EP1288481B1 - Elektromagnetischer Stellantrieb - Google Patents
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- F02M26/00—Engine-pertinent apparatus for adding exhaust gases to combustion-air, main fuel or fuel-air mixture, e.g. by exhaust gas recirculation [EGR] systems
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- F02M26/65—Constructional details of EGR valves
- F02M26/66—Lift valves, e.g. poppet valves
Definitions
- the invention relates to an electromagnetic actuator, in particular for use in valves in the automotive sector, such.
- an electromagnetic actuator in particular for use in valves in the automotive sector, such.
- As exhaust gas recirculation valves, secondary air valves, etc. comprising a housing having an electrical connector, a yoke, a bobbin, a guide member, a magnetic core and an armature member which cooperates with a valve actuator comprises.
- Such an actuator is known for example from DE -A1 - 198 31 140 in conjunction with an exhaust gas recirculation valve.
- a cylindrical armature member acts as a linear magnet, which moves when energizing the bobbin, the valve closing member via a thus operatively connected valve actuator in an open position of the exhaust gas recirculation valve.
- the valve closing member is moved by means of a spring which acts on the valve actuator, in a closed position of the exhaust gas recirculation valve.
- valves in the automotive sector such.
- exhaust gas recirculation valves, secondary air valves, etc. it may come through the high thermal loads, as well as environmental influences to bonds, icing, etc. of the valve closure member.
- the valve can then no longer open and a functional fulfillment is then no longer guaranteed. This then results in most cases, a costly repair or replacement of the respective valve.
- the invention is therefore based on the object o. G. To avoid disadvantages.
- the anchor member has a first and a second anchor member, wherein the second anchor member is disc-shaped and is mounted in the non-energized state of the actuator by an air gap spaced from the first anchor member.
- the second anchor element acts on energizing the bobbin as a plate magnet, which abruptly attracts the first anchor element and in this way exerts a substantially increased opening force on the valve closure member.
- these act together as an anchor member in the manner of a linear magnet, which opens the valve closure member in a known manner.
- the same function can be ensured with a smaller coil. It has proven to be particularly advantageous that with an appropriate design of the bobbin, the magnetic core and the anchor elements of the air gap between 0.1 mm and 2.0 mm.
- a particularly simple design of the electromagnetic actuator is obtained when the valve actuator is positively or non-positively connected to the first anchor member.
- a sleeve member which is positively or non-positively connected to the second anchor member and movably mounted in the magnetic core, wherein the valve actuator slidably passes through the sleeve member, a particularly simple and compact construction of the electromagnetic actuator is realized.
- the sleeve member has an extension piece which rests in the initial position of the second anchor member against the underside of the magnetic core, the second anchor member is defined in a certain initial position in the de-energized state.
- a bearing bush for the movable mounting of the anchor member may be arranged in the guide element and in the magnetic core, which magnetically isolated at the same time the anchor elements.
- the invention relates to a valve with an electromagnetic actuator, wherein the valve actuator is in operative connection with a guided in a valve housing valve closure member, which in turn is connected via a coupling piece with the sleeve member, wherein a return spring acts on the coupling piece and is supported in the valve housing, such that the valve actuator, the valve closure member and the sleeve member are biased against the direction of movement in the de-energized state.
- FIG. 1 shows an electromagnetic actuator 1, which is particularly suitable for use in valves in the automotive sector, such.
- B exhaust gas recirculation valves, secondary air valves, etc.
- the electromagnetic actuator consists essentially of a housing 2 with an electrical connector 3, via which the actuator is energized and controlled.
- a magnetic yoke 4, a bobbin 5, a guide element 6, a magnetic core 7 and an armature element 8, which in the present embodiment consists of two anchor elements 9 and 10, are arranged in the housing.
- a bearing bush 11, 12 are respectively provided in the guide element and in the magnetic core.
- the first anchor element 9 is biased by means of a compression spring 13, which is supported on the housing 2 in a known manner in the direction of movement.
- the valve actuator 14 which is operatively connected to a valve closure member 15 shown in Figure 4, is connected to the first anchor member 9, for example by a screw connection. Furthermore, the valve actuator 14 extends through a sleeve 16 and is movably mounted in this sleeve 16 in the longitudinal direction.
- the sleeve 16 has an extension piece 17 which rests against the underside of the magnetic core 7.
- the second anchor member 10 is attached. The sleeve 16 itself is slidably mounted in the magnetic core 7 in the longitudinal direction.
- the first anchor element 9 and the second anchor element 10 are spaced apart by an air gap with the width of 0.5 mm. Furthermore, the underside of the valve actuator extends 0.5 mm beyond the bottom of the extension piece 17 of the sleeve 16 addition.
- Figure 2 shows the electromagnetic actuator 1 of Figure 1 shortly after the onset of energization of the bobbin 5.
- the second anchor member 10 which acts as a plate magnet due to its disc-shaped design, attracts the first armature element 9 with a very high magnetic force, and thus obtains a stroke of Valve actuator 14 of 0.5 mm at a much higher opening force than a Hubvor ein as a linear magnet.
- the armature member 8 consisting of the opposing armature elements 9 and 11, acts as a linear magnet, wherein the Hubvorwolf by the valve actuator 14 takes place together with the sleeve 16, as shown in Figure 3.
- FIG. 4 now shows an exhaust gas recirculation valve in a sectional view with the actuator 1 according to the invention.
- the exhaust gas recirculation valve 18 has a valve housing 19 which, in a known manner, supports the valve closing member 15, which in turn interacts with a valve seat 20 known per se.
- a return spring 21, which is supported in the valve housing 19, is biased against a coupling piece 22.
- the housing 2 and the valve housing 19 are connected to each other in the present embodiment by a rolled sheet metal ring 23.
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Description
- Die Erfindung betrifft einen elektromagnetischen Stellantrieb, insbesondere zum Einsatz bei Ventilen im Kfz-Bereich, wie z. B. Abgasrückführventile, Sekundärluftventile, etc., mit einem Gehäuse, das einen elektrischen Anschlußstecker, ein Magnetjoch, einen Spulenkörper, ein Führungselement, einen Magnetkern und ein Ankerorgan, das mit einem Ventilstellglied zusammenwirkt, aufweist.
- Ein derartiger Stellantrieb ist beispielsweise aus der DE -A1 - 198 31 140 in Verbindung mit einem Abgasrückführventil bekannt. Dabei wirkt ein zylinderförmiges Ankerorgan als Linearmagnet, der bei Bestromung des Spulenkörpers das Ventilschließglied über ein damit in Wirkverbindung stehendes Ventilstellglied in eine Offen-Stellung des Abgasrückführventiles bewegt. Bei Unterbrechung der Bestromung des Spulenkörpers wird das Ventilschließglied mittels einer Feder, die auf das Ventilstellglied wirkt, in eine Zu-Stellung des Abgasrückführventiles zurück bewegt.
- Insbesondere bei Ventilen im Kfz-Bereich, wie z. B. Abgasrückführventile, Sekundärluftventile, etc. kann es durch die hohen thermischen Belastungen, sowie durch Umwelteinflüsse zu Verklebungen, Vereisungen, etc. des Ventilschließgliedes kommen. Das Ventil läßt sich dann nicht mehr öffnen und eine Funktionserfüllung ist dann nicht mehr gewährleistet. Dies hat dann in den meisten Fällen eine kostenintensive Reparatur oder einen Austausch des jeweiligen Ventils zur Folge.
- Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, die o. g. Nachteile zu vermeiden.
- Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das Ankerorgan ein erstes und ein zweites Ankerelement aufweist, wobei das zweite Ankerelement scheibenförmig ausgebildet ist und im nichtbestromten Zustand des Stellantriebes durch einen Luftspalt beabstandet vom ersten Ankerelement gelagert ist.
- Auf diese Weise wirkt das zweite Ankerelement bei Bestromung des Spulenkörpers als Plattenmagnet, der das erste Ankerelement schlagartig anzieht und auf diese Weise eine wesentlich erhöhte Öffnungskraft auf das Ventilschließglied ausübt. Nachdem das erste Ankerelement gegen das zweite Ankerelement anliegt, wirken diese zusammen als ein Ankerorgan in der Art eines Linearmagneten, der das Ventilschließglied auf bekannte Weise öffnet. Damit kann die gleiche Funktion mit einer kleineren Spule gewährleistet werden. Als besonders vorteilhaft hat es sich erwiesen, daß bei entsprechender Auslegung des Spulenkörpers, des Magnetkerns und der Ankerelemente der Luftspalt zwischen 0,1 mm und 2,0 mm beträgt. Eine besonders einfache Konstruktion des elektromagnetischen Stellantriebes ergibt sich, wenn das Ventilstellglied form- oder kraftschlüssig mit dem ersten Ankerelement verbunden ist. Dadurch, daß ein Hülsenelement vorgesehen ist, das form- oder kraftschlüssig mit dem zweiten Ankerelement verbunden ist und beweglich im Magnetkern gelagert ist, wobei das Ventilstellglied verschiebbar durch das Hülsenelement hindurchreicht, wird eine besonders einfache und kompakte Bauweise des elektromagnetischen Stellantriebes realisiert. Dadurch, daß das Hülsenelement ein Ansatzstück aufweist, das in Ausgangslage des zweiten Ankerelementes gegen die Unterseite des Magnetkerns anliegt, ist das zweite Ankerelement in einer bestimmten Ausgangsposition im unbestromten Zustand definiert.
- Auch hat es sich als vorteilhaft erwiesen, daß die Unterseite des Ventilstellgliedes mit dem Ansatzstück abschließt oder darüber hinausreicht, um mit einem geringen Stellweg des Ventilstellgliedes ein Öffnen des Ventilschließgliedes zu gewährleisten. Um eine einwandfreie Führung des Ankerorgans und die nötige magnetische Isolierung zu gewährleisten, können im Führungselement und im Magnetkern eine Lagerbuchse zur beweglichen Lagerung des Ankerorgans angeordnet sein, die gleichzeitig die Ankerelemente magnetisch isoliert.
- Darüber hinaus betrifft die Erfindung ein Ventil mit einem elektromagnetischen Stellantrieb, wobei das Ventilstellglied in Wirkverbindung mit einem in einem Ventilgehäuse geführten Ventilschließglied steht, das wiederum über ein Kopplungsstück mit dem Hülsenelement verbunden ist, wobei eine Rückstellfeder auf das Kopplungsstück wirkt und im Ventilgehäuse abgestützt ist, derart, daß das Ventilstellglied, das Ventilschließglied und das Hülsenelement gegen die Bewegungsrichtung im unbestromten Zustand vorgespannt sind.
- Eine vorteilhafte Ausführung der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt, hierin zeigt:
- Figur 1
- eine Schnittansicht des erfindungsgemäßen Stellantriebes im unbestromten Zustand,
- Figur 2
- eine Schnittansicht des erfindungsgemäßen Stellantriebes im bestromten Zustand nach Anschlag des ersten Ankerelementes an das zweite Ankerelement im bestromten Zustand,
- Figur 3
- eine Schnittansicht des erfindungsgemäßen Stellantriebes im bestromten Zustand kurz vor Erreichen des Maximal-Hubes, und
- Figur 4
- eine Schnittansicht eines erfindungsgemäßen Ventils in Offen-Stellung.
- Figur 1 zeigt einen elektromagnetischen Stellantrieb 1, der besonders geeignet ist zum Einsatz bei Ventilen im Kfz-Bereich, wie z. B. Abgasrückführventile, Sekundärluftventile etc. Der elektromagnetische Stellantrieb besteht im wesentlichen aus einem Gehäuse 2 mit einem elektrischen Anschlußstecker 3, über den der Stellantrieb bestromt und gesteuert wird. In dem Gehäuse sind des weiteren auf bekannte Weise ein Magnetjoch 4, ein Spulenkörper 5, ein Führungselement 6, ein Magnetkern 7 und ein Ankerorgan 8, das im vorliegenden Ausführungsbeispiel aus zwei Ankerelementen 9 und 10 besteht, angeordnet. Zur Führung des Ankerorgans 8 sind jeweils im Führungselement und im Magnetkern eine Lagerbuchse 11, 12 vorgesehen. Das erste Ankerelement 9 ist mittels einer Druckfeder 13, die sich am Gehäuse 2 auf bekannte Weise in Bewegungsrichtung abstützt, vorgespannt.
- Das Ventilstellglied 14, das mit einem in Figur 4 dargestellten Ventilschließglied 15 in Wirkverbindung steht, ist mit dem ersten Ankerelement 9, beispielsweise durch eine Schraubenverbindung, verbunden. Des weiteren reicht das Ventilstellglied 14 durch eine Hülse 16 hindurch und ist in dieser Hülse 16 in Längsrichtung beweglich gelagert. Die Hülse 16 weist ein Ansatzstück 17 auf, das gegen die Unterseite des Magnetkernes 7 anliegt. Auf der gegenübergelegenen Seite der Hülse 16 ist das zweite Ankerelement 10 befestigt. Die Hülse 16 an sich ist im Magnetkern 7 verschiebbar in Längsrichtung gelagert.
- Im vorliegenden Ausführungsbeispiel sind das erste Ankerelement 9 und das zweite Ankerelement 10 durch einen Luftspalt mit der Breite 0,5 mm voneinander beabstandet. Des weiteren reicht die Unterseite des Ventilstellgliedes 0,5 mm über die Unterseite des Ansatzstückes 17 der Hülse 16 hinaus.
- Figur 2 zeigt den elektromagnetischen Stellantrieb 1 aus Figur 1 kurz nach Einsetzen der Bestromung des Spulenkörpers 5. Das zweite Ankerelement 10, das aufgrund seiner scheibenförmigen Ausführung als Plattenmagnet wirkt, zieht das erste Ankerelement 9 mit sehr hoher Magnetkraft an, und erwirkt damit einen Hub des Ventilstellgliedes 14 von 0,5 mm bei einer wesentlich höheren Öffnungskraft als bei einer Hubvorstellung als Linearmagnet.
- Im weiteren Verlauf des bestromten Zustandes wirkt nun das Ankerorgan 8, bestehend aus den gegeneinander anliegenden Ankerelementen 9 und 11, als Linearmagnet, wobei die Hubvorstellung durch das Ventilstellglied 14 zusammen mit der Hülse 16 erfolgt, wie in Figur 3 dargestellt.
- Figur 4 zeigt nun ein Abgasrückführventil in Schnittansicht mit dem erfindungsgemäßen Stellantrieb 1. Das Abgasrückführventil 18 weist ein Ventilgehäuse 19 auf, das auf bekannte Weise das Ventilschließglied 15 lagert, das wiederum mit einem an sich bekannten Ventilsitz 20 zusammenwirkt. Eine Rückstellfeder 21, die sich im Ventilgehäuse 19 abstützt, ist gegenüber einem Kopplungsstück 22 vorgespannt. Das Kopplungsstück 22, das auch als Federelement ausgeführt sein kann, verbindet das Hülsenelement 16 mit dem Ventilschließglied 15. Demnach wirkt die Rückstellfeder 21 auf das Kopplungsstück 22 und damit auf das Hülsenelement 16, das Ventilschließglied 15 und das Ventilstellglied 14, die auf diese Weise im unbestromten Zustand in die Ausgangsstellung zurück bewegt werden. Das Gehäuse 2 und das Ventilgehäuse 19 sind im vorliegenden Ausführungsbeispiel durch einen umgerollten Blechring 23 miteinander verbunden.
Claims (8)
- Elektromagnetischer Stellantrieb, insbesondere zum Einsatz bei Ventilen im KFZ-Bereich, wie zum Beispiel Abgasrückführventile, Sekundärluftventile, etc., mit einem Gehäuse (2), das einen elektrischen Anschlußstecker (3), ein Magnetjoch (4), einen Spulenkörper (5), ein Führungselement (6), einen Magnetkern (7) und ein Ankerorgan (8), das mit einem Ventilstellglied (15) zusammenwirkt, aufweist, wobei das Ankerorgan (8) ein erstes und ein zweites Ankerelement (9, 10) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Ankerelement (10) scheibenförmig ausgebildet ist und im nicht bestromten Zustand des Stellantriebes durch einen Luftspalt beabstandet vom ersten Ankerelement (9) gelagert ist-, derart, dass bei Bestromung des Spulenkörpers (5) als Plattenmagnet wirkt, der das erste Ankeretement (9) schlagartig anzieht und auf diese Weise eine wesentlich erhöhte Öffnungskraft auf das Ventilschließglied (14) ausübt.
- Elektromagnetischer Stellantrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Luftspalt vorzugsweise zwischen 0,1mm und 2,0mm beträgt.
- Elektromagnetischer Stellantrieb nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventilstellglied (14) form- oder kraftschlüssig mit dem ersten Ankerelement (9) verbunden ist.
- Elektromagnetischer Stellantrieb nach einem der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß ein Hülsenelement (16) vorgesehen ist, das form- oder kraftschlüssig mit dem zweiten Ankerelement (10) verbunden ist und beweglich im Magnetkern (7) gelagert ist, wobei das Ventilstellglied (14) verschiebbar durch das Hülsenelement (16) hindurchreicht.
- Elektromagnetischer Stellantrieb nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Hülsenelement (16) ein Ansatzstück (17) aufweist, das in Ausgangslage des zweiten Ankerelementes (10) gegen die Unterseite des Magnetkerns (7) anliegt.
- Elektromagnetischer Stellantrieb nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Unterseite des Ventilstellgliedes (14) mit dem Ansatzstück (17) abschließt oder darüber hinausreicht.
- Elektromagnetischer Stellantrieb nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß im Führungselement (6) und im Magnetkern (7) eine Lagerbuchse (11, 12) zur beweglichen Lagerung des Ankerorgans (8) angeordnet ist, die gleichzeitig die Ankerelemente (9, 10) magnetisch isoliert.
- Ventil mit einem elektromagnetischen Stellantrieb nach einem der Ansprüche 4 - 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventilstellglied (14) in Wirkverbindung mit einem in einem Ventilgehäuse (19) geführten Ventilschließglied (15) steht, das wiederum über ein Kopplungsstück (22) mit dem Hülsenelement (16) verbunden ist, wobei eine Rückstellfeder (21) auf das Kopptungsstück (22) wirkt und im Ventilgehäuse (19) abgestützt ist, derart, daß das Ventilstellglied (14), das Ventilschließglied (15) und das Hülsenelement (16) gegen die Bewegungsrichtung im unbestromten Zustand vorgespannt sind.
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