DE102007034045A1

DE102007034045A1 - Elektrodynamischer Erreger

Info

Publication number: DE102007034045A1
Application number: DE200710034045
Authority: DE
Inventors: Dennis Dr.-Ing. Göge; Holger Haupt
Original assignee: Deutsches Zentrum fuer Luft und Raumfahrt eV
Current assignee: Deutsches Zentrum fuer Luft und Raumfahrt eV
Priority date: 2007-07-20
Filing date: 2007-07-20
Publication date: 2009-01-22
Anticipated expiration: 2027-07-21
Also published as: DE102007034045B4

Abstract

Bei einem elektrodynamischen Erreger (1) mit einem Gehäuse (2) und mit einer in dem Gehäuse (2) in ihrer Haupterstreckungsrichtung (5) linear verschieblich gelagerten Führungsstange (9), die einen Läufer (4) gegenüber einem Stator (3) des Erregers (1) führt, ist die Führungsstange (9) über mindestens ein Linearkugellager (12) in dem Gehäuse (2) gelagert, in dem ein Kugelkäfig (14) die Führungsstange (9) innerhalb einer Führungsbuchse (12) umschließt.

Description

TECHNISCHES GEBIET DER ERFINDUNG
Die Erfindung bezieht sich auf einen elektrodynamischen Erreger mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Patentanspruchs 1.
Elektrodynamische Erreger werden zum Beispiel zur Anregung von Schwingungen in Schwingungsmessungen eingesetzt. Bei den Schwingungsmessungen kann es sich um Standschwingungsversuche an einem Flugzeug handeln.
STAND DER TECHNIK
Die meisten bekannten elektrodynamischen Erreger weisen die Merkmale des Oberbegriffs des Patentanspruchs 1 auf. Dabei umfasst üblicherweise der Stator des Erregers eine Spule, die koaxial zu der Führungsstange gewickelt ist, während der Stator des Erregers ortsfest in dem Gehäuse gelagerte Permanentmagnete umfasst. Indem ein Strom durch die Spule geleitet wird, werden Kräfte zwischen dem Läufer und dem Stator des Erregers erzeugt, die auf die Führungstange des Stators übertragen werden. Von dort führt eine Verbindung zur anzuregenden Struktur. Diese Verbindung kann beispielsweise biegeweich über einen Draht oder einen sogenannten Stößel aus Kohlefaserverbundmaterial hergestellt sein, der an der Führungsstange und der Struktur typischerweise durch Schraubverbindungen befestigt wird.
Bei einem elektrodynamischen Erreger mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Patentanspruchs 1 ist es bekannt, die Führungsstange über zwei voneinander beabstandete Membranen verschieblich an dem Gehäuse zu lagern und linear gegenüber dem Gehäuse zu führen. Um mit einem elektrodynamischen Erreger größere Kräfte bereitstellen zu können, weist seine Spule notwendigerweise selbst dann, wenn sie aus einem Leichtmetall ausgebildet ist, ein gewisses Gewicht auf. Um dieses Gewicht abzustützen, sind Membranen zur Lagerung der Führungsstange vielfach nicht ausreichend.
Bei einem anderen elektrodynamischen Erreger mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Patentanspruchs 1 ist es daher bekannt, die Führungsstange durch zwei in der Haupterstreckungsrichtung der Führungsstange voneinander beabstandete Gleitlager aus Kunststoff an dem Gehäuse des Erregers zu lagern. Diese Kunststoffgleitlager weisen selbst bei regelmäßiger Wartung und regelmäßigem Austausch im Falle auftretenden Verschleißes eine nicht unerhebliche Reibung, insbesondere eine signifikante Haftreibung auf, so dass mit dem bekannten Erreger kein über der Verschiebung aufgetragenes lineares Kraftsignal erzeugt werden kann. Überdies ist es ein Nachteil des bekannten Erregers, dass im Falle einer Beschädigung der Führungsstange diese als Ganzes mit großem Aufwand ausgetauscht werden muss. Dies ist besonders nachteilig, weil es sich bei der Führungsstange des bekannten Erregers um ein die Aufnahmen für den Stator und die den Kunststoffgleitlagern gegenüberliegenden Gleitflächen umfassendes Spezialteil handelt.
AUFGABE DER ERFINDUNG
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen elektrodynamischen Erreger mit den Merkmalen des Oberbegriffs des unabhängigen Patentanspruchs 1 aufzuzeigen, mit dem ein über der Verschiebung aufgetragenes lineares Kraftsignal bereitgestellt werden kann. Weiterhin soll der elektromagnetische Erreger auch im Falle einer Beschädigung seiner Führungsstange mit möglichst geringem Aufwand wiederherstellbar sein.
LÖSUNG
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch einen elektrodynamischen Erreger mit den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruchs 1 gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen des neuen elektrodynamischen Erregers sind in den abhängigen Patentansprüchen 2 bis 13 beschrieben.
BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Bei dem neuen elektrondynamischen Erreger ist die Führungsstange über mindestens ein Linearkugellager in dem Gehäuse gelagert, in dem ein Kugelkäfig die Führungsstange innerhalb einer Führungsbuchse umschließt. Linearkugellager weisen allenfalls eine vernachlässigbar kleine Haftreibung auf, so dass sich die Führungsstange bereits bei kleinen auf sie über den Stator einwirkenden Kräften gegenüber dem Gehäuse in Bewegung setzen kann. Damit wird trotz einer steifen linearen Führung der Führungsstange gegenüber dem Gehäuse, die eine für hohe Gewichtskräfte und andere Kräfte auf die Führungsstange ausreichende Abstützung bereitgestellt, ein linearer Kraftverlauf des neuen elektrodynamischen Erregers über der Verschiebung ermöglicht.
Vorzugsweise besteht der Kugelkäfig des Linearkugellagers des neuen elektrodynamischen Erregers aus Kunststoff. Der Kugelkäfig weist damit ein geringes eigenes Gewicht auf, so dass er die Trägheit der Führungsstange nur wenig erhöht. Zudem sind die Kugeln eines Linearkugellagers in einem Kugelkäfig aus Kunststoff besonders reibungsarm gelagert.
Da bereits ein einziges Linearkugellager bei größerer Längserstreckung des Kugelkäfigs eine hohe Führungssteifigkeit aufweist, kann der neue elektrodynamische Erreger mit einem einzigen Linearkugellager ausgebildet sein. Dabei weist der Kugelkäfig mehrere längs der Haupterstreckungsrichtung der Führungsstange hintereinander angeordnete Kugeln auf.
Wenn der neue elektrodynamische Erreger ein einziges Linearkugellager aufweist, ist dessen Führungsbuchse vorzugsweise im Zentrum des Gehäuses des Erregers angeordnet, so dass es die Führungsstange etwa in der Mitte ihrer Längserstreckung führt.
Um die Trägheit der Führungsstange bzw. des Stators des neuen elektrodynamischen Erregers möglichst gering zu halten, weist typischerweise sein Läufer eine stromdurchflossene Spule und sein Stator Permanentmagnete auf. Die Spule kann im Gegensatz zu den Permanentmagneten aus einem Leichtmetall ausgebildet sein.
Auch ein die Spule tragender Spulenträger, der an der Führungsstange unmittelbar gelagert ist, kann aus einem Leichtmetall bestehen. Als geeignete Leichtmetalle kommen insbesondere Aluminium und Magnesium in Frage, wobei Magnesium für den Spulenträger und Aluminium für die Spule bevorzugt ist. Spulenträger und Spule können aber auch beide aus Magnesium oder Aluminium ausgebildet sein.
Besonders bevorzugt ist es bei dem neuen elektrodynamischen Erreger, wenn die Führungsstange mehrteilig ausgebildet ist und dabei mindestens einen in dem Linearkugellager geführten Teil und einen den Läufer tragenden Teil aufweist. So kann beispielsweise nur der den Läufer tragende Teil, wenn an diesem ein Stößel zur Übertragung von Kräften auf eine anzuregende Struktur angebunden ist und eine Beschädigung dieser Anbindung auftritt, ausgetauscht werden, ohne dass dazu der gesamte elektrodynamische Erreger demontiert werden muss.
Ein weiterer Teil der Führungsstange, der ebenfalls separat ausgebildet ist, kann z. B. als austauschbarer unterer Anschlag der Führungsstange an dem Gehäuse oder einem Teil des Linearkugellagers ausgebildet sein.
Vorzugsweise sind die einzelnen Teile einer Führungsstange miteinander verschraubt.
Die einzelnen Teile der Führungsstange können, um sie an ihre jeweilige Funktion optimal anzupassen, aus unterschiedlichen Materialien ausgebildet sein. So kann der Teil der Führungsstange, auf dem der Kugelkäfig läuft, aus Stahl ausgebildet sein und eine gehärtete Oberfläche aufweisen, während andere Teile der Führungsstange aus einem Leichtmetall oder einem Kohlefaserverbundwerkstoff ausgebildet sein können.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Patentansprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen. Die in der Beschreibungseinleitung genannten Vorteile von Merkmalen und von Kombinationen mehrerer Merkmale sind lediglich beispielhaft und können alternativ oder kumulativ zur Wirkung kommen, ohne dass die Vorteile zwingend von erfindungsgemäßen Ausführungsformen erzielt werden müssen. Weitere Merkmale sind den Zeichnungen – insbesondere den dargestellten Geometrien und den relativen Abmessungen mehrerer Bauteile zueinander sowie deren relativer Anordnung und Wirkverbindung – zu entnehmen. Die Kombination von Merkmalen unterschiedlicher Ausführungsformen der Erfindung oder von Merkmalen unterschiedlicher Patentansprüche ist ebenfalls abweichend von den gewählten Rückbeziehungen der Patentansprüche möglich und wird hiermit angeregt. Dies betrifft auch solche Merkmale, die in separaten Zeichnungen dargestellt sind oder bei deren Beschreibung genannt werden. Diese Merkmale können auch mit Merkmalen unterschiedlicher Patentansprüche kombiniert werden. Ebenso können in den Patentansprüchen aufgeführte Merkmale für weitere Ausführungsformen der Erfindung entfallen.
KURZBESCHREIBUNG DER FIGUREN
Die Erfindung wird im Folgenden anhand eines konkreten Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert und beschrieben.
1 zeigt einen schematischen vertikalen Längsschnitt durch den neuen elektrodynamischen Erreger; und
2 zeigt eine Explosionszeichnung der Führungsstange des neuen elektrodynamischen Erregers mit darauf angeordnetem Kugelkäfig und daran befestigtem Stößel.
FIGURENBESCHREIBUNG
Der in 1 schematisch dargestellte elektrodynamische Erreger 1 weist ein Gehäuse 2 auf, an dem ein Stator des Erregers 1 ortsfest und ein Läufer 4 des Erregers 1 in einer vertikalen Richtung 5 verschieblich gelagert ist. Dabei weist der Stator 3 Permanentmagnete 6 auf, und der Läufer 4 umfasst eine Spule 7. Indem von einem hier nicht dargestellten Funktionsgenerator ein Strom durch die Spule 7 hervorgerufen wird, werden magnetische Kräfte zwischen dem Stator 3 und dem Läufer 4 erzeugt, die über einen Spulenträger 8 auf eine Führungsstange 9 übertragen werden. An der Führungsstange 9 ist ein Stößel 10 befestigt, über den die Kräfte von der Führungsstange 9 auf eine Struktur übertragen werden, zu deren Schwingungserregung der Erreger 1 vorgesehen ist. Die Führungsstange 9 dient aber nicht nur zur Übertragung von auf den Läufer 4 einwirkenden Kräften sondern auch zu dessen linearer Führung in der Richtung 5, die mit der Haupterstreckungsrichtung der Führungsstange 9 identisch ist. Hierzu weist die Führungsstange 9 einen Teil 11 auf, der über ein Linearkugellager 12 an dem Gehäuse 2 geführt ist. Das Linearkugellager 12 umfasst eine Führungsbuchse 13 in der ein Kugelkäfig 14 läuft, in dem wiederum der Teil 11 der Führungsstange 9 angeordnet ist. Dabei führen die hier nicht gezeigten Kugeln des Kugelkäfigs 14 den Teil 11 der Führungsstange 9 in der Richtung 5 mit hoher Steifigkeit bezüglich Verkippungen der Führungsstange 9 gegenüber der Richtung 5. Mit jeder Bewegung der Führungsstange 9 gegenüber dem Gehäuse 2 erfolgt auch eine Bewegung des Kugelkäfigs 5 gegenüber dem Gehäuse 2, aber nur über die halbe Strecke, die andere Hälfte der Strecke bewegt sich der Kugelkäfig 14 in der Richtung 5 gegenüber dem Teil 11 der Führungsstange 9. Oben an den Teil 11 ist ein weiterer Teil 15 der Führungsstange 9 angeschraubt, an dem der Spulenträger 8 befestigt und in den der Stößel 10 eingeschraubt ist. Unten an den Teil 11 ist ein Teil 16 der Führungsstange 9 angeschraubt, der als unterer Anschlag an das Gehäuse 2 dient, wenn die Auslenkung der Führungsstange 9 in der Richtung 5 zu groß wird.
2 zeigt in einer Explosionszeichnung die Teile 11, 15 und 16 der Führungsstange 9 sowie den Stößel 10 und den Kugelkäfig 14. Hierbei ist zu erkennen, dass die Teile 11, 15 und 16 wechselseitig mit Außengewinden 18, 19 und Innengewinden 20, 21 versehen sind, um sie zu der Führungsstange 9 zusammenzuschrauben. Weiterhin ist zu sehen, dass der Kugelkäfig 14 eine Vielzahl von Kugeln 17 umfasst, von denen in der Richtung 5 mehrere hintereinander angeordnet sind, woraus die steife lineare Führung der Führungsstange 9 durch das Linearkugellager 12 gemäß 1 resultiert.

1: elektrodynamischer Erreger
2: Gehäuse
3: Stator
4: Läufer
5: Richtung
6: Permanentmagnet
7: Spule
8: Spulenträger
9: Führungsstange
10: Stößel
11: Teil
12: Linearkugelführung
13: Führungshülse
14: Kugelkäfig
15: Teil
16: Teil
17: Kugel
18: Außengewinde
19: Außengewinde
20: Innengewinde
21: Innengewinde

Claims

Elektrodynamischer Erreger mit einem Gehäuse und mit einer in dem Gehäuse in ihrer Haupterstreckungsrichtung linear verschieblich gelagerten Führungsstange, die einen Läufer gegenüber einem Stator des Erregers führt, dadurch gekennzeichnet, dass die Führungsstange (9) über mindestens ein Linearkugellager (12) in dem Gehäuse (2) gelagert ist, in dem ein Kugelkäfig (14) die Führungsstange (9) innerhalb einer Führungsbuchse (13) umschließt.
Elektrodynamischer Erreger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Kugelkäfig (14) aus Kunststoff ausgebildet ist.
Elektrodynamischer Erreger nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein einziges Linearkugellager (12) mit längs der Haupterstreckungsrichtung (5) der Führungsstange (9) hintereinander angeordneten Kugeln (17) vorgesehen ist.
Elektrodynamischer Erreger nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Führungsbuchse (13) des einzigen Linearkugellagers (12) im Zentrum des Gehäuses (2) vorgesehen ist.
Elektrodynamischer Erreger nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Läufer (4) eine stromdurchflossene Spule (7) und der Stator (3) Permanentmagnete (6) aufweist.
Elektrodynamischer Erreger nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Spule (7) aus einem Leichtmetall ausgebildet ist.
Elektrodynamischer Erreger nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass auch ein an der Führungsstange (9) gelagerter Spulenträger (8) aus einem Leichtmetall ausgebildet ist.
Elektrodynamischer Erreger nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Spule (7) aus Aluminium und der Spulenträger (8) aus Magnesium ausgebildet ist.
Elektrodynamischer Erreger nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Führungsstange (9) mehrteilig ausgebildet ist und mindestens einen in dem Linearkugellager (12) geführten Teil (11) und einen den Läufer (4) tragenden Teil (15) aufweist.
Elektrodynamischer Erreger nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass ein weiterer Teil (16) der Führungsstange (9) als unterer Anschlag der Führungsstange (9) an dem Gehäuse (2) ausgebildet ist.
Elektrodynamischer Erreger nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Teile (11, 15, 16) der Führungsstange miteinander verschraubt sind.
Elektrodynamischer Erreger nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Teile (16) der Führungsstange (9) aus unterschiedlichen Materialien ausgebildet sind.
Elektrodynamischer Erreger nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass ein Anschlusselement (10) des Erregers (1) an die Führungsstange (9) angeschraubt ist.