DE1650579A1

DE1650579A1 - Elektromechanisches Stellglied

Info

Publication number: DE1650579A1
Application number: DE19671650579
Authority: DE
Inventors: Donofrio Andrew Joseph; Rose Donald Leroy; Kussow James William
Original assignee: United Aircraft Corp
Current assignee: Raytheon Technologies Corp
Priority date: 1966-12-30
Filing date: 1967-12-27
Publication date: 1970-09-24
Also published as: FR1549787A; GB1164043A

Description

Patentanwalt

Dr. Erhart Ziegler

6236 Hofheim/Ts.

Nachtigallenweg 9

United Aircraft Corporation, ¹JOO Main Street, East Hartford Conn. 06108, USA

Elektromechanisches Stellglied

Die Erfindung· bezieht sich auf elektromechanisch^ Stellglieder und im besonderen auf ein verbessertes proportional ansprechendes elektromechanisches Stellglied, wie es in
Magnetventilen for Flüssigkeiten oder Gase oder auch in
anderen Vorrichtungen verwendet werden kann.

Ziel der Erfindunr ist ein vereinfachtes und billiges
tromechanisches Stellglied, das al» Punktion des Elngangsstrome3 reproduzierbare mechanische Ablenkungen hervorruft und außerdem eine mechanische Dämpfung bedingt.

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Das erfindunrsgemäße elektromechanisch© Stellglied weist Rute elektrische, mechanische und thermische Eigenschaften auf. Es kann leicht hergestellt werden, ohne daß die Einhaltung besonders enger Toleranzen oder die Anwendung kostspieliger Fertigungskontrollen notwendig sind. Darüber hinaus kann das erfindungsgemäße Stellglied leicht gekühlt werden, ohne daß die elektromechanischen Eirenschaften des Stellgliedes beeinträchtigt werden.

Ein solches erfindunpsgemäßes elektromechanisch^ Stellglied weist eine kurze, meistens mehrlagige Zylinderspule auf, der ein scheibenförmip-er Anker gegenübersteht. Dieser scheibenförmige Anker ist gegenüber der Zylinderspule durch einen Federbalg gehaltert, der ebenfalls zylindrisch ausgebildet ist. Außer diesem Pederbalg sind zur Halterung des scheibenförmigen Ankers keine weiteren Vorrichtungen vorgesehen. Aufgrund dieser Anordnung tritt der Magnetfluß senkrecht in den Anker ein P und ais ihm heraus, so daß die mechanischen Kräfte, die durch die magnetischen Wirkungen des Stromes bedingt sind, in der gleichen Richtung wirken, in der sich der Anker auf die Spule zu bewegt. Da der Federball die alleinige und vollständige Halterung für den Anker ist, werden außer diesem Federbalg keine weiteren mechanischen Führungen benötigt. Dadurch fallen auch Reibungen und irgendwelche zusätzliche Drehmomente weg, die in elektromechaniechen Stellgliedern anderer Bauart auf-

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treten. Da die Kräfte senkrecht auf den Anker einwirken, sind zusätzliche Führunrsmittel nicht erforderlich, um die richtige Bewegung des Ankers sicherzustellen. Der Anker kann mit öffnungen versehen sein, so daß Flüssigkeit oder ein anderes Medium zwischen einem Hohlraum zwischen dem Federball und dem Anker und weiteren Hohlräumen außerhalb des elektromechanischen Stellgliedes hin- und herströmen kann. .Dadurch kann in das elektromechanische Stellglied Flüssigkeit eingeführt werden, so daß es einfach ist, mechanische Schwingungen des Stellgliedes gezielt zu dämpfen. t>a in de" Hohlraum, der von dem Anker und den Federbalg gebildet Ist, Flüssigkeit vorhanden sein darf, kann die Magnetspule des Stellffiedes von dieser Flüssigkeit leicht gekühlt werden. Da sich die Wirkung des elektrischen Stromes praktisch vollständig In der auf den magnetischen Kräften beruhenden mechanischen Bewegung des Ankers bemerkbar macht, und da der Anker von der Magnetspule gegen die Wirkung des Federbalges angezogen wird, ist eine sehr gute Proportionalität zwischen Spulenstrom und Ankerausschlag sichergestellt.

Ein besonderes Ziel der Erfindung liegt In der Schaffung eines Ventiles für Flüssigkeiten oder Gase, das elektrisch betätigt werden kann.

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Die Erfindung läßt sich besonders günstig für die Betätigung von Ventilen für Flüssigkeiten oder Gase answenden. Bei einer solchen Anwendung, die noch anhand eines ausführlichen Ausführungsbeispiels näher beschrieben wird, können alle Merkmale und Vorteile ausgenutzt werden, die bereits erwähnt wurden. Da nun der Hohlraum zwischen den Anker und dem Federball? durch die öffnungen von außen zugänglich ist, so daß der Anker gedämpft und die Spule gükühlt werden kann,gleichen eich zusätzlich die Druckverhältnisse zu beiden Seiten des Ankers aus, wenn normale StrttmungsVerhältnisse vorliegen. Dadurch werden die Wirkungen von Druckänderungen weitgehend ausgeglichen, die durch thterschiede in den Str?5mungsquer3chnitten an den verschiedenen Betriebs- oder Arbeitspunkten des Ventils bedingt sind. Man kann also die Erfindung leicht auf ein elektrisch gesteuertes, linear ansprechendes Ventil anwenden, dessen Betriebseigenschaften von den Gasen oder Flüssigkeiten, die vom ψ Ventil gesteuert werden, innerhalb eines recht großen Proporti onabe reiches nicht geändert werden.

Im folgenden soll die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels in Verbindung mit den Zeichnungen im einzelnen beschrieben werden.

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Figur 1 zeirt vereinfacht als Ausführunrsform der Erfindung einen Schnitt durch ein Ventil mit einem elektromechanischen Stellglied.

Figur 2 ist ei:ie graphische Darstellunr und zeigt den Zusammenhanr zwischen der mechanischen Ausüenkung des Stellgliedes und dem Elnranpsstrom

Figur 3 ist eine graphische Darstellung und zeip-t den Zusammenhanp zwischen der» Durchsats durch das Ventil und den Strom durch die Magnetspule für eine vorpegebene Ausführunnsform des Ventils nach Fir. I.

In der Fip;ur 1 ist eine Magnetspule 10 auf eine Grundplatte 12 aufp;esetzt worden, die al3 Halterung für die Magnetspule dient. Die Magnetspule 10 ist als kurze mehrlagige Zylinderspule ausgebildet. Um die Magnetspule 10 herum ist ein Federbalg 1*1 angeordnet worden, der zylindrisch ausgebildet und auf einem Vorsprung 16 der Grundplatte 11 aufgebördelt 1st. Das obere Ende des Federbalges 1Ί 1st am Rand 18 eines scheibenförmigen Ankers 20 befestigt, was ebenfalls durch Bördeln durchgeführt werden kann. Der Anker 20 kann mit einem oder mehreren öffnungen versehen sein, durch die Gase oder Flüssigkeiten frei hindurch-

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strömen können. Um der Magnetspule 10 Strom au führen su können, sind elektrische Anschlüsse 2*1 vorgesehen.

Es solüjbesonders darauf hinrewiesen werden, daß der Anker nur durch den Federbalg gehaltert ist, so daß der Anker weder irgendwelche Führungen noch irgendwelche Rahwenteile berührt. Zwischen dem Anker und irgendwelchen fest montierten Beatandteilen des Ventils kann es daher auch keine Reibung geben. Da der Anker 20 vom Federbalg 1*1 getragen wird, befindet sich zwischen dem Anker 2o und der Magnetspule 10 ein Hohlraum 26 der dazu verwendet werden kann, die Bewegung des Ankers 20 mechanisch zu dämpfen. Die Flüssigkeit, die für diese Dämpfung verwendet wird, kann auch gleichzeitig zur Kühlung der Magnetspule 10 herangezogen werden. da der Hohlraum 26 mit der Magnetspule 10 in Verbindung ■ eteht. Wie Figur 1 zeigt, ist das elektroPiechanische Stellglied nach der Erfindung in einem Ventil verwendet worden. Der Anker 20 ist mit einer erhöhten ψ Stirnfläche oder mit einer Auflage 28 versehen, die zusammen mit <3em Anker derart bewegbar ist, daß sie an einer üüsenöffnung 30 einer Röhre oder eines Kanals 32 zum Anliegen kommt. Flüssigkeiten oder Oase, die durch die Düse 30 hindurchströmen, gelangen in einen Hohlraum 3¹* hinein und können durch ein Ausflußrohr 36 abfließen. Da der Anker 20 mit eine? oder mehreren öffnungen versehen lot, können die Flüssigkeiten oder die Gase

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aus dem Hohlraum 3*1 in den Hohlraum 26 eintreten. Die Flüssigkeiten oder die Gase, deren Durchsatz vom Ventil geregelt ist, können daher gleichzeitig zur mechanischen Dämpfung des Ankers 20 und zur Kühlunr der Mapnetspule-10 herangezogen werden.

Da nun, wie aus Figur 1 ebenfalls hervorgeht, eine kurze mehrlagige Zylinderspule in Verbindung mit einem scheibenförmigen Anker verwendet ist, tritt der Magnetfluß, der vom Magnetfeld der Spule hervorgerufen wird praktisch senkrecht in den Anker ein und aus ihm aus. Dadurch wirkt die Kraft der Magnetspule 10 in senkrechter Richtung auf den Anker 20 ein, wenn man die Fig. 1 zugrundelegt. Daher ist der Zusammenhang zwischen elektrischer Erregung der Spule und der mechanischen Auslenkung des Ankers in guter Näherung linear.

Die Erfindung ist in ihrer Anwendung auf ein Ventil für Flüssigkeiten oder Gase beschrieben worden, wie es in Fig. 1 dargestellt ist. Man kann den Anker 20 Jedoch auch mit irgendwelchen mechanischen Gestängen verbinden, so daß durch eine Erregung der Magnetspule die verschiedensten mechanischen Bewegungen hervorgerufen werden. Dadurch kann das elektromechanische Stellglied den verschiedensten Anwendunrszwecken angepaßt werden.

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Claims

Patentansprüche

1. Elektro^echanisches Stellglied, dadurch gekennzeichnet , daß einer feststehenden Magnetspule gegenüber ein Magnetanker angeordnet ist, der unter dem Einfluß des Magnetfeldes der Magnetspule gegenüber dieser Spule mechanisch bewegbar ist, und daß der Magnetanker an einem fc Ende eines" Pederbalges gehaltert ist, dessen anderes Ende starr befestigt ist, und der so ausgebildet ist, daß er eine Stirnfläche der Magnetspule umgibt.

5. Elektromechanisches Stellglied nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Spule und das andere Ende des Federbalges auf einer Grundplatte montiert sind, die so ausgebildet ist, daß sie zusammen mit dem Magnetanker, dem Pederbalg und der Spule einen Hohlraum begrenzt.

■ 3. Elektromechanlsches Stellglied nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Magnetanker mit einer oder mehreren öffnungen versehen ist, so daß der Hohlraum für Gase oder Flüssigkeiten zugänglich ist.

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1}. Elektromechanisches Stellglied nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichn daß durch die Grundplatte ein zusätzlicher Eohlraum abgegrenzt 1st, der auf der anderen Seite des Federbalges und des Ankers wie der erste Hohlraum angeordnet ist, und daß durch die öffnungen im Anker eine Verbindung zwischen den beiden Hohlräumen hergestellt ist.

5. Elektromechanisches Stell$ied nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Magnetspule als kurze mehrlagige Zylinderspule ausgebildet ist.

6. Elektromechanisches Stellglied nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Magnetanker als Kreisscheibe ausgebildet ist.

7. Elektromechanisches Stellpjied nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Federbalg zylindrisch ausgebildet ist, daß das eine off'Hie Ende des Pederbalges starr befestigt ist, und daß das andere offene Ende des Pederbalges am Rand,·' des Magnetankers befestigt 1st.

8. Elektromechanisches Stellglied nach einem oder mehreren der ■ Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet,

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daß der Magnetanker mit einer Auflage versehen ist, die als Dichtung ausgebildet und der Ausgangsdüse eines Strömungskanals gegenüber angeordnet ist, so daß durch die Betätigung des» 'Hagnetankers die Ausgangsdüse zu öffnen und schließen ist und dadurch der Durchsatz durch die Düse regelbar ist.

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