-
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Linearaktor, vorzugsweise für ein aktives hydraulisches Motorlager, gemäß des Oberbegriffs des Patentanspruchs 1 sowie ein aktives hydraulisches Motorlager mit einem derartigen Linearaktor gemäß des Patentanspruchs 10.
-
Auf verschiedenen technischen Gebieten werden seit längerer Zeit elektromagnetische Aktoren verwendet. Unter einem Aktor oder auch Aktuator wird ein Antriebselement verstanden, welches elektrische Signale wie z. B. von einem Steuerungscomputer ausgehende Befehle in mechanische Bewegung oder andere physikalische Größen wie z. B. Druck oder Temperatur umsetzen und hierdurch aktiv in einen Prozess eingreifen kann. Erfolgt die Erzeugung der mechanischen Bewegung mittels elektromagnetisch hervorgerufener Kräfte, so wird der Aktor als elektromagnetischer Aktor bezeichnet. Wird als mechanische Bewegung eine translatorische Bewegung erzeugt, so kann der Aktor auch als Linearaktor bezeichnet werden.
-
Elektromagnetische Linearaktoren weisen üblicherweise einen feststehenden Stator und einen relativ zum Stator entlang der Längsrichtung beweglichen Anker auf. Der Permanentmagnet und die elektrische Spule, welche zur Erzeugung der elektromagnetischen Kräfte erforderlich sind, können je nach Bauart des Linearaktors am Stator und bzw. oder am Anker angeordnet sein. Der Stator und der Anker sind dabei üblicherweise ferromagnetisch ausgebildet, um das Magnetfeld zu leiten.
-
Elektromagnetische Linearaktoren werden u.a. bei aktiven Motorlagern eingesetzt. Derartige Motorlager werden zur Isolation von Schwingungen in verschiedenen Arten und Ausführungen eingesetzt. Zu diesen gehören die sog. Hydrolager oder auch Hydrauliklager. Sie dienen zur elastischen Abstützung von Aggregaten, insbesondere von Kraftfahrzeugmotoren. Mit Hilfe derartiger z. B. zwischen einem Motor und einem Chassis eines Kraftfahrzeugs angeordneter Hydrolager soll verhindert werden, dass sich Motor-Vibrationen auf das Fahrzeuggestell übertragen.
-
Bei einem Hydrolager kann eine Flüssigkeit wie z.B. eine Hydraulikflüssigkeit zwischen einer Arbeitskammer und einer Ausgleichkammer über einen Drosselkanal hin und her bewegt werden. Eine Drosseleinheit trennt das Flüssigkeitsvolumen zwischen der Arbeitskammer und der Ausgleichskammer und bildet den Drosselkanal aus, der die Arbeitskammer und die Ausgleichskammer verbindet. Da der Drosselkanal einen Strömungswiderstand darstellt, können Schwingungen, welche über eine Tragfeder wie üblicherweise ein Elastomerelement auf die Arbeitskammer wirken, durch die Flüssigkeitsbewegungen durch den Drosselkanal hindurch gedämpft werden. Hierbei werden quasistatische Lasten bis üblicherweise ca. 5 Hz durch die relativ große Steifigkeit der Tragfeder aufgenommen. Niederfrequente Schwingungen zwischen üblicherweise 5 Hz bis 20 Hz werden durch das Zusammenwirken der beiden Hydraulikkammern über den Drosselkanal gedämpft.
-
Es lassen sich verschiedene Arten von Hydrolagern unterscheiden:
- Sog. konventionelle Hydrolager weisen den zuvor beschriebenen Aufbau und die hiermit verbundene Wirkungsweise auf, indem üblicherweise die Innenseite der elastischen Tragfeder und die eine Seite der Drosseleinheit die Arbeitskammer und eine elastische Rollmembran und die gegenüberliegende Seite der Drosseleinheit die Ausgleichkammer bilden. Die elastische Rollmembran führt zu einem variablen Volumen der Ausgleichskammer, so dass es hierdurch der üblicherweise inkompressiblen Flüssigkeit ermöglicht wird, aus der Arbeitskammer entweichen zu können. Alternativ oder zusätzlich kann auch eine elastische Entkopplungsmembran vorhanden sein, die einen elastischen Druckausgleich zwischen den beiden Hydraulikkammern ermöglichen kann. Bewegliche Teile sind außer der Elastizität der Tragfeder, der Rollmembran und bzw. oder der Entkopplungsmembran bei konventionellen Hydrolager üblicherweise nicht vorhanden.
- Sog. schaltbare Hydrolager weisen grundsätzlich den gleichen Aufbau und die gleiche Wirkungsweise wie konventionelle Hydrolager auf. Zusätzlich zum Drosselkanal ist bei schaltbaren Hydrolagern jedoch ein Bypasskanal vorhanden, dessen Durchfluss schaltbar geöffnet und geschlossen werden kann. Alternativ kann auch ein Kanal zur Entlüftung einer Luftkammer unterhalb der Entkopplungsmembran schaltbar geöffnet und geschlossen werden. In beiden Fällen können durch das Öffnen bzw. Verschließen des jeweiligen Kanals zwei unterschiedliche Kennlinienverläufe der Steifigkeits- und Dämpfungscharakteristika des Lagers gewählt werden, so dass das Lager zwischen „weich“ und „hart“ geschaltet werden kann. Mit anderen Worten kann auf diese Art und Weise in bestimmten Situationen eine andere Steifigkeit des schaltbaren Hydrolagers eingestellt werden als im übrigen Betrieb. Diese Schaltfunktion kann durch einen elektromagnetischen Aktor ausgeführt werden.
- Sog. steuerbare oder auch aktive Hydrolager entsprechen ebenfalls grundsätzlich dem Aufbau und der Wirkungsweise von konventionellen Hydrolagern, weisen jedoch eine steuerbare Möglichkeit auf, das Volumen der Arbeitskammer stufenlos zu verändern. Auf diese Weise kann aktiv auf das Isolationsverhalten des Hydrolagers eingewirkt werden. Die Steuerbarkeit wird üblicherweise über einen linear wirkenden elektromagnetischen Aktor erreicht, welcher eine Steuermembran z.B. über einen Kolben gegenüber der Arbeitskammer bewegen kann. Die Steuermembran bildet dabei einen Teil der Wandung der Arbeitskammer, so dass sich über die Bewegung der Steuermembran das Hydraulikvolumen der Arbeitskammer verändern lässt. Durch eine Ansteuerung des Aktors und des entsprechenden Einwirkens auf die Steuermembran kann eine Absenkung der dynamischen Federrate des Hydrolagers im Bereich der hochfrequenten Schwingungen bewirkt werden.
-
Bei den steuerbaren bzw. aktiven Hydrolagern lässt sich zwischen konventionellen steuerbaren Hydrolagern und invertierten steuerbaren Hydrolagern unterscheiden. Bei den konventionellen aktiven Hydrolagern drückt das Fluid direkt von der Seite der Arbeitskammer auf die Steuermembran, die der Arbeitskammer zugewandt ist. Beim invertierten Hydrolager arbeitet die Steuermembran nach unten und das verdrängte Fluidvolumen wird nach oben in die Arbeitskammer gelenkt. Bei gleicher Wirkung auf die Arbeitskammer arbeitet der Aktor des invertierten Systems somit genau gegenphasig zu dem Aktor des konventionellen Systems. In diesem Fall befindet sich üblicherweise ein konstruktionsbedingt geschlossenes Luftvolumen hinter der Membran, welches vollkommen von der Umgebung abgetrennt ist.
-
Alle zuvor beschriebenen Arten von Hydrolagern können als Motorlager eingesetzt werden.
-
Um die Steuerbarkeit der Membran sowohl bei konventionellen als auch bei invertieren steuerbaren bzw. aktiven Hydrolagern realisieren zu können, ist es bekannt, einen Linearaktor einzusetzen, wie bereits zuvor erwähnt. Üblicherweise wird der Stator des Linearaktor, welcher üblicherweise die Spule aufweist, am bzw. im Gehäuse des Hydrolagers angeordnet. Um einen magnetischen Kreis zu erhalten, ist ferner ein Magnet erforderlich. Als Magnet wird üblicherweise ein Permanentmagnet verwendet, um die Notwendigkeit einer Bestromung des Magneten zu vermeiden. Es sind verschiedene Anordnungen der Spule und des Magneten hinsichtlich des Stators bzw. Ständers und des Ankers möglich.
-
Es ist möglich, dass der Stator von der Ausgleichskammer samt Rollmembran umgeben wird. Der Anker des Linearaktors ist üblicherweise innerhalb des Stators und gegenüber dem Stator in der Höhe, d.h. zur Arbeitskammer hin sowie von der Arbeitskammer weg, linear beweglich angeordnet. Derartige Linearaktoren sind üblicherweise zylindrisch mit einem beweglichen Anker in der Mitte aufgebaut, welche von einem ringförmigen Stator umschlossen wird. In der radialen Richtung sind der Anker und der Stator durch einen Luftspalt zueinander beabstandet, über welchen sich das magnetische Feld zwischen Anker und Stator schließt. Der Anker ist üblicherweise über einen Stößel mit der Steuermembran verbunden, so dass durch die Bewegung des Ankers des Linearaktors die Steuermembran auf das Hydraulikvolumen der Arbeitskammer einwirken kann.
-
Der in der Längsrichtung bewegliche Anker wird dabei üblicherweise gegenüber dem Stator geführt. Dies kann zum einen durch ein Gleitlager geschehen, welches zwischen dem Anker und dem Stator angeordnet ist und einen möglichst geringen Reibwiderstand aufweist. Hierdurch kann eine definierte radiale Beabstandung zwischen Anker und Stator bei gleichzeitiger axialer Beweglichkeit erreicht werden. Ferner kann die Größe des Luftspalts, welcher durch das Gleitlager ausgefüllt wird, minimiert werden, was die Kraftübertragung des Linearaktors erhöhen kann.
-
Nachteilig ist hierbei, dass aufgrund des Gleitlagers ein zusätzliches Bauteil verwendet wird, welches hergestellt und montiert werden muss. Dies kann die Herstellungskosten des Linearaktors erhöhen. Nachteilig ist ferner, dass durch ein Gleitlager keinerlei Rückstellkräfte auf den beweglichen Anker ausgeübt werden, so dass die Rückbewegung des Ankers durch den aktiven Betrieb des Linearaktors herbeigeführt werden muss. Dies bedingt eine entsprechende Ansteuerung des Linearaktors und führt zu einem zusätzlichen Verbrauch von elektrischer Energie für die Rückstellbewegungen. Dies kann auch die Erwärmung des Linearaktors begünstigen, welche üblicherweise unerwünscht ist.
-
Es ist daher alternativ bekannt, eine metallische Spiral- oder Membranfeder als metallisches Führungskonzept zwischen Anker und Stator einzusetzen, um die Relativbewegung zwischen diesen zu ermöglichen und gleichzeitig einen möglichst kleinen Luftspalt zu realisieren. Die hierzu eingesetzten Membranfedern müssen jedoch radial sehr gut zentriert und axial gut geklemmt werden, um die Funktion des Linearaktors sicherzustellen. Ein derartiger linearer elektromagnetischer Aktor mit einer Spiralfeder als Führungselement wird z.B. in der
DE 10 2010 037 922 A1 beschrieben.
-
Nachteilig ist dabei, dass die Verwendung von Spiral- oder Membranfedern zu einem aufwändigen und fehleranfälligen Montageprozess führen kann. Ferner wird hierdurch eine große Anzahl an Einzelkomponenten benötigt, welche hergestellt und montiert werden müssen. Dies kann die Herstellungskosten gegenüber dem zuvor beschriebenen Gleitlager deutlich erhöhen.
-
Zu beachten ist ferner, dass die zuvor beschrieben Führungskonzepte von Linearaktoren vor allem für Auslenkungen größer als die Luftspaltbreite ausgelegt sind. Ziel ist dabei stets, eine bestimmte Axialsteifigkeit bei einer vielfach höheren Radialsteifigkeit zu erreichen. Dies ist üblicherweise nur möglich, indem die Führung zwischen Anker und Stator axial außerhalb der Polflächen des Aktors realisiert wird.
-
Die US 2013 / 0 119 591 A1 beschreibt einen Schwingungsisolator umfassend ein Gehäuse mit einer oberen Fluidkammer, einer unteren Fluidkammer, einem Kolben, einem Abstimmkanal und einer linearen Induktionsmotoranordnung zur Änderung der Isolationsfrequenz des Schwingungsisolators. Der Kolben ist elastisch im Gehäuse angeordnet. Ein Schwingungsabstimmungsfluid befindet sich in der oberen Fluidkammer, der unteren Fluidkammer und dem Abstimmkanal. Die lineare Induktionsmotoranordnung umfasst ein Magnetelement und eine Induktionsspule, die das Magnetelement zumindest teilweise umgibt. Ein Steuersystem ist so konfiguriert, dass es das Magnetelement selektiv betätigt; wobei die selektive Betätigung des Magnetelements selektiv eine Pumpkraft auf das Abstimmfluid ausübt, wodurch die Isolationsfrequenz geändert wird.
-
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Linearaktor der eingangs beschriebenen Art bereit zu stellen, so dass eine Führung und Rückstellung des Ankers gegenüber dem Stator einfacher, kostengünstiger, robuster und bzw. oder platzsparender als bisher bekannt zur Verfügung gestellt werden kann. Zumindest soll eine Alternative zu bekannten derartigen Linearaktoren geschaffen werden.
-
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch einen Linearaktor mit den Merkmalen gemäß Patentanspruch 1 sowie durch ein aktives hydraulisches Motorlager mit den Merkmalen des Patentanspruchs 10 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen beschrieben.
-
Somit betrifft die vorliegende Erfindung einen Linearaktor, vorzugsweise für ein aktives hydraulisches Motorlager, mit einem Stator und mit einem gegenüber dem Stator beweglichen Anker, wobei der Stator und bzw. oder der Anker wenigstens eine Spule aufweist, wobei der Stator und bzw. oder der Anker wenigstens einen Magneten, vorzugsweise wenigstens einen Permanentmagneten, aufweist und wobei zwischen dem Stator und dem Anker wenigstens abschnittsweise ein Luftspalt ausgebildet ist. Der Luftspalt ist als funktionelles Element des Linearaktors zu verstehen und muss daher nicht zwangsläufig teilweise oder vollständig luftgefüllt sein, wie im Folgenden näher erläutert werden wird. Als Magnet wenigstens einen Permanentmagneten zu verwenden kann dahingehend vorteilhaft sein, dass auf eine elektrische Speisung des Magneten zur Erzeugung des elektrischen Feldes verzichtet werden kann. Dies kann insbesondere dann vorteilhaft sein, wenn der Magnet mit dem Anker mitbeweglich dort angeordnet ist.
-
Der erfindungsgemäße Linearaktor ist dadurch gekennzeichnet, dass der Anker mittels wenigstens eines Elastomerkörpers mit dem Stator derart verbunden ist, dass der Anker von dem Elastomerkörper gegenüber dem Stator beweglich geführt und von dem Elastomerkörper rückgestellt werden kann. Durch den Einsatz eines Elastomerkörpers als gummi-elastisches Distanzelement direkt zwischen den zu beabstandenen Flächen von Stator und Anker kann erfindungsgemäß eine Zentrierung des Ankers gegenüber dem Stator erreicht werden. Gleichzeitig kann die axiale Relativbewegung zwischen Anker und Stator durch die elastische Eigenschaft des Elastomerkörpers gewährleistet werden. Dabei kann eine Rückstellkraft in Form von Scherkräften erzeugt werden, wodurch der Anker stets in seine axiale Mittellage zurückkehren kann.
-
Die Rückstellkraft kann dabei über die Steifigkeit des Elastomerkörpers beeinflusst werden, welche z.B. über die Materialhärte und bzw. oder über die Geometrie des Elastomerkörpers je nach Bedarf angepasst werden kann.
-
Da lediglich ein Elastomerkörper zur Umsetzung der Erfindung erforderlich ist, kann die Komponentenanzahl des Aktuators verringert sowie der Montageprozess vereinfacht werden. Durch die Anordnung des Führungs- und Rückstellungsbauelements als Elastomerkörper in den Luftspalt hinein kann auf die Anordnung entsprechender Elemente wie bisher einer Spiral- bzw. Membranfeder unterhalb und bzw. oder oberhalb des Ankers verzichtet werden, was den zur Umsetzung des Linearaktors erforderlichen Bauraum verringern kann. Auch kann durch die Verwendung eines Elastomerkörpers als Führungs- und Rückstellungsbauelement eine robuste, störungsunanfällige und damit langlebige Umsetzung erfolgen.
-
Vorteilhaft ist ferner, dass aufgrund der vergleichsweise kleinen Relativbewegungen in axialer Richtung, welche jedoch häufig im höheren Frequenzbereich auftreten, deutlich höhere Axialsteifigkeiten zugelassen werden können als es bei Einsatzfällen mit größeren Relativbewegungen der Fall ist. Durch diese Änderung kann die Anforderung zur Spreizung zwischen Radialsteifigkeit und Axialsteifigkeit reduziert werden.
-
Gemäß eines Aspekts der vorliegenden Erfindung füllt der Elastomerkörper den Luftspalt zumindest abschnittsweise, vorzugsweise vollständig, aus. Hierdurch kann der Elastomerkörper möglichst platzsparend in dem Luftspalt angeordnet werden. Dabei kann der Luftspalt auch dann als solches bezeichnet werden und seine Funktion behalten, auch wenn der Luftspalt statt Luft zumindest teilweise bis vollständig mit dem Material des Elastomerkörpers gefüllt ist. Der Elastomerkörper kann in diesem Fall wie eine Schubfeder zwischen Anker und Stator wirken.
-
Gemäß eines weiteren Aspekts der vorliegenden Erfindung ist der Elastomerkörper im Bereich des Luftspalts senkrecht zur Bewegungsrichtung des Ankers größer als der Luftspalt ausgebildet. Hierdurch kann die Beweglichkeit des Ankers gegenüber dem Stator in der axialen Richtung bei gleichbleibenden Scherkräften vergrößert werden, da die Erstreckung des Materials des Elastomerkörpers zwischen Anker und Stator bei gleichbleibender Breite des Luftspalts vergrößert werden kann.
-
Gemäß eines weiteren Aspekts der vorliegenden Erfindung weist der Anker im Bereich des Luftspalts senkrecht zur Bewegungsrichtung des Ankers wenigstens eine Aussparung auf, welche zumindest abschnittsweise, vorzugsweise vollständig, von dem Elastomerkörper ausgefüllt wird. Hierdurch kann es ermöglicht werden, dass die Erstreckung des Materials des Elastomerkörpers zwischen Anker und Stator vergrößert werden kann.
-
Gemäß eines weiteren Aspekts der vorliegenden Erfindung weist der Stator im Bereich des Luftspalts senkrecht zur Bewegungsrichtung des Ankers wenigstens eine Aussparung auf, welche zumindest abschnittsweise, vorzugsweise vollständig, von dem Elastomerkörper ausgefüllt wird. Hierdurch kann es ermöglicht werden, dass die Erstreckung des Materials des Elastomerkörpers zwischen Anker und Stator vergrößert werden kann.
-
Gemäß eines weiteren Aspekts der vorliegenden Erfindung umschließt der Elastomerkörper den Anker zumindest abschnittsweise, vorzugsweise vollständig. Auf diese Art und Weise kann der Anker gekapselt und hierdurch z.B. vor Korrosion und bzw. oder Aufquellen geschützt werden.
-
Gemäß eines weiteren Aspekts der vorliegenden Erfindung umschließt der Elastomerkörper den Stator gegenüber dem Anker zumindest abschnittsweise, vorzugsweise vollständig. Auf diese Art und Weise kann der Stator gekapselt und hierdurch z.B. vor Korrosion und bzw. oder Aufquellen geschützt werden.
-
Gemäß eines weiteren Aspekts der vorliegenden Erfindung ist der Elastomerkörper zumindest abschnittsweise, vorzugsweise vollständig, durch Vulkanisation mit dem Stator und bzw. oder mit dem Anker verbunden. Hierzu kann das Material des Elastomerkörpers erst zusammen mit dem Anker und bzw. oder mit dem Stator z.B. in einem Vulkanisationsprozess in Form gebracht werden. Dadurch kann die radiale Zentrierung von Stator und Anker während des Formgebungsprozesses sehr genau mit einer Hilfsvorrichtung sichergestellt und anschließend durch die Kompressionssteifigkeit des Materials des Elastomerkörpers aufrecht erhalten werden.
-
Gemäß eines weiteren Aspekts der vorliegenden Erfindung wurde vor der Vulkanisation zwischen dem Stator und bzw. oder dem Anker und dem Elastomerkörper zumindest abschnittsweise, vorzugsweise vollständig, wenigstens ein Haftvermittler vorgesehen. Dies kann die stoffschlüssige Verbindung zwischen dem Material des Elastomerkörpers und dem Anker und bzw. oder dem Stator verbessern.
-
Die vorliegende Erfindung betrifft auch ein aktives hydraulisches Motorlager mit einem Linearaktor wie zuvor beschrieben. Auf diese Art und Weise können die erfindungsgemäße Eigenschaften und Vorteile eines erfindungsgemäßen Linearaktors bei einem aktiven hydraulischen Motorlager umgesetzt und genutzt werden.
-
Mehrere Ausführungsbeispiele und weitere Vorteile der Erfindung werden nachstehend im Zusammenhang mit den folgenden Figuren erläutert. Darin zeigt:
- 1 eine schematische Darstellung eines herkömmlichen Linearaktors;
- 2 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Linearaktors gemäß eines ersten Ausführungsbeispiels;
- 3 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Linearaktors gemäß eines zweiten Ausführungsbeispiels;
- 4 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Linearaktors gemäß eines dritten Ausführungsbeispiels;
- 5 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Linearaktors gemäß eines vierten Ausführungsbeispiels; und
- 6 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Linearaktors gemäß eines fünften Ausführungsbeispiels.
-
Die Beschreibung der o.g. Figuren erfolgt in kartesischen Koordinaten mit einer Längsrichtung (nicht dargestellt), einer zur Längsrichtung senkrecht ausgerichteten Querrichtung Y sowie einer sowohl zur Längsrichtung als auch zur Querrichtung Y senkrecht ausgerichteten vertikalen Richtung Z. Die Längsrichtung kann auch als Tiefe, die Querrichtung Y auch als Breite Y und die vertikale Richtung Z auch als Höhe Z bezeichnet werden.
-
1 zeigt eine schematische Darstellung eines herkömmlichen Linearaktors 1. Der Linearaktor 1 ist zylindrisch mit der Achse der vertikalen Richtung Z als Symmetrieachse ausgebildet und weist ein Gehäuse 10 auf, welches feststehend z.B. in bzw. mit einem aktiven hydraulischen Motorlager verbunden ist (nicht dargestellt). Innerhalb des Gehäuses 10 ist ein Stator 11 angeordnet und seinerseits feststehend mit dem Gehäuse 10 verbunden.
-
Der Stator 11 weist eine Spule 14 auf, welche elektrisch gespeist werden kann. Die Spule 14 wird von radial außen sowie von oben und von unten von dem Stator 11 umschlossen.
-
Innerhalb des Stators 11 ist ein zylindrischer Anker 12 angeordnet, welcher in der vertikalen Richtung Z axial beweglich gegenüber dem Stator 11 ist. Der Anker 12 weist einen Magneten 13 als Permanentmagnet 13 auf, welcher von dem Anker 12 von radial innen sowie von oben und von unten umschlossen wird. Der Stator 11 und der Anker 12 sind ferromagnetisch ausgebildet. Zwischen dem Stator 11 und dem Anker 12 ist in der radialen Richtung ein Luftspalt 15 ausgebildet. Wie bei Linearaktoren 1 bekannt, kann der Anker 12 gegenüber dem Stator 11 in der Richtung der vertikalen Richtung Z bewegt und ausgelenkt werden.
-
Um den Anker 12 dabei gegenüber dem Stator 11 zu führen sowie selbststätig, d.h. ohne weitere Betätigung der Spule 14 des Stators 11, wieder in die Ausgangslage zurückzuführen, weist der herkömmliche Linearaktors 1 der 1 sowohl oberhalb als auch unterhalb des Ankers 12 jeweils eine Membranfeder 16 auf, welche jeweils mittels eines Führungsbolzens 17 mit dem Anker 12 verbunden ist. Radial außen sind die beiden Membranfedern 16 jeweils mit dem Rand des Stators 11 verbunden, so dass der Anker 12 gegenüber dem Stator 11 gehalten, geführt und rückgestellt werden kann.
-
2 zeigt eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Linearaktors 1 gemäß eines ersten Ausführungsbeispiels. In diesem Fall wird erfindungsgemäß die Funktion der Membranfeder 16 durch einen Elastomerkörper 18 übernommen, welcher hierzu innerhalb des Luftspalts 15 angeordnet ist. Der Elastomerkörper 18 füllt dabei den Luftspalt 15 vollständig aus, so dass der Elastomerkörper 18 nach unten und nach oben mit dem Stator 11 abschließt. Der Elastomerkörper 18 bildet hierdurch eine Elastomerführung 18a aus, welche auch als Schubfeder 18a bezeichnet werden kann.
-
Erfindungsgemäß kann auf diese Art und Weise der Anker 12 einfacher, robuster, platzsparender und kostengünstiger gegenüber dem Stator 11 gehalten, geführt und rückgestellt werden. Die Beweglichkeit des Ankers 12 in der Richtung der vertikalen Richtung Z kann dabei über die Elastizität des Elastomerkörpers 18 vorgegeben werden, welche sowohl über das Material als auch über die Geometrie des Elastomerkörpers 18 bzw. des Luftspalts 15 beeinflusst werden kann. Eine leichte Asymmetrie (in der Querrichtung Y) kann auftreten, wird aber durch die üblicherweise große Steifigkeit der Schubfeder begrenzt. Eine dünnwandige langgezogene Schubfeder ist axial relativ weich sowie radial hart und progressiv und kommt daher der geforderten Charakteristik einer axial definierten Steifigkeit bei einer radial hohen Steifigkeit sehr nahe. Dies kann, bei entsprechender Ausgestaltung der Schubfeder, auch für die weiteren Ausführungsbeispiele sowie allgemein gelten.
-
3 zeigt eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Linearaktors 1 gemäß eines zweiten Ausführungsbeispiels. In diesem Fall bildet der Elastomerkörper 18 neben der zuvor bereits beschriebenen Elastomerführung 18a im Luftspalt 15 zusätzlich eine Elastomer-Kapselung 18b aus, welche sowohl den Anker 12 nach oben und nach unten sowie den Stator 11 nach oben und nach unten umschließt. Neben der federnden und rückstellenden Wirkung des Elastomerkörpers 18 können der Anker 11 und der Stator 12 hierdurch zusätzlich z.B. vor Korrosion geschützt werden.
-
4 zeigt eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Linearaktors 1 gemäß eines dritten Ausführungsbeispiels. In diesem Fall sind sowohl der Permanentmagnet 13 als auch die Spule 14 im Stator 11 angeordnet. Ferner weist der Elastomerkörper 18 sowohl eine Elastomerführung 18a als auch eine Elastomer-Kapselung 18b auf. Auf diese Art und Weise kann die vorliegende Erfindung auch bei diesem Typ von Linearaktor 1 umgesetzt werden.
-
5 zeigt eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Linearaktors 1 gemäß eines vierten Ausführungsbeispiels. In diesem Fall entspricht der Typ des Linearaktors 1 dem zuvor beschriebenen Typ des dritten Ausführungsbeispiels der 4. Hierdurch wird die Möglichkeit geschaffen, im Material des Ankers 12 in der Höhe Z mittig und radial dem Permanentmagneten 13 sowie der Spule 14 direkt gegenüberliegend eine Aussparung 12a des Ankers 12 zu schaffen und diese mit dem Material der Elastomerführung 18a zu füllen, so dass in der radialen Richtung die Elastomerführung 18a stärker ausgeführt werden kann. Gleichzeitig ist der Luftspalt 15 oberhalb und unterhalb der Aussparung 12a des Ankers 12 frei von dem Elastomerkörper 18. Dies kann größere Bewegungen des Ankers 12 in der vertikalen Richtung Z ermöglichen.
-
Gleichzeitig werden der Anker 12 und der Stator 11 wenigstens dünnschichtig von dem Elastomerkörper 18 überzogen, um einen Korrosionsschutz zu bilden. Oberhalb und unterhalb des Stators 11 ist der Elastomerkörper 18, vergleichbar dem zuvor beschriebenen Typ des dritten Ausführungsbeispiels der 4, als dickwandigere Elastomer-Kapselung 18b ausgebildet.
-
6 zeigt eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Linearaktors 1 gemäß eines fünften Ausführungsbeispiels. In diesem Fall entspricht der Typ des Linearaktors 1 dem Typ des ersten bzw. zweiten Ausführungsbeispiels der 2 bzw. 3. Da in diesem Fall der Permanentmagnet 13 an dem Anker 12 angeordnet ist, kann dort keine Aussparung 12a des Ankers 12 vergleichbar dem vorherigen vierten Ausführungsbeispiel der 5 ausgebildet werden.
-
Daher wird in diesem Fall die Spule 14 im Stator 11 radial zurückversetzt, so dass eine Aussparung 14a der Spule 14 gebildet wird, welche in der Höhe Z mittig und radial dem Permanentmagneten 13 des Ankers 11 direkt gegenüberliegend geschaffen werden kann. Diese Aussparung 14a der Spule 14 ist mit dem Material der Elastomerführung 18a gefüllt, so dass in der radialen Richtung die Elastomerführung 18a stärker ausgeführt werden kann. Hierdurch können die hinsichtlich des vorherigen vierten Ausführungsbeispiels der 5 beschriebenen Eigenschaften auch für diesen Typ von Linearaktor 1 umgesetzt werden. Die Ausbildung des Elastomerkörpers 18 entspricht dem vorherigen vierten Ausführungsbeispiel der 5.
-
Bezugszeichenliste
-
- Y
- Querrichtung; Breite
- Z
- vertikale Richtung; Höhe
- 1
- Linearaktor
- 10
- Gehäuse
- 11
- Stator; Spulenträger
- 12
- beweglicher Anker
- 12a
- Aussparung des Ankers 12
- 13
- (Permanent-)Magnet
- 14
- Spule
- 14a
- Aussparung der Spule 14
- 15
- Luftspalt
- 16
- Membranfeder
- 17
- Führungsbolzen
- 18
- Elastomerkörper
- 18a
- Elastomerführung; Schubfeder
- 18b
- Elastomer-Kapselung
