten bewegt. Während des ersten Teiles dieser Bewegung werden die Federscheiben 34,35 zusammengedrückt. Es wird jedoch auch auf das eine Ende des Hebels 26 eine Kraft ausgeübt. Da dieser Hebel sich mit seinem anderen Ende an dem Gewindezapfen 27 abstützt, wird der Hebel 26 um den Gewindezapfen 27 als Schwenkpunkt schwenken und den Hebel 22 zu einer Schwenkbewegung veranlassen. Das Hebelverhältnis ist unter diesen Bedingungen etwa 1:1. Als Folge der Schwenkbewegung des Hebels 22 und des Hebelverhältnisses wird auf den Ventilschaft 12 eine Kraft ausgeübt, die ausreicht, das Ventil gegen die Wirkung der Feder 15 und des Gasdruckes im Zylinder bzw. Brennraum der Brennkraftmaschine zu öffnen. Die Vorrichtungsteile werden dabei in die in Fig. 2 dargestellte Stellung gebracht, und in dieser Stellung ist das Spiel zwischen dem Stössel 21 und der Kugel 25 gerade beseitigt. Aus dieser Stellung heraus wird eine weitere Bewegung der Armatur 19 eine Bewegung des Hebels 22 über den Stössel 21 und die Kugel 25 bewirken, .las Hebelverhältnis wird dadurch deutlich vergrößert, und infolge dieses veränderten Hebelverhältnisses wird bei

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einer vorgegebenen Bewegung der Armatur die Ventilbewegung deutlich größer sein. Ein typisches, größeres Hebelverhältnis ist 8:1.

Während der Bewegung des Hebels 22 unmittelbar durch den Stössel wird der Hebel 26 durch den Kopf des Zapfens 29 blockiert (Fig„ 3). Andererseits ist der Hebel 26 aus seinem Zusammenwirken mit dem Ausgangsglied 20 und dem Hebel 22 herausgekommen.

Die Federscheiben 34,35 dienen als Energiespeicher und ermöglichen eine rasche Bewegung der Armatur 32, um die

I R-Verluste in den Wicklungen zu verringern. Die Kraft ist jedoch unzureichend, um das Ventil und die zugeordneten Massen im gleichen Maße zu beschleunigen, und die in der von den Federscheiben gespeicherte Energie wird langsamer auf das Ventil übertragen, um seine Bewegung zu bewirken.

Gemäß Fig. 1-3 hat der Vorsprung 28 auf dem Hebel 26 einen kleinen Radius mit dem Ergebnis, daß während der Bewegung des Hebels um den Schwenkpunkt, der von dem Zapfen gebildet wird, der Berührungspunkt zwischen dem Vorsprung 28 und dem Hebel 22 seine Lage im wesentlichen beibehält. Das hat zur Folge, daß das Hebelverhältnis zwischen dem Ausgangsglied und dem Hebel 22 während der Bewegung desselben durch den

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Hebel 26 im wesentlichen unverändert bleibt. Würde jedoch der Radius der Fläche des Widerlagers größer gemacht, so
würde sich der Berührungspunkt zwischen den beiden Hebeln gegen die Schwenkachse 23 verschieben, wenn die Hebel
schwenken. Auf diese Weise würde sich das Hebelverhältnis zunehmend vergrößern.

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Claims

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Anmelder: LUCAS INDUSTRIES LIMITED, Great King Street, Birmingham, B19 2XF, England

Titel: Vorrichtung zum Verstellen eines verstellbaren

Bauteiles

Patentansprüche

Vorrichtung zum Verstellen eines verstellbaren Bauteiles mit einem Elektromagneten und einem Hebelgestänge zwischen dem Ausgangsglied des Elektromagneten und dem zu verstellenden Bauteil, dadurch gekennzeichnet, daß das Hebelgestänge einen ersten Hebel (22) aufweist, der an seinem einen Ende schwenkbar gelagert ist und im Betrieb an oder nahe seinem anderen Ende mit dem verstellbaren Bauteil (12) zu kuppeln ist, wobei das Ausgangsglied (20) nach seiner Anfangsbewegung in einem Bereich nahe der Schwenkachse (23) des ersten Hebels in Wirkverbindung mit dem ersten Hebel steht, wobei weiter ein zweiter Hebel (26) vorgesehen ist, der nahe seinem einen Ende in einem Schwenkpunkt (27) abgestützt ist und an seinem anderen Ende während der Anfangsbewegung des Ausgangsgliedes in Wirkverbindung mit diesem steht, und wobei schließlich einerseits zwischen den Enden des zweiten Hebels und andererseits zwischen dem Bereich der Wirkverbindung des Ausgangsgliedes mit dem ersten Hebel während der Anfangsbewegung

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des Ausgangsgliedes und dem äußeren Ende des ersten Hebels ein Übertragungsmittel (28) zum übertragen der Bewegung zwischen den beiden Hebeln während der Anfangsbewegung des Ausgangsgliedes vorgesehen ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Hebel (26) an seinem einen Ende gabelförmig ausgebildet ist, um mit diesem gabelförmigen Ende während der Anfangsbewegung des Ausgangsgliedes (20) mit diesem Ausgangsglied gekuppelt zu sein.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Hebel (26) eine öffnung aufweist, die einen Zapfen (29) aufnimmt, der mit seinem Kopf die Bewegung des zweiten Hebels um seinen Schwenkpunkt (27) begrenzt.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Schwenkpunkt das Ende eines einstellbaren Zapfens (27) ist, mit dem der zweite Hebel (26) zusammenwirkt .

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das übertragungsmittel ein Vor-

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sprung (28) des zweiten Hebels (26) ist, mit dem der erste Hebel (22) zusammenwirkt.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die mit dem ersten Hebel (22) zusammenwirkende Fläche des Vorsprunges (28) gewölbt ist.

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