DE10201371A1 - Dynamische Dämpfung in einem reibungsfreien Magnetventil - Google Patents

Abstract

Eine Magnetspule für eine geradlinige Bewegung mit einem Gehäuse, einer Ringspule aus einem elektrischen Draht, die im Gehäuse montiert ist und ein zentrales Loch durch diese hindurch aufweist. Ein erster Magnetpolschuh ist benachbart zu einer ersten axialen Stirnfläche der Ringspule orientiert und ein zweiter Magnetpolschuh ist benachbart zu einer zweiten Stirnfläche der Ringspule orientiert. Ein Anker ist beweglich im zentralen Loch montiert. Zwei im wesentlichen geradlinige Federn sind zum Befestigen des Ankers am Gehäuse vorgesehen, um eine reibungsfreie elastische Aufhängung des Ankers in dem zentralen Loch zu bewirken. Eine geschlossene Kammer ist mit einer Flüssigkeit gefüllt, so daß eine mit dem Anker bewegliche Scheibe auch in der Kammer beweglich ist. Ein Umfang der Scheibe ist in enger Beziehung zu der Innenwandfläche der Kammer orientiert, um einen Flüssigkeitsströmungs-Drosselspalt dazwischen festzulegen und während des Betriebs eine dynamische Dämpfung der Ankerbewegung zu bewirken.

Description

Diese Erfindung betrifft einen dynamischen Dämpfungsmechanismus zur Verwendung in einer Magnetspule für eine reibungsfreie geradlinige Bewegung und insbesondere einen dynamischen Dämpfungsmechanismus zur Verwendung bei der Beseitigung von Eigenfrequenzschwingungen in der Magnetspule.

Eine reibungsfreie Magnetspule des Standes der Technik, die in Zusammenhang mit einem Flüssigkeitsregelventil betätigbar ist, ist in Fig. 1 dargestellt. Die Darstellung in Fig. 1 stellt den nächsten Stand der Technik dar, der dem Erfinder bekannt ist.

Der Magnetspulenteil 10 des magnetgesteuerten Ventils 11 besteht aus einem Anker 12, der in der Mitte einer Ringspule 13 durch ein Paar von flachen, im wesentlichen geradlinigen Federn 14 und 16 aufgehängt ist, welche an dem Anker 12 an einem Ende befestigt sind und an den Magnetspulenpolschuhen 17 und 18 am anderen Ende befestigt sind, um radiale Bewegungen zu verhindern. Die Polschuhe 17 und 18 sind an den Enden der Ringspule 13 orientiert und sind durch eine Metallröhre 19, die aus einem magnetischen Material besteht und die um die Außenseite der Ringspule 13 orientiert ist, miteinander verbunden. Die Röhre dient dem Zweck der Vervollständigung des den Fluß übertragenden magnetischen Kreises.

Der zur linken Seite der Ringspule orientierte Polschuh 17 weist eine große Öffnung 21 in sich auf und ist dazu ausgelegt, den Anker 12 darin aufzunehmen. Der radiale Raum zwischen dem Außendurchmesser des Ankers 12 und dem Innendurchmesser der Öffnung 21 dient zum Festlegen eines Ruhe-Luftspalts 22. Dieses Ende des Ankers weist auch einen langgestreckten Stab 23 auf, der an der linken axialen Stirnfläche des Ankers ausgebildet ist, und eben dieser Stab 23 ist an der vorstehend genannten Feder 14 befestigt. Ein Loch in der Mitte der Feder 14 ermöglicht, daß sich der Stab 23 durch diese hindurcherstreckt. Ein elastischer Abstandhalter 24 ist vorgesehen, um die Feder 14 von der axialen Stirnfläche des Ankers 12 zu beabstanden, und ein Haltering 26 wird verwendet, um die Feder 14 am elastischen Abstandhalter 24 zu halten.

Der entgegengesetzte Polschuh 18 weist auch ein Loch 27 auf, das sich durch diesen hindurcherstreckt. Der Anker weist einen nichtmagnetischen Stab 28 auf, der an der rechten axialen Stirnfläche des Ankers ausgebildet ist und sich von diesem in und durch ein Loch in der Feder 16, an welchem sie ortsfest am Stab 28 befestigt ist, axial wegerstreckt. Die zwei Federn 14 und 16 dienen zum Aufhängen des Ankers 12 und der zwei axial vorstehenden Stäbe 23 und 28 in den jeweiligen Löchern durch die Polschuhe 17 und 18 sowie durch das zentrale Loch in der Ringspule 13, um einen reibungsfreien Träger für den Anker zu erzeugen.

Bei dieser speziellen Konstruktion des Standes der Technik ist ein Flüssigkeitsregelventil am rechten Ende des Gehäuses 29, in dem der vorstehend genannte Anker 12 und die Ringspule 13 untergebracht sind, orientiert. Das Flüssigkeitsregelventil 31 umfaßt eine zentrale Bohrung 32 durch dieses hindurch mit einer Vielzahl von Flüssigkeitskanälen darin, nämlich einem Flüssigkeitszufuhrkanal 33, einem Regelkanal 34 und einem Behälterkanal 36. Eine Düse 37 ist in der Bohrung 32 zwischen dem Zufuhrkanal 33 und dem Behälterkanal 36 axial vom Zufuhrkanal 33 beabstandet vorgesehen. Die Düse 37 weist eine Düsenöffnung 38 darin auf, so daß durch den Zufuhrkanal 33 zum Regelkanal 34 zugeführte Flüssigkeit durch die Düsenöffnung 38 zum Behälterkanal 36 abgelassen wird, wenn ein Knopf 39, der ortsfest am Stab 28 befestigt ist und mit diesem beweglich ist, von der Düsenöffnung 38 beabstandet ist, wie in Fig. 1 dargestellt.

Die rechte axiale Stirnfläche des Ankers 12 ist normalerweise von der axial nach links gewandten Oberfläche des Polschuhs 18 axial beabstandet, wenn die Ringspule 13 nicht elektrisch gespeist wird. Der axiale Raum legt einen Arbeits-Luftspalt 41 fest. Wenn die Ringspule 13 elektrisch gespeist wird, wird der Anker 12 folglich nach rechts zum Polschuh 18 hin getrieben. Außerdem bewegt sich die rechte axiale Stirnfläche 42 in enge Beziehung zur Düsenöffnung 38, um die Flüssigkeitsströmung vom Regelkanal 34 zum Behälterkanal 36 zu sperren. Folglich baut sich im Regelkanal 34 ein Druck auf, um einen entsprechenden Antrieb eines mit diesem verbundenen Mechanismus zu bewirken.

Elektrische Energie wird über eine elektrische Verbindung 43 zur Ringspule 13 geliefert.

Aufgrund der präzisen Regelung und des präzisen Ansprechens, die für diese Art magnetgesteuertes Flüssigkeitsventil erforderlich sind, und durch Erkennen, daß diese magnetgesteuerten Ventile gegen Schwankungen und sich ändernde Bedingungen innerhalb des gesamten Flüssigkeits-(hier hydraulischen)Systems empfindlich sind, können diese Schwankungen zu einer unerwünschten Eigenfrequenzschwingung im Anker 12 führen. Solche Punkte, die die Empfindlichkeit beeinflussen, sind Fluidviskositätsänderungen aufgrund einer Temperaturänderung, Änderungen der Elastizität der Gummikomponenten und auch irgendeiner Federbelastung, die in Ventilanordnungen vorgesehen sein können, die unter Federspannung stehende Steuerspulen enthalten. Schwankungen, die durch diese Systemkomponenten verursacht werden, sind unannehmbar. Die hierin dargelegte Erfindung löst das Problem von Eigenfrequenz-Systemschwingungen erfolgreich.

Eine Magnetspule für eine geradlinige Bewegung mit einem Gehäuse, einer Ringspule aus einem elektrischen Draht, die im Gehäuse montiert ist und ein zentrales Loch durch diese hindurch aufweist. Ein erster Magnetpolschuh ist benachbart zu einer ersten axialen Stirnfläche der Ringspule orientiert und ein zweiter Magnetpolschuh ist benachbart zu einer zweiten Stirnfläche der Ringspule orientiert. Ein Anker ist beweglich im zentralen Loch montiert. Zwei im wesentlichen geradlinige Federn sind zum Befestigen des Ankers am Gehäuse vorgesehen, um eine reibungsfreie elastische Aufhängung des Ankers in dem zentralen Loch zu bewirken. Eine geschlossene Kammer ist mit einer Flüssigkeit gefüllt, so daß eine mit dem Anker bewegliche Scheibe auch in der Kammer beweglich ist. Ein Umfang der Scheibe ist in enger Beziehung zu einer Innenwandfläche der Kammer orientiert, um einen Flüssigkeitsströmungs-Drosselspalt dazwischen festzulegen und während des Betriebs eine dynamische Dämpfung der Ankerbewegung zu bewirken.

Andere Aufgaben und Zwecke dieser Erfindung werden für Personen, die mit einer Vorrichtung dieser allgemeinen Art vertraut sind, nach Lesen der folgenden Beschreibung und Besichtigen der zugehörigen Zeichnungen ersichtlich sein, in welchen gilt:

Fig. 1 stellt ein reibungsfreies magnetgesteuertes Ventil des Standes der Technik dar;

Fig. 2 stellt ein reibungsfreies magnetgesteuertes Ventil dar, in dem Erfindung enthalten ist; und

Fig. 3 ist eine isometrische Ansicht eines Fragments des linken Polschuhs und der geradlinigen Feder 14.

Die Fig. 2 und 3 stellen die erfindungsgemäße Magnetspule 50, die zu einem Fluidventil 51 gehört, dar. Es ist leicht ersichtlich, daß das Ventil 51 in der Konstruktion zu dem Ventil 11, das in der in Fig. 1 dargestellten Vorrichtung des Standes der Technik gezeigt ist, identisch ist. Daher wird eine weitere Erörterung über die Betriebseigenschaften des Ventils 51 nicht weiter erläutert.

Wenn man sich nun der erfindungsgemäßen Magnetspule 50 zuwendet, wird angemerkt, daß die zum Beschreiben dieser Magnetspule 50 verwendeten Bezugsziffern die gleichen sind wie jene, die bei der Beschreibung der Magnetspule 10 verwendet wurden, außer daß der Zusatz "A" zu jeder Bezugsziffer hinzugefügt wurde. Wenn man diese Bezugsziffercharakteristik zur Kenntnis nimmt, ist zu erkennen, daß der linke Polschuh 17A verändert wurde, um eine axial gewandte Kammer 52 darin zu erzeugen. Eine Scheibe 53 ist ortsfest am Stab 23A zwischen dem elastischen Abstandhalter 24A und einem weiteren Abstandhalter 54, der die Scheibe 53 von der Feder 14A trennt, befestigt. Die Federklemme 26A dient zum Befestigen der Feder 14A am Abstandhalter 54 und zum Halten der Scheibe 53 und des Abstandhalters 24A an der jeweiligen Stelle am Stab 23A, wie in Fig. 2 dargestellt. Ein radialer Spalt 56 existiert zwischen dem Innendurchmesser der Wandfläche 57 der Kammer 52 und der radial nach außen gewandten Oberfläche 58 der Scheibe 53, um zu bewirken, daß der radiale Spalt 56 eine Flüssigkeitseinschränkung festlegt.

Es ist zu beachten, daß die Ventilkonstruktion 51 (auch die Ventilkonstruktion 11) im Flüssigkeitskreislauf durch verschiedene radiale Zwischenräume mit dem Inneren der Magnetspule 50 verbunden ist. Insbesondere wird die Flüssigkeit in der Bohrung 32A durch die Feder 16A und den radialen Zwischenraum zwischen dem Stab 28A und dem Loch 27A im Polschuh 18A sowie durch den radialen Zwischenraum zwischen dem Außendurchmesser des Ankers 12A und dem Innendurchmesser der Ringspule 13A sowie durch den Ruhe- Luftspalt 22A in die vorstehend genannte Kammer 52 sowie durch den Flüssigkeitsdrosselspalt 56 strömen lassen. Die Scheibe 53 weist eine große Oberfläche an deren axial gewandten Seiten auf, die koaxial auf die axial gewandte Stirnfläche des Ankers 12A ausgerichtet sind. Folglich steht diese große Oberfläche mit den restlichen Flächen in der Magnetspule durch die eingeschränkte Fläche um den Umfang der Scheibe 53 mit dem Ruhe- Luftspalt und anderen Teilen der Magnetspule 50 und des Ventils 51 in Verbindung. Zum Behälterkanal 36A zugeführte Flüssigkeit ist die Zufuhr für die Flüssigkeit im Inneren der Magnetspule 50.

Wie vorher bei der Magnetspulenkonstruktion 11 des Standes der Technik beschrieben, muß, wenn die Bedingungen in dem System versuchen zu verursachen, daß der Anker 12A schnell schwingt (sich axial hin- und herbewegt), auch die Scheibe 53, die am Anker 12A befestigt ist, in Schwingungen versetzt werden. Um den Anker 12A und die an diesem befestigte Scheibe 53 in Schwingungen zu versetzen, erfordert die Fläche oder das Volumen zwischen der Scheibe 53 und dem Teil der Kammer 52, der zur rechten Seite der Scheibe 53 orientiert ist, entweder, daß Flüssigkeit ihn füllt oder aus diesem durch die Einschränkungen um die Scheibe 53 und den Anker 12A verdrängt wird. Dieser Transport von Flüssigkeit von einer Seite der Scheibe 53 zur anderen erzeugt einen Differentialdruck von einer Seite der Scheibe zur anderen. Dieser auf die Scheibenoberfläche aufgebrachte Differentialdruck erzeugt eine axiale Last auf der Scheiben/Anker-Anordnung entgegengesetzt zur Richtung der Schwingung.

Aufgrund der relativ großen Fläche der Scheibe 53 kann das Volumen der Flüssigkeit, die von einer Seite der Scheibe zur anderen durch den Drosselspalt 56 hindurchströmen muß, bei einer relativ kleinen Bewegung des Ankers 12A ziemlich groß sein, was einen hohen Differentialdruck erzeugt. Mit diesem großen Flüssigkeitstransport erzeugt der hohe Differentialdruck eine hohe Gegenlastlast an der Scheiben/Anker-Anordnung, wodurch die Größe von Systemschwingungen begrenzt oder deren Beginn verhindert wird.

Obwohl ein spezielles bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung im einzelnen für Erläuterungszwecke offenbart wurde, ist zu erkennen, daß Variationen oder Modifikationen der offenbarten Vorrichtung, einschließlich der Umordnung von Teilen, innerhalb des Schutzbereichs der vorliegenden Erfindung liegen.

Claims (6)

1. In einer Magnetspule für eine geradlinige Bewegung, umfassend:
ein Gehäuse;
eine Ringspule aus einem elektrischen Draht, die in dem Gehäuse montiert ist und ein zentrales Loch durch diese hindurch aufweist;
einen ersten Magnetpolschuh, der benachbart zu einer ersten axialen Stirnfläche der Ringspule orientiert ist, und einen zweiten Magnetpolschuh, der benachbart zu einer zweiten Stirnfläche der Ringspule orientiert ist, wobei der erste und der zweite Polschuh durch ein drittes magnetisches Stück miteinander gekoppelt sind;
ein erstes Loch durch den ersten Polschuh hindurch koaxial zum zentralen Loch;
ein zweites Loch durch den zweiten Polschuh hindurch koaxial zum zentralen Loch;
einen Anker aus einem magnetischen Material, der geradlinig beweglich verschiebbar in dem zentralen Loch mit ausreichendem radialen Zwischenraum dazwischen montiert ist und nicht-magnetische Stabteile aufweist, die koaxial von axial gewandten Enden desselben hervorstehen, wobei ein erster der nicht- magnetischen Stabteile koaxial in dem ersten Loch mit einem ausreichenden radialen Zwischenraum dazwischen aufgenommen ist, wobei ein von dem ersten Stabteil entferntes Ende des Ankers koaxial in dem zentralen Loch mit einem ausreichenden radialen Zwischenraum dazwischen aufgenommen ist, um einen Ruhe-Luftspalt festzulegen;
eine erste und eine zweite im wesentlichen geradlinige Feder zum Befestigen des jeweiligen ersten und zweiten Stabteils an dem Gehäuse, um eine reibungsfreie elastische Aufhängung des Ankers in dem zentralen Loch zu bewirken und um eine ringförmige axiale Stirnfläche des Ankers benachbart zu dem ersten Stabteil in gegenüberliegender Beziehung zum ersten Polschuh zu orientieren, um einen Arbeits-Luftspalt dazwischen festzulegen; und
eine geschlossene Kammer, die mit einer Flüssigkeit gefüllt ist, wobei der zweite Stabteil wirksam mit einem Element gekoppelt ist, das in der Kammer orientiert ist;
die Verbesserung, bei der eine Scheibe an dem. Element zur Bewegung mit diesem montiert ist, wobei ein Umfang der Scheibe in enger Beziehung zu einer Innenwandfläche der Kammer orientiert ist, um einen Flüssigkeitsströmungs- Drosselspalt dazwischen festzulegen und während des Betriebs eine dynamische Dämpfung der Ankerbewegung zu bewirken.

2. Magnetspule für eine geradlinige Bewegung nach Anspruch 1, wobei die Kammer in dem zweiten Polschuh ausgebildet ist.

3. Magnetspule für eine geradlinige Bewegung nach Anspruch 2, wobei das Element eine einteilige Verlängerung des zweiten Stabteils ist.

4. Magnetspule für eine geradlinige Bewegung nach Anspruch 1, wobei die Kammer durch den Ruhe-Luftspalt und die radialen Zwischenräume offen in Verbindung steht, so daß die Flüssigkeit darin vorhanden ist.

5. Magnetspule für eine geradlinige Bewegung nach Anspruch 4, wobei das Gehäuse ein Flüssigkeitsregelventil mit einem Flüssigkeitszufuhrkanal, der dazu ausgelegt ist, eine Zufuhr der Flüssigkeit zu diesem von einer Versorgung zu empfangen, einem Regelkanal, der zur Verbindung mit einer Last ausgelegt ist, und einem Behälterkanal, der zur Verbindung mit der Versorgung ausgelegt ist, umfaßt, wobei der Behälterkanal wirksam mit der Kammer in Verbindung steht.

6. Magnetspule für eine geradlinige Bewegung nach Anspruch 5, wobei der Behälterkanal durch die radialen Zwischenräume und den Ruhe-Luftspalt wirksam mit der Kammer in Verbindung steht.