ELEKTROMAGNETISCHER AKTUATOR

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft einen elektromagnetischen Aktuator mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1.

[0002] Ein derartiger Aktuator ist beispielsweise in der älteren Patentanmeldung DE 198 24 537 A1 beschrieben.

[0003] Üblicherweise ist das Übersetzungsverhältnis i für beide Elektromagnete gleich.

[0004] Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, den vorgeschlagenen Aktuator weiter zu optimieren.

[0005] Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.

[0006] Für den Schließmagneten gilt, daß er wegen der Ventilschließkraft eine große Haltekraft aufweisen muß. Andererseits muß er wegen der beim Schließen geringen Gaskräfte eine relativ kleine Hubarbeit leisten.

[0007] Demgegenüber muß der Öffnungsmagnet wegen der relativ großen Gaskräfte beim Auslaßventil eine relativ große Hubarbeit leisten. Um Leistung zu sparen, sollte deshalb der Arbeitsluftspalt möglichst klein sein, was ein kleineres Übersetzungsverhältnis i für den Öffnungsmagneten erfordert.

[0008] Dagegen entwickelt der Schließmagnet bei größerem Übersetzungsverhältnis eine höhere Kraft an der Ventilachse.

[0009] Aus diesen Überlegungen resultiert die Auslegung des Aktuators mit unterschiedlichem i für die beiden Elektromagnete.

[0010] Bei dieser Auslegung der Elektromagnete wird der Schließmagnet klein. Die effektive Ankermasse wird durch die Formgebung des Ankers (z.B. mit trapezförmigem Querschnitt) geringfügig erhöht.

[0011] Der Öffnungsmagnet bekommt einen kleinen mittleren Luftspalt, was die Leistung vermindert.

[0012] Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung wird wenigstens einer der Magnete als Kennlinienmagnet ausgebildet. Hierbei ist darauf zu achten, daß die Bemessungsregel des Patentanspruchs 1 eingehalten wird. Vorzugsweise wird der Öffnungsmagnet als zweipoliger Tauchanker ausgebildet, wobei das dem Öffnungsmagneten gegenüberliegende Ankerteil derart ausgebildet ist, daß die in den Elektromagneten eintauchenden Ankerteile näher zur Schwenkachse liegen als die, diesen eintauchenden Ankerteilen zugeordneten Polenden des Jochs.

[0013] Die Verwendung eines Kennlinienmagneten für den Öffnungsmagneten ist an sich aus der EP 0 970 298 A1 bekannt. Gegenüber dem zweiten Elektromagneten ist der Anker als Flachanker ausgebildet. Die Elektromagnete sind dort als Topfmagnete ausgebildet, wobei der Anker eine lineare Auf- und Abbewegung ausführt. Beim Stand der Technik ist der Anker gleitgelagert. Die durch Fertigungstoleranzen unvermeidlichen Luftspaltunterschiede haben relativ hohe Querkräfte zur Folge, wodurch Reibungskräfte bewirkt werden. Die Verwendung eines Kennlinienmagneten hat den Vorteil, daß die hohen Gaskräfte wegen der höheren Fernwirkungskraft eines solchen Elektromagneten leichter überwunden werden können. Im speziellen Fall des schwenkbaren Ankers wird durch die Erfindung die bewegte Masse des Ankers und damit der Energiebedarf klein gehalten. Die Verwendung eines oder mehrerer Wälzlager für die Schwenkbewegung des Ankers hat den Vorteil, daß durch Fertigungstoleranzen bedingte Querkräfte auf die Lagerung geringe Reibungsverluste mit sich bringen. Durch die Verwendung von Stanzteilen für den Anker und/oder die Joche, die als Feinstanzteile hergestellt werden können, können Toleranzen und Wirbelstromverluste klein gehalten werden. Außerdem kann das Joch zum Anker justiert werden. Die Verwendung der erfindungsgemäß ausgebildeten Kennlinienmagneten ist auch ohne die Verwendung der Merkmale des A1 möglich.

[0014] Anhand der Zeichnung werden Ausführungsbeispiele der Erfindung erläutert.

[0015] Es zeigen:

Fig. 1 ein erstes Ausführungsbeispiel

Fig. 2 ein zweites Ausführungsbeispiel

[0016] In der Fig. 1 sind zwei zweipolige Elektromagnete 1 und 2 gezeigt, die Joche 1a bzw. 2a und Wicklungen 1b bzw.2b aufweisen. Ein diesen Elektromagneten 1 und 2 zugeordneter Anker 3 ist an einem Hebel befestigt, der an seinem linken Ende schwenkbar um die Schwenkachse 4 gelagert ist, Die Lagerung kann als Wälzlager ausgebildet sein, wobei ein oder mehrere Wälzlager verwendet werden können. Die auf den Anker 3 wirkenden Federkräfte werden hier durch einen Torsionsstab, z. B. Drehstab oder Drehrohr 6, sowie die Ventilfeder 9 aufgebracht. Der Torsionsstab verläuft in Richtung der Schwenkachse und zumindest teilweise in einem Rohr 7, das durch den Hebel 8 gebildet wird. Am anderen Ende des Hebels 8 wirkt dieser auf einen nur angedeuteten Ventilschaft 10 ein, auf den die Kraft der Ventilfeder 9 wirkt.

[0017] Der Elektromagnet 2 ist der Öffnungsmagnet.

[0018] Der schraffiert dargestellte Anker 3 hat hier im Querschnitt die Form eines Trapezes mit nicht parallelen Seitenflächen. Damit liegt das Zentrum 3b des unteren Ankerteils näher bei der Schwenkachse 4 als das Zentrum 3a des oberen Ankerteils. Die Pole der Elektromagneten sind so angeordnet, daß sie den Ankerteilen mit den Zentren 3a und 3b zugeordnet sind. Daraus folgt, daß das Übersetzungsverhältnis i₁ des Elektromagneten 1 größer als das Übersetzungsverhältnis i₂ des Elektromagneten 2 ist. Alternativ könnte der Anker auch die Form einer Raute oder eines Polygons aufweisen.

[0019] In der Fig. 2 sind ähnlich wie in Fig. 1 zwei Elektromagnete 11, 11a, 11b und 12, 12a und 12b vorgesehen, denen ein schwenkbar gelagerter Anker 13 gegenüber steht, der auf einen Ventilschaft 20 einwirkt. Der Hebel 18 ist hier in Wälzlagern 15 gelagert. Hier erzeugt der Torsionsstab 16 die gesamten Federkräfte. Auch hier gilt, daß i₁ > i₂ ist.

[0020] Während der dem Elektromagneten 11 zugeordnete Teil des Ankers 13 ein Flachanker ist, ist hier zusätzlich das dem Elektromagneten 12 zugeordnete Ankerteil als Tauchanker mit Eintauchteilen 13a und 13b ausgebildet und die Pole 12c des Jochs 12a sind den Eintauchteilen 13a und 13b in der gezeigten Stellung naheliegend und für die Schwenkbewegung geeignet ausgebildet, so daß sich kleine Luftspalte ausbilden. Wie erwähnt, werden der Anker 13 und die Joche 11a und 12a vorzugsweise aus Stanzteilen zusammengesetzt, sie sind also lamelliert. Durch die Wälzlagerung und die zum Anker justierbaren Joche können die radialen Luftspalte sehr klein gehalten werden. Das System bewirkt hier wie ein Reluktanzmotor.

[0021] Die Joche der Magnete 1 und 2 sind in den Fig. 1 und 2 als U-Magnete ausgebildet. Sie können auch als E-Magnete oder E/U-Magnete ausgebildet sein.

Ansprüche

1. Elektromagnetischer Aktuator zur Betätigung eines Gaswechselventils (10) mit einem Elektromagneten (1) zum Schließen des Gaswechselventils und einem Elektromagneten (2) zum Öffnen des Gaswechselventils, mit einem zugehörigen das Gaswechselventil (10) betätigenden Anker (3) und mit auf den Anker (3) wirkenden, entgegengesetzt gerichteten Federkräften (6, 9), die ohne Betätigung eines Elektromagneten (1, 2) den Anker (3) in eine Zwischenstellung zwischen zwei Endstellungen stellen, wobei der Anker (3) durch die Elektromagneten (1, 2) wenigstens in der Nähe der Pole (2c) der Elektromagneten (1, 2) gehalten wird, wobei der Anker (3) um eine Schwenkachse (4) schwenkbar gelagert ist und wobei der Abstand l₁ des Einwirkpunkts auf das Gaswechselventil von der Schwenkachse (4) größer als der Abstand l₂ des Zentrums des Ankers von der Schwenkachse (4) ist mit einem Übersetzungsverhältnis i=l₂/l₁<1, dadurch gekennzeichnet, daß der Anker (3) derart ausgebildet ist, daß das Zentrum (3b) des dem Öffnungsmagneten (2) gegenüberliegenden Ankerteils näher an der Schwenkachse (4) liegt als das Zentrum (3a) des dem Schließmagneten(1) zugeordneten Ankerteils und daß die Pole (1c, 2c) der Elektromagnete (1,2) diesen Ankerteilen gegenüber liegend angeordnet sind.

2. Elektromagnetischer Aktuator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eines der Ankerteile als Tauchanker mit eintauchenden Ankerteilen (13a, 13b) ausgebildet ist.

3. Elektromagnetischer Aktuator nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das dem Elektromagneten zum Öffnen des Gaswechselventils (12) zugeordnete Ankerteil als Tauchanker (13a, 13b) ausgebildet ist und daß die in den Elektromagneten (12) eintauchenden Ankerteile (13a, 13b) näher zur Schwenkachse (4) liegen als die diesen eintauchenden Ankerteilen (13a, 13b) zugeordneten Polenden (12c) des Jochs (12a) des Elektromagneten (12).

4. Elektromagnetischer Aktuator nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß dem Elektromagneten zum Schließen des Gaswechselventils (1) ein Flachanker (3) zugeordnet ist oder der Elektromagnet (1) einen Flachanker aufweist.

5. Elektromagnetischer Aktuator nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß für die schwenkbare Lagerung wenigstens ein Wälzlager (15) vorgesehen ist.

6. Elektromagnetischer Aktuator nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet daß der Anker (3) und/oder die Joche (1a, 2a) aus Stanzteilen zusammengesetzt sind.

7. Elektromagnetischer Aktuator nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Joche (1a, 2a) gegenüber dem Anker (3) justierbar sind.

8. Elektromagnetischer Aktuator nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektromagnete (1, 2) die Form eines E oder E/U aufweisen.

9. Elektromagnetischer Aktuator nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Elektromagnet zum Öffnen des Gaswechselventils zweipolig ist.

Claims

1. Electromagnetic actuator for operating a gas changeover valve (10), having an electromagnet (1) for closing the gas changeover valve and an electromagnet (2) for opening the gas changeover valve, having an associated armature (3) that operates the gas changeover valve (10) and having spring forces (6,. 9) that act on the armature (3) and are oppositely directed and that, without the operation of an electromagnet (1, 2), position the armature (3) in an intermediate position between two end positions, wherein the electromagnets (1, 2) hold the armature (3) at least in the vicinity of the poles (2c) of the electromagnets (1, 2), wherein the armature (3) is mounted pivotably about a pivot axis (4) and wherein the distance l₁ of the action point on the gas changeover valve from the pivot axis (4) is greater than the distance l₂ of the centre of the armature from the pivot axis (4) with a transmission ratio of i = l₂/l₁ < 1 [illegible], characterized in that the armature (3) is designed in such a way that the centre (3b) of the armature part situated opposite the opening magnet (2) is situated nearer the pivot axis (4) than the centre (3a) of the armature part assigned to the closing magnet (1) and in that the poles (1c, 2c) of the electromagnets (1, 2) are disposed opposite said armature parts.

2. Electromagnetic actuator according to Claim 1, characterized in that at least one of the armature parts is designed as plunger-type armature having plunging armature parts (13a, 13b).

3. Electromagnetic actuator according to Claim 1 or 2, characterized in that the anchor part assigned to the electromagnet (12) for opening the gas changeover valve is designed as a plunger armature (13a, 13b) and in that the armature parts (13a, 13b) plunging into the electromagnet (12) are situated nearer the pivot axis than the pole ends (12c), assigned to said plunging armature parts (13a, 13b), of the yoke (12a) of the electromagnet (12).

4. Electromagnetic actuator according to any one of Claims 1 to 3, characterized in that a flat armature (3) is assigned to the electromagnet (1) for closing the gas changeover valve or the electromagnet (1) has a flat armature.

5. Electromagnetic actuator according to any one of Claims 1 to 4, characterized in that at least one roller bearing (15) is provided for the pivotable bearing.

6. Electromagnetic actuator according to any one of Claims 1 to 5, characterized in that the armature (3) and/or the yokes (1a, 2a) are made up of punched parts.

7. Electromagnetic actuator according to any one of Claims 1 to 6, characterized in that the yokes (1a, 2a) can be aligned opposite the armature (3).

8. Electromagnetic actuator according to any one of Claims 1 to 7, characterized in that the electromagnets (1, 2) have the shape of an E or E/U.

9. Electromagnetic actuator according to any one of Claims 1 to 8, characterized in that the electromagnet for opening the gas changeover valve is a two-pole electromagnet.

Revendications

1. Actionneur électromagnétique pour l'actionnement d'une soupape d'échange de gaz (10) comprenant un électroaimant (1) pour fermer la soupape d'échange de gaz et un électroaimant (2) pour ouvrir la soupape d'échange de gaz, comprenant un induit (3) associé qui actionne la soupape d'échange de gaz (10), dans lequel des forces de ressort (6, 9) agissant en directions opposées sur l'induit (3) disposent l'induit (3) dans une position intermédiaire entre deux positions terminales en l'absence d'actionnement de l'un des électroaimants (1, 2), l'induit (3) étant maintenu par les électroaimants (1, 2) au moins au voisinage des pôles (2c) des électroaimants (1, 2), l'induit (3) étant monté en pivotement autour d'un axe de pivotement (4), et la distance l₁ du point d'action sur la soupape d'échange de gaz par rapport à l'axe de pivotement (4) est supérieure à la distance l₂ du centre de l'induit par rapport à l'axe de pivotement (4), avec un rapport de transformation i = l₂/l₁ < 1, caractérisé en ce que l'induit (3) est ainsi réalisé que le centre (3b) de la partie d'induit opposée à l'aimant d'ouverture (2) est situé plus proche de l'axe de pivotement (4) que le centre (3a) de la partie d'induit associée à l'aimant de fermeture (1), et en ce que les pôles (1c, 2c) des électroaimants (1, 2) sont agencés à l'opposé de ces parties d'induit.

2. Actionneur électromagnétique selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'une au moins des parties d'induit est réalisée sous forme d'induit plongeant avec des parties d'induit (13a, 13b) plongeantes.

3. Actionneur électromagnétique selon l'une ou l'autre des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que la partie d'induit associée à l'électroaimant (12) pour ouvrir la soupape d'échange de gaz est réalisé sous forme d'induit plongeant (13a, 13b), et en ce que les parties d'induit (13a, 13b) qui plongent dans l'électroaimant (12) sont situées plus proches de l'axe de pivotement (4) que les extrémités polaires associées (12c) de la culasse (12a) de l'électroaimant (12) associé à ces parties d'induit plongeantes (13a, 13b).

4. Actionneur électromagnétique selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'un induit plat (3) est associé à l'électroaimant (1) pour fermer la soupape d'échange de gaz, ou en ce que cet électroaimant (1) comprend un induit plat.

5. Actionneur électromagnétique selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que pour le montage pivotant, il est prévu au moins un palier à roulements (15).

6. Actionneur électromagnétique selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que l'induit (3) et/ou les culasses (1a, 2a) sont composés de pièces estampées.

7. Actionneur électromagnétique selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que les culasses (1a, 2a) sont susceptibles d'être ajustées par rapport à l'induit (3).

8. Actionneur électromagnétique selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que les électroaimants (1,2) présentent la forme d'un E, ou la forme d'un E/U.

9. Actionneur électromagnétique selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que l'électroaimant pour ouvrir la soupape d'échange de gaz est bipolaire.

Zeichnung