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PATENTANSPRÜCHE
1. Verfahren zur Anpassung der Hub/Kraft-Wirkung eines Elektromagneten an eine bestimmte Hub/Kraft-Wirkung auf eine, vom Elektromagneten zu betätigende Komponente, wobei zwischen dem Anker des Elektromagneten oder einem von diesem Anker betätigten Stössel und der zu betätigenden Komponente mindestens ein Hebelmechanismus angeordnet ist und dass die Anpassung durch die Verdrehung des Hebels des Hebelmechanismus vom Beginn des Hubes der Komponente bewerkstelligt wird, dadurch gekennzeichnet, dass nach einem bestimmten Teilbereich des Hubes der Komponente (8) die durch die Verdrehung des Hebels (6) des Hebelmechanismus auf die Komponente (8) erreichte anpassende Wirkung ausgeschaltet wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausschaltung der anpassenden Wirkung durch die Verschiebung des Hebels (6) des Hebelmechanismus mit der Komponente (8) geschieht.
3. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass sich der Hebel (6) des Mechanismus bei seiner Verdrehung um einen zur Ankerbzw. Stösselachse (1) nahezu senkrechtverlaufenden Anschlag (10) mit dem Ende (11, 1 la) des stützenden Hebelarmes (12) abstützt und dass der Hebel (6) bei seiner Verschiebung durch den Anker bzw. den Stössel (2) in einer Führung (7) geführt ist.
4. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Stirnfläche (3) des Ankers bzw. des Stössels (2) eine Nase (4) aufweist, die den Hebel (6) während der Hebelyerdrehung alleine berührt, wobei der Stützpunkt (13) der Komponente (8) mit der der Nase (4) abgewandten Seite (14) des Hebels (6) zwischen dem Stützpunkt (5, 5a) der Nase (4) mit dem Hebel (6) und dem Stützpunkt (11, 1 la) des stützenden Hebelarmes (12) mit dem.Anschlag (10) liegt.
5. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Hebel (6) eine Nase (4) aufweist, die die Stirnfläche (3) des Ankers bzw. des Stössels (2) während der Hebelverdrehung alleine berührt, wobei der Stützpunkt (13) der Komponente (8) mit der der Nase (4) abgewandten Seite (14) des Hebels (6) zwischen dem Stützpunkt (5) der Nase (4) mit der Stirnfläche (3) des Ankers bzw. des Stössels (2) und dem Stützpunkt (11) des stützenden Hebelarmes (12) mit dem Anschlag (10) liegt.
6. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass während der Verschiebung des Hebels (6) in der Führung (7) der Stützpunkt (13) der Komponente (8) mit dem Hebel (6) zwischen dem Stützpunkt (5, 5a) der Nase (4) des Ankers bzw. des Stössels (2) mit dem Hebel (6) und dem der Nase (4) bezüglich der Anker bzw. Stösselachse (1) im wesentlichen gegenüberliegenden Stützpunkt (15) des Ankers bzw. des Stössels (2) mit dem Hebel (6) liegt (Fig. 1-3).
7. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass während der Verschiebung des Hebels (6) in der Führung (7) der Stützpunkt (13) der Komponente (8) mit dem Hebel (6) zwischen dem Stützpunkt (5) der Nase (4) des Hebels (6) mit der Stirnfläche (3) des Ankers bzw. des Stössels (2) und dem der Nase (4) bezüglich der Anker- bzw. Stösselachse (1) im wesentlichen gegenüberliegenden Stützpunkt (15) des Hebels (6) mit der Stirnfläche (3) des Ankers bzw. des Stössels (2) liegt (Fig. 6-8).
8. Einrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Hebel (6) scheibenförmig ist.
9. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Hebel (6) durch die Komponente (8) selbst, vorzugsweise durch eine Kugel (6, 8) gebildet ist.
10. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Anschlag (10) des stützenden Hebelarmes (12) des Hebels (6) durch mindestens eine Feder (16) verschiebbar
11. Einrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Anschlag (10) durch mindestens einen in der Führung (7) verklemmbaren Ring (17) gebildet ist.
12. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass sich zwischen zwei Hebeln (6, 6a) mindestens ein Übertragungsstössel (19) befindet, wobei eine Stirnfläche (3) des Übertragungsstössels (19) bzw. der zweite Hebel (6a), eine Nase (4) aufweist.
13. Einrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Nase (4) des Ankers bzw. des Stössels (2) bzw. des Hebels (6) mit einer konvexen Stützfläche (20) ausgebildet ist.
14. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die dem Anschlag (10) zugewandte Seite (21) des Hebels (6) mindestens einen Absatz (22) aufweist.
15. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die dem Anschlag (10) zugewandte Seite (21) des Hebels (6) eine konvexe Stützfläche (23) aufweist.
16. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Anschlag (10) eine konvexe Stützfläche (30) aufweist.
17. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Achse (26) der Komponente (8) und der Führung (7) des Hebels (6) in der Verlängerung der Anker- bzw. der Stösselachse (1) liegt.
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Anpassung der Hub/Kraft-Wirkung eines Elektromagneten an eine bestimmte Hub/Kraft-Wirkung auf eine, vom Elektromagneten zu betätigende Komponente, wobei zwischen dem Anker des Elektromagneten oder einem von diesem Anker betätigten Stössel und der zu betätigenden Komponente mindestens ein Hebelmechanismus angeordnet ist und dass die Anpassung durch die Verdrehung des Hebels des Hebelmechanismus vom Beginn des Hubes der Komponente bewerkstelligt wird.
Ferner betrifft die Erfindung eine Einrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens.
Die Hub/Kraft-Wirkung eines Elektromagneten ist ungünstig, da es einen beträchtlichen Unterschied zwischen der kleinen Anfangs- und der grossen Endkraft im Bereich des Hubes gibt.
Z.B. beim Umschalten eines hydraulischen Schieberven tils kann der Schmutz im Öl, der verdickte Glykolanteil der
Wasser-Glykolmischung in den Ventilkammern, die Haftrei bung der Dichtung, unter anderem zum grossen Anfahrwiderstand des Schiebers führen. Die Anfangskraft des sonst gut bemessenen Elektromagneten reicht deshalb zum Umschalten des Schiebers nicht immer aus. Beim Umschalten eines hydraulischen Kugelsitzventils mit üblichem Hebelmechanismus zur Verstärkung der Elektromagnetenkraft bewirkt die
Auslegung der Anfangskraft des Elektromagneten zum siche ren Öffnen des Ventils eine zu hohe Endkraft, die man, ver stärkt durch den Hebelmechanismus, nicht voll nutzen kann.
Bei der Auslegung des Elektromagneten für eine elektroma gnetische Pumpe muss man neben der nötigen Förderkraft auch die Haftreibung der Dichtungen berücksichtigen, so dass sich am Ende des Kolbenhubes wiederum eine nicht voll ausnutzbare grosse Kraft einstellt. Die relativ kleine Kraft am
Anfang des Hubes, verursacht durch den grossen Luftspalt, führt zur Überdimensionierung der Elektromagneten und dadurch zu ihrer Verteuerung, weiter zu mehr Stromver brauch und höherem Gewicht. Trotzdem kann es vorkom men, dass der Elektromagnet den Anfahrwiderstand der zu betätigenden Komponente nicht überwindet.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es ein Verfahren
und eine Einrichtung der eingangs genannten Art vorzuschlagen, mit welchen die erwähnten Nachteile eliminiert werden können.
Erfindungsgemäss wird dies durch die Lehre der kennzeichnenden Teile der Ansprüche 1 und 3 gelöst.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen gehen aus den abhängigen Ansprüchen hervor.
Anhand der beigelegten Zeichnungen werden bevorzugte Ausführungsbeispiele näher erläutert.
Es zeigen:
Fig. 1 - eine Ausgangslage des Stössels mit der Nase, des Hebels und der zu betätigenden Komponente
Fig. 2 - den Hebel in verdrehter Position
Fig. 3 - den Hebel in verschobener Position
Fig. 4 - den Verlauf des Kraftübersetzungsverhältnisses gemäss den Anordnungen nach den Figuren 1 bis 3
Fig. 5 - die Hub/Kraft-Wirkung des Elektromagneten auf die Komponente gemäss Fig. 4
Fig. 6 - eine weitere Ausgangslage des Stössels, des Hebels mit der Nase und der zu betätigenden Komponente
Fig. 7 - den Hebel in verdrehter Position
Fig. 8 - den Hebel in verschobener Position
Fig. 9 - den Hebel mit abgestufter Stützfläche
Fig. 10 - den Verlauf des Kraftübersetzungsverhältnisses gemäss der Anordnung nach Fig. 9
Fig. 11 - die Hub/Kraft-Wirkung des Elektromagneten auf die Komponente gemäss Fig. 10
Fig. 12 - den Stössel und Hebel mit konvexen Stützflächen
Fig.
13 - den Verlauf des Kraftübersetzungsverhältnisses gemäss der Anordnung nach Fig. 12
Fig. 14 - die Hub/Kraft-Wirkung des Elektromagneten auf die Komponente gemäss Fig. 13
Fig. 15 - eine weitere Ausgangslage des Stössels mit der Nase und der Kugel im Sitz als Komponente
Fig. 16 - die Kugel in verdrehter Position
Fig. 17 - die Kugel in verschobener Position
Fig. 18 - ein Detail der Anordnung nach Fig. 15
Fig. 19 - ein Detail der Anordnung nach Fig. 16
Fig. 20 - eine Anordnung des Stössels mit der Nase, des Hebels und des verschiebbaren Anschlags des Hebels
Fig. 21 - einen Doppelhebelmechanismus
Fig. 22 - den Verlauf des Kraftübersetzungsverhältnisses gemäss der Anordnung nach Fig. 21
Fig. 23 - die Hub/Kraft-Wirkung des Elektromagneten auf die Komponente gemäss Fig. 22
In Fig. list die einfachste Form der erfindungsgemässen Einrichtung dargestellt.
Der Anker des Elektromagneten, oder der von ihm betätigte Stössel 2, geführt in der Führung 9, berührt mit der Nase 4 der Stirnfläche 3 den scheibenförmigen Hebel 6. Durch den Widerstand der zu betätigenden Komponente 8, z.B. eines Ventilschiebers, Kolbens einer Pumpe u.a. stützt sich das Hebelende 11 des stützenden Hebelarmes 12 am Anschlag 10 ab. Dadurch entsteht ein Kraftübersetzungsverhältnis von 1: > 1, da der Abstand zwischen dem Stützpunkt 5 der Nase 4 mit dem Hebel 6 und dem Hebelende 11 grösser ist als der Abstand des Stützpunktes 13 der Komponente 8 mit der der Nase 4 abgewandten Seite 14 des Hebels 6 und dem Hebelende 11.
Durch die Verschiebung des Stössels 2 verdreht sich der Hebel 6 um das Hebelende 11 und verschiebt mit erhöhter Kraft die Komponente 8 so lange, bis die Stirnfläche 3 des Stössels 2 den Hebel 6 mit dem der Nase 4 bezüglich der Anker- oder Stösselachse 1 im wesentlichen gegenüberliegenden Stützpunkt 15 berührt Fig. 2. Durch die weitere Verschiebung des Stössels 2 verschiebt sich jetzt auch der Hebel 6 in der Führung 7-Fig. 3.
Dadurch wird die Wirkung des Hebelmechanismus ausgeschaltet. Das Kraftverhältnis zwischen dem Stössel 2 und der Komponente 8 liegt beim scheinbaren Kraftübersetzungsverhältnis von 1:1. Die anpassende Wirkung des Hebelmechanismus auf die Komponente 8 ist also nur auf einen bestimmten Teilbereich des Hubes der Komponente beschränkt. Wird die Neigung der Stirnfläche 3 des Stössels 2 kleiner als in den Figuren 1 bis 3 dargestellt, dann lässt sich die einfachste Starthilfe für die Komponente 8 erreichen. Wenn z.B. die Starthilfe für die Komponente 8 10% des Gesamthubes mit einem Kraftübersetzungsverhältnis von 1:1,5 ausmacht-Fig. 4, wird die Hub/Kraft-Wirkung des Elektromagneten auf die Komponente 8 beeinflusst, wie in Fig. 5 dargestellt. Dabei bedeuten die Bezeichnungen F= Kraft und H = Hub.
Um diese Anfangskraft zu erreichen, müsste ein herkömmlicher Elektromagnet kurzfristig entsprechend höhere Spannung bekommen. Solches Vorgehen ist bekanntlich im Vergleich zur Ausführung nach den Figuren 1 bis 3 wesentlich komplizierter und dadurch aufwendiger.
In den Figuren 6 bis 8 ist eine analoge Ausführung dargestellt, bei der die Nase 4 als vorspringender Teil des Hebels 6 ausgebildet ist.
In Fig. 5 ist zu sehen, dass die Kraft der Starthilfe am Anfang des Betätigungsvorganges kleiner ist als am Ende.
Dies ist ungünstig, da nur die Grösse der Anfangskraft über die Wirkung der Starthilfe entscheidet. Aus diesem Grund ist die Ausführung nach Fig. 9 günstiger. Der Hebel 6 weist an seiner der Nase 4 zugewandten Fläche 21 einen Absatz 22 auf. Bei der Verdrehung stützt sich der Hebel 6 zuerst mit dem Hebelende 11 a, später mit dem Hebelende 11 am Anschlag 10 ab. Dadurch ändert sich das Kraftübersetzungsverhältnis stufenweise von z.B. 1:1,8 zu 1:1,5Fig. 10. Die entsprechende Hub/Kraft-Wirkung des Elektromagneten auf die Komponente 8 während z.B. 20% des Gesamthubes ist in Fig.
11 dargestellt.
Eine andere Ausführung stellt Fig. 12 dar. Die Nase weist eine konvexe Stützfläche 20 auf, ähnlich wie die der Stütze 10 zugewandte Fläche 21 des Hebels 6 eine konvexe Stützfläche 23 aufweist. Durch die Verschiebung des Stössels 2 wandern die Stützpunkte von 5 zu 5a der Nase 4 mit dem Hebel 6 und das Hebelende von 1 la zu 11 des Hebels 6 gemäss dem Anschlag 10. Dadurch lässt sich ein beliebiger Verlauf des Kraftübersetzungsverhältnisses erreichen, z.B. wie nach Fig.
13. Die entsprechende Hub/Kraft-Wirkung des Elektromagneten auf die Komponente 8 ist als eine ausgeprägte Starthilfe in Fig. 14 dargestellt. In analoger Ausführung ist auch eine Nase 4 mit konvexer Fläche am Hebel 6 (nicht dargestellt) möglich.
In den Figuren 15 bis 19 ist eine spezielle Ausführung der Einrichtung nach diesem Verfahren dargestellt, in der der Hebel 6 direkt durch die Komponente 8, in diesem Fall durch eine Kugel 6,8 des Kugelsitzventils, gebildet ist. Der Stössel 2 wirkt mit dem Stützpunkt 5 der Nase 4 der Stirnfläche 3 auf die Kugel 6,8 und verdreht sie um die Stütze 10. Dabei muss die Kraft des Druckmediums und der Druckfeder 24 überwunden werden. Nach der Vedrehung um das Hebelende 11 stützt sich die Kugel 6,8 auf der Stirnfläche 3 des Stössels 2 ab, wobei die Stützpunkte 13 und 15 zusammenfallen und in der Achse 27 der Kugel 6,8 liegen. Die weitere Verschiebung des Stössels 2 führt zur Verschiebung der Kugel 6,8 in der Führung 7.
Während der Verdrehung der Kugel 6,8 erreicht man mit einem Kraftübersetzungsverhältnis von z.B. 1:1,4 die Anpassung der Hub/Kraft-Wirkung des Elektromagneten an die hohe Abhebekraft der Kugel 6,8. Wenn die Kugel 6,8 durch die Verdrehung schon einseitig angehoben ist und der statische Druck des Mediums nachlässt, kommt man während der nachfolgenden Verschiebung der Kugel 6,8 mit normaler Elektromagnetenkraft aus. Da der Stössel 2 beim Anheben der Kugel 6,8 seitliche Kraft bekommt, ist eine kleine Stützte 25 am Stössel 2 vorgesehen, die diese Kraft gegen die Führung 9, in diesem Fall gegen den Sitz, abstützt.
In Fig. 20 ist eine Ausführung dargestellt, bei der die Komponente 8 eine Mittelstellurig zwischen zwei Feder 16 einnimmt. Diese Anordnung entspricht einem Schieberventil mit Mittelstellung des Schiebers. Durch die Einwirkung eines Elektromagneten auf einen der zwei Stössel 2 wird die Komponente 8 aus ihrer Mittelstellung verschoben. Die Anfangskraft des Elektromagneten muss in diesem Fall zusätzlich die Gegenkraft der Feder 16 überwinden. Um auch hier die Anpassung der Hub/Kraft-Wirkung des Elektromagneten an die notwendige Hub/Kraft-Wirkung auf die Komponente 8 zu erreichen, ist der Anschlag 10 verschiebbar. Es ist vorteilhaft, einen Klemmring 17 in die Führung 7 zwischen dem Hebel 6 und der Feder 16 einzulegen.
Nach der Verdrehung des Hebels 6 und z.B. dem Leisten der Starthilfe, rutscht der Klemmring 17 durch die Wirkung der Feder 16 dem Hebel 6 nach, falls sich der Hebel 6 auch zu verschieben beginnt.
Diese Hub/Kraft-Wirkung ist auch in den Endlagen ausserhalb der Mittelstellung gewährleistet, falls es eventuell zur Verklemmung der Komponente 8 kommen sollte.
In Fig. 21 ist ein Beispiel der Serienanordnung von zwei Hebelmechanismen 28, 29 dargestellt. Der Stössel 2 mit dem Hebel 6 des ersten Hebelmechanismus 28 hat ein Kraftübersetzungsverhältnis von z.B. 1:1,5. Der zweite Hebelmechanismus 29 mit einem Übertragungsstösel 19 in der Führung 18 und dem Hebel 6a hat ein Kraftübersetzungsverhältnis von z.B. 1:2, abnehmend gegen 1:1. Die beiden Hebelmechanismen 28, 29 wirken gemeinsam z.B. während der 10% des Gesamthubes. Nachdem die anpassende Wirkung des ersten Hebelmechanismus 28 durch seine Verschiebung ausgeschaltet ist, bleibt nur der zweite Hebelmechanismus 29 während des weiteren Hubes, z.B. 30% des Gesamthubes, in Funktion.
Das abnehmende Kraftübersetzungsverhältnis wird durch die konvexe Stützfläche 20 des Übertragungsstössels 19 und die konvexe Stützfläche 30 des Anschlags 10 erreicht.
Der Verlauf des Kraftübersetzungsverhältnisses ist in Fig.
22 und die Hub/Kraft-Wirkung des Elektromagneten auf die Komponente 8 in Fig. 23 dargestellt. Neben der kräftigen Starthilfe bleibt eine erhöhte Kraftwirkung während eines beträchtlichen Teils des Gesamthubes aufrechterhalten.
Die Anpassung der Hub/Kraft-Wirkung des Elektromagneten, hauptsächlich die anfängliche Anhebung der Kraftwirkung, ist allerdings nur durch die Verlängerung des Hubes des Elektromagneten gemäss dem Gesamthub der Komponente 8 möglich und fängt bei niedrigerer Elektromagnetenkraft an. Trotz eines Kraftübersetzungsverhältnisses von z.B.
1:2 erreicht man eine doppelte Kraftanhebung nicht, falls neben der höheren Kraftwirkung auch eine längere Hub-Wirkung gefordert wird.
Die Vorteile des beschriebenen Verfahrens liegen in der Möglichkeit, die Hub/Kraft-Wirkung auf die vom Elektromagneten zu betätigende Komponente anzupassen, wobei dies nur während eines bestimmten Teilbereichs des Hubes der Komponente geschieht. Die Anpassung der Kraftwirkung, vorzugsweise im Anfangsbereich des Hubes der Komponente, kann als Starthilfe mit einfachsten Mitteln erreicht werden.
Es ist aber möglich, mit kleinerer Leistungsaufnahme des Elektromagneten auszukommen und dadurch die Elektromagneten verbilligen, den Stromverbrauch zu senken und Gewicht einzusparen. Es ist bekannt, dass durch die Senkung der Leistungsaufnahme eines Elektromagneten um 30% die Anfangskraft nur um ca. 20% und die Endkraft um nur ca. 5% sinkt. Durch die Gestaltung der Nase 4 des Ankers oder des Stössels 2 und des scheibenförmigen Hebels 6, z.B. nach Fig.
12, lässt sich eine Anpassung der Kraftwirkung im Anfangsbereich des Hubes der Komponente 8 erreichen, durch die nicht nur die Reduktion der Anfangskraft des Elektromagneten bei niedrigerer Leistungsaufnahme kompensiert, sondern auch noch eine Starthilfe erreicht wird.
Wenn die Anker- oder Stösselachse 1 mit der Achse 26 der Führung 7 und der Komponente 8 übereinstimmt, dann ist der Wert des Kraftübersetzungsverhältnisses bei beliebiger, relativer Lage der Nase 4 des Ankers oder Stössels 2 und des scheibenförmigen Hebels 6, oder der Kugel 6, 8 nach Fig. 15, gewährleistet. Die Anpassung der Hub/Kraft-Wirkung des Elektromagneten nach dieser Erfindung geschieht in der verlängerten Anker- oder Stösselachse 1, was besonders bei den Schieberventilen und den elektromagnetischen Pumpen sehr vorteilhaft ist. Dies gilt auch für die Serienanordnung von mehreren Mechanismen, wie z.B. in Fig. 21 dargestellt.