DE1538723A1 - Elektromagnetischer Betaetiger - Google Patents

Description

Dr. Ing. E. BERKENFELD, Patentanwalt, KÖLN, Universitätsstraße 31

Anlage

zur Eingabe vom 7 _# November 1966

Aktenzeichen

^Named-^Anm· American Bosch Arma Corporation.,
Garden City. New York, USA

Elektromagnetischer Betätiger

Diese Erfindung befaßt sich mit elektromagnetischen Anordnungen wie z. B. Betätigern, die eine mechanische Drehbewegung erzeugen, wenn ihnen elektrischer Strom zugeführt wird. Speziell befaßt sie sich mit solchen Betätigern, bei denen der Strom durch eine Spule fließt, die einen Magnetkern umgibt, und bei denen ein Anker von diesem Magnetkern angezogen wird. Dieser Anziehungskraft wirkt eine Federkraft entgegen, so daß die Lage des Ankers von der Höhe des. Spulenstromes abhängt.

Elektromagnetische Betätiger mit den oben erwähnten allgemeinen Eigenschaften werden zahlreich verwendet. Die vorliegende Erfindung wird in Zusammenhang mit einem Betätiger beschrieben werden, der speziell geeignet ist, die Treibstoffzufuhr einer Maschine zu steuern, deren Geschwindigkeit geregelt wird. Sie ist jedoch nicht auf derartige Anwendungen beschränkt.

Die bisher bekannten elektromagnetischen Betätiger, die eine elek~ ■ trische Spule auf einem Magnetkern benutzen und einen Anker gegen eine Federkraft magnetisch bewegen, weisen eine Reihe von Nachtellen auf, wenn sie für derartige Zwecke eingesetzt werden. So war eine Eigenschaft dieser herkömmlichen Betätiger, daß die Kraft, die von einem bestimmten elektrischen Strom auf den Anker ausgeübt wurde, stark von der jeweiligen Lage des Ankers abhängig. Zum Beispiel nimmt in vielen Fällen die Kraft mit dem Quadrat des Abstandes zwlsHchen Anker und Kern ab. Ebenso schwankte die Zunahme der Kraft bei diesen Geräten stark mit der Lage des Ankers, wenn der Strom um einen bestimmten, jeweils gleichen Betrag erhöht wurde. Als eine Folge dieser Eigenschaften wurden in früheren Geräten im allgemeinen Spezialfedern mit nichtlinearer Kraft-Weg-Charakteristik einge-

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setzt, um die Gegenkraft zur magnetischen Anziehung aufzubringen. Im übrigen haben die bekannten Betätiger im allgemeinen einen relativ kleinen Hub, bringen an einem Ende dieöes Hubs nur eine geringe Kraft auf, sind relativ kritisch, wenn es draum geht, reproduzierbare Bewegungen zu erzeugen und sind im Fall von Betätigern mit Drehbewegungen ziemlich unzuverlässig - zumindest nach langer Betriebszeit, da bei den verwendeten Gelenkverbindungen mechanische Probleme auftreten.

!Dementsprechend ist es ein Ziel dieser Erfindung, einen neuen und brauchbaren elektromagnetischen Betätiger herzustellen.

Ein weiteres Ziel ist es, einen Betätiger mit Drehbewegung vorzusehen, bei dem die magnetische Anziehungskraft auf den Anker über einen bestimmten Bewegungsbereich bei einem gegebenen Strom annähernd konstant ist, auch wenn der Anker unterschiedliche Lagen in Bezug auf den Kern einnimmt. Ebenso soll sich diese Kraft nennenswert ändern,, wenn der zugeführte Strom geändert wird.

Ein anderes Ziel ist es, dem Betätiger einen relativ langen Arbeitshub zu geben.

Weiter"soll der Betätiger bei einem gegebenen Strom eine relativ große Verstellkraft abgeben, was Über den gesamten Bewegungsbereich gelten soll.

Ferner soll der Betätiger in der Herstellung und im Betrieb relativ unkritisch sein.

Weiter soll der Betätiger zuverlässig mit einer Feder arbeiten, die die Gegenkraft zur magnetischen Anziehung aufbringt, wobei die-Feder eine lineare Kraft-Weg-Charakteristik aufweisen soll.

überdies soll ein Betätiger vorgesehen werden, der eine verbesserte Gelenkanordnung für die Drehbewegung des Ankers in Bezug auf den Magnetkern aufweist.

Um diese Ziele zu verwirklichen, ist ein Betätiger vorgesehen, der einen Magnetkern mit einer elektrischen Spule darauf umfaßt, sowie

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einen drehbaren Anker, der von diesem Kern angezogen wird. Die Anziehungskraft richtet sich nach dem Strom in der Spule. Die auf den Anker ausgeübte Kraft ist für jeden Wärt des der Spule zugeführten Stromes über einen weiten Bewegungsbereich des Ankers annähernd konstant. Sie ändert sich jedoch in der gleichen Weise, wie sich der Strom in der Spule ändert. Das wird durch eine Formgebung für Anker und Kern erreicht, die gewährleistet, daß diejenigen magnetischen Feldlinien zwischen Anker und Kern, die ein Drehmoment .auf den Anker ausüben, eine annähernd konstante Dichte und einen bestimmten Verlauf in Bezug auf den Radius vom Drehpunkt des Ankers zum Luftspalt bei einen gegebenen Strom haben. Das sind die Feldlinien, die wesentliche Komponenten aufweisen, die lotrecht zu dem genannten Radius verlaufen. Diese Bedingung für die Feldlinien soll für einen großen Bewegungsbereich des Ankers gültig sein.

Der Kern weist einen größeren Einschnitt auf. so daß zwei voneinander getrennte Schenkel entstehen. Der Anker ist über diesen Schenkeln montiert, so daß er in radialer Richtung mit einem Teil diesen Einschnitt überbrückt. Dadurch werden die magnetischen Feldlinien geschlossen,, d.h.. die Linien die durch die elektrische Spule hervorgerufen werden, laufen durch den Kern, außen durch den Anker und zurück zum Kern.

Der Kern ist mit einer genau gearbeiteten Fläche versehen, die _M koaxial mit der Drehachse des Ankers verläuft. Auch der Anker ist ™ mit einer solchen Fläche, koaxial zur Drehachse ausgerüstet und ist so gelagert, daß die beiden Flächen sich überlappen und mit geringem Abstand aneinander vorbeilaufen, wenn der Anker in einem bte stimmten Bereich gedreht wird. Das bedeutet, daß in diesem Drehbereich ein Ende der bearbeiteten Ankerfläche der entsprechenden Fläche auf dem Kern gegenübersteht, und ein ENde der bearbeiteten Kernfläche der bearbeiteten Fläche auf dem Anker gegenübersteht.

Das Ergebnis dieser Anordnung ist, daß der magnetische Fluß zwischen Anker und Kern innerhalb der Strecke, auf der sich die beiden bearbeiteten Flächen überlappen, im wesentlichen radial zur Drehachse des Ankers verläuft. Dieser Fluß übt auf den Anker nur eirie Kraft in radialer Richtung aus und ergibt daher kein nennenswertes Drehmoment. Dieses Drehmoment wird sich auch kaum ändern, wenn sich bei Drehung des Ankers die Strecke ^gr^^gj^V^gP¹¹¹¹^ ändert.

Das Drehmoment, das auf den Anker ausgeübt wird, entsteht hauptsächlich durch den Fluß an den Enden der beiden bearbeiteten Flächen. Das ist der Fluß zwischen dem ENde der bearbeiteten Fläche auf dem Anker und der gegenüberliegenden bearbeiteten Fläche auf dem Kern sowie der Fluß zwischen dem Ende der Fläche auf dem Kern und der gegenüberliegenden Fache auf dem Anker. Dieser Fluß, der Randfluß genannt werden soll, hat im wesentlichen Komponente*!, die lotrecht zu den Radien von der Drehachse des Ankers zu diesem Punkt verlaufen. Er bewirkt daher ein Drehmoment auf den Anker, das den Anker in Richtung auf den Kern bewegt. Dieser Randfluß bleibt über einen großen Bewegungsbereich des Ankers konstant und übt somit über diesen ganzen Bereich ein konstantes Drehmoment auf den Anker aus. Ein anderer Strom in der Spule ergibt ein anderes Drehmoment, aber für einen gegebenen Strom ist das Drehmoment annähernd konstant unabhängig von der Lage des Ankers im Drehbereich.

Vorzugsweise sieht man zwei solche bearbeiteten Flächen auf dem Kern vor, und zwar am Ende jedes Schenkels eine. Ebenso hat dann der Anker zwei derartige Flächen, die in radialer Richtung voneinander entfernt sind und zu den ihnen zugeordneten bearbeiteten Flächen auf dem Kern in der oben beschriebenen Weise liegen. Damit sind die oben erläuterten Bedingungen sowohl für den Fluß, der in den Kern eintritt, als auch für den, der den Kern verläßt, erfüllt.

Der Betätiger wird zusätzlich mit einer Federanordnung ausgerüstet, die auf den Anker eine Kraft ausübt, die in entgegengesetzer Rieh-» tung zu dem magnetisch erzeugten Drehmoment wirkt. Dadurch nimmt der Anker bei einem bestimmten Strom eine vorher festgelegte Lage ein, in der das magnetisch erzeugte Drehmoment und die entgegengesetzt wirkende Federkraft gleich sind. Bei dem Anker der vorliegenden Erfindung, bei dem das Drehmoment durch den magnetischen Fluf für einen bestimmten Strom annähernd konstant ist, ist der genaue Verlauf der Kraft-Weg-Charakteristik der Federanordnung unkritisch. Dadurch ist genauer und sicherer Betrieb schon mit einer einfachen, zuverlässigen und billigen Federart mit linearer Kraft-Weg-Charakteristik möglich, was in der nachfolgenden eingehenden Beschreibung deutlich wird.

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Ein weiteres Merkmal der vorliegenden Erfindung ist die Art, wie der Anker drehbar am Kern befestigt wird. Diese Befestigung besteht aus einem Blatt aus hoch zugfestem_s ffexiblem Material, z. B-. Fiberglas 'mit Teflon überzogen, das mit einem ENde am Kern und mit dem anderen am Anker befestigt wird. Bevorzugterweise wird eine Schneidenlagerung zwischen einem Teil, das am Kern, und einem zugehörigen Teil, das am Anker an seinem in radialer Richtung innenliegendem Ende befestigt wird, vorgesehen. Hierdurch wird Jeder Druck auf das flexible Blatt vermieden.

Diese und andere Einzelheiten und besonderen Merkmale der Erfindung werden im folgenden eingehend erläutert. Zum besseren Verständnis

dienen die beiliegenden Zeichnungen, in denen "

Figur 1 ein Blockschaltbild mit der prinzipiellen Anwendungsweise der Erfindung darstellt,

Figur 2 ist die Seitenansicht eines Betätigers, der der Erfindung entspricht,

Figur 3' 3öb eine Draufsicht auf die Anordnung Figur 2,

Figur H ist ein Schnitt durch Figur 3 entlang der Linie 4-4,

Figur 5 ist eine weitere Seitenansicht ₃ ä

Figur 6 ist ein Schnitt durch Figur 3 entlang der Linie 6-6,

Figur 7 stellt einen Schnitt druch Figur 2 entlang 7-7 dar.

Figur 8 stellt graphisch einige charakteristische Merkmale der Erfindung dar,

Figur 9 ist die Seitenansicht einer anderen Anordnung der Erfindung, bei der zwei Spulen und Anker verwendet werden, wodurch ein Kräftepaar auf die Achse einwirkt,

' ^f' * · ;- BAD ORIGINAL

Figur 1 stellt ein System dar. in dem die vorliegende Erfindung nützlich und wirksam angewendet werden kann. In diesem System treibt eine Maschine 10 einen Regler 12 an, der ein elektrisches Ausgangssignal abgibt, das der Maschinengeschwindigkeit entspricht. Dieses Signal wird auf den elektromagnetischen Betäti^er 14 gegeben.

Das Ausgangssignal des Reglers wird der Steuerspule des Betätipers Ik zugeführt. Dieser führt daraufhin mechanische Bewegungen aus. die zur Justierung eines Treibstoffreglers 16 benutzt werden,, wodurch die Treibstoffzufuhr zur Maschine und damit die Maschinengeschwindigkeit geregelt werden. Das System arbeitet wie eine geschlossene Regelstrecke., um die Geschwindigkeit konstant zu. halt en. Ganz allgemein ist es die Aufgabe des Betätigers Ik₃ eine mechanische Bewegung zu erzeugen,, mit der der Treibstoffresrler 16 auf einen definierten, vorher bestimmten Wert 'gesetzt wird. Dabei entspricht jeder Viert einer bestimmten Höhe, des dem Betätiger 14 zugeführten Stromes. Wie später im einzelnen beschrieben, wird das dadurch erreicht, daß im Schalter ein drehbarer Anker benutzt wird, der in der einen Richtung mit einer Kraft aus ge lenkt wird-, die der Höhe des dem Schalter zugeführten Stromes entspricht. In der anderen Richtung wirkt die Kraft einer Federanordnung. Die Lage des Ankers ist damit für jeden Wert des Eingangsstromes durch das Gleichgewicht zwischen den Kräften bestimmt, die auf den Anker in der einen Richtung durch die Feder und in der anderen Richtung durch die mag-. netische Anziehung ausgeübt werden.

In der bevorzugten Ausführung des elektromagnetischen Betätigers, wie sie in den Figuren 2 bis 7 dargestellt iHt_„ stellt 20 ein Gehäuse aus einem nichtmagnetischen Material, z. B. Aluminium dar. In diesem befindet sich ein U-förmiger Magnetkern 22 mit einem Grundteil 2k und zwei aufrecht stehenden Sehenkeln 26 und 28. Der Kern kann aus U-förmigen Blechen von Motoren oder Transformatoren hergestellt werden. Eine elektrische Spule 30 ist um den Schenkel 26 herum angeordnet, so daß sich, wenn diese von einem Gleichstrom durchflossen wird₃ ein magnetischer Fluß durch den Schenkel 26 ,.-.den Grundteil 2¹I₅ den Schenkel" 28" und danach durch den- fielen. Raum, zwl~ sob*r> de?- Spitsen der Schenkel 26 und 28 auabli.^ai, - .. .

BAD

über den freien Enden der Schenkel 26 und 28 ist mit einer Gelenkverbindung 34 ein drehbarer Anker 36-aus magnetischem Material, z. B. Eisen angebracht. In den Figuren 4 und 6 ist der Anker 36 dargestellt₅ mit ausgezogenen Linien in der unteren, gestrichelt in der oberen Lage. Das äußere Ende des Ankers 36 ist durch Kugelgelenk 38 mit einem Betätigungshebel 40 verbunden., der am Treibstoffregler 16, z. B. Drosselklappe eines Vergasers befestigt sein kannj der durch den Betätiger in einem bestimmten Maß betätigt werden soll.

In Figur 4 und 6 wird im einzelnen gezeigt, daß der Anker 36 an dem zum Drehpunkt hin gelegenem Ende mit Nieten 40 mit einem Verbindungsstüek 42 eines Schneidenlagers verbunden ist, daß sich in der gleichen Richtung wie der Anker 36 erstreckt. Dieses Verbindungsstück hat eine horizontal liegende Schneide "44, die im rechten Winkel zur Längsrichtung des Ankers liegt. Das Verbindungsstück 42 ist mit den Nieten 46 mit einem flexiblen Blatt 48 verbunden, daß aus Fiberglas mit einem überzug aus Polytetrafluoraethylen. im Handel unter dem Namen Teflon bekannt, bestehen kann.Das andere Ende des Blattes 48 ist mit zwei Scheiben 50 und 52 am Gehäuse 20 befestigt. Die beiden Scheiben zu beiden Seiten des Blattes 48 werden durch die Nieten 54 zusammengehalten und sind mit den Schrauben 56 am Gehäuse 20 befestigt. Die Schneide 44 ist so angebracht, daß sie an der oberen Platte 50 anliegt. Hierdurch wird ein Schneidenlager :mit geringer Reibung, geschaffen, das eine leichte Drehung des Ankers 36 gewährleistet und dafür sorgt, daß das flexible Blatt 48 nicht zusammengedrückt oder verbogen wird.

über dem Anker 36 ist am Gehäuse 20 ein Anschlag 60 montiert, der die Aufwärtsbewegung des Ankers begrenzt. Am äußeren Ende des Ankers 36 sind zwei Schraubfedern 64 und 66 auf dem Gehäuse 20 befestigt. Zwei Zapfen 67 und 68 sind am oberen Teil des Gehäuses 20 befestigt und ragen nach oben, um die Federn 64 und 66, die um sie herumgelegt sind, festzuhalten. Die Teile der Zapfen 67 und 68, die über das Gehäuse hinausragen. sind kürzer als die Federn, wenn sich der Anker in der oberen Ruhelare befindet. Die Zapfen dienen se mit zur Begrenzung der Abwärtsbewegung des Ankers. Eine 'Xierp latte 69, die nahe am ruf .eron Vnde des Ankers 36 befestigt ist erstrockt sich horizontal oner zur-L/in-prsrichtunr des Anlrers. Ar ihr sind die

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oberen Enden der Schraubenfedern 64 und 66 befestigt, wodurch deren Kraft auf den Anker übertragen wird. Die Federn 64 und 66 bewegen den Anker also aufwärts, weg vom Kern 22, während der Strom durch die Spule 30 zwischen den Schenkeln 26 und 28 ein Magnetfeld erzeugt, das den Anker gegen die Federn 64 und 66 zum Kern hin herabzieht. Wenn die Enden der Querplatte 69, an denen die Federn befestigt sind, an die Zapfen 67 und 68 anschlagen, befindet sich der Anker in seiner unteren Endlage.

Der Anker 36, der sich nach obiger Beschreibung um die Schneide 44 als Achse dreht, hat einen Teil 70, der sich radial von der Drehachse weg erstreckt und zwei Vorsprünge 74 und 76, die sich von dem erwähnten Teil 70 lotrecht nach unten erstrecken. Die Vorsprünge 74 und 76 sind mit genau gearbeiteten Flächen 78 und 80 versehen, die koaxial zur Drehachse des Ankers 36 verlaufen. Die Schenkel 26 und 28 sind ebenfalls mit genau gearbeiteten Flächen 8l und 82 versehen, die gleichfalls koaxial zur Drehachse des Ankers 36 verlaufen. Im vorliegenden Beispiel sind alle vier erwähnten Flächen 78 bis 82 zylindrische Flächen. Die lotrechten Vorsprünge 74 und 76 des Ankers liegen so, daß die Flächen 78 und 80 sehr dicht, im wesentlichen parallel und mit gleichbleibendem Abstand an den Flächen 8l und 82 des Magnetkerns 20 entlanglaufen, wenn sich der Anker 36 dreht. Der Luftspalt zwischen den sich entsprechenden Flacher der Vorsprünge und des Kern bleibt also im wesentlichen konstant, wenn der Anker 36 um seine Drehachse bewegt wird.

Bevor das ganze System in Betrieb ist, halten die Federn 64 und 66^ den drehbaren Anker 36 in seiner oberen Endlage am Anschlag 60. Wenn die Maschine startet und der elektrische Regler in Betrieb ist, wird der Spule 30 aus der Schaltung des Reglers anfänglich ein hoher Strom zugeführt, wodurch der drehbare Anker 36 gegen die Kraft der Federn 64 und 66 abwärts zum Magnetkern 22 hin bewegt wird. Bewegt sich der Anker 36 nach unten, so bewirkt die resultierende Bewegung des Betätigungshebels 40 im Treibstoffregler l6, daß die Geschwindigkeit der Maschine erhöht wird. Während dieses Vorganges wird die Gegenkraft der Federn 64 und 66 auf den Anker zunehmend größer; außerdem wird der Strom in der Spule 30 durch den elektrischen Regler 12 langsam herabgesetzt. Somit ergibt sich aus der geschlossenen Regelstrecke, die in Figur 1 dargestellt ist, daß

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der Anker 36 automatisch eine Stellung einnimmt, in der die Geschwindigkeit der Maschine konstant bleibt.

Die charakteristischen Größen eines Betätigers gemäß der vorliegenden Erfindung, die den Betrieb des erwähnten Regelsystems ermöglichen., sind in Figur 8 dargestellt. Auf der Ordinate ist die Kraft und auf der Abscisse die Auslenkung des Betätigungshebels aufgetragen. Die Darstellung ist nur schematisch, so daß die Achsen nicht mit maßstäblichen Zahlen beschriftet sind. Die Kurven A, B, C₃ D, E und F stellen die Kraft zwischen Kern 22 und Anker 3β bei verschiedenen, schrittweise erhöhten Strömen durch die Spule 30 dar, wobei die Stromerhöhung von Kurve zu Kurve annähernd gleich ist. Die Gerade 6 stellt die Kraft dar, die bei verschiedenen Lagen ™ des Betätigungshebels von den Federn 6k und 66 ausgeübt wird. Die Kurven H, I und J zeigen den Kraftverlauf wie er bei früher bekannten Systemen auftritt, wenn durch die Magnetspule Ströme fließen, deren Höhe im vorliegenden System den Kurven A, B und C entsprechen.

Wie aus Figur 8 ersichtlich, hat jede der Kurven A bis F einen ziemlich großen Bereich mit annähernd linearem Verlauf. In diesem Bereich ist die magnetische Kraft bei einem gegebenen Strom durch die Spule über einen großen Auslenkungsbereich des Betätigungshebels annähernd konstant. Dieser lineare Bereich lägt den Arbeitsbereich für den Betätigungshebel und damit auch den Winkelbereich für die Drehbewegung des Ankers 36 fest. Der Anschlag 60 und die Querplatte 69 (j werden also so justiert, daß die Drehung des Ankers in diesem Bereich stattfindet. Die Kurve 6 für die Federkraft ist hier für eine einfache Schraubenfeder mit linearer Kraft-Weg-Charakteristik dargestellt. Die Steigung dieser Geraden hängt von der Stärke der Feder ab, die Gerade verläuft steiler, wenn die Feder stärker ist, Die Federkraftkurve 6 wird so ausgewählt, daß alle Kurven A bis F von ihr Im linearen Bereich geschnitten werden. Für jeden Wert des Stromes durch die Magnetspule, der innerhalb der Kurven A bis F liegt, wird der Betätigungshebel um einen Betrag .ausgelenkt, der der Strecke auf der Abscisse entspricht, die zwischen der Anschlagbegrenzung und dem Schnittpunkt der Federkraftgeraden 6 mit der dew Strom entsprechenden Kurve für die magnetische Kraft liegt.

Im gegensatz hierzu sind die Kurven H, I und J der bisher bekannten Betätiger sehr stark gekrümmt, &Χβ_ΛΙβ-1*ζβΌ auseinander und weisen

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keinen Bereich auf., in dem die Kraft annähernd konstant ist. Dabei soll der fast horizontale Verlauf im ganz linken Bereich vernachlässigt werden, da hier die Kraft auf den Anker sehr klein ist.

Der wesentliche Unterschied zwischen den Kurven der bisher bekannten Systeme und denjenigen der vorliegenden Erfindung soll im folgenden erläutert werden. Die Pederkraftgerade 6 schneidet alle Magnetkraftkurven A bis P unter einem relativ großen Winkel. Das ergibt einen sehr stabilen und unkritischen Betrieb der Regelstrecke, die in Figur 1 dargestellt ist. Im Gegensatz dazu gibt es einen so günstigen Schnittpunkt nicht, wenn man die Schnittpunkte der Federgeraden mit den Kurven H, I und J betrachtet. Wird die Federgerade z. B. in den ganz linken Teil verlegt,, so liefert der Anker nur eine sehr kleine Kraft. Wird die Federgerade in den rechten Teil verlegt₃ damit die Kurven H₂ I und J bei höheren Kraftwerten geschnitten werden, so treffen sich die Kurven entweder unter recht spitzen Winkeln oder sie laufen parallel zueinander oder sie schneiden sich in zwei Punkten oder gar nicht. In jedem dieser Fälle wird die Zuverlässigkeit und die Stabilität der erwähnten Regelstrecke nachteilig beeinflußt. Setzt man eine Spezialfeder mit gekrümmter Kraft-Weg-Charakteristik ein, um große Schnittwinkel mit den Kurven H, I und J zu erreichen, so findet man im allgemeinen, daß das nur in einem kleinen Auslenkbereich des Betätigungshebels erreicht werden kann. Dieser Bereich wäre ζ. B. kleiner als die Hälfte des mit der vorliegenden Erfindung erzielten Verstellbereiches. Weiter werden im allgemeinen die erzielbaren Ankerkräfte sehr klein sein.

Damit ist die wesentliche Tatsache erläutert, daß der Betätiger nach der vorliegenden Erfindung relativ große Ankerkräfte erzielt, einen großen Bereich für die Auslenkung des Betätigungshebels aufweist und stabil und unkritisch in einer Regelstrecke arbeitet, obwohl eine einfache lineare Schraubenfeder mit geringem Preis und langer Lebensdauer verwendet wird.

Um beste Ergebnisse zu erzielen, sollte der Luftspalt zwischen den Vorsprüngen 74, 76 des Ankers und den Schenkeln 26, 28 des Kerns so klein wie möglich, z. B. ca. 0,25 nm, gehalten werden, Hierfür .

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ergibt sieh eine Justiermögiichkeit* wenn die Löcher für die Schrauben 56 etwas größer als der Schraubendurchmesser gebohrt werden. Der Anker kann dann für den gewünschten Luftspalt richtig justiert werden, bevor die Schrauben angezogen werden.

Die oben beschriebene Gelenkverbindung gewährleistet eine freie Drehbewegung über eine lange ZeIt₅ ohne daß Wartung erforderlich ist. Somit ist sichergestellt, daß die gewünschten Betriebseigenschaften nicht durch einen Widerstand in der Drehbewegung nachteilig verändert oder rar unmöglich gemacht werden.

In Figur 9 wird gezeigt, daß der bisher beschriebene Betätiger auch auf andere Art und Weise aufgebaut werden kann. Allen möglichen Lö- ' sungen ist jedoch gemeinsam, daß ein mechanisches Betätigungsglied bewegt wird. In Figur 9 stellt die Welle 100 das Betatigungsglied dar. sie wird durch die beiden Schalteranordnungen 102 und 104 be* wegt. Der Betätiger 102 umfaßt einen U-Srmigen Magnetkern 106_; der auf der Trägerplatte 107 befestigt ist. eine elektrische Spule 110 um einen Schenkel des Kerns IO6 und einen Anker 112 _s der ähnlich ausgebildet ist wie bei der vorher beschriebenen Anordnung. Er ist lediglich an Stelle eines Gelenkes mit der Welle 100 verbunden, so daß er mit dieser um seine Achse gedreht werden kann. Weiter sind eine Feder 113 und die Anschläge 114 und 115 vorgesehen <. Der Betätiger 10¹J kann in der gleichen Weise wie die Anordnung 102 aufgebaut sein. Ihr Anker 118 ist ebenfalls an der Welle 100 befestigt, | so daß er um deren Achse drehbar ist. Im dargestellten Beispiel bestehen die beiden Anker 112 und II8 aus einem Teil zusammen mit dem Ring 120, der mit der Schraube 121 auf der Welle 100 befestigt wird. Die Magnetkerne der beiden Betätiper 102 und 104 sind zu den zugehörigen Ankern so angeordnet, daß sich bei einem Strom durch die Spulen die auf die Anker ausgeübten Kräfte addieren. Beide zusammen bewirken somit eine Drehung der Welle 100. Es könnenauch mehr als zwei Betätiger miteinander kombiniert werden, die auf eine Ausgangswelle wirken. Die hierzu erforderlichen Änderungen werden jedem, der in dieser Technik bewandert ist, geläufig sein.

In den Figuren 10 und 11 ist ein Teil des Betätigers mit zwei verschiedenen Lagen des Ankers dargestellt. Der Magnetkern ist mit 150, der Anker mit 152 und der an ihm befindliche Vorsprung mit 156

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bezeichnet. In beiden Bildern ist der Abstand zwischen Kern und Ankervorsprung stark vergrößert. Figur 10 zeigt den Anker in seiner oberen Endlage, in der sich die genau gearbeiteten Flächen von.Kern und Ankervorsprung nur zu einem kleinen Teil gegenüber stehen. In dieser Lage steht die untere Kante B des Vorsprunges 156 der bearbeiteten Fläche des Kerns und die obere Kante C des Kerns der bearbeiteten Fläche des Vorsprunges 156 gegenüber. Zwischen B und C befindet sich der Bereich der Überschneidung A, in dem Vorsprung 156 und Kern 150 gleichen Abstand voneinander haben und in dem sich die magnetischen Feldlinien - gestrichelt dargestellt - in radialer Richtung wie z. B. v. und r~ von der Ankerdrehachse R aus erstrekken. Im Bereich der unteren Kante B jedoch laufen die Feldlinien quer zum Radius r,. Damit üben diese Feldlinien an der Kante auf den Anker 156 ein DRehmoment aus, das den Anker nach unten bewegt. Ebenso bewirken die Feldlinien an der Kante C. die quer zu dem dortigen Radius r^ verlaufen, ein Drehmoment, das den Anker 152 nach unten bewegt.

In Figur 11, in der die einzelnen Teile mit den gleichen Bezugszeichen wie bei Figur 10 versehen sind., ist der Anker 152 in einer tiefer liegenden Position dargestellt. In diesem Fall ist der Bereich der Überschneidung A wesentlich größer, aber auch hier erstrec ken sich die Feldlinien längs der eingezeichneten Radien r,- und Vr, Diese Feldlinien üben damit auch kein Drehmoment auf den Anker 152 aus. Die Feldlinien an der unteren Kante B des Ankervorsprunges I56 haben jedoch wieder einen großen Anteil nichtradialer Komponente". Die Richtung dieser Linien in Bezug auf den Radius r~ ist im wesent- * liehen die gleiche wie die Richtung der entsprechenden Linien in Figur 10 in Bezug auf den Radius r,. Für die Feldlinien an der oberen Kante C gilt ebenfalls, daß sie nicht radial verlaufen und die gleiche Beziehung zum Radius rg aufweisen, wie sie in Figur 10 zum Radius r^ dargestellt wurde.

Man wird daher einsehen, daß die Geometrie der Anordnung so gewählt wurde, daß die nichtradialen Feldlinien, die alleine ein Drehmoment auf den Anker ausüben, im wesentlichen einen immer gleichen Verlauf haben, der von der Lage des Ankers unabhängig ist. Entsprechend 1st das auf den Anker wirkende Drehmoment annähernd unabhänrif von der Lage des Ankers. Dadurch, daß die beiden bearbeiteten Ober-

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flächen parallel laufen, ist gewährleistet, daß das Magnetfeld in diesem Bereich für einen bestimmten Strom konstant ist. Durch den schmalen Luftspalt zwischen den genau gearbeiteten Flächen wird erreicht, daß eine große magnetische Kraft auf den Anker wirkt und daß der oben erwähnte Fluß an den Kanten groß ist im Vergleich zu einem möglicherweise in der Anordnung vorhandenen Streufluß.

In einigen Anordnungen der Erfindung können mehr oder weniger genau gearbeitete Flächen auf dem Anker und auf dem Magnetkern vor-, gesehen werden, als in den Zeichnungen gezeigt wurde. Ebenso können für den Kern andere Formen verwendet werden.

Obwohl die Erfindung im einzelnen an einem speziellen Beispiel erläutert wurde, kann sie in einer völlig anders gewählten Anordnung enthalten sein. Auf die Erfindung wird hiermit Anspruch erhoben, wie es in den beiliegenden Ansprüchen festgelegt ist.

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Claims (16)

1. Dr. Ing. E. BERKENFELD, Patentanwalt, KÖLN, Universitättstraße 31

   Anlag· . Aktmzcichwi

   zur Eingab, vom H. November 1966 Nam· d.Anm. American Bosch Arma Corpora

   tion, Garden City, New York, USA

   Patentansprüche

   M. J Elektromagnetischer Betätiger bestehend aus einem Magnetkern und einer auf diesen aufgewickelten Spule, mit zwei von dem Maiignetkern gebildeten Polen entgegengesetzter Polarität, mit einem über den Polen verschwenkbaren, einseitig gelagertem Anker., und mit Anker und Magnetkern auseinanderdrückenden Federmitteln, dadurch gekenn ze lehnet, daß mindestens ein Pol und der Anker (36) sich gegenüberliegende, gekrümmte und sich teilweise überlappende Flächen (78, 81; 80, 82) aufweisen.
2. 2. Betätiger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Anker (36) einen zu seiner Schwenkachse senkrecht stehenden Vorsprung (74; 76) aufweist und die gekrümmte Fläche (78, 80) auf diesem Vorsprung (74; 76) vorgesehen ist.
3. 3. Betätiger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Magnetkern (22) einen Einschnitt aufweist, der Vorsprung (7^Jh 76) bei der Schwenkbewegung des Ankers (36) in diesen Einschnitt eingreift und die gekrümmte Fläche (81, 82) auf dem Einschnitt vorgesehen ist.■■-.'·
4. 4, Betätiger nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet., daß zwei Vorsprünge (74, J6) und zwei Einschnitte., bezogen auf die Schwenkachse des Ankers (36) _s hintereinander angeordnet sind.
5. 5, Betätiger nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet» daß die sich gegenüberliegenden gekrümmten Flächen (78» 81; 80, 82) auf Vorsprüngen (74, 76) und in den Einschnitten nur geringen Abstand haben.

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6. 6. Betlrtlger nach Anspruch 1 bis 5.·. -gekennzeichnet durch einen Anschlag (60) zum Begrenzen der.Schwenkbewegung des Ankers (36).
7. 7." Betätiger nach Anspruch 1 bis 6₃ dadurch gekennzeichnet, daß die gekrümmten Flächen (78, 81; 80, 82) ihren Mittelpunkt in der Schwenkachse des Ankers (36) haben.
8. 8. Betätiger nach Anspruch 1 bis 7? dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand zwischen den sich gegenüberliegenden Flächen (78. Si.; 30, 82) konstant ist.
9. 9. Betc'tiger nach Anspruch 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden von dem Magnetkern (22) gebildeten Pole, bezogen auf die Schwenkachse des Ankers (36).. hintereinander liegen.
10. 10. Betätiger nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Anschlag (6o) an einer solchen Stelle im Schwenkbereich des Ankers (36) angeordnet ist. daß sich die gekrümmten Flächen (78. 81: 80, 8>2 auf Vorsprüngen (74₅ 76) und in den Einschnitten in der Endstellung des Ankers (36) noch überlappen.
11. 11. Betätiger nach Anspruch 1 bis 1O₃ dadurch gekennzeichnet, daß der Anker (36) an seinem eingespannten Ende auf einem Verbindungsstück (42) aus flexiblem Material befestigt ist und dieses Ver- % bindungsstück (42) mit seinem anderen Ende am Gehäuse (20) befestigt
12. 12. Betätiger nach Anspruch H₅ dadurch gekennzeichnet _s daß das Verbindungsstück (42) eine Einkerbung In Form einer Schneide (44) hat und diese den Drehpunkt bildet.
13. 13. Betätiger nach ANspruch 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Magnetkern (22) U-förmig mit zwei Schenkeln (26, 28) und einem diese verbindenden Grundteil (24) ausgebildet ist, um einen Schenkel (26) eine Spule (30) gewickelt ist.
14. 14. Betätifer nach Anspruch 1 bis 13- dadurch ,"-ekennzeichnet,

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    daß die gekrümmten Flächen (78, 80) zylindrisch sind.
15. 15. Betätiger nach Anspruch 11 j dadurch gekennzeichnet, daß das
    flexible Verbindungsstück (44) aus mit Polytetrafluoräthylen überzogenem Paserglas besteht.
16. 16. Betätiger nach Anspruch 1-bis 15, dadurch gekennzeichnet,>
    daß die den Anker (36) von dem Magnetkern (22) wegdrückenden Federmittel durch zwei einfache Schraubenfedern (64) gebildet sind, die Schraubenfedern eine lineare Kraft-Wegcharakteristik haben und auf Zapfen (67, 68) sitzen, die an dem von der Gelenkverbindung (34)
    abgelegenen Ende auf der dem Anker (36) zugekehrten Seite des, Magnetkernes (22) angeordnet ist.

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    ■ '- 3 -

    Lee rs e i te