EP0970298B1 - Electromagnetic valve drive mechanism - Google Patents
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- EP0970298B1 EP0970298B1 EP98919136A EP98919136A EP0970298B1 EP 0970298 B1 EP0970298 B1 EP 0970298B1 EP 98919136 A EP98919136 A EP 98919136A EP 98919136 A EP98919136 A EP 98919136A EP 0970298 B1 EP0970298 B1 EP 0970298B1
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- H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
- H01F7/00—Magnets
- H01F7/06—Electromagnets; Actuators including electromagnets
- H01F7/08—Electromagnets; Actuators including electromagnets with armatures
- H01F7/16—Rectilinearly-movable armatures
- H01F7/1638—Armatures not entering the winding
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
- F01L—CYCLICALLY OPERATING VALVES FOR MACHINES OR ENGINES
- F01L9/00—Valve-gear or valve arrangements actuated non-mechanically
- F01L9/20—Valve-gear or valve arrangements actuated non-mechanically by electric means
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- H01F7/16—Rectilinearly-movable armatures
- H01F2007/1692—Electromagnets or actuators with two coils
Definitions
- the invention relates to an electromagnetic drive the features of the preamble of claim 1.
- Such an electromagnetic drive is from DE 3616540 A1 known. There is one indirectly from an anchor driven lever directly with a valve to be driven coupled. Between the articulation point of the lever, which by a torsion spring is given, and the lever end that the Valve stem operated, is an operating rod with side play coupled with the anchor of the electromagnetic drive is connected and by this is driven. The actuation rod and thus the anchor are stored separately using a roller bearing.
- the invention is based on the object electromagnetic drive of the type mentioned create that has a very low bearing friction and moreover due to a reduction in the moving masses as well as optimal power transmission with lower performance can be operated.
- This task is characterized by the characteristics of the Claim 1 solved.
- the solution according to the invention creates a simplified one low-wear bearing with little friction. So that is no permanent oil lubrication required either.
- the lever is direct, i.e. without an intermediate part that carries electromagnetically movable part, become the acting Forces forwarded directly without fasteners, from where a mass reduction results, a smaller one Control power entails.
- the drive is formed by two electromagnets, between whose poles turn on by alternately switching the excitation currents Anchor as an electromagnetically movable part back and forth is movable.
- the construction is characterized in that the Anchor, without power consumption of the drive by spring forces is held in an intermediate position.
- a special weight reduction also results from the exclusive storage of the lever by means of the torsion bar according to claim 5, resulting from a weight saving improved efficiency of the drive results.
- the ratio is reduced accordingly required force and also the effective moving mass for Movement of a valve so that the drive is correspondingly smaller and can be dimensioned more easily.
- Drives also have advantageous effects with the features of claim 1, where to reduce the Movable masses actuator and element to be driven are directly coupled to one another or according to claim 9, because then e.g. by an elastic element, e.g. on Spring element valve and drive mass effectively from each other can be decoupled what is due to the acting Shock forces are advantageous.
- the spring element can e.g. as Abhubhubfeder be designed with a stop that the stroke of for example controlled valve or the armature limited. By having a high magnetic force corresponding to the gas forces, can e.g. with an exhaust valve higher gas forces to be dealt with.
- Fig. 1 a torsion spring (torsion bar or rotary tube) storage shown in principle. At this Storage, the masses to be accelerated are very small. It a double magnetic drive is shown, which consists of magnetic cores 1 and 2 with magnetic poles 3 and 4 out on the cores wound windings 5 and 6 and an armature 7, that moves in the field of magnets.
- the anchor 7 When one of the electromagnets (1, 3, 5) or (2, 4,6) the anchor 7 is moved from the intermediate position shown (e.g. Middle position) towards the magnetic poles 3 or 4.
- the intermediate position shown e.g. Middle position
- the magnetic poles 3 and 4 are formed obliquely to the Adapted to the course of the armature 1 rotated about the axis 10 his.
- the detailed structure of the torsion bar is shown in FIG. 3 removable.
- a torsion bar 30 is rigidly clamped here at 31.
- At the free end there is one that allows twisting Support bearing 32, for example, a needle bearing or plain bearing is provided.
- With the torsion bar 30 is a bearing lever in the form of a cage 33 connected, which in turn receives the anchor 37.
- At this Cage 33 is also an operating rod by means of a bearing 29 rotatably mounted.
- the shaft 34 of the bearing is e.g. about a screw connection or rivets connected to the cage 33.
- the axis 10 is the axis of rotation of the torsion bar.
- the Cage 33 of Fig. 3 can also in Fig. 1, the bearing lever 11 of the Anchor 7 be.
- the anchor 37 is e.g. in the cage 33 riveted. In Figure 3 are to the right and left of the Bearing shaft 34 to recognize the rivet pins.
- Figure 1 is with the armature 7 or the bearing lever 11 Actuating rod 12 rotatably connected via a bearing 13, the in turn via a coupling member 15 with e.g. a valve lifter 16 is connected.
- a coupling member 15 with e.g. a valve lifter 16 is connected.
- the lateral forces at Low stroke movement In the example of FIG. 1, it is assumed that the torsion bar (in axis 10) the zero position of the armature causes itself, i.e. applies the entire spring force.
- Fig. 2 corresponds to Fig. 1 with the difference that here the Restoring forces from the spring bar 20 and one Valve return spring 32 are formed and at a certain deflection in each direction Spring force increased. 2 this is additional Restoring force by a clamped at the right end Leaf spring pair 23/24 and an extension 25 of the armature 21 realized that an additional a certain deflection the leaf springs 23 or 24 must bend. This is also shown in Fig. 3 in a different view.
- This two-stage spring has the advantage that the spring characteristic is better adapted to the magnetic force curve FM. Therefore, it can System already from the rest position without the usual Start-up process to be moved to the end position. About that In addition, the steep spring characteristic of the second one Spring a correspondingly high deceleration of the opposite end position arriving anchor, which is significant contributes to damping and position control. Continue wearing the possible high final force of the spring to a high Initial acceleration and thus quick valve opening.
- FIG. 5 is for storing a Anchor 50 a torsion bar 52 is provided which the torsion bar 20 Fig. 2 corresponds.
- the torsion bar 52 is by means of a Bearing lever 51 connected to the armature 50 so that the armature by two electromagnets (magnetic circuit 53 and 55 and Windings 54 and 56) can be moved up or down.
- the torsion bar generates both spring forces.
- An actuating rod 57 is articulated on the bearing lever 51, by means of an overtravel spring 58 with a valve tappet 59 connected is. By means of this overtravel spring 58, the valve is closed moved with an anchor movement.
- overtravel spring 58 is compared to the direct coupling e.g. 1 a large one Load on the valve seat due to the mass force of the valve and avoided anchors.
- the armature 50 during their control in the hold the corresponding end position.
- FIG. 6 differs from FIG. 5 in particular in that that the armature 70 in its end positions by a locking roller 71 and is not held by a holding current.
- the Locking roller 71 which in Fig. 6 under one with the armature 70th connected locking plate 72 is engaged to trigger the armature movement down by a locking magnet 73 and an associated rocker 75 rotatable about an axis 74 the locking roller is mounted, out of the latch emotional.
- the torsion springs now accelerate the armature 70 down and a current pulse on the lower coil brings the armature finally to the other end position.
- the Locking magnet 73 and the holder 75 are against by one Force of the locking magnet directed spring not shown in the position shown.
- the actuating rod 57 is not hinged directly to the armature 50 but to the bearing lever 51. This is the way of the armature and the valve differently.
- the end of the operating rod 57 is in the middle position on the valve stem head.
- Fig. 7b a Side view and Fig. 7a a view seen from the right shows.
- the operating rod is at 87, the valve stem at Designated 89.
- the overtravel spring 88 is with the Actuator rod 87 connected and engages in a fork shape Groove of the valve lifter 89.
- Fig. 7b is in the upper part e.g. welded stop (85.86) can be seen. Parts 85, 86, 87 can consist of one piece.
- Fig. 9 is a spring 98 with an envelope 99 shown, which acts as a catch plate and causes that at a break in the overtravel spring 93 over the stop can be moved into the closing end position without hitting on the piston.
- the overtravel spring can, as shown in FIG. 10, also between the Actuating rod 107 and the connecting part 101 arranged his.
- the stop is here by a pin 103 and a Elongated hole 102 causes.
- 10 shows another Adjustment screw 104, with which the distance, i.e. the Valve play between the operating rod and valve lifter, the Coupling is stiff here, can be adjusted.
- Fig. 11 shows an example in which the Actuating rod 117 via a spring 118 with the bearing lever 111 is connected.
- the spring 118 is one here Leaf / spiral spring. This is a wear-free joint possible, with a kink protection for the spiral spring 118 can be provided.
- the actuating rod 117 could be by means of of a leaf spring joint to be articulated on the bearing lever 111.
- the aim of this is the driving force of the electromagnetic Drive increase to either this higher force or to use the magnets while maintaining the same force out.
- This design is particularly advantageous for the reduction the moving masses, where the anchor is a relative has a large share. Here it decreases linearly with increasing Leverage ratio the effective mass.
- This Training is particularly important when using the electromagnetic actuator for valve control of Internal combustion engines are an advantage because of the great power in them the end positions and the air gap of the armature is not is dominant.
- the torsion bar is shown schematically at 120.
- the bearing lever 121 is shown as a line; the anchor bears the reference numeral 122, the actuating rod the reference numeral 123.
- the actuating rod 123 is now connected at a distance 11 from the bearing point 120 to the bearing lever 121, while the center of the armature is 12 away therefrom.
- the magnetic force FM is shown as arrow 124.
- the electromagnetic drive described above can Driving a gas exchange valve or another comparable valve can be used.
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Description
Die Erfindung betrifft einen elektromagnetischen Antrieb mit
den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1.The invention relates to an electromagnetic drive
the features of the preamble of
Ein derartiger elektromagnetischer Antrieb ist aus der DE 3616540 A1 bekannt. Dort ist ein von einem Anker indirekt angetriebener Hebel direkt mit einem anzutreibenden Ventil gekoppelt. Zwischen der Anlenkstelle des Hebels, die durch eine Drehfeder gegeben ist, und dem Hebelende, das den Ventilschaft betätigt, ist eine Betätigungsstange mit seitlichem Spiel angekoppelt, die mit dem Anker des elektromagnetischen Antriebs verbunden ist und von diesem angetrieben wird. Die Betätigunqsstange und damit der Anker sind mit Hilfe eines Wälzlagers getrennt gelagert.Such an electromagnetic drive is from DE 3616540 A1 known. There is one indirectly from an anchor driven lever directly with a valve to be driven coupled. Between the articulation point of the lever, which by a torsion spring is given, and the lever end that the Valve stem operated, is an operating rod with side play coupled with the anchor of the electromagnetic drive is connected and by this is driven. The actuation rod and thus the anchor are stored separately using a roller bearing.
Aus dem Gebrauchsmuster 66 06 789.8 und aus der GB-PS-1524322
sind elektromagnetische Vibrationsantriebe mit einer
Federlagerung des Ankers bekannt. In der zuerst genannten
Schrift ist der Anker an einer einseitig eingespannten
Blattfeder gelagert, in der anderen Schrift ist zur Lagerung
eine Drehfeder vorgesehen, an deren nicht eingespannten Ende
ein Drehanker befestigt ist.From
Aus der GB-A-1471537 ist ein elektromagnetischer Antrieb für ein Ventil eines Verbrennungsmotors bekannt, bei dem zwei Paare von Elektromagneten zwei Anker abwechselnd in zwei Endstellungen bringen. Die Anker sind als einseitig angelenkte Hebel ausgebildet. Sie wirken gemeinsam auf den Schaft eines Ventils ein. Ohne Erregung eines Magneten stellt eine Spiralfeder den Antrieb in die eine Endstellung, bei der das Ventil geschlossen ist. Jeder Hebel besitzt je Endstellung nur einen Arbeitspol. Hierdurch ist die Kraftausbeute des Magnetsystems für jeden Hebel nur sehr gering. Nachteilig bei diesem Antrieb ist ferner, daß der gesamte Magnetfluß über die Lagerung jedes Hebels fließt, wodurch sich eine erhöhte Lagerreibung und damit ein schneller Verschleiß ergibt.From GB-A-1471537 is an electromagnetic drive for a valve of an internal combustion engine is known, in which two Pairs of electromagnets two anchors alternating in two Bring end positions. The anchors are hinged on one side Lever trained. They work together on the shaft of one Valve. Without excitation a magnet represents one Spiral spring the drive in the one end position, in which the Valve is closed. Each lever only has one per end position a working pole. As a result, the power of the Magnet system for each lever only very low. A disadvantage of this drive is also that the entire magnetic flux over the Storage of each lever flows, which increases Bearing friction and thus a quick wear results.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, einen elektromagnetischen Antrieb der eingangs genannten Art zu schaffen, der eine sehr geringe Lagerreibung aufweist und darüber hinaus aufgrund einer Reduzierung der bewegten Massen sowie einer optimalen Kraftübertragung mit geringerer Leistung betrieben werden kann.The invention is based on the object electromagnetic drive of the type mentioned create that has a very low bearing friction and moreover due to a reduction in the moving masses as well as optimal power transmission with lower performance can be operated.
Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des
Anspruchs 1 gelöst.This task is characterized by the characteristics of the
Die erfindungsgemäße Lösung schafft eine vereinfachte verschleißarme Lagerung mit nur geringer Reibung. Damit ist auch keine permanente Ölschmierung erforderlich. Insbesondere dadurch, daß der Hebel direkt, d.h. ohne ein Zwischenteil, das elektromagnetisch bewegbare Teil trägt, werden die wirkenden Kräfte direkt ohne Verbindungselemente weitergeleitet, woraus eine Massenreduktion resultiert, die eine geringere Ansteuerleistung nach sich zieht. The solution according to the invention creates a simplified one low-wear bearing with little friction. So that is no permanent oil lubrication required either. In particular in that the lever is direct, i.e. without an intermediate part that carries electromagnetically movable part, become the acting Forces forwarded directly without fasteners, from where a mass reduction results, a smaller one Control power entails.
Der Antrieb wird von zwei Elektromagneten gebildet, zwischen deren Polen durch abwechselndes Schalten der Erregerströme ein Anker als elektromagnetisch bewegbares Teil hin- und herbewegbar ist.The drive is formed by two electromagnets, between whose poles turn on by alternately switching the excitation currents Anchor as an electromagnetically movable part back and forth is movable.
Die Konstruktion zeichnet sich dabei dadurch aus, daß der Anker, ohne Leistungsaufnahme des Antriebs durch Federkräfte in einer Zwischenstellung gehalten wird.The construction is characterized in that the Anchor, without power consumption of the drive by spring forces is held in an intermediate position.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen erwähnt, die im Zusammenhang mit der Zeichnungsbeschreibung herausgestellt werden.Further advantageous embodiments of the invention are in the Subclaims mentioned in connection with the Drawing description are highlighted.
Eine besondere Gewichtsreduktion ergibt sich auch durch die
ausschließliche Lagerung des Hebels mittels des Drehstabes
nach Anspruch 5, woraus aufgrund einer Gewichtseinsparung ein
verbesserter Wirkungsgrad des Antriebs resultiert.A special weight reduction also results from the
exclusive storage of the lever by means of the torsion bar
according to
Eine optimale Ausnutzung der wirkenden Kräfte ergibt sich bei
einer Konstruktion entsprechend Anspruch 6. Insbesondere
wenn das auf das anzutreibende Element, also z.B. ein Ventil
einwirkende Betätigungsglied zwischen dem Hebellager und dem
elektromagnetisch bewegbaren Teil befestigt ist, liegt infolge
der Hebelverhältnisse eine Untersetzung des Hubes z.B. des
Ankers vor.An optimal utilization of the acting forces results in
a construction according to
Im gleichen Verhältnis reduziert sich dementsprechend die benötigte Kraft und auch die effektive bewegliche Masse zur Bewegung eines Ventil, so daß der Antrieb entsprechend kleiner und leichter dimensioniert werden kann.The ratio is reduced accordingly required force and also the effective moving mass for Movement of a valve so that the drive is correspondingly smaller and can be dimensioned more easily.
Wegen der geringeren Magnetvolumina ist es möglich, den Magnetkreis im Bereich des Magnetjochs etwas größer zu dimensionieren, woraus vorteilhafterweise geringere Eisenverluste resultieren.Because of the smaller magnet volume, it is possible Magnetic circuit in the area of the magnetic yoke slightly larger dimension, from which advantageously less Iron losses result.
Ebenfalls vorteilhafte Wirkungen ergeben sich bei Antrieben
mit den Merkmalen des Anspruchs 1, wo zur Reduzierung der
beweglichen Massen Betätigungsglied und anzutreibendes Element
direkt miteinander gekoppelt sind oder nach dem Anspruch 9,
da dann z.B. durch ein elastisches Element, z.B. ein
Federelement Ventil und Antriebsmasse wirkungsvoll voneinander
entkoppelt werden können, was aufgrund der wirkenden
Stoßkräfte vorteilhaft ist. Das Federelement kann z.B. als
Überhubfeder mit Anschlag ausgestaltet sein, die den Hub des
beispielsweise angesteuerten Ventils bzw. des Ankers begrenzt.
Indem eine entsprechend der Gaskräfte hohe Magnetkraft wirkt,
können hierdurch z.B. bei einem Auslaßventil höhere Gaskräfte
bewältigt werden.Drives also have advantageous effects
with the features of
Bei Systemen mit einer Ventilrückstellfeder muß deren Federkraft im geschlossenen Zustand so bemessen sein, daß die Kraft größer ist, als die Gaskraft des Abgasgegendruckes. Diese Forderung bedeutet ein erhebliches Zusatzgewicht. Bei einer starren Kopplung zwischen Anker und Ventilbetätigung kann diese kurzzeitig wirkende Gaskraft durch die Magnetkraft ausgeglichen werden. Dies bedeutet eine erhebliche Gewichtsersparnis.In systems with a valve return spring, their Spring force in the closed state should be such that the Force is greater than the gas force of the exhaust back pressure. This requirement means a considerable additional weight. at a rigid coupling between armature and valve actuation can this momentarily acting gas force by the magnetic force be balanced. This means a significant one Weight savings.
Eine besondere Variabilität und Einsatzmöglichkeit ergibt sich durch die Merkmale der weiteren Unteransprüche.There is a particular variability and possible application by the features of the further subclaims.
Anhand der Zeichnung werden Ausführungsbeispiele der Erfindung näher erläutert.Exemplary embodiments of the invention are shown in the drawing explained in more detail.
Es zeigen
- Fig. 1
- eine Drehstablagerung eines Ankers in einem Antrieb mit zwei Elektromagneten;
- Fig. 2, 3
- eine Drehstablagerung in zwei Ansichten mit einer Zwei-Stufen-Rückstellfederkraft;
- Fig. 4
- ein Diagramm zur Darstellung der Zwei-Stufen-Rückstellfederkraft gemäß den Fig. 2 und 3;
- Fig. 5 und 6
- zwei Ausführungsbeispiele mit einer Überhubfeder;
- Fig. 7,8 und 9
- Details der Überhubfeder;
- Fig. 10
- unterschiedliche Anordnungen einer Überhubfeder;
- Fig. 11
- den Einsatz einer Biegefeder statt Überhubfeder;
- Fig. 12
- die gegebenen Hebelverhältnisse zur Kraftoptimierung.
- Fig. 1
- a torsion bearing of an armature in a drive with two electromagnets;
- 2, 3
- a torsion bar bearing in two views with a two-stage return spring force;
- Fig. 4
- a diagram showing the two-stage return spring force according to FIGS. 2 and 3;
- 5 and 6
- two embodiments with an overtravel spring;
- 7,8 and 9
- Details of the spring;
- Fig. 10
- different arrangements of an overtravel spring;
- Fig. 11
- the use of a spiral spring instead of an overstroke spring;
- Fig. 12
- the given leverage ratios for power optimization.
In Fig. 1 wird eine erfindungsgemäße Torsionsfeder-(Drehstab
oder Drehrohr-) Lagerung im Prinzip gezeigt. Bei dieser
Lagerung sind die zu beschleunigenden Massen sehr klein. Es
wird ein Doppelmagnetantrieb 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,
der sich im Feld der Magneten bewegt.In Fig. 1 a torsion spring (torsion bar
or rotary tube) storage shown in principle. At this
Storage, the masses to be accelerated are very small. It
a double magnetic drive is shown, which consists of
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.When one of the electromagnets (1, 3, 5) or (2,
4,6) the
Die Magnetpole 3 und 4 sind schräg ausgebildet, um an den
Verlauf des um die Achse 10 gedrehten Ankers 1 angepaßt zu
sein. Der nähere Aufbau der Drehstablagerung ist der Fig. 3
entnehmbar. Ein Drehstab 30 ist hier bei 31 starr eingespannt.
Am an sich freien Ende ist ein die Verdrehung zulassendes
Stützlager 32 z B. ein Nadellager oder Gleitlager vorgesehen.
Mit dem Drehstab 30 ist ein Lagerhebel in Form eines Käfigs 33
verbunden, der seinerseits den Anker 37 aufnimmt. An diesem
Käfig 33 ist auch eine Betätigungsstange mittels eines Lagers
29 drehbar gelagert. Die Welle 34 des Lagers ist z.B. über
eine Schraubverbindung oder Nieten mit dem Käfig 33 verbunden.The
In Fig. 1 ist die Achse 10 die Drehachse des Drehstabs. Der
Käfig 33 der Fig. 3 kann auch in Fig. 1 der Lagerhebel 11 des
Ankers 7 sein. Der Anker 37 ist z.B. in den Käfig 33
eingenietet. In der Figur 3 sind rechts und links neben der
Lagerwelle 34 die Nietzapfen zu erkennen.In Fig. 1, the
In der Figur 1 ist mit den Anker 7 oder dem Lagerhebel 11 eine
Betätigungsstange 12 über ein Lager 13 drehbar verbunden, die
ihrerseits über ein Koppelglied 15 mit z.B. einem Ventilstößel
16 verbunden ist. Hierdurch sind die Querkräfte bei der
Hubbewegung gering. Beim Beispiel der Fig. 1 ist unterstellt,
daß der Drehstab (in Achse 10) die Nullstellung des Ankers
selbst bewirkt, d.h. die gesamten Federkräfte aufbringt.In Figure 1 is with the
Fig. 2 entspricht Fig. 1 mit dem Unterschied, daß hier die
Rückstellkräfte von dem Federstab 20 und einer
Ventilrückstellfeder 32 gebildet werden und bei einer
bestimmten Auslenkung in jeder Richtung eine weitere
Federkraft erhöht. In Fig. 2 ist diese zusätzliche
Rückstellkraft durch ein am rechten Ende eingespanntes
Blattfederpaar 23/24 und eine Verlängerung 25 des Ankers 21
realisiert, die ab einer bestimmten Auslenkung zusätzlich eine
der Blattfedern 23 oder 24 verbiegen muß. Dies zeigt auch Fig.
3 in anderer Ansicht.Fig. 2 corresponds to Fig. 1 with the difference that here the
Restoring forces from the
Die Fig. 4 zeigt ausgezogen den Verlauf der Summe der in Fig. 2 und 3 gezeigten Zwei-Stufen-Rückstellfeder. Diese Zwei-Stufen-Feder hat den Vorteil, daß die Federcharakteristik besser dem Magnetkraftverlauf FM angepaßt ist. Daher kann das System bereits aus der Ruhelage ohne den üblichen Anschwingvorgang 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. 4 shows the course of the sum of the 2 and 3 shown two-stage return spring. This two-stage spring has the advantage that the spring characteristic is better adapted to the magnetic force curve FM. Therefore, it can System already from the rest position without the usual Start-up process to be moved to the end position. About that In addition, the steep spring characteristic of the second one Spring a correspondingly high deceleration of the opposite end position arriving anchor, which is significant contributes to damping and position control. Continue wearing the possible high final force of the spring to a high Initial acceleration and thus quick valve opening.
Beim Ausführungsbeispiel der Fig. 5 ist zur Lagerung eines
Ankers 50 ein Drehstab 52 vorgesehen, der dem Drehstab 20 der
Fig. 2 entspricht. Der Drehstab 52 ist mittels eines
Lagerhebels 51 mit dem Anker 50 verbunden, so daß der Anker
durch zwei Elektromagnete (Magnetkreis 53 und 55 und
Wicklungen 54 und 56) nach oben oder unten bewegt werden kann.
Auch hier erzeugt der Drehstab beide Federkräfte.5 is for storing a
Anchor 50 a
An dem Lagerhebel 51 ist eine Betätigungsstange 57 angelenkt,
die mittels einer Überhubfeder 58 mit einem Ventilstößel 59
verbunden ist. Durch diese Überhubfeder 58 wird das Ventil bei
einer Ankerbewegung mitbewegt.An
Durch die Verwendung der Überhubfeder 58 wird gegenüber der
direkten Ankopplung z.B. entsprechend Fig. 1 eine große
Belastung des Ventilsitzes durch die Massenkraft von Ventil
und Anker vermieden.By using the
Auch wird hierdurch eine bessere Endlagenregelung ermöglicht. Auch werden hier kurzzeitige Ventilöffnungen durch eine Regelung am Anschlag vermieden.This also enables better end position control. Here too, brief valve openings are caused by a Avoid regulation at the stop.
Auf dem Magnetkreis 53 und dem Magnetkreis 55 sind außer den
Wicklungen 54 und 56 noch weitere Haltewicklungen 60 und 61
angeordnet, die den Anker 50 während ihrer Ansteuerung in der
entsprechenden Endstellung halten.On the
Die Fig. 6 unterscheidet sich von Fig. 5 insbesondere dadurch,
daß der Anker 70 in seinen Endstellungen durch eine Rastrolle
71 und nicht durch einen Haltestrom gehalten wird. Die
Rastrolle 71, die in Fig. 6 unter einer mit dem Anker 70
verbundenen Rastplatte 72 eingerastet ist, wird zum Auslösen
der Ankerbewegung nach unten durch einen Rastmagneten 73 und
eine damit verbundene um eine Achse 74 drehbare Wippe 75, an
der die Rastrolle gelagert ist, aus der Einrastung heraus
bewegt. 6 differs from FIG. 5 in particular in that
that the
Die Drehfedern beschleunigen nun den Anker 70 nach unten und
ein Stromimpuls auf die untere Spule bringt den Anker
schließlich in die andere Endstellung. Dabei rollt die an der
Halterung 74 gelagerte Rastrolle entlang der Rastplatte 72 bis
sie in der anderen Endstellung wieder einrastet. Der
Rastmagnet 73 und die Halterung 75 werden durch eine gegen die
Kraft des Rastmagneten gerichtete nicht gezeichnete Feder in
der gezeichneten Stellung gehalten.The torsion springs now accelerate the
In den beiden Fig. 5 und 6 ist die Betätigungsstange 57 nicht
direkt an dem Anker 50 sondern an dem Lagerhebel 51 angelenkt.
Hierdurch sind die Wege des Ankers und des Ventils
unterschiedlich. Das Ende der Betätigungsstange 57 liegt in
der Mittelstellung auf dem Ventilschaftkopf auf.5 and 6, the actuating
In der Fig. 6 ist unterstellt, daß der Motor warm ist. Der
Restluftspalt 76 ist hier klein, weil die Überhubfeder ohne
Anschlag eine entsprechende Ankerbewegung unabhängig von der
Ventilausdehnung zuläßt, so daß die Rastrolle 71 einrastet.In Fig. 6 it is assumed that the engine is warm. The
In Fig. 5 ist dagegen ein kalter Motor unterstellt. Hier wird
die Überhubfeder 58 wirksam, die nach dem Schließen des
Ventils 59 aufgebogen wird und bei großen Gaskräften infolge
der Magnetkraft auf den Anschlag gedrückt wird. Hier verbleibt
ein größerer Restluftspalt 67, der abhängig ist von
Ventilausdehnung und Ventilverschleiß.5, however, a cold engine is assumed. Here will
the
In den Figuren 7 ist die Überhubfeder, ihre Befestigung und
der Anschlag detailliert herausgezeichnet, wobei Fig. 7b eine
Seitenansicht und Fig. 7a eine Ansicht von rechts gesehen
zeigt. Die Betätigungsstange ist mit 87, der Ventilschaft mit
89 bezeichnet. Die Überhubfeder 88 ist mit der
Betätigunqsstange 87 verbunden und greift gabelförmig in eine
Nut des Ventilstößels 89. In Fig.-7b ist im oberen Teil der
z.B. eingeschweißte Anschlag (85,86) zu sehen. Die Teile 85,
86, 87 können aus einem Stück bestehen. In Figures 7, the over-travel spring, its attachment and
the stop drawn out in detail, Fig. 7b a
Side view and Fig. 7a a view seen from the right
shows. The operating rod is at 87, the valve stem at
Designated 89. The
Beim Aufbiegen der Überhubfeder 88 kommt die Gabel der
Überhubfeder mit den unteren Enden der Teile 85 und 86 auf
Anschlag, so daß ein weiteres Aufbiegen nicht mehr möglich
ist.When the
Mit eingezeichnet ist ein federndes gabelförmiges
Zentrierglied 84, das die Betätigungsstange 87 auf den
Ventilschaft 89 zentriert.Drawn in is a resilient fork-shaped
Centering
In Fig. 8 ist angedeutet, daß man die Überhubfeder redundant aus zwei Federn 90 herstellen kann.In Fig. 8 it is indicated that the overtravel spring is redundant can produce 90 from two springs.
Schließlich ist in Fig. 9 eine Feder 98 mit einer Umhüllenden
99 dargestellt, die als Fangblech wirkt und bewirkt, daß bei
einem Bruch der Überhubfeder 93 das Ventil über den Anschlag
in die Schließendstellung gefahren werden kann ohne Auftreffen
auf den Kolben.Finally, in Fig. 9 is a
Die Verwendung einer redundanten Feder 90 bringt hohe
Zuverlässigkeit. Die Verwendung der umhüllenden Feder
ermöglicht in einem Notbetrieb das Schließen und Stillegen das
Ventils.The use of a
Die Überhubfeder kann wie in Fig. 10 gezeigt auch zwischen der
Betätigungsstange 107 und dem Verbindungsteil 101 angeordnet
sein. Der Anschlag wird hier durch einen Stift 103 und ein
Langloch 102 bewirkt. Die Fig. 10 zeigt noch eine
Verstellschraube 104, mit der der Abstand, d.h. das
Ventilspiel zwischen Betätigungsstange und Ventilstößel, deren
Kopplung hier steif ist, eingestellt werden kann.The overtravel spring can, as shown in FIG. 10, also between the
Fig. 11 zeigt ein Beispiel, bei dem wieder die
Betätigungsstange 117 über eine Feder 118 mit dem Lagerhebel
111 verbunden ist. Die Feder 118 ist hier eine
Blatt/Biegefeder. Dadurch ist ein verschleißloses Gelenk
möglich, wobei für die Biegefeder 118 ein Knickschutz
vorgesehen werden kann. Fig. 11 shows an example in which the
Alternativ zu Fig. 11 könnte die Betätigungsstange 117 mittels
eines Blattfedergelenks am Lagerhebel 111 angelenkt sein.As an alternative to FIG. 11, the
Anhand der Fig. 5, 6, 10 und 11 wurde aufgezeigt, daß man die Betätigungsstange zwischen Drehzentrum und Ankerzentrum anlenken kann.5, 6, 10 and 11 it was shown that the Operating rod between the turning center and the anchor center can articulate.
Dies hat zum Ziel, die Antriebskraft des elektromagnetischen Antriebs zu erhöhen, um entweder diese höhere Kraft auszunutzen oder um bei gleichbleibender Kraft die Magnete zu verkleinern.The aim of this is the driving force of the electromagnetic Drive increase to either this higher force or to use the magnets while maintaining the same force out.
Diese Auslegung ist von besonderem Vorteil für die Reduzierung der beweglichen Massen, bei denen der Anker einen relativ großen Anteil hat. Hier reduziert sich linear mit steigenden Hebelverhältnis die effektive Masse.This design is particularly advantageous for the reduction the moving masses, where the anchor is a relative has a large share. Here it decreases linearly with increasing Leverage ratio the effective mass.
Hierbei wird das Übersetzungsverhältnis ausgenutzt. Diese Ausbildung ist insbesondere bei Anwendung des elektromagnetischen Antriebs zur Ventilsteuerung von Verbrennungsmotoren von Vorteil, weil dort die große Kraft in den Endlagen gebraucht wird und der Luftspalt des Ankers nicht dominant ist.The gear ratio is used here. This Training is particularly important when using the electromagnetic actuator for valve control of Internal combustion engines are an advantage because of the great power in them the end positions and the air gap of the armature is not is dominant.
In Fig. 12 ist der Drehstab schematisch bei 120 gezeigt. Der
Lagerhebel 121 ist als eine Linie dargestellt; der Anker trägt
das Bezugszeichen 122, die Betätigungsstange das Bezugszeichen
123. Die Betätigungsstange 123 ist nunmehr im Abstand 11 vom
Lagerpunkt 120 mit dem Lagerhebel 121 verbunden, während das
Zentrum des Ankers hiervon um 12 entfernt ist. Die Magnetkraft
FM ist als Pfeil 124 eingezeichnet. Die auf die
Betätigungsstange 123 einwirkende Kraft FR errechnet sich zu:
In Fig. 2 wurden die auf den Anker wirkenden Federkräfte durch
die Drehstabfeder 20 und die Feder 22 erzeugt. Es ist jedoch
auch möglich, den Drehstabfederkräften zwei gegeneinander
gerichtete Drehfederkräfte zu überlagern, um höhere
Rückstellkräfte zu erzeugen.In Fig. 2, the spring forces acting on the armature were by
the
Der oben beschriebene elektromagnetische Antrieb kann zum Antreiben eines Gaswechsel-Ventils oder eines anderen vergleichbaren Ventils eingesetzt werden. Auch kann damit eine Pumpe angetrieben werden, wobei der Ventilstößel durch einen Pumpenkolben ersetzt wird.The electromagnetic drive described above can Driving a gas exchange valve or another comparable valve can be used. One can also use it Pump driven, the valve lifter by a Pump piston is replaced.
Aber auch sein Einsatz bei Getrieben ist möglich, weil auch dort eine schnelle Umschaltung von der einen in die andere Stellung mit hoher Kraft erwünscht ist. Auch bei sonstigen Anwendungen mit ähnlichen Voraussetzungen ist die Erfindung einsetzbar.But it can also be used in gearboxes because it is there a quick switch from one to the other Position with high strength is desired. Also with others Applications with similar requirements is the invention used.
Claims (21)
- Electromagnetic valve mechanism with two electromagnets (1, 2) and with an anchor running on bearings, able to move to and fro between the pole faces which when one of the electromagnets is switched on is brought to one of the two end positions, whereby a valve of a combustion engine is operated as a result of the movement of the electro-magnetically controllable anchor (7, 27, 37, 50, 70) and whereby a lever (11, 21, 33, 51) linked at one end directly supports the anchor (7, 27, 37, 50) without any intermediate part, characterized in that the anchor (7, 27, 37, 50) when the electromagnets (1, 2) are switched off is brought by spring force into an intermediate position and held there, and that the lever (11, 21, 33, 51) is connected with a torque rod or tube (10, 20, 30) and the link of an operating element (12, 22, 57) allows it to turn on the anchor (7, 27, 37, 50, 70) or on the lever (11, 21, 33, 51) and that this operating element (12, 22, 57) acts on the valve and that the two poles in each case of one electromagnet (1, 2) in each case form an end position for the anchor or lever.
- Electromagnetic mechanism according to claim 1, characterized in that the lever forms a frame or cage (33) which surrounds the electro-magnetically controllable anchor.
- Electromagnetic mechanism according to one of the above claims, characterized in that the torque (30) is held in a support bearing (32).
- Electromagnetic mechanism according to one of the above claims, characterized in that the torque rod axis is arranged vertically to the movement direction of the driven part (59).
- Electromagnetic mechanism according to one of the above claims, characterized in that the rotary rod (10, 20) is the only bearing for the lever (11, 21).
- Electromagnetic mechanism according to claim 5, characterized in that the operating element (12) is fastened to the anchor (7).
- Electromagnetic mechanism according to claim 6, characterized in that the operating element (57) is fastened to the lever (51) between the lever bearing (52) and the anchor (50).
- Electromagnetic mechanism according to one of the above claims, characterized in that the link of the operating element (12, 22, 57) allows it to turn by means of a roller bearing (29) on the anchor (7, 27, 37, 50, 70) or on the lever (11, 21, 33, 51).
- Electromagnetic mechanism according to one of the above claims, characterized in that a spring element (88) is provided to connect the operating element (87) and the element to be driven (89).
- Electromagnetic mechanism according to claim 9, characterized in that at least one other spring lies parallel to the spring element (90).
- Electromagnetic mechanism according to claim 9, characterized in that to the spring element (90) is an over lifting spring.
- Electromagnetic mechanism according to claim 11, characterized in that the over lifting spring (98) comprises a sheathe spring (99).
- Electromagnetic mechanism according to one of claims 11 or 12, characterized in that a stop (85, 86) is provided for maximum compression of the over lifting spring (88).
- Electromagnetic mechanism according to one of the above claims, characterized in that a centering element (84) is provided for aligning the operating element (87) to the valve shaft (89).
- Electromagnetic mechanism according to one of the above claims, characterized in that a spring element (108) is arranged between the lever (101) and the operating element (107).
- Electromagnetic mechanism according to claim 15, characterized in that the spring element (108) is designed as over lifting spring.
- Electromagnetic mechanism according to claim 15, characterized in that the spring element is designed as spiral spring (118).
- Electromagnetic mechanism according to one of the above claims, characterized in that at least one additional spring force pair (24, 25) reinforcing the reset action is effective after a certain excursion of the electro-magnetically controllable part (27) out from the intermediate position.
- Electromagnetic mechanism according to one of the above claims, characterized in that the operating element (107) comprises an adjustment screw (104) to adjust its length.
- Electromagnetic mechanism according to one of the above claims, characterized in that the anchor (70) is held firm in the end positions by mechanical locking (71 to 75) which is electro-magnetically controllable.
- Electromagnetic mechanism according to one of the above claims, characterized in that the anchor (50) can be held firm in the end positions by electromagnetic retaining excitation (60, 61)
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