WO1998042960A1 - Electromagnetic drive mechanism - Google Patents
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Abstract
The invention relates to an electromagnetic drive mechanism with a displaceably arranged part (7) that can be moved back and forth electromagnetically. Said part is brought into end positions by alternate exciting current switching. An element (16), specially a valve of an internal combustion engine, is driven by movement of the electromagnetically displaceable part (7). A hinged lever (11) located on the end thereof directly supports the electromagnetically displaceable part (7).
Description
Elektromagnetischer AntriebElectromagnetic drive
Die Erfindung betrifft einen elektromagnetischen Antrieb mit einem beweglich gelagerten, elektromagnetisch hin- und herbewegbaren Teil, das bei abwechselndem Einschalten der Erregerströme in Endstellungen gebracht wird, wobei durch die Bewegung des elektromagnetisch bewegbaren Teils ein Element, insbesondere ein Ventil eines Verbrennungsmotors angetrieben wird.The invention relates to an electromagnetic drive with a movably mounted, electromagnetically movable part which is brought into end positions when the excitation currents are switched on alternately, an element, in particular a valve, of an internal combustion engine being driven by the movement of the electromagnetically movable part.
Ein derartiger elektromagnetischer Antrieb ist aus der DE 3616540 AI 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 Betätigungsstange und damit der Anker sind mit Hilfe eines Wälzlagers getrennt gelagert.
Aus dem Gebrauchsmuster 66 06 789.8 und aus der GB-PS-1524322 sind elektromagnetische Vibrationsantriebe mit einer Federlagerung des Ankers bekannt.Such an electromagnetic drive is known from DE 3616540 AI. There, a lever indirectly driven by an armature is directly coupled to a valve to be driven. An actuating rod with lateral play is coupled between the articulation point of the lever, which is provided by a torsion spring, and the lever end, which actuates the valve stem, which is connected to and driven by the armature of the electromagnetic drive. The actuating rod and thus the armature are stored separately using a roller bearing. From the utility model 66 06 789.8 and from GB-PS-1524322 electromagnetic vibration drives with a spring bearing of the armature are known.
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.In the first-mentioned document, the armature is mounted on a leaf spring clamped on one side, in the other document, a torsion spring is provided for storage, on the non-clamped end of which a rotary anchor is fastened.
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 has for its object to provide an electromagnetic drive of the type mentioned, which has a very low bearing friction and can also be operated with lower power due to a reduction in moving masses and optimal power transmission.
Die Aufgabe wird dadurch gelöst, daß der elektromagnetische Antrieb einen an seinem Ende angelenkten Hebel aufweist, der das elektromagnetisch bewegbare Teil direkt trägt.The object is achieved in that the electromagnetic drive has a lever articulated at its end, which carries the electromagnetically movable part directly.
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, low-wear bearing with only low friction. This means that permanent oil lubrication is not required. In particular in that the lever is direct, i.e. Without an intermediate part, which carries the electromagnetically movable part, the acting forces are transmitted directly without connecting elements, which results in a mass reduction which results in a lower actuation power.
In einer bevorzugten Ausführung wird der Antrieb von zwei Elektromagneten gebildet, zwischen deren Polen durch abwechselndes Schalten der Erregerströme ein Anker als elektromagnetisch bewegbares Teil hin- und herbewegbar ist.
In einer alternativen Ausführung, die dem Funktionsprinzip eines Lautsprechers entspricht, ist der Antrieb durch einen Magnetkreis, insbesondere einen Permanetmagneten gebildet, in dessen Magnetfeld ein eine Spule aufweisendes Teil durch abwechselndes Schalten der Erregerströme als elektromagnetisch bewegbares Teil elektrodynamisch hin- und herbewegbar ist.In a preferred embodiment, the drive is formed by two electromagnets, between the poles of which an armature can be moved back and forth as an electromagnetically movable part by alternately switching the excitation currents. In an alternative embodiment, which corresponds to the functional principle of a loudspeaker, the drive is formed by a magnetic circuit, in particular a permanent magnet, in the magnetic field of which a part having a coil can be electrodynamically moved back and forth as an electromagnetically movable part by alternately switching the excitation currents.
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 mentioned in the subclaims, which are pointed out in connection with the description of the drawing.
Besonders vorteilhaft sind hierbei Konstruktionen mit den Merkmalen der Ansprüche 5 und 6, da hierbei das elektromagnetisch bewegbare Teil, also z.B. ein Anker ohne Leistungsaufnahme des Antriebs durch Federkräfte in einer Zwischenstellung gehalten wird.Constructions with the features of claims 5 and 6 are particularly advantageous here, since here the electromagnetically movable part, i.e. e.g. an armature is held in an intermediate position by spring forces without power consumption of the drive.
Eine besondere Gewichtsreduktion ergibt sich auch durch die ausschließliche Lagerung des Hebels mittels des Drehstabes nach Anspruch 9, woraus aufgrund einer Gewichtseinsparung ein verbesserter Wirkungsgrad des Antriebs resultiert.A special weight reduction also results from the exclusive mounting of the lever by means of the torsion bar according to claim 9, which results in an improved efficiency of the drive due to a weight saving.
Eine optimale Ausnutzung der wirkenden Kräfte ergibt sich bei einer Konstruktion entsprechend Anspruch lOff . 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 Hebelverhälnisse eine Untersetzung des Hubes z.B. des Ankers vor.Optimal utilization of the acting forces results in a construction according to claim 10. In particular, if this affects the element to be driven, e.g. a valve-acting actuator is attached between the lever bearing and the electromagnetically movable part, there is a reduction in the stroke due to the lever ratios e.g. of the anchor.
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.
Wegen der geringeren Magnetvolumina ist es möglich, den Magnetkreis im Bereich des Magnetjochs etwas größer zu dimensionieren, woraus vorteilhafterweise geringere Eisenverluste resultieren.Accordingly, the force required and the effective movable mass for moving a valve are reduced accordingly, so that the drive can be correspondingly smaller and lighter. Because of the smaller magnet volumes, it is possible to dimension the magnetic circuit somewhat larger in the area of the magnetic yoke, which advantageously results in lower iron losses.
Ebenfalls vorteilhafte Wirkungen ergeben sich bei Antrieben mit den Merkmalen der Ansprüche 14ff, wo zur Reduzierung der beweglichen Massen Betätigungsglied und anzutreibendes Element direkt miteinander gekoppelt sind oder nach den Ansprüchen 15ff, 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.Also advantageous effects result in drives with the features of claims 14ff, where the actuator and the element to be driven are coupled directly to one another to reduce the movable masses or according to claims 15ff, since then e.g. by an elastic element, e.g. a spring element valve and drive mass can be effectively decoupled from each other, which is advantageous due to the impact forces acting. The spring element can e.g. be designed as an overstroke spring with a stop, which limits the stroke of the valve or armature, for example controlled. By having a high magnetic force corresponding to the gas forces, e.g. higher gas forces can be handled with an exhaust valve.
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, the spring force in the closed state must be such that the force is greater than the gas force of the exhaust gas back pressure. This requirement means a considerable additional weight. In the case of a rigid coupling between armature and valve actuation, this briefly acting gas force can be compensated for by the magnetic force. This means considerable weight savings.
Eine beondere Variabilität und Einsatzmöglichkeit ergibt sich durch die Merkmale der weiteren Unteransprüche.A particular variability and possible application results from the features of the further subclaims.
Anhand der Zeichnung werden Ausführungsbeispiele der Erfindung näher erläutert.
Es zeigen :Exemplary embodiments of the invention are explained in more detail with reference to the drawing. Show it :
Fig. 1 eine Drehstablagerung eines Ankers in einemFig. 1 is a torsion bearing of an anchor in one
Antrieb mit zwei Elektromagneten,Drive with two electromagnets,
Fig. 2 und 3 eine Drehstablagerung in zwei Ansichten mit einer Zwei-Stufen-Rückstellfederkraft,2 and 3 is a torsion bar bearing in two views with a two-stage return spring force,
Fig. 4 ein Diagramm zur Darstellung der Zwei-Stufen-4 is a diagram showing the two-stage
Rückstellfederkraft gemäß den Fig. 2 und 3,Return spring force according to FIGS. 2 and 3,
Fig. 5 und 6 zwei Ausführungsbeispiele mit einer5 and 6 two embodiments with one
Überhubfeder,Overtravel spring,
Fig. 7,8 und 9 Details der Überhubfeder,7, 8 and 9 details of the overtravel spring,
Fig. 10 unterschiedliche Anordnungen einer ÜberhubfederFig. 10 different arrangements of an overtravel spring
Fig. 11 den Einsatz einer Biegefeder stattFig. 11 the use of a spiral spring instead
Überhubfeder,Overtravel spring,
Fig. 12 die gegebenen Hebelverhältnisse zurFig. 12 the given leverage ratios
Kraftoptimiertung,Power optimization,
Fig. 13 einen alternativen Antrieb mit einer in einemFig. 13 shows an alternative drive with one in one
Magnetfeld bewegten Spulenanordnung.Magnetic field moving coil arrangement.
In Fig. 1 wird eine erfindungsgemäße Torsionsfeder- (Drehstaboder 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.
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.In Fig. 1, a torsion spring (torsion bar or rotary tube) bearing according to the invention is shown in principle. With this storage, the masses to be accelerated are very small. A double magnetic drive is shown which consists of magnetic cores 1 and 2 with magnetic poles 3 and 4, windings 5 and 6 wound on the cores and an armature 7 which moves in the field of the magnets. When one of the electromagnets (1, 3, 5) or (2, 4, 6) is actuated, the armature 7 is drawn towards the magnetic poles 3 or 4 from the intermediate position shown (eg middle position).
Die Magnetpole 3 und 4 sind schräg ausgebildet, um an den Verlauf des um die Achse 10 gedrehten Ankers 7 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 magnetic poles 3 and 4 are formed obliquely in order to be adapted to the course of the armature 7 rotated about the axis 10. The detailed structure of the torsion bar can be seen in FIG. 3. A torsion bar 30 is rigidly clamped here at 31. At the free end there is a support bearing 32 which allows rotation, e.g. a needle bearing or plain bearing is provided. With the torsion bar 30, a bearing lever in the form of a cage 33 is connected, which in turn receives the armature 37. An actuating rod is also rotatably mounted on this cage 33 by means of a bearing 29. The shaft 34 of the bearing is e.g. connected to the cage 33 via a screw connection or rivets.
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 neber der Lagerwelle 34 die Nietzapfen zu erkennen.In Fig. 1, the axis 10 is the axis of rotation of the torsion bar. The cage 33 of FIG. 3 can also be the bearing lever 11 of the armature 7 in FIG. 1. The anchor 37 is e.g. riveted into the cage 33. In FIG. 3 the rivet pins can be seen to the right and left of the bearing shaft 34.
In der Figur 1 ist mit dem 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, an actuating rod 12 is rotatably connected to the armature 7 or the bearing lever 11 via a bearing 13, which in turn is connected via a coupling member 15 with e.g. a valve lifter 16 is connected. As a result, the lateral forces during the lifting movement are low. In the example of Fig. 1 it is assumed that the torsion bar (in axis 10) causes the armature itself to be zero, i.e. applies the entire spring force.
Fig. 2 entspricht Fig. 1 mit dem Unterschied, daß hier die Rückstellkräfte von dem Drehstab 20 und einer Ventilrückstellfeder 32 gebildet werden und bei einer bestimmten Auslenkung in jeder Richtung eine weitere Federkraft wirksam wird, die die Rückstellkraft aus der Endstellung
erhöht. In Fig. 2 ist diese zusätzliche Rückstellkraft durch ein am rechten Ende eingespanntes Blattfederpaar 23/24 und eine Verlängerung 25 des Ankers 27 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 are formed by the torsion bar 20 and a valve return spring 32 and with a certain deflection in each direction a further spring force is effective, which the restoring force from the end position elevated. In Fig. 2 this additional restoring force is realized by a leaf spring pair 23/24 clamped at the right end and an extension 25 of the armature 27, which must also bend one of the leaf springs 23 or 24 from a certain deflection. This is also shown in FIG. 3 in a different view.
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 two-stage return spring shown in FIGS. 2 and 3. This two-stage spring has the advantage that the spring characteristic is better adapted to the magnetic force curve FM. The system can therefore be moved from the rest position to the end position without the usual start-up process. In addition, the steep spring characteristic of the second spring brings about a correspondingly high braking of the armature arriving from the opposite end position, which contributes significantly to the damping and position control. Furthermore, the possible high final force of the spring contributes 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.In the embodiment of FIG. 5, a torsion bar 52 is provided for mounting an armature 50, which corresponds to the torsion bar 20 of FIG. 2. The torsion bar 52 is connected to the armature 50 by means of a bearing lever 51, so that the armature can be moved up or down by two electromagnets (magnetic circuit 53 and 55 and windings 54 and 56). Here, too, the torsion bar generates both spring forces.
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 actuating rod 57 is articulated on the bearing lever 51 and is connected to a valve tappet 59 by means of an overtravel spring 58. By means of this overtravel spring 58, the valve is also moved during an armature movement.
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.The use of the overtravel spring 58 makes it a large one compared to the direct coupling, for example according to FIG Load on the valve seat due to the inertia of the valve and armature avoided.
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. Short-term valve openings are also avoided here by regulating 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.In addition to the windings 54 and 56, further holding windings 60 and 61 are arranged on the magnetic circuit 53 and the magnetic circuit 55 and hold the armature 50 in the corresponding end position during its actuation.
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 the armature 70 is held in its end positions by a locking roller 71 and not by a holding current. The locking roller 71, which is locked in Fig. 6 under a locking plate 72 connected to the armature 70, is triggered to trigger the armature movement downwards by a locking magnet 73 and a rocker 75 connected thereto, about which an axis 74, on which the locking roller is mounted , moved out of the snap.
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 armature 70 downward and a current pulse on the lower coil finally brings the armature into the other end position. The locking roller mounted on the holder 74 rolls along the locking plate 72 until it engages again in the other end position. The locking magnet 73 and the holder 75 are held in the drawn position by a spring, not shown, directed against the force of the locking magnet.
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.
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.5 and 6, the actuating rod 57 is not articulated directly on the armature 50 but on the bearing lever 51. As a result, the paths of the armature and the valve are different. The end of the actuating rod 57 lies on the valve stem head in the central position. In Fig. 6 it is assumed that the engine is warm. The residual air gap 76 is small here because the overtravel spring allows a corresponding armature movement regardless of the valve extension without a stop, so that the locking roller 71 engages.
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. This is where the overtravel spring 58 takes effect, which is bent open after the valve 59 is closed and is pressed against the stop in the case of large gas forces due to the magnetic force. A larger residual air gap 67 remains here, which is dependent on valve expansion and valve wear.
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 Betätigungsstange 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.The overtravel spring, its attachment and the stop are drawn out in detail in FIGS. 7, FIG. 7b showing a side view and FIG. 7a showing a view from the right. The actuating rod is designated 87, the valve stem 89. The overtravel spring 88 is connected to the actuating rod 87 and engages in a fork-like manner in a groove of the valve tappet 89. In Fig. 7b, the e.g. welded stop (85.86) can be seen. The parts 85, 86, 87 can consist of one piece.
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. Mit eingezeichnet ist ein federndes gabelförmiges Zentrierglied 84, das die Betätigungsstange 87 auf den Ventilschaft 89 zentriert.When the overtravel spring 88 is bent open, the fork of the overtravel spring comes to a stop with the lower ends of the parts 85 and 86, so that a further upward bending is no longer possible. Also shown is a resilient fork-shaped centering element 84 which centers the actuating rod 87 on the valve stem 89.
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 can be made redundantly from two springs 90.
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 98 das Ventil über den Anschlag in die Schließendstellung gefahren werden kann ohne Auftreffen auf den Kolben.Finally, in Fig. 9 a spring 98 is shown with an envelope 99, which acts as a catch plate and causes that at If the overtravel spring 98 breaks, the valve can be moved into the closed end position via the stop without hitting the piston.
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 redundant spring 90 brings high reliability. The use of the enveloping spring enables the valve to be closed and shut down in an emergency.
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 Versteilschraube 104, mit der der Abstand, d.h. das Ventilspiel zwischen Betätigungsstange und Ventilstößel, deren Kopplung hier steif ist, eingestellt werden kann.As shown in FIG. 10, the overtravel spring can also be arranged between the actuating rod 107 and the connecting part 101. The stop is effected here by a pin 103 and an elongated hole 102. Fig. 10 also shows an adjusting screw 104 with which the distance, i.e. the valve clearance between the actuating rod and valve tappet, the coupling of which is stiff here, can be adjusted.
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.11 shows an example in which the actuating rod 117 is again connected to the bearing lever 111 via a spring 118. The spring 118 here is a leaf / spiral spring. A wear-free joint is thereby possible, and a kink protection can be provided for the bending spring 118.
Alternativ zu Fig. 11 könnte die Betätigungsstange 117 mittels eines Blattfedergelenks am Lagerhebel 111 angelenkt sein.As an alternative to FIG. 11, the actuating rod 117 could be articulated on the bearing lever 111 by means of a leaf spring joint.
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 actuating rod can be articulated between the center of rotation and the center of the anchor.
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.
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.The aim of this is to increase the driving force of the electromagnetic drive in order to either use this higher force or to reduce the magnets while the force remains the same. This design is particularly advantageous for reducing the moving masses, in which the armature has a relatively large proportion. Here the effective mass is reduced linearly with increasing lever ratio.
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 advantageous when using the electromagnetic drive for valve control of internal combustion engines because the great force is needed in the end positions and the air gap of the armature is not 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:12, 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 force FR acting on the actuating rod 123 is calculated as:
FR = FM 12 / 11FR = FM 12/11
Sie ist um das Übersetzungsverhältnis 12 /ll bei gleichbleibender Magnetgröße vergrößert.It is increased by the gear ratio 12 / ll with the magnet size remaining the same.
Abweichend von dem Antrieb der Fig. 1 kann auch ein elektrodynamischer Antrieb zum Einsatz kommen, wie er z.B. aus der Lautsprechertechnik bekannt ist. Hier wird die Erregerspule 130 des Systems durch einen Drehstab 131 entsprechend Fig. 13 federgelagert .In deviation from the drive of FIG. 1, an electrodynamic drive can also be used, e.g. is known from loudspeaker technology. Here, the excitation coil 130 of the system is spring-loaded by a torsion bar 131 according to FIG. 13.
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.2, the spring forces acting on the armature were generated by the torsion bar spring 20 and the spring 22. However, it is also possible to counteract the torsion bar spring forces two superimposed directional spring forces to generate higher restoring forces.
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 be used to drive a gas exchange valve or another comparable valve. It can also be used to drive a pump, the valve tappet being replaced by a pump piston.
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.
However, it can also be used in gearboxes because fast switching from one position to the other with high force is also desired there. The invention can also be used in other applications with similar requirements.
Claims
1. Elektromagnetischer Antrieb mit einem beweglich gelagerten, elektromagnetisch hin- und herbewegbaren Teil das bei abwechselndem Einschalten der Erregerströme in Endstellungen gebracht wird, wobei durch die Bewegung des elektromagnetisch bewegbaren Teils ein Element, insbesondere ein Ventil eines Verbrennungsmotors, angetrieben wird, dadurch gekennzeichnet, daß ein an seinem Ende angelenkter Hebel (11) das elektromagnetisch bewegbare Teil (7) direkt trägt.1. Electromagnetic drive with a movably mounted, electromagnetically reciprocable part which is brought into end positions when the excitation currents are alternately switched on, an element, in particular a valve, of an internal combustion engine being driven by the movement of the electromagnetically movable part, characterized in that a lever (11) articulated at its end carries the electromagnetically movable part (7) directly.
2. Elektromagnetischer Antrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Antrieb von zwei Elektromagneten (1,2) gebildet ist, zwischen deren Polen (4,3) durch abwechselndes Schalten der Erregerströme ein Anker (7) als elektromagnetisch bewegbares Teil hin- und herbewegbar ist.2. Electromagnetic drive according to claim 1, characterized in that the drive is formed by two electromagnets (1,2), between their poles (4,3) by alternately switching the excitation currents, an armature (7) as an electromagnetically movable part is movable.
3. Elektromagnetischer Antrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Antrieb durch einen Magnetkreis, insbesondere einen Permanentmagneten gebildet ist, in dessen Magnetfeld ein eine Spule aufweisendes Teil (130) durch abwechselndes Schalten der Erregerströme als elektromagnetisch bewegbares Teil hin- und herbewegbar ist.3. Electromagnetic drive according to claim 1, characterized in that the drive is formed by a magnetic circuit, in particular a permanent magnet, in the magnetic field of which a part having a coil (130) can be moved back and forth as an electromagnetically movable part by alternately switching the excitation currents.
4. Elektromagnetischer Antrieb nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Hebel einen Rahmen oder Käfig (33) bildet, der das elekromagnetisch bewegbare Teil umgibt .
4. Electromagnetic drive according to one of the preceding claims, characterized in that the lever forms a frame or cage (33) which surrounds the electromagnetically movable part.
5. Elektromagnetischer Antrieb nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß bei abgeschalteten Erregerströmen das elektromagnetisch bewegbare Teil durch Federkräfte in eine Zwischenstellung gebracht und dort gehalten ist.5. Electromagnetic drive according to one of the preceding claims, characterized in that when the excitation currents are switched off, the electromagnetically movable part is brought into an intermediate position by spring forces and is held there.
6. Elektromagnetischer Antrieb nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Hebel (11,21) an seinem dem elektromagnetisch bewegten Teil (7,27) gegenüberliegenden Ende an einem Drehstab (10,20,30) gelagert ist, der die Federkräfte zumindest teilweise erzeugt.6. Electromagnetic drive according to one of the preceding claims, characterized in that the lever (11, 21) is mounted on its end opposite the electromagnetically moving part (7, 27) on a torsion bar (10, 20, 30) which holds the spring forces at least partially generated.
7. Elektromagnetischer Antrieb nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Drehstab (30) in einem Stützlager (32) gehalten ist.7. Electromagnetic drive according to one of the preceding claims, characterized in that the torsion bar (30) is held in a support bearing (32).
8. Elektromagnetischer Antrieb nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehstabachse senkrecht zur Bewegungsrichtung des angetriebenen Teils (59) angeordnet ist.8. Electromagnetic drive according to one of the preceding claims, characterized in that the torsion bar axis is arranged perpendicular to the direction of movement of the driven part (59).
9. Elektromagnetischer Antrieb nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, der Drehstab (10,20) die einzige Lagerung des Hebels (11,21) ist.9. Electromagnetic drive according to one of the preceding claims, characterized in that the torsion bar (10, 20) is the only bearing of the lever (11, 21).
10. Elektromagnetischer Antrieb nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein vom elektromagnetisch bewegbaren Teil angetriebenes Betätigungsglied (12,22,57) auf das anzutreibende Element (59) einwirkt.10. Electromagnetic drive according to one of the preceding claims, characterized in that an actuating member (12, 22, 57) driven by the electromagnetically movable part acts on the element (59) to be driven.
11. Elektromagnetischer Antrieb nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Betätigungsglied (12) am elektromagnetisch bewegbaren Teil (7) befestigt ist.
11. Electromagnetic drive according to claim 10, characterized in that the actuating member (12) on the electromagnetically movable part (7) is attached.
12. Elektromagnetischer Antrieb nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Betätigungsglied (57) zwischen dem Hebellager (52) und dem elektromagnetisch bewegbaren Teil (50) am Hebel (51) befestigt ist.12. Electromagnetic drive according to claim 10, characterized in that the actuating member (57) between the lever bearing (52) and the electromagnetically movable part (50) on the lever (51) is attached.
13. Elektromagnetischer Antrieb nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Betätigungsglied13. Electromagnetic drive according to one of the preceding claims, characterized in that the actuator
(12,22,57) drehbeweglich, insbesondere mittels eines Wälzlagers (29) an dem elektromagnetisch bewegbaren Teil (2,27,37,50) oder am Hebel (11,21,33,51) angelenkt ist.(12,22,57) is rotatably articulated, in particular by means of a roller bearing (29) on the electromagnetically movable part (2,27,37,50) or on the lever (11,21,33,51).
14. Elektromagnetischer Antrieb nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Betätigungsglied14. Electromagnetic drive according to one of the preceding claims, characterized in that the actuator
(12) starr mit dem anzutreibenden Element (59) verbunden ist.(12) is rigidly connected to the element (59) to be driven.
15. Elektromagnetischer Antrieb nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zur Verbindung von Betätigungsglied (87) und anzutreibendem Element (89) ein Federelement (88) vorgesehen ist.15. Electromagnetic drive according to one of the preceding claims, characterized in that a spring element (88) is provided for connecting the actuator (87) and the element to be driven (89).
16. Elektromagnetischer Antrieb nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß zum Federelement (90) wenigstens eine weitere Feder parallel liegt.16. Electromagnetic drive according to claim 15, characterized in that at least one further spring is parallel to the spring element (90).
17. Elektromagnetischer Antrieb nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß das Federelement (90) eine Überhubfeder ist.17. Electromagnetic drive according to claim 15, characterized in that the spring element (90) is an overtravel spring.
18. Elektromagnetischer Antrieb nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Überhubfeder (98) eine umhüllende Feder18. Electromagnetic drive according to claim 17, characterized in that the overtravel spring (98) is an enveloping spring
(99) aufweist.
(99).
19. Elektromagnetischer Antrieb nach einem der Ansprüche 17 oder 18, dadurch gekennzeichnet, daß ein Anschlag (85,86) für die maximale Beanspruchung der Überhubfeder (88) vorgesehen ist.19. Electromagnetic drive according to one of claims 17 or 18, characterized in that a stop (85,86) is provided for the maximum stress on the overtravel spring (88).
20. Elektromagnetischer Antrieb nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß für die Ausrichtung des Betätigungsgliedes (87) zum Ventilschaft (89) ein Zentrierelement (84) vorgesehen ist.20. Electromagnetic drive according to one of the preceding claims, characterized in that a centering element (84) is provided for the alignment of the actuating member (87) to the valve stem (89).
21. Elektromagnetischer Antrieb nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein Federelement (108) zwischen dem Hebel (101) und dem Betätigungsglied (107) angeordnet ist.21. Electromagnetic drive according to one of the preceding claims, characterized in that a spring element (108) is arranged between the lever (101) and the actuating member (107).
22. Elektromagnetischer Antrieb nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß das Federelement (108) als Überhubfeder ausgebildet ist.22. Electromagnetic drive according to claim 21, characterized in that the spring element (108) is designed as an overtravel spring.
23. Elektromagnetischer Antrieb nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß das Federelement als Biegefeder (118) ausgebildet ist.23. Electromagnetic drive according to claim 21, characterized in that the spring element is designed as a spiral spring (118).
24. Elektromagnetischer Antrieb nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ab einer bestimmten Auslenkung des elektromagnetisch bewegbaren Teils (27) aus der Zwischenstellung heraus wenigstens ein zusätzliches, die Rückstellwirkung verstärkendes Federkraftpaar (24; 25) wirksam wird.24. Electromagnetic drive according to one of the preceding claims, characterized in that from a certain deflection of the electromagnetically movable part (27) from the intermediate position, at least one additional spring force pair (24; 25) reinforcing the restoring effect becomes effective.
25. Elektromagnetischer Antrieb nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Betätigungsglied25. Electromagnetic drive according to one of the preceding claims, characterized in that the actuator
(107) zur Einstellung seiner Länge eine Versteilschraube (104) aufweist.
(107) for adjusting its length has an adjusting screw (104).
26. Elektromagnetischer Antrieb nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das elektromagnetisch bewegbare Teil (70) in den Endlagen durch eine mechanische Rastung (71 bis 75) festgehalten wird, die elektromagnetisch betätigbar ist.26. Electromagnetic drive according to one of the preceding claims, characterized in that the electromagnetically movable part (70) is held in the end positions by a mechanical detent (71 to 75) which can be actuated electromagnetically.
27. Elektromagnetischer Antrieb nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das elektromagnetisch bewegbare Teil (50) in den Endlagen durch eine elektromagnetische Halteerregung (60,61) festhaltbar ist.27. Electromagnetic drive according to one of the preceding claims, characterized in that the electromagnetically movable part (50) can be held in the end positions by an electromagnetic excitation excitation (60, 61).
28. Elektromagnetischer Antrieb nach einem der vorherigen Ansprüche, gekennzeichnet durch seine Anwendung in Pumpenantrieben.28. Electromagnetic drive according to one of the preceding claims, characterized by its use in pump drives.
29. Elektromagnetischer Antrieb nach Anspruch 28, dadurch gekennzeichnet, daß das Betätigungsglied in zwei Richtungen antreibend ausgebildet ist und je einen Pumpkolben antreibt.
29. Electromagnetic drive according to claim 28, characterized in that the actuating member is designed to drive in two directions and each drives a pump piston.
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