DE8907897U1

DE8907897U1 - Elektrisch gesteuerter Drehschieber

Info

Publication number: DE8907897U1
Application number: DE8907897U
Authority: DE
Original assignee: Solex SA
Current assignee: Solex SA
Priority date: 1988-06-29
Filing date: 1989-06-28
Publication date: 1989-08-17
Also published as: GB8914852D0; FR2633694B1; GB2220302B; ES2013568A6; IT8948145A0; FR2633694A1; GB2220302A; IT1231625B

Description

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SOLEX Case 10129270

40/4

ELEKTRISCH GESTEUERTER

Sie Erfindung bezieht sich auf elektrisch gesteuerte Schieber oder -ventile, die häufig als EleVtroventile bezeichnet werden uad von der Art sind, aufweisend ein mit Einlaß- und Auslaßdurchführungen versehenes u&Läuse und ein bewegliches Organ&igr; aas zwischen einer ersttn Stellung« in der es «it den Durchführungen in Verbindung steht, und einer zweiten Stellung beweglich ist, in der es die Durchführungen trennt,
wobei das bewegliche Organ durch eine Rückholfeder zu einer der Stellungen hin beaufschlagt ist und in die andere Stellung durch Mittel zur Magnetfelderzeugung gebracht ist, wenn diese gespeist sind.

Ein besonders wichtiger, wenn auch keinesfalls ausschließj| licher Anwendungsbereich der Erfindung liegt in Versorgungssystemen für Brennkraftmaschinen mit Einspritzung oder Vergasung. Die Versorgungssysteme für Brennkraftmaschinen,
die mit elektrisch gespeisten Zusatzeinrichtungen wie einer h Klimaanlage, Servolenkung, Beleuchtung mit großer Leistung
etc. versehen sind, müssen häufig einen Luftzuleitungskanal $ parallel zu der durch den Fahrer betätigten Ventilklappe
;:■ umfassen. Der Kanal ist mit einem Ventil versehen, das durch $ einen auf die Maechinengeschwindigkeit bzw. -drehzahl

empfindlichen Kreis gesteuert bzw. betätigt wird. Wenn sich die Maschine verlangsamt, steuert der Kreis das Ventil so,

daß ein Luftdurchsatz zugelassen wird, der ausreichend ist zu verhindern, daß die Drehzahl im Fall einer Überlast der Maschine beispielsweise aufgrund der Betätigung einer Zusatzeinrichtung unter einen bestimmten Wert abfällt. Die Vergrößerung des Luftdurchsatzes bringt wiederum eine Vergrößerung des Kraftstoffdurchsatsss mit sich.

B*stimmte der für diese Anwendungen verwendeten elektrisch gesteuerten Ventile umfassen ein in Translation verstellbares bewegliches Organ. In vielen Fällen erfordert jedoch das Erzielen der benötigten Regelgenauigkeit die Verwendung eines Ventils mit drehbeweglichem Organ. Die Elektroventile mit drehbeweglichem Organ umfassen derzeit komplizierte Spulenanordnungen mit einem Aufbau, der mit dem Aufbau der Wicklungen von Elektromotoren vergleichbar ist, und mit erhöhtem Raumbedarf. Diejenigen dieser Ventile, bei denen die Spulenanordnung durch des bewegliche Organ getragen ist, benötigen außerdem relativ zerbrechliche Schleifkontakte.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein elektrisch gesteuertes Ventil vorzusehen, das besser als die bislrng bekannten Ventile den praktischen Erfordernissen genügt, insbesondere daß sein Raumbedarf gering ist, daß die die elektrische Stellkrafterzeugung gestattenden Mittel kostengünstig sind und lediglich geringen Raum benötigen und daß das drehbewegliche Organ eine mit den üblichen Anwendungen kompatible Trägheit aufweist.

Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß bei einem Ventil mit den Merkmalen des Anspruchs 1 oder 2 gelöst. Vorteilhafte Weitergestaltungen des erfindungsgemäßen Ventils sind Gegenstand der Unteransprüche.

Durch die Erfindung ist somit ein Ventil der eingangs genannten Art vorgesehen worden, das dadurch gekennzeichnet ist, daß die Mittel zur Erzeugung des Steuermagnetfeldes

eine feste Spule zur Erzeugung eines axialen Magnetfeldes aufweisen, zugeordnet einem Magnetkreis« der einen die Spule ungebenden rohrförmigen Stator und einem zum drehbeweglichen Organ gehörenden Rotor aufweist, wobei der Stator und der Rotor zusammenwirkende Zähne umfassen, deren Ausschnitt dergestalt ist, daß der Magnetkreis in der anderen Stellung eine minimale Reluktanz aufweist.

Der Stator kann insbesondere durch ein Rohr gebildet BeIn₁ das wenigstens einen in der Umfangsrichtung durch zwei Kanten mit unterschiedlicher Tiefe begrenzten Zahn aufweist, wobei zwei in der Umfangsrichtung aufeinanderfolgende Kanten mit unterschiedlicher Tiefe durch einen schrägen Teil verbunden sind; der- Zahn oder jeder Zahn des Rotors ist derart ausgeschnitten, daß er über die gesamt« Höhe der dem Zahn zugeordneten Kante und über einen Teil des schrägen Teils zur Anlage bzw. Abstützung gelangt, wenn sich das bewegliche Organ in der anderen Stellung befindet.

In der Praxis umfaßt der Stator allgemein zwei Zähne und der Rotor ist nun durch ein Bügelelement gebildet, das ebenso zwei Zähne umfaßt. Um die Risiken eines auf die Restmagnetisierung des Magnetkreises zurückgehenden Hängenbleibens auszuschalten, ist eine dünne Schicht aus nichtferromagnetischem, leitfähigem Material vorteilhaft auf einem der festen und beweglichen Zähne vorgesehen derart, daß ein Luftspalt auf dem Magnetkreis vorgesehen wird, wenn sich das bewegliche Organ in der anderen Stellung befindet.

Der mittlere Durchführungsdurchsatz durch das erfindungsgemäße Elektrov-entil wird im allgemeinen unter Anlegung von elektrischen Impulsen mit veränderlichem Tastverhältnis bzw. zyklischer Beziehung mit fester oder veränderlicher Frequenz an die Spule gesteuert. Wenn das Elektroventil im Versorgungssystem einer Brennkraftmaschine verwendet wird, wird ii allgemeinen im Trägheitsaugenblick des drehbeweglichen Or-

gans ein ausreichender Wert gegeben, damit das bewegliche Organ eine mittlere Gleichgewichtsstellung einnimmt, die abhängig von dem Tastverhältnis der Stromimpulse (bei konstanter Intensität dieser Impulse) selbst bei einer geringen Frequenz, allgemein einschließlich zwischen 50 und 100 Hz, ist. Die Stellung des Elektroventils kann so gesteuert und angetrieben werden, wobei der das Elektroventil durchsetzende Durchsatz durch Breitenmodulation der an die Mittel zur Magnetfelderzeugung angelegten Impulse gesteuert wird.

Die Erfindung wird aus der nachfolgenden Beschreibung einer besonderen AuefUhrungsform besser verständlich, die als nichteinschränkendes Beispiel erläutert wird. Die nachfolgende Beschreibung wird in Verbindung mit der Zeichnung gegeben, in der zeigen:

Fig. 1 einen Schnitt eines erfindungsgemäßen Elektroventils längs Linie I-I von Fig. 2;

Fig. 2 eine Vorderansicht des Elektroventils in Richtung des Pfeils II in Fig. 1;

Fig. 3 eine schematische perspektivische Ansicht, die die wesentlichen Bestandteile des ferromagnetischen Kreises des Elektroventils der Fig. 1 und 2 veranschaulicht; und

Fig. 4 ein abgewickeltes Schema, das die Form der Zähne des Stators veranschaulicht.

Das schematisch in Fig. 1 und 2 dargestellte Elektroventil umfaßt eine Spule 10 aus mehreren zusammengebauten Teilen, beispielsweise aus einer Legierung auf Aluminiumbasis. Diese Spule trägt ein Widerlagereleaent 12, auf dem sich ein drehbewegliches Organ 14 abstützt und dreht, das so angesehen werden kann, daß es aus einem zum Magnetkreis der

Mittel zur Felderzeugung gehörenden Antriebsteil und eine· Betätigung«- bzw. Steuerteil für den Fluiddurchsatz gebildet H ist.

Die Spule kann so angesehen werden, daß sie einen den Antriebeteil des drehbeweglichen Organs 14 enthaltenden rückwärtigen Teil und einen vorderen Teil 17 umfaßt, der eine den Steuer- bzw. Betätigungsteil aufnehmende Kameer be-

^ grenzt. Der vordere Teil ist von Eintritts- und Austritts- 'f. durchfuhrungen 15a und 15b durchbohrt.

I Der rückwärtige Teil der Spule besteht aus einem Mantel 26 ;. und aus einem Boden 16, der von isolierten Drähten 18 zur I Versorgung einer von einem Kern 22 aus Kunststoffmaterial I getragenen Spule 20 vom Solenoidtyp durchquert ist. Zwischen § der Spule 20 und einem Seitenmantel 26, der zum Gehäuse 10

gehört und am Boden mittels Schrauben befestigt ist, ist ein rohrförmiger Stator 28 aus ferromagnetischem Material angeordnet, der in Rotation in bezug auf das Gehäuse zurückgehalten ist. Der rohrförmige Stator 28 hat rückwärtig auf dem 7: Boden 16 Auflager. Vorne weist er einen besonderen Aus-I schnitt auf, der zur Bildung der Zähne mit axialem Vorsprung &ngr; nach vorne &khgr;&ohacgr; bezug auf den Kern 22 der Spule 20 bestimmt I ist. Im Inneren des Kerns 22 ist ein Teil aus ferromagnetischem Material 29 zum Schließen des Flusses angeordnet.

I Bei der dargestellten Ausführungsform ist an besten aus Fig.

g 3 und 4 ersichtlich, daß der rohrförmige Stator 28 zwei

I Zähne aufweist. Jeder Zahn 30 kann so angesehen werden, daß

■ er durch eine Vorderkante 32, eine Umfangskante 34, die ganz § und gar auf der anderen Seite des Kerns 22 liegt, eine I

schräge Kante 36, die die Höhe der Endseite des Kerns quert, und eine Hinterkante 38 begrenzt ist, die axial ins Innere der Spule jenseits der Vorderkante 32 verlängert ist. Zwei aufeinanderfolgende Zähne 34 sind durch eine Umfangskante 40 verbunden, die von einer Hinterkante 38 ausgeht, gefolgt von

einem Absatz und einem schrägen Teil 42, der die Vorderkante erreicht.

Diese Anordnung gibt den Kraftlinien des durch die Spule erzeugten Magnetfeldes eine Form, die von der Form verschieden ist, die sie normalerweise hatten. Das von einem Solenoid erzeugte Feld weist normalerweise Kraftlinien auf, die jeweils vollständig in einer durch die Achse der Spule verlaufenden Ebene enthalten sind. Aufgrund des Vorhandenseine der Zähne 30 und ihres Zusammenwirkens mit von dem drehbeweglichen Organ getragenen Zähnen 44 und worauf später eingegangen wird, nehmen die Kraftlinien im Inneren der Zähne eine Neigung an, die ihr Durchtreten durch die Vorderkanten 32 bewirkt, insbesondere wenn die Zähne 44 des drehbeweglichen Organs gegen die Vorderkanten 32 anliegen.

Um zu vermeiden, daß die Zähne in dieser Stellung nicht aneinander hängenbleiben, ist vorteilhaft auf den Vorderkanten 32 eine dünne Schicht 46 aus nichtferromagnetischem Material vorgesehen. Dieser Luftspalt kann ebenso durch eine Anschlag- oder Widerlagervorrichtung ausgeführt sein.

Der Antriebsteil des drehbeweglichen Organs 14 umfaßt einen Kern 48 aus ferromagnetischem Material, auf dem eine zu d.n Steuermitteln für den Durchsatz gehörende Spindel 50 auf- bzw. eingesetzt ist, die sich auf dem Widerlager 12 abstützt. Der Kern 48 dreht sich auf einer Kugel 52 aus isolierendem Material im Auflager gegen das Teil 29, auf das er durch das Widerlager 12 aufgebracht bzw. -gedrückt ist. Am Kern ist ein Rotor 54 mit Bügelform befestigt, der in zwei mit den Zähnen 30 des Stators zusammenwirkenden Zähnen 44 endet. Die Zähne 44 haben eine Form derart, daß die Reluktanz des Magnetkreises minimal ist, wenn sie gegen die Vorderkanten der Zähne 30 (wie in Fig. 4 gestrichelt gezeigt ist) angelegt sind, und maximal ist, wenn sie sich in der Nähe der Hinterkanten 38 befinden.

Eine Rückholfeder soll in diesem Fall vorgesehen sein, um die Zähne aus der in Fig. 4 gezeigten Stellung zu entfernen und sie zu der Stellung hin zu bringen, in der sie in ausgezogenen Linien in Fig. 2 gezeigt sind. Bei der dargestellten Ausführungsform bildet die Ruckholfeder 56 eben- .^: falls eine Verschlußvorrichtung, wobei der Vorderteil des H.

drehbeweglichen Organs 14 einen ähnlichen Aufbau aufweist, "'·

wie er in der französischen Patentanmeldung 8801577 der

Anmelderin beschrieben und beansprucht ist. Die Feder 56 ist

durch ein spiralförmig gewickeltes Blatt gebildet, dessen äußeres Ende mittels eines Stiftes oder einer Spindel 58 am

Gehäuse befestigt ist und dessen inneres Ende mit einem Schlitz der zum drehbeweglichen Organ gehörenden Spindel 50

in Eingriff steht.

Im veranschaulichten Ausführungsbeispiel weist die Rückholfeder 56 eine Ruheform auf derart, daß sie dazu neigt» sich gegen die öffnung 15b anzulegen, wobei sie das drehbewegliche Organ zu der in voll ausgezogenen Linien in Fig. 2 gezeigten Stellung hin mitnehmen, entgegengesetzt zu der Stellung von Fig. 4. Wenn die Spule 20 dauergespeist ist, führt sie hingegen das drehbewegliche Organ in die in Fig. gezeigte Stellung, wobei die Feder 56 nun die in Fig. 2 strichpunktierte Stellung einnimmt und einen maximalen Durchgangs- bzw. Strömungsquerschnitt freigibt.

Es ist ersichtlich, daß ein derartiges Ventil in Ruhestellung geschlossen ist. Wenn es durch Strom(rechteck)impulse mit üblicherweise einer Frequenz von 50 bis 100 Hz und einem Tastverhältnis von 20 bis 8OX gespeist wird, nimmt das bewegliche Organ eine mittlere Zwischengieichgewichtestellung ein, abhängig vom Tastverhältnis, und gestattet die Regelung des durchtretenden Durchsatzes des Elektroventils.

Die Erfindung ist nicht auf die dargestellte und als Beispiel beschriebene speziell 3 Ausführungsform beschränkt. Sie kann vielmehr mit zahlreichen Abwandlungen ausgeführt werden, und zwar hinsichtlich des Steuerquerschnitt· der Durchführung soff nung_t als auch der Ausgestaltung und Anzahl von Zähnen des Magnetkreises.

Zusammengefaßt besieht sich die Erfindung somit .auf ein insbesondere bei «inen LuftswfühzüEgskanal für eine Brennkraftmaschine v§r*i#ead»s,-rfri»· Ventil, uiafsssssd. ein. Ckshäujg«, %n dem sich ein bewegliches Organ zwischen einer ersten Stellung und einer zweiten Stellung drehen kann. Eine Rückholfeder 56 beaufschlagt das bewegliche Organ zu einer Schließstellung hin. Das bewegliche Organ wird zur offnungsstellung hin durch Erregung einer Spule 20 zur Erzeugung eines axialen Magnetfeldes gebracht, die einen Magnetkreis zugeordnet ist, der einen die Spule 20 umgebenden rohrförmigen Stator 28 und einen zum drehbeweglichen Organ gehörenden Rotor 54 aufweist. Der Stator und der Rotor umfassen zusammenwirkende Zähne 30, 44, deren Ausschnitt derart ist, daß der Magnetkreis eine minimale Reluktanz in der öffnungsstellung aufweist.

Claims

Ansprüche

1. Elektrisch gesteuertes Ventil, aufweisend ein Gehäuse (10), das mit Eintritts- und Austrittsdurchführungen (15a und 1.5b) versehen ist, und ein bewegliches Organ (14), das zwischen elsasar sr&tsß Stellung, in d<?r es mit den Durchführungen in Verbindung steht, utiu einer zweiten Stellung drehbar ist, in der es die Durchführungen trennt und das durch eine Rückholfeder (56) zu einer der Stellungen hin beaufschlagt ist und durch Mittel zur Magnetfelderzeugung in die andere Stellung gebracht wird, wenn die Mittel gespeist sind, dadurch gekennzeichnet , daß die Mittel zur Erzeugung des Steuermagnetfeldes eine feste Spule (20) zur Erzeugung eines axialen Magnetfeldes aufweisen, zugeordnet einem Magnetkreis, der einen die Spule (20) umgebenden rohrförmigen Stator (28) und einen zum drehbeweglichen Organ gehörenden Rotor (54) aufweist, wobei der Stator und der Rotor zusammenwirkende Zähne (30, 44) umfassen, deren Ausschnitt derart ist, daß der Magnetkreis einen minimalen Luftspalt in axialer Richtung und daher eine minimale Reluktanz in der anderen Stellung aufweist.

2. Elektrisch gesteuertes Ventil, aufweisend ein Gehäuse (10), das mit Eintritts- und Austrittsdurchführungen (15a und 15b) versehen ist, und ein bewegliches Organ (14), da* zwischen einer ersten Stellung, in der es mit den Durchführungen in Verbindung steht, und einer zweiten Stellung drehbar ist, in der es die Durchführungen trennt, und das durch eine rtückholfeder (56) zu einer der Stellungen hin beaufschlagt ist und in die endor« Stellung durch Mittel zur Magnetfelderzeugung gebracht wird, wenn diese gespeist rind, dadurch gekennze lehnet , daß die Mittel zur Erzeugung des Steuermagnetfeldes eine feste Spule (20) zur Erzeugung eines axialen Magnetfeldes aufweisen» zugeordnet einem Magnetkreis, der einen die Spule (20) umgebenden, rohr-

fömigen Stator (28) und einen zum drehbeweglichen Organ gehörenden Rotor (54) aufweist, wobei der Stator und der Rotor zusammenwirkende Zähne (30, 44) umfassen, deren Ausschnitt derart ist, daß der Magnetkreis eine minimale Reluktanz in der anderen Stellung aufweist, und daß der Stator (28) durch ein Rohr gebildet ist, das wenigstens einen in Längerichtung gerichteten Zahn aufweist, in der Umfangsrichtung begrenzt durch zwei Kanten (32, 38) mit unterschiedlicher Tiefe, wobei zwei aufeinanderfolgende Kanten in der UmfangBrichtuni durch einen schrägen Teil (42) verbunden sind.

3. Ventil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Zahn oder jeder Zahn (44) des Rotors derart ausgeschnitten ist, daß er Über die gesamte Höhe der zugeordneten Kante (32) des Zahns oder jedes Zahne des Stators und über einen Teil des schrägen Teils (42) zur Auflage gelangt, wenn sich das bewegliche Organ in der anderen Stellung befindet.

4. Ventil nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet , daß der Stator (2) Zähne umfaßt und daß der Rotor (54) nun durch einen in gleicher Weise zwei Zähne umfassenden Bügel gebildet ist.

5. Ventil nach einem beliebigen der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , daß eine dünne Schicht (46) aus nichtferromagnetischem Material auf einen der festen und beweglichen Zähne zur Bildung eines Luftspalts vorgesehen ist, wenn sich das bewegliche Organ in der anderen Stellung befindet.

6. Ventil nach einem beliebigen der vorhergehenden Ansprüche , dadurch gekennzeichnet , daß das drehbewegliche Organ ein Trägheitsmoment aufweist derart, daß es eine mittlere Gleichgewichtsstellung einnimmt, wenn

die Spule (20) durch Stromimpulse nit einem veränderlichen Tastverhältnis Bit einer Frequenz einschließlich zwischen und 100 Hz gespeist wird·

7. Ventil nach einem beliebigen der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , daß die Rückholfeder (56) durch eine am drehbeweglichen Organ und an Gehäuse befestigte Spiralfeder gebildet ist, die auf solche Weise angeordnet ist» daß sie gegen wenigstens eine der Durchführungen (15b) anliegt und diese in der einen der beiden Endstellungen des drehbeweglichen Organs verschließt.