DE1801766B2 - Stellmotor mit einem elektromagnetischen kraftgeber - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Stellmotor mit einem elektromagnetsichen Kraftgeber, der aus zwei axial hintereinander angeordneten Wicklungen, einer Hub- und einer Senkwicklung und mindestens einem zwischen diesen angeordneten axial beweglichen Anker besteht, der über ein Gesperre eine als Stellglied dienende Schaltstange je Hub einen Schaltschritt in der einen oder anderen Richtung zu verstellen vermag.

Bei einem bekannten, als Schrittantrieb verwendeten Stellmotor dieser Art werden zur Ausübung einer axialen Schrittbewegung der Schaltstange, mehrere, auf besonderen Hülsen längsverschiebbar gelagerte Anker benötigt, die jeweils nur durch eine Magnetwicklung in eine definierte Einschalt- und Ausschaltstellung gebracht werden können. Außerdem ist bei Betätigung des auf die Schaltstange einwirkenden Gesperres ein zusätzlicher Anker mit einer zusätzlichen Wicklung erforderlich (DT-AS 12 57 970). Da für jeden Schritt der Schaltstange eine Folge von mehreren, aufeinanderfolgenden Schaltschritten zum Ein- und Ausschalten verschiedener Magnetwicklungen erforderlich ist, kann mit diesem Stellmotor nur eine sehr geringe Schaltgeschwindigkeit erreicht werden, wodurch er beispielsweise zur Betätigung von Steuerschiebern in hydraulischen Anlagen ungeeignet ist.

Die gleichen Nachteile gelten auch für einen anderen bekannten Stellmotor, dessen Gesperre aus zwei Kupplungshülsen besteht, deren klauenartiges Ende in eine gezahnte Schaltstange einzugreifen vermag (US-PS 27 52 54b). Eine dieser ",-Lupplungshulsen ist dem verschiebbaren Anker einer Senkmagnetwicklung fest verbunden und wird über einen besonderen Magnetkern von einer zusätzlichen Magnetwicklung an der Schaltstange ein- und ausgekuppelt. Die zweite Kupplungshülse ist fest angeordnet und wird durdh eine weitere Magnetwicklung über einen zusätzlichen axia verschiebbaren Magnetkern betätigt. Zur Arretierung der Schaltstange in den Schaltpausen muß dies« Magnetwicklung ständig eingeschaltet bleiben, so dat ein solcher Stellmotor beispielsweise in Kraftfahrzeu gen eine erhebliche unerwünschte Dauerbelastung füi

die Akkumulatorbatterien darstellt.

Andere bekannte Stellmotoren sind mit einem umlaufenden Anker versehen, der über ein Getriebe das Stellglied bewegt Diese Motoren haben den Nachteil, daß ihre Verstellgeschwindigkeit für viele Fälle nicht groß genug ist und daß sie verhältnismäßig aufwendig sind, weil sie neben dem Getriebe in der Regel auch eine Bremse für den umlaufenden Anker benötigen, damit die Verstellwege ausreichend genau eingehalten werden können.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Stellmotor der eingangs genannten Art zu schaffen, welcher bei möglichst einfachen Aufbau eine hohe Schallgeschwindigkeit und Schaltgenauigkeit gewährleistet.

Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß der Anker bei nicht erregten Wicklungen durch Federkraft in einer Mittelstellung zwischen den zwei Wicklungen gehalten ist, und daß das Gesperre bei Erregung einer der Wicklungen durch die Einzugsbewegung des Ankers in dessen Bewegungsrichtung wirksam wird.

Mit dieser Lösung ist es möglich, auf die bisher benötigten Kupplungshülsen sowie auf die zusätzlichen Magnetwicklungen und Anker zur Betätigung des Gesperres verzichten zu können.

Ferner ergibt sich gegenüber den bekannten Stellmotoren eine wesentlich höhere Schallgeschwindigkeit, da zur Ausführung eines Schaltschrittes nicht mehrere Wicklungen nacheinander ein- und ausgeschaltet werden müssen. Die Einzugsbewegung ^ines Ankers wird nunmehr sowohl zur Kupplung des Ankers mit der Schaltstange über ein Gesperre als auch zur Verschiebung der Schaltstange ausgenutzt. Die zur Betätigung des Gesperres benötigte Kraft des Ankers ist jedoch so gering, daß durch sie die an der Schaltstange wirksam werdende Schub- bzw. Zugkraft praktisch nicht verringert wird. Ferner ist es durch die erfindungsgemäße Lösung möglich geworden, die Schaltstinge mit ein- und demselben Anker in zwei zueinander entgegengesetzte Richtungen zu verstellen.

Ein derart ausgebildeter Motor läßt sich aus einfachen und stabilen Teilen ohne schwierige Paßarbeit zusammenbauen und daher gut in großen Stückzahlen fertigen. Die hohe Verstellgeschwindigkeit und -genauigkeit des Motors und die Möglichkeit, ihn ohne nennenswerten Mehraufwand so auszubilden, daß er auch eine größere Anzahl von Schaltschritten in jeder Richtung auszuführen vermag, eröffnen ihm einen weiten Anwendungsbereich. Der Motor kann vorteilhaft in hydraulischen Anlagen, z. B. Getrieben verwendet werden, in denen ein mit seiner Schaltstange zu kuppelnder Steuerschieber mehrere Leitungen nach einem bestimmten Programm überwacht. Dadurch kann gegebenenfalls eine Vielzahl von Magnetventilen eingespart und die zur Steuerung der Anlage benötigte elektrische Leistung beträchtlich vermindert werden, weil der Stellmotor im Gegensatz zu den Magnetventilen nur während des Schaltvorganges kurzzeitig einzuschalten ist.

Eine besonders einfache und gedrängte Bauart des Stellmotors ergibt sich, wenn an jedem Stirnende des Ankers mindestens eine Klinke schwenkbar angelenkt ist, die unter dem Einfluß einer Feder steht, welche die Klinke in die Sperrstellung zu schwenken sucht, und jeder Klinke eine mit der Ankerführung fest verbundene Schrägfläche zugeordnet ist, welche die Klinke uus der Sperrstellung hebt, sobald und solange der Anker die Mittelstellung nach der von der Klinke abgekehrten Seite verlassen hat.

Der Anker ist dabei zweckmäßig an jedem Stirnende mit einem von der Stirnfläche ausgehenden radialen Schlitz zur Aufnahme von zwei gleichwirkenden, in bezug auf die Schaltstange sich diametra! gegenüberliegenden Klinken versehen.

Besonders vorteilhaft ist es, wenn der Anker am Umfang zwei sich diametral gegenüberliegende Längsnuten hat, die in die stirnseitigen Schlitze übergehen und die Federn der Klinken aufnehmen. Die beiden einer Längsnut zugeordneten Klinken können dabei eine gemeinsame streifenförmige Feder haben, deren Enden an den Klinken anliegen und die mindestens annähernd in der Mitte zwischen den Klinken drehbar am Anker gelagert ist. Dadurch ist erreicht, daß die Feder für die Klinken eine große federnde Länge und daher ein hohes Arbeitsvermögen bei langer Lebensdauer haben.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispie! der Erfindung dargestellt. Es zeigt

Fig. 1 einen Stellmotor für ein hydraulisches Kraftfahrzeuggetriebe m Seitenansicht und teilweise im Schnitt,

F i g. 2 den Motor nach F i g. 1 vergrößert im Schnitt und

F i g. 3 einen zu F i g. 2 senkrechten Schnitt durch den Motor nach Fig. 1,

F i g. 4 zeigt einen Längsschnitt des Motorankers und

Fig. 5 dessen Draufsicht, wobei der Deutlichkeit halber die am Anker zusatzlich angebrachten Teile nicht eingezeichnet sind.

Der Motor 10 hat ein Gehäuse 11, an dem ein Gehäuse 12 eines hydraulischen Steuergerätes 13 befestigt ist. Im Gehäuse 12 ist eine Steuerstange 14 verschiebbar gelagert, die eine Mehrzahl von Zu- und Ablaufleitungen 15 des Getriebes nach Maßgabe der vom Motor ausgeführten Stellbewegungen überwacht. Steuerungen dieser Art sind an sich bekannt.

Der Motor 10 hat einen Elektromagneten 16 mit zwei axial hintereinander angeordneten Wicklungen 17 und 18. die einzeln über eine nicht dargestellte zentrale elektronische Steuereinheit einschaltbar sind. Die Wicklungen sitzen auf einem Hülsenkörper 19, der aus zwei Buchsen 20 aus Messing und einem Eisenring 21 zusammengesetzt ist. In den Buchsen 20 ist ein Anker 22 verschiebbar geführt (Fig.3). Der Eisenring 21 hat einen etwas größeren Innendurchmesser als die Buchsen 20, so daß zwischen ihm und dem Anker 22 ein geringer, über den ganzen Umfang gleichmäßig verteilter Luftspalt verbleibt. Die Wicklungen 17 und 18 liegen gemeinsam an einer Eisenscheibe 23 r\n, die fest auf den Eisenring 21 aufgepreßt ist.

Das Gehäuse 11 weist einen Blechtopf 24 auf, an dessen Boden 25 die andere Seite der Wicklung 17 anliegt. Am Boden 25 ist ein Eisenkörper 26 befestigt, der einen durch eine Bodenöffnung 27 in das Gehäuseinnere ragenden Eisenkern 28 trägt. Der Blechtopf 24 ist durch einen Eisenkörper 29 verschlossen, an dem innen ein Eisenkern 30 gebildet ist. Der Hülsenkörper 19 sitzt auf den Eisenkernen 28 und 30 auf, die ihn samt den Wicklungen und dem Eisenring 23 gegen axiales Verschieben gesichert und zentriert festhalten. Die Eisenscheibe 23 liegt außen fest an der Innenwand des Blechtopfes 24 an. Der Blechtopf 24 hat eine Prägung 31, die in eine Randnut 32 der Eisenscheibe 23 greift und dazu beiträgt, daß das Magnetsystem gegenüber dem Gehäuse fixiert ist.

Die Feldlinien der Wicklung 17 treten über die Eisenscheibe 23, den Blechtopf 24 und den Eisenkörper

26 in den Eisenkern 28 ein, von wo aus sie über einen axialen Luftspalt in den Anker 22 übertreten und von dort weiter über den Eisenring 21 zurück zur Eisenscheibe 23 laufen. Entsprechend ist auch der FeldHnienverlauf der Wicklung 18. Der Anker ist an beiden Enden mit axialen Ringbunden 33 versehen (F i g. 4), von denen jeweils einer in der entsprechenden Einzugsstellung des Ankers über einen pilzförmigen Ansatz 34 des Eisenkernes 28 bzw. 30 greift.

An den Eisenkernen 28 und 30 stützen sich zwei Schraubenfedern 35 ab, die über nicht magnetische Ringscheiben 36 auf den Anker einwirken. Bei stromlosen Wicklungen halten die Schraubenfedern 35 den Anker in der gezeigten Mittelstellung fest, in der jede Ringscheibe 36 mit einem gewissen Druck an einen Bund 37 der zugeordneten Buchse 20 anliegt.

Der Anker 22 sitzt lose auf einer Schaltstange 40 aus antimagnetischem Stahl, die in den Eisenkernen 28 und 30 verschiebbar gelagert ist. Der Anker hat an jeder Stirnseite einen radialen Schlitz 41, in welchem jeweils zwei in bezug auf die Schaltstange 40 sich diametral gegenüberliegende Klinken 42 schwenkbar gelagert sind. Die Klinken 42 sind als doppelarmige Hebel ausgebildet, deren einer Arm in der Sperrstellung in eine von mehreren ringförmigen Kerben 43 der Schaltstange 40 greift. Die Kerben 43 sind in zwei Gruppen zusammengefaßt, von denen die eine vor der einen Stirnseite des Ankers und die andere vor dessen anderer Stirnseile liegt. Die Zahl der Kerben 43 einer jeden Gruppe entspricht der Anzahl der Schaltschritte, die der Motor in jeder Richtung auszuführen hat.

Am Mantelumfang des Ankers 22 sind in der Ebene der Schlitze 41 zwei sich diametral gegenüberliegende Längsnuten 44 vorgesehen, welche die gleiche Breite wie die Schlitze 41 haben. In jeder Längsnut 44 ist ein Federslreifen 45 untergebracht, der in seiner Längsmitte an einem drehbar am Anker gelagerten Kunststoffteil 46 befestigt ist. Die freien Enden der Federstreifen 45 Hegen mit Druck an den Klinken 42 an und sind bestrebt, sie in die Sperrstellung zu schwenken.

In den Eisenring 21 sind zwei sich diametral gegenüberliegende Leisten 48 eingesetzt, die in die Längsnuten 44 des Ankers eingreifen und diesen gegen Verdrehung sichern. Die Leisten 48 sind an beiden Enden mit Schrägflächen 49 versehen. Sobald der Anker aus seiner Mittelstellung heraustritt, läuft jeweils ein Klinkenpaar auf die Leisten 48 auf. Diese heben dann die Klinken entgegen der Kraft der Federstreifen 45 aus der Sperrstellung heraus, so daß sie außer Eingriff mit der Schaltstange 40 kommen.

Die Schaltstange 40 ist in jeder Schaltstellung durch eine im Eisenkörper 26 untergebrachte Rasteinrichtung mit einer bestimmten Kraft festgehalten. Die Einrichtung hat zwei Kugeln 50, die in Bohrungen 51 des Eisenkörpers stecken und von Federn 52 in jeweils eine von mehreren Rastkerben 53 der Schaltstange gedruckt werden. Die Bohrungen 51 sind durch Stiftschraubert 54 verschlossen, an denen sich die Federn 52 abstützen.

Am Eisenkörper 29 ist eine Konsole 55 befestigt, die eine Isolierstoffplatte 56 mit mehre^ren Kontaktbahnen 57 zur Steuerung des Motors trägt Die Schaltstange 40 ragt über die Platte 56 hinweg und hat ein Querloch, j_n das ein mit einer Sackbohrung versehener Bolzen 58 eingepreßt ist In der Bohrung steckt eine Feder 59 und der Ansatz 60 einer Kontaktplatte 61, die zwei mit den Kontaktbahnen 57 zusammenarbeitende Gegenkontakte 62 trägt Die Feder 59 drückt die Gegenkontakte 62 an die Kontaktbahnen 57 an. Die Gegenkontakte 62 und die Kontaktbahnen 57 überwachen Stromkreise, über die die jeweilige Stellung der Schaltstange 40 an die zentrale elektronische Steuereinheit gemeldet wird.

In den Anker 22 sind zwei unmagnetische Stehbolzen 64 eingepreßt, die durch den Eisenkörper 29 hindurchtreten und oberhalb der Platte 56 durch ein die Schaltstange 40 mit Spiel umgebendes Joch 65 miteinander verbunden sind. Das Joch 65 trägt zwei Kontaktplatten 66, die mit auf den Kontaktbahnen 57 federnd aufliegenden Gegenkontakten 67 bestückt sind. Diese bilden im Verein mit den Kontaktbahnen 57 Schaltstellen in Stromkreisen, die die Stellungen des Ankers an die zentrale Steuereinheit melden.

Die Konsole 55 ist mit ein?m Ansatz 70 versehen, der in eine Längsnut 71 der Schaltstange 40 greift und die Schaltstange gegen Verdrehen sichert. Eine Haube 72 greift schützend über die Kontakte und über die im einzelnen nicht näher bezeichneten elektrischen Anschlußmittel des Motors.

In der Zeichnung nehmen die Schaltstange 40 und die Steuerstange 14 ihre äußerste linke Schaltstellung ein. Zum Verstellen der Schaltstange 40 und der Steuerstange 14 um einen Schaltschritt nach rechts wird die Wicklung 17 unter Strom gesetzt. Dabei zieht sie den Anker 22 ein, bis er am Eisenkern 28 distanziert durch die nichtmagnetische Ringscheibe 36 zur Anlage kommt. Der pilzförmige Ansatz 34 bewirkt dabei, daß die auf den Anker ausgeübte Kraft am Anfang der Einzugsbewegung rasch auf einen mittleren Wert steigt, dann annähernd konstant bleibt und gegen Ende der Einzugsbewegung den Maximalwert erreicht.

Beim Verschieben des Ankers 22 nach rechts nehmen die beiden rechten Klinken 42 die Schaltstange 40 um einen Schaltschritt mit. Die beiden linken Klinken 42 treffen auf die Leisten 48 auf, wodurch sie verschwenkt und von der Schaltstange 40 abgehoben werden. Mit der Schaltstange 40 bewegt sich auch die Steuerstange 14 einen Schaltschritt nach rechts und steuert die Leitungen 15 in die gewünschte Weise um.

Die Einzugsstellung des Ankers 22 wird über die Kontaktanordnung 57,67 an die zentrale Steuereinheit signalisiert. Diese schaltet den Strom der Wicklung 17 ab, worauf der Anker unter dem Einfluß der rechten Feder 35 in die Mittelstellung zurückkehrt. Dabei werden die rechten Klinken 42 aus der bisher von ihnen ergriffenen Kerbe 43 herausgehoben und von den Federstreifen 45 an die links benachbarte Kerbe 43 gedruckt. Die beiden anderen Klinken 42 bleiben so lange von der Schaltstange 40 abgehoben, bis der Anker seine Mittelstellung erreicht Dadurch ist vermieden daß der Anker auf seinem Rückweg auch die Schaltstange 40 zum Ausgangspunkt der Schaltbewe gung führt.

Die Schaltstange 40 kann insgesamt um vie Schahschritte nach rechts verstellt werden. Nach der vierten Schaltschritt liegen die beiden rechten Klinke: 42 am glatten Außenumfang der Schaltstange an. so wi es in F i g. 2 für die beiden linken Klinken 42 gezeigt is Jedes weitere Einschalten der Wicklung 17 bleibt dan ohne Einfluß auf die Schaltstange 40, weil die Klinke keine Angriffsflächen mehr an ihr finden

Beim Verstellen der Schaltstange 40 nach links laufe die beschriebenen Vorgänge in entsprechender We« ab.

Der Anker könnte auch durch einen Dauermagnet polarisiert und die Wicklungen mit entgegengeset gerichteten Magnetfeldern gemeinsam mit wahlwei geänderter Stromwicklung geschaltet sein.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (13)

18 Ol Patentansprüche:

1. Stellmotor mit einem elektromagnetischen Kraftgeber, der ,aus zwei axial hintereinander angeordneten Wicklungen, einer Hub- und einer Senkwicklung und mindestens einem zwischen diesen angeordneten axial beweglichen Anker besteht, der über ein Gesperre eine als Stellglied dienende Schaltstange je Hub einen Schaltschritt in der einen oder anderen Richtung ?u verstellen vermag, dadurch gekennzeichnet, daß der Anker (22) bei nicht erregten Wicklungen (17, 18) durch Federkraft in einer Mittelstellung zwischen den beiden Wicklungen gehalten ist, und daß das Gesperre (42 bis 49) bei Erregung einer der Wicklungen durch die Einzugsbewegung des Ankers in dessen Bewegungsrichtung wirksam wird

2. Motor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß an jedem Stirnende des Ankers (22) mindestens eine Klinke (42) schwenkbar angelenkt ist, die unter dem Einfluß einer Feder (45) steht, welche die Klinke in die Sperrstellung zu schwenken sucht und daß jeder Klinke eine mit der Ankerführung fest verbundene Schrägfläche (49) zugeordnet ist, welche die Klinke aus der Sperrstellung hebt, sobald und solange der Anker die Mittelstellung nach der von der Klinke abgekehrten Seite verlassen hat.

3. Motor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Anker (22) an jedem Stirnende mit einem von der Stirnfläche ausgehenden radialen Schlitz (41) zur Aufnahme von zwei gleichwirkenden, in bezug auf die Schaltstsnge (40) sich diametral gegenüberliegenden Klinken (42) versehen ist.

4. Motor nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Anker (22) am Umfang zwei sich diametral gegenübe-liegende Längsnuten (44) hat, die in die stirnseitigen Schlitze (41) übergehen und die Federn (45) der Klinken aufnehmen.

5. Motor nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden einer Längsnut (44) zugeordneten Klinken (42) eine gemeinsame, streifenförmige Feder (45) haben, deren Enden an den Klinken anliegen und die mindestens annähernd in der Mitte zwischen den Klinken drehbar am Anker (72) gelagert ist.

6. Motor nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Rampen (48) zum Auslenken der Klinken (42) als radial aus der Ankerführung hervortretende Leisten ausgebildet sind, die in die Längsnuten (44) des Ankers eingreifen und diesen gegen Verdrehung sichern.

7. Motor nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Klinken (42) in Kerben (43) der Scha'tstange (40) und die Zahl der gewünschten Schaltschritte der Schaltstange durch die Zahl der Kerben begrenzt ist.

8. Motor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Anker (22) in zwei in axialem Abstand voneinander angeordneten Buchsen (20) aus nicht magnetischem Stoff geführt ist, zwischen denen ein Eisenring (21) sitzt, dessen Innendurchmesser etwas größer als jener der Buchsen ist.

9. Motor nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Wicklungen (17 und 18) in einem ferromagnetischen Gehäuse (11) sitzen und zwischen ihnen eine Eisenscheibe (23) angeordnet ist, die außen an der Innenwand des Gehäuses und innen am Eisenring (21) anliegt

10. Motor nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (Ii) an beiden Stirnseiten in das Innere der Wicklungen hineinragende Eisenkerne (28 und 30) trägt

11. Motor nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Anker an jeder Stirnseite einen axial hervortretenden Ringbund (33) hat, der in der Einzugsstellung des Ankers über einen pilzförmigen Ansatz (34) des der entsprechenden Wicklung zugeordneten Eisenkernes (28 bzw. 30) greift.

12. Motor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Anker durch zwei an seinen Stirnseiten angreifende vorgespannte Schraubenfedern (35) gehalten ist.

13. Motor nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Schraubenfedern (35) an unmagnetischen Ringscheiben (36) angreifen, welche über den Umfang des Ankers hinausragen und in dessen Mittelstellung an Ringschultern (37) der den Anker führenden Buchsen (20) anliegen.