Verfahren für die Betätigung des Ankers elektrohydraulischer
Umsetzer für hydraulische Verstärker. Die vorliegende Erfindung betrifft einen elektrohydraulischen
Umsetzer mit einem von in einem Joch angeordneten Steuerspulen elektronagnetisch
betätigten Anker, der zwischen zwei vom Joch gebildeten Polschuhen angeordnet ist
sowie ein Verfahren für die Betätigung des Ankers elektrohydraulischer Umsetzer
für hydraulische Verstärker. 3islier bekannte Konstruktionen elektrohydraulischer
Umsetzer erfig Zen nur teilweise die an sie gestellten Anforderungen. Ihre Nachteile
beruhen meistens in einer geringen Empfindlichkeit, einer niedrigen Frequenz, einer
großen Hysterese und einer kleinen
Ausgangsleistung. Die Erfindung beseitigt
diese Nachteile. Die Erfindung schafft einen Umsetzer, der geeignet ist,
den hohen Anforderungen an Genauigkait, Empfindlichkeit und Eigenfrequenz
sowie an niedrige
Hysterese und große Ausgangsleistung zu genügen.
Die
Erfindung besteht darin, daß der Ariker @n eine Membran eingespannt ist und in Luftspalte
zwischen Polschuhen von gegenüberliegenden Permanentmagneten und dem Anker sowie
in rechtwinklig zu den geannten Luftspalten verlaufende Luftspalte zwischen vom
geteilten Steg des Joches gebildeten Polschuhen der Steuerspulen und dem Anker hineinragt.
Der Anker des elektrohydraulischen Umsetzers wird dabei derart betätigt, daß die
Komponenten der magnetischen Flüsse der Faemanentmagneten in den oberen und unteren
Teil des Ankers eintreten, sich über die Luftspalte vermittels der Polschuhe des
Joches der Steuerspulen über die Polschuhe der Permanentmagnete
schließen, wobei die Steuerspulen so geschaltet sind, daß sich ihre Amperewindungen
addieren und den resultierenden magnetischen Fluß bilden, welcher in einem Luftspalt
addiert und im anderen Luftspalt von den Flüssen der Permanentmagnete subtrahiert
wird, wodurch eine Störung des Gleichgewichtes entsteht, welche auf den Anker wirkt.
Lie Erfindung ist an einem in der Zeichnung dargestellten Ausführunasbeisniel näher
erläutert. Es zeigen: Fig. 1 einen Grundriss, Fig. 2 eine Draufsicht von oben auf
den Anker, welcher die Düsen betätigt und deren Befestigung bedeutet, Fig.
3 eine Vorderansicht einer anderen Ausführung, Fig. 4 und 5 einen Schnitt entlang
der Linie B-3 aus der Fig. 5. ')er Umsetzer der Fia..1 weit ein aus Blechen
zusammengestelltes
rechteckiges Joch 16 mit unterteiltem Mittelsteg auf.
Auf diesem Joch sind in dessen waagrechter Symmetrieachse Polschuhe 17, 18 durch
den unterteilten Mittelsteg ausgebildet,. zwischen denen sich der Anker 3 des elektrohydraulischen
Umsetzers bewegt. Symmetrisch zur Vertikalachse in Fig. 1 sind Permanentmagnete
1, 2 mit Polschuhen 8, 9 vorgesehen. An den Polschuhen 17, 18 der Spulen sind Steuerspulen
4, 5 befestigt. In Fig. 2 ist die
Befestigung des Ankers
3 vermittels einer Membran 15 veranschau-
licht. Das eine Ende des
Ankers 3 ragt in den Raum zwischen den
vier Polen (R,
9, 17, 18). Das andere Ende des Ankas liegt zwi-
schen den
Düsen 6, 7, welchen das Drucköl zugeführt wird.
Die Funktion des Umsetzers
ist folgende:
Im Ober- und Unterteil des Ankers 3 treten magnetisch«
Flüsse
-41 und 142 der Permanentmagnete 1 , 2 mit Hilfe ihrer
Polschuhe 8, 9 ein. .Zeder dieser magnetischen" Plüsse M1, M2
teilt sich
in zwei Komponenten M 11, M12, M21, M22 nach der Beziehung
u1
- M11 + 1412 M2 0 M21 + M22 , Die Komponente 421
tritt von der linken Seite des Ankers 3 in den
Luftspalt x1 und
weiter in den Polschuh 17 der Spule ,4 aus. Die
zweite Komponente
u22 tritt von der rechten Seite des Ankers 3
in den Luftspalt x2 und in
den Polschuh 18 der Spule 5 aus. Die
entsrrechenden Komponenten
der magnetischen Flüsse der Permanent-
magnete 1, 2 (,i11, '112,
M21, H22) treten dann durch den äußeren
Magnetkreis in die entgegengesetzten
Pole der Permanentmagnete
1, 2. Der steuernde magnetische Fluß
MC der Spulen 4, 5, welche
so geschaltet sind, daß deren Teilmagnetflüsse
addiert werden,
addieren sich in dem einen Luftspalt dem resultierenden
magneti-
schen Fluß der Permanentmagnete 1 und 2, werden aber in
deft ande-
ren Luftspalt dann subtrahiert. Bei einer Änderung der Polarität
des
Steuerstromes der Spulen ist es umgekehrt.
Falls der Steuerstrom in der
Spule gleich Null ist, und die Luft-
spalte x1, x2 gleich sind, sind die
resultierenden magnetischen
Flüsse in jedem Luftspalt*Rleich
und dadurch auch die gegeneinan-
der von- der linken und rechten
Seite auf den Anker 3 wirrenden
Kräfte. Wenn der Steuerstrom aber nicht
gleich Null ist, sind die
'.Magnetflüsse in jedem Luftspalt nicit
gleich und daher such nicht die auf den Anker 3 wirkenden Kräfte, welche
diesen dann auf die
eine oder die andere Seite in Richtung
der waagrechten Aehso (Fig. 1) bewegen.-Die Bewegung des Ankers
hört erst dangt auf, weile
das Direktionsmoment der Membrane
15, in welcher der Anker befestigt ist, der Differenz der auf den Anker 3 wirkenden
Kräfte gleich ist. Die Befestigung des Ankers 3 in der Membrane 15 ist aus der Fig.
2 zu ersehen. Sein Vorderteil steuert die Öffnungen der Düsen 6, 7. Wie aus der
Fig. 1 ersichtlich, sind für das Entstehen der den Ausschlag des Ankers bewirkenden
elektromagnetischen Kräfte Seitenteile des Ankers beftutzt, welche den überwiegenden
Teil seiner Oberfläche vorstellen. Die Ober- und Unterteile des Ankers werden für
die Zuleitung des magnetischen Flusses der Permanentmagnete 1, 2 ausgenützt. Falls
die Forderung nach einem größeren magnetischen Fluß der Permanentmagnete oder mehr
Raum für die Spulen besteht, kann der ma*?# netische Kreis auf die Weise angeordnet
werden, die in den Fig.
3 bis S angedeutet ist, wo vier Magnete verwendet werden. Diese zweite
Anordnung unterscheidet sich von der Anordnung gemäß Fig. 1, 2 dadurch, daß sie
bloß eine auf dem Joch 19 gelagerte Steuerspule 14 besitzt. Dieses Joch ist *derum
aus Blechen zusammengesetzt. Die Magnete 1o, 11, 12, 13 sind mit den Brücken 2o,
21 verbunden, welche zusammen mit den Polschuhen 22, 23 das Schließen der magnetischen
Flüsse %111# M12, D113, M14 der Permanentmagnete 1o, 11, 12, 13 ermöglichen. Die
Lagerung der Magnete 1o, 11, 12, 13 an dem Joch 19 der Steuerspule 13 ist aus der
Fig. 3 und 4 ersichtlich. In der Fig. 4 sind die Magnete mit einer karierten Schraffierung
bezeichnet. Die Lagerung und auch die Bezeichnung des Ankers 3 ist ähnlich wie in
Fia. 2. Die Funk-tion dieses magnetischen-Kreises ist analog der Funktion
des mag-
netischen Kreises nach Aig. 1. Die Permanentmagnete 1o, 11, 12, 13
bilden mittels der Polschuhe 22, 23 entsprechende Komponenten der Magnetflüsse Ni11,
M12, M21, N122, die das Entstehen derjenigen Kräfte bewirken, welche in ihrer Größe
gleich sind, jedoch
einen entgegengesetzten Sinn aufweisen. Dabei ist
Voraussetzung, daß das ganze System symmetrisch ist. Die resultierende
auf den
Anker wirkende Kraft ist daher Null. Durch Einführung
eines Stro-
mes in die Steuerspule 14 wird die Entstehung des magnetischen
Flusses MC bewirkt, welcher in dem einen Luftspalt, z.&.
x1, eine Erhöhung des magnatischen_ Flusses und in dem anderen Luft=pakt
eine
Verringerung des magnetischen Flusses bewirkt. Dadurch wird das Gleichgewicht
der auf den Anker 3 wirkenden Kräfte gestört, welcher dadurch in eine
Lage ausschwenkt, in welcher ein
neuerliches Gleichgewicht zwischen dem Moment
von der elektro-
magnetischen Kraft und dem Moment von der Membrane 15. zustande-
kommt.
Bei
einer Änderung der Polarität des Stromflusses in der Spule
14 erhalten
wir eine umgekehrte Richtung des steuernden Magnet-Flusses MC
und dadurch dne Erhöhung des magnetischen Flusses im
Luftspalt x2
und eine Verringerung im Luftspalt x1. Der Anker 3
schwenkt in diesem Falle
nach rechts aus. Aus dem Angeführten en anze Oberfläche ausgenützt wird.
Die
g ' t hervor" daß fast die g
Anordnung eines magnetischen
Kreises nach Fig. 1 ermöglicht es
also, ein sehr vorteilhaftes Verhältnis
zwischen dem Drehmoment
zu erzielen, welches auf den Anker mit der Memb raue
wirkt, und dem Trägheitsmoment des Ankers, was eine hohe eigene Frequenz des
beweglichen Teiles des Umsetzers zur Folge hat. Durch die Ver-
wendung
eines Materials von hoher magnetischer Leitfähigkeit für
den Steuerf luß MC der
Spule 4, 5 und 14 in bezug auf die magne-tische LeitfAhivkeit
beider Luftspalte, kann eine sehr kleine
Hysterese erreicht werden. Als
Werkstoff für die Magnete ist es
umgekehrt vorteilhafter, einen Werkstoff
mit niedriger magneti-
scher Leitfähigkeit zu verwenden. Es ist offensichtlich,
daß ein
noch wirksameres Ausnützen der Oberfläche des Ankers bei der
An-
ordnung nach Fig. 3 bis 5 möglich ist.