DE19900788A1 - Antriebsvorrichtung - Google Patents

Abstract

Es handelt sich um eine Antriebsvorrichtung (1), mit einem in einem Aufnahmeraum (9) in Hubrichtung (12) hin- und herbewegbar gelagerten Antriebsteil (13). Das Antriebsteil (13) verfügt über eine magnetisierbare Partie (14). Des weiteren sind eine erste Permanentmagnetanordnung (6) und eine zweite Permanentmagnetanordnung (7) vorgesehen, die den Aufnahmeraum (9) einschließen. Außerdem verfügt die Antriebseinrichtung (1) über eine zum Hervorrufen des Hubes des Antriebsteils (13) dienende, bestrombare Spulenanordnung (11). Die Magnetisierungsrichtung der Permanentmagnetanordnungen (6, 7) verläuft quer zur Hubrichtung (12), und die von ihnen ausgehenden Permanentmagnetfelder wirken unmittelbar auf die magnetisierbare Partie (14) des Antriebsteils (13) ein.

Description

Die Erfindung betrifft eine Antriebsvorrichtung, mit einem in einem Aufnahmeraum in Hubrichtung hin- und her­ bewegbar gelagerten Antriebsteil, das eine magnetisierbare Partie aufweist, mit einer ersten und einer zweiten Per­ manentmagnetanordnung, die den Aufnahmeraum einschließen, und mit einer zum Hervorrufen des Hubes des Antriebsteils dienenden, bestrombaren Spulenanordnung.

Eine derartige Antriebsvorrichtung geht beispielsweise aus der GB 1 008 735 hervor. Dort sind mit dem Permanent­ magneten verbundene Polstücke vorgesehen, deren Anordnung und Formgebung im Aufnahmeraum die gewünschten Per­ manentmagnetfelder erzeugt.

Nachteilig ist hierbei, daß ein aufwendiger Aufbau der An­ triebsvorrichtung erforderlich ist. Insbesondere zur Er­ zielung eines annähernd hubunabhängigen Stellkraftver­ laufes sind die Polstücke - ähnlich wie bei einem Pro­ portionalmagneten - konisch geformt, was einen besonders großen Fertigungsaufwand bedeutet. Des weiteren ist die Hubkraftcharakteristik beim genannten Stand der Technik nicht linear.

Ausgehend hiervon ist es eine Aufgabe der Erfindung, eine Antriebsvorrichtung mit linearer Hubkraftcharakteristik bei einfachem und kostengünstigem Aufbau zu schaffen.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß die Magnetisie­ rungsrichtung der Permanentmagnetanordnungen quer zur Hub­ richtung verläuft und daß die von ihnen ausgehenden Permanentmagnetfelder unmittelbar auf die magnetisierbare Partie des Antriebsteils einwirken.

Durch die Orientierung der Magnetisierungsrichtung der Permanentmagnete quer zur Hubrichtung wird eine im wesent­ lichen lineare Hubkraftcharakteristik erreicht. In dem Bereich zwischen den Permanentmagneten und der magneti­ sierbaren Partie des Antriebsteils erzeugen die Per­ manentmagnete ein weitgehend homogenes Permanentmagnet­ feld. Bei dieser Antriebsvorrichtung ist ein guter ma­ gnetischer Wirkungsgrad erreicht, so daß den Permanent­ magneten zugeordnete Polstücke entfallen können. Hierdurch ergibt sich ein kompakter, einfacher und somit auch kostengünstiger Aufbau der Antriebsvorrichtung. Das An­ triebsteil kann in Abhängigkeit vom Strom durch die Spulenanordnung in drei stabile Hublagen gebracht werden, wobei bei unbestromter Spulenanordnung eine automatische Positionierung des Antriebsteils in eine Ausgangslage erfolgt.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen des Gegenstands der Erfindung gehen aus den Unteransprüchen hervor.

Zweckmäßigerweise ist ein mittels des Antriebsteils ver­ lagerbares Abtriebsteil vorgesehen. Hierbei kann es sich um den Kolben eines Kolbenschieberventils handeln. Die Antriebsvorrichtung dient somit als Stellantrieb für ein Proportional-Wegeventil. Es besteht die Möglichkeit, das Antriebsteil und das Abtriebsteil fest miteinander zu ver­ binden, wobei sie zum Beispiel einstückig ausgeführt sein können.

Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn das Antriebsteil eine Längsgestalt mit in Hubrichtung verlaufender Längsachse aufweist, wodurch eine gute Führung des Antriebsteils in Hubrichtung gewährleistet werden kann.

Das Antriebsteil kann eine im wesentlichen zylinderartige oder hohlzylinderartige Kontur mit rundem oder recht­ eckigem Querschnitt aufweisen. Derartige Formgebungen sind sehr einfach und kostengünstig zu fertigen.

Dazuhin ist es vorteilhaft, wenn sich die magnetisierbare Partie in jeder Hublage des Antriebsteils im Wirkungs­ bereich wenigstens eines der Permanentmagnetfelder und/oder des Spulenmagnetfeldes der Spulenanordnung be­ findet. Hierdurch ist gewährleistet, daß das Antriebsteil in jeder Hublage durch die Magnetfelder bewegbar ist.

Es ist außerdem zweckmäßig, wenn die magnetisierbare Partie Positioniermittel aufweist, die insbesondere die bei unbestromter Spule vom Antriebsteil eingenommene Aus­ gangslage relativ zu den beiden Permanentmagnetanordnungen vorgeben.

Hierbei können die Positioniermittel eine insbesondere ringförmig umlaufende oder lineare Aussparung aufweisen. Eine Positionierung wird durch die in der Aussparung im Vergleich zum magnetisierbaren Material der magnetisier­ baren Partie verschiedene Magnetfelddichte erreicht.

Es ist auch möglich, daß die Positioniermittel einen ring­ artigen oder leistenartigen Vorsprung aufweisen, wobei auch hier die im Vorsprung verglichen mit außerhalb des Vorsprungs unterschiedliche Magnetfelddichte zur Positio­ nierung des Antriebsteils dient.

Vorteilhaft ist es außerdem, wenn die Permanentmagnete radial magnetisiert sind und den Aufnahmeraum ringartig umgreifen, wobei die beiden magnetischen Pole eines Permanentmagneten konzentrisch zueinander angeordnet sind. Hierdurch wird ein einfacher Aufbau der Permanentmagnete erreicht.

Alternativ hierzu können die beiden magnetischen Pole der Permamentmagnete halbringartig ausgeführt sein und den Aufnahmeraum insgesamt im wesentlichen umgreifen, wodurch im Inneren des Permanentmagneten im wesentlichen parallel zu­ einander verlaufende Magnetfeldlinien gebildet werden.

Dadurch, daß die Permanentmagnete konzentrisch zum An­ triebsteil angeordnet sind, entsteht ein im in Umfangs­ richtung verlaufenden Zwischenraum zwischen den Permanent­ magneten und dem Antriebsteil an jeder Stelle gleich starkes Magnetfeld.

Zweckmäßigerweise sind die beiden Permamentmagnete in Hub­ richtung nebeneinander angeordnet. Sie können hierbei un­ mittelbar aneinander angrenzen. Auf diese Weise ist eine in Hubrichtung nur geringe Abmessungen aufweisende magne­ tische Partie ausreichend, wodurch sich geringe Raum­ erfordernisse und eine geringe bewegte Masse des Antriebsteils ergeben.

Es ist möglich, die Polanordnung der beiden Permanent­ magnete identisch zu wählen, so daß die beiden Permament­ magnetfelder in ihrer Orientierung übereinstimmen. Alter­ nativ hierzu kann die Polanordnung der beiden Permament­ magnete komplementär sein, so daß die beiden Permanent­ magnetfelder entgegengesetzt orientiert sind. Die komple­ mentäre Polarität der Permanentmagnete wird beispielsweise bei unmittelbar nebeneinander liegenden Permanentmagneten eingesetzt.

Weiterhin vorteilhaft ist es, wenn die Spulenanordnung konzentrisch zum Antriebsteil angeordnet ist. Hierdurch wirkt das Spulenmagnetfeld unmittelbar auf die magnetisier­ bare Partie des Antriebsteils ein.

Alternativ hierzu können die Permanentmagnetanordnungen auch senkrecht zur Hubrichtung magnetisiert und parallel zueinander angeordnet sein, wobei das Antriebsteil als Platte oder Quader ausgebildet ist. Dabei kann die Spulen­ anordnung vorzugsweise aus wenigstens zwei Spulen be­ stehen, deren Ebenen parallel zum Antriebsteil zu beiden Seiten des Aufnahmeraums angeordnet sind.

Bei diesen Anordnungen ist es einerseits möglich, die Spulenanordnung radial bzw. senkrecht zur Hubrichtung in Höhe der beiden Permanentmagnete vorzusehen. Somit ist eine Überlagerung der Permanentmagnetfelder mit dem Spulenmagnet­ feld erreicht. Andererseits kann die Spulenanordnung radial oder senkrecht zur Hubrichtung auch weiter innen angeordnet sein als die beiden Permanentmagnete. Auf diese Weise wirkt das Spulenmagnetfeld auf die magnetisierbare Partie des Antriebsteils ein, wodurch mittelbar eine Änderung der Magnetfelddichte im Bereich zwischen magneti­ sierbarer Partie und den beiden Permanentmagneten vorliegt.

Die Spulenanordnung kann zwei ringartige, insbesondere kreisförmige oder rechteckige Spulen enthalten.

Es ist möglich, daß die Spulenanordnung in Hubrichtung gesehen zwischen den beiden Permanentmagneten angeordnet ist. Auf Grund der dadurch erreichbaren symmetrischen An­ ordnung von Spulenanordnung und Permanentmagneten kann ein gleich starker Einfluß des Spulenmagnetfeldes auf die beiden Permanentmagnetfelder gewährleistet werden.

Weist die Spulenanordnung zwei Spulen auf, so kann zwischen ihnen zur Verbesserung des magnetischen Wirkungs­ grades ein magnetisierbarer Rückschlußring vorhanden sein.

Alternativ hierzu besteht die Möglichkeit, daß die beiden Permanentmagnete in Hubrichtung gesehen zwischen den beiden Spulen der Spulenanordnung angeordnet sind. Hier­ durch können die beiden Permanentmagnetfelder separat von der jeweils zugeordneten Spule der Spulenanordnung durch das betreffende Spulenmagnetfeld beeinflußt werden.

Um eine sichere, eindeutig festgelegte Positionierung des Antriebsteils in der Ausgangslage bei unbestromter Spulen­ anordnung zu erhalten, ist es zweckmäßig, wenn die Länge der magnetisierbaren Partie in Hubrichtung zumindest dem Abstand der beiden Permanentmagnete entspricht.

Bei einer alternativen Ausführungsform kann eine Joch­ einrichtung vorhanden sein, die wenigstens zwei auf dia­ metral entgegengesetzten Seiten des Aufnahmeraumes an­ geordnete Polstücke aufweist, wobei die Spulenanordnung zumindest einen Schenkel der Jocheinrichtung ringförmig umschließt. Dies bewirkt, daß das Spulenmagnetfeld über die Jocheinrichtung zwischen die beiden Polstücke gelenkt wird, so daß es auf die magnetisierbare Partie des An­ triebsteils einwirken kann.

Dadurch, daß die Jocheinrichtung eine C- oder U-förmige Gestalt aufweist, kann ein guter magnetischer Wirkungsgrad erreicht werden.

Bei dieser Ausführung ist es vorteilhaft, wenn die Per­ manentmagnete zwischen den Polstücken der Jocheinrichtung und dem Aufnahmeraum angeordnet sind. Dies gewährleistet eine gute Überlagerung der beiden Permanentmagnetfelder durch das Spulenmagnetfeld.

Im folgenden werden Ausführungsbeispiele des Gegenstands der Erfindung anhand der beigefügten Zeichnung näher er­ läutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung eines ersten Aus­ führungsbeispiels der Antriebsvorrichtung und eines betätigten Ventils im Längsschnitt mit einer zwischen den beiden Permanentmagneten an­ geordneten Spule,

Fig. 2 eine schematische Darstellung eines zweiten Ausführungsbeispiels der Antriebsvorrichtung im Längsschnitt, wobei die zwischen den beiden Per­ manentmagneten angeordnete Spulenanordnung zwei separate Spulen enthält,

Fig. 3 eine schematische Darstellung eines dritten Aus­ führungsbeispiels der Antriebsvorrichtung im Längsschnitt, bei der die beiden Permanentmagnete in Hubrichtung unmittelbar nebeneinander liegen und zwischen zwei Spulen der Spulenanordnung vorgesehen sind,

Fig. 4 eine schematische Darstellung eines vierten Aus­ führungsbeispiels der Antriebsvorrichtung, wobei das Antriebsteil eine hohlzylinderartige Gestalt besitzt,

Fig. 5 eine schematische Darstellung eines fünften Aus­ führungsbeispiels der Antriebsvorrichtung im Längsschnitt mit einem teilweise dargestellten Ventilkörper des betätigten Ventils, bei dem das Antriebsteil hohlzylinderartig ausgebildet ist und die Spulenanordnung radial zur Hubrichtung gesehen weiter innen vorgesehen ist als die beiden Permanentmagnete,

Fig. 6 eine schematische Darstellung eines sechsten Ausführungsbeispiels der Antriebsvorrichtung im Längschnitt und eine Teildarstellung des Ventilkörpers des betätigten Ventils mit einem hohlzylinderartigen Antriebsteil, wobei die ma­ gnetisierbare Partie des Antriebsteils ringartig ausgeführt ist, und

Fig. 7 eine schematische Darstellung eines siebten Aus­ führungsbeispiels der Antriebsvorrichtung im Längsschnitt und eine Teildarstellung des Ventilkörpers des betätigten Ventils, wobei die Spulenanordnung an einer C-artigen Jocheinrich­ tung sitzt.

Die in den Fig. 1 bis 7 lediglich schematisch im Längs­ schnitt dargestellte Antriebsvorrichtung 1 dient bei­ spielsweise zur Betätigung eines Proportional-Wegeventils 2, das in Fig. 1 ebenfalls schematisch im Längsschnitt dargestellt ist. Es handelt sich dort beispielsgemäß um ein 3/3-Wegeventil, wobei auch jedes beliebige andere Ventil durch die Antriebseinrichtung 1 betätigt werden könnte. Die Antriebsvorrichtung 1 stellt einen proportio­ nal wirkenden Stellantrieb dar, der in Abwandlung zu den gezeigten Ausführungsbeispielen auch zur Betätigung be­ liebiger anderer Bauteile eingesetzt werden kann.

Die Antriebsvorrichtung 1 verfügt über ein feststehendes Gehäuse 5, das als magnetisches Rückschlußteil ausgebildet sein kann. In dem Gehäuse 5 sind ein erster und ein zwei­ ter ringartiger Permanentmagnet 6, 7 angeordnet und starr mit diesem verbunden. Bei den hier dargestellten Aus­ führungsbeispielen sind die beiden Permanentmagnete 6, 7 kreisringförmig gestaltet, wobei sie in Abwandlung hierzu auch andere Querschnittsformen aufweisen könnten.

Die beiden Permanentmagnete 6, 7 umgreifen einen in Längs­ richtung 8 verlaufenden kreiszylinderartigen Aufnahmeraum 9 und umschließen ihn beispielsgemäß vollständig.

Bei den Ausführungsbeispielen gemäß den Fig. 1 bis 6 sind sowohl der erste Permanentmagnet 6 als auch der zweite Permanentmagnet 7 radial zur Längsrichtung 8 magnetisiert, wobei die beiden magnetischen Pole jedes Permanentmagneten 6, 7 konzentrisch zueinander angeordnet sind. Somit er­ geben sich innerhalb der Permanentmagnete 6, 7 radial zur Längsrichtung 8 verlaufende Magnetfeldlinien, wie dies in den Fig. 1 bis 6 angedeutet ist.

Bei der in Fig. 7 dargestellten Ausführungsform sind die Permanentmagnete 6, 7 derart ausgeführt, daß die magneti­ schen Pole jeweils halbringförmig gestaltet sind, so daß sich im Inneren eines jeweiligen ringförmigen Permanent­ magneten 6, 7 ein quer zur Längsrichtung 8 verlaufendes Permanentmagnetfeld mit im wesentlichen parallel zuein­ ander verlaufenden Magnetfeldlinien ergibt.

Bei den radial magnetisierten Permanentmagneten 6, 7 gemäß den Ausführungsbeispielen aus den Fig. 1 bis 6 kann die Polanordnung der beiden Permanentmagnete 6, 7 entweder identisch sein, so daß die beiden Permanentmagnetfelder in ihrer Orientierung übereinstimmen, wie dies bei den ersten beiden Ausführungsformen gemäß den Fig. 1 und 2 der Fall ist. Innerhalb der Permanentmagnete 6, 7 verläuft das Magnetfeld beispielsgemäß von radial außen nach radial innen, so daß der magnetische Südpol jeweils den magne­ tischen Nordpol konzentrisch umgibt. Es versteht sich, daß alternativ hierzu der Nordpol den Südpol konzentrisch um­ schließen könnte.

Bei der dritten bis sechsten Ausführungsform (Fig. 3 bis 6) sind die beiden Permanentmagnete 6, 7 komplementär magnetisiert, so daß ihre Permanentmagnetfelder entgegen­ gesetzt orientiert sind. Beispielsgemäß ist es bei der dritten, vierten und sechsten Ausführungsform vorgesehen, daß der magnetische Südpol des ersten Permanentmagneten 6 jeweils radial weiter innen bezüglich des magnetischen Nordpols angeordnet ist, wohingegen der magnetische Südpol des zweiten Permanentmagneten 7 den magnetischen Nordpol konzentrisch umschließt. Beim fünften Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 5 sind die Verhältnisse genau umgekehrt.

Es sei an dieser Stelle darauf hingewiesen, daß auch beim Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 2 eine entgegengesetzt orientierte Magnetisierung der beiden Permanentmagnete 6, 7 möglich wäre.

Weiterhin verfügt die Antriebsvorrichtung 1 über eine be­ strombare Spulenanordnung 11, die zum Hervorrufen eines Hubes eines im Aufnahmeraum 9 in Hubrichtung 12 hin- und herbewegbar gelagerten Antriebsteils 13 dient. Die Hubrichtung 12 entspricht hierbei der Längsrichtung 8. Um eine in Hubrichtung 12 auf das Antriebsteil 13 einwirkende Kraft zu erhalten, die von den beiden Permanentmagnet­ feldern bzw. dem Spulenmagnetfeld hervorgerufen wird, verfügt das Antriebsteil 13 über eine magnetisierbare Partie 14.

Beim ersten Ausführungsbeispiel, das in Fig. 1 gezeigt ist, ist die Spulenanordnung 11 von einer einzigen elek­ trischen Spule 17 gebildet. Die Spule 17 ist in Hub­ richtung 12 gesehen zwischen den beiden Permanentmagneten 6, 7 angeordnet, so daß sowohl die beiden Permanentmagnete 6, 7 als auch die Spule 17 das Antriebsteil 13 bzw. die magnetisierbare Partie 14 konzentrisch umschließen. Der Durchmesser der Spule 17 entspricht in etwa dem Durchmesser der beiden Permanentmagnetringe 6, 7, so daß die Spule 17 radial zur Hubrichtung 12 gesehen in etwa auf Höhe der beiden Permanentmagnete 6, 7 angeordnet ist. Sowohl die Permanentmagnetfelder als auch das Spulenmagnetfeld wirken bei dieser ersten Ausführungsform unmittelbar auf die ma­ gnetisierbare Partie 14 des Antriebsteils 13 ein. Das An­ triebsteil 13 weist eine Längsgestalt mit in Hubrichtung 12 verlaufender Längsachse auf. Es besitzt bei dieser ersten Ausführungsvariante eine zylinderförmige Gestalt, wobei das eine, im Aufnahmeraum 9 befindliche freie Ende des Antriebsteils 13 von der magnetisierbaren Partie 14 gebildet ist. Das der magnetisierbaren Partie 14 entgegen­ gesetzte Ende des Antriebsteils 13 ist beispielsgemäß fest mit einem mittels des Antriebsteils 13 verlagerbaren Ab­ triebsteil 18 verbunden. Sie sind beim Ausführungsbeispiel einstückig ausgeführt, wobei das Abtriebsteil 18 den Kolben 18' des Kolbenschieberventils 2 darstellt.

Bei unbestromter Spulenanordnung 11 nimmt das Antriebsteil 13 seine Ausgangslage ein, wobei sich seine magnetisier­ bare Partie 14 bezüglich der beiden Permanentmagnete 6, 7 derart zentriert, daß die Magnetfelddichte im Bereich zwischen der magnetisierbaren Partie 14 und dem jeweiligen Permanentmagneten 6, 7 gleich groß ist. Um eine effektive Positionierung in dieser Ausgangslage zu erreichen, sollte die Abmessung der magnetisierbaren Partie 14 in Hubrichtung 12 zumindest dem Abstand der beiden Permanentmagnete 6, 7 in Hubrichtung entsprechen.

Wird die von der Spule 17 gebildete Spulenanordnung 11 ausgehend von der Ausgangslage gemäß Fig. 1 bestromt, so resultiert daraus auf Grund der in den beiden Zwischen­ räumen zwischen der magnetisierbaren Partie 14 und dem jeweiligen Permanentmagneten 6, 7 veränderten Magnetfeld­ dichte eine in Hubrichtung 12 gerichtete Bewegung des Antriebsteils 13. Das Antriebsteil 13 wird dabei so weit ausgelenkt, bis sich die Magnetfelddichten zwischen der magnetisierbaren Partie 14 und dem jeweiligen Permanent­ magneten 6, 7 wieder ausgeglichen haben. Dies gilt selbst­ verständlich nur dann, wenn das Antriebsteil 13 nicht vor­ her durch eine Gegenkraft in seiner weiteren Hubbewegung gehindert wird.

Beim Abschalten des Spulenstroms nimmt das Antriebsteil 13 wieder die in Fig. 1 dargestellte Ausgangslage ein, ohne daß hierfür eine Rückstelleinrichtung erforderlich wäre. Durch das Umkehren der Stromrichtung in der Spulenanordnung 11 wird eine entgegengesetzt gerichtete Hubbewegung in Hub­ richtung 12 hervorgerufen.

Im Unterschied zum ersten Ausführungsbeispiel ist beim zweiten Ausführungsbeispiel (Fig. 2) eine Spulenanordnung 11 vorhanden, die zwei separate elektrische Spulen 19, 20 aufweist. Zur Verbesserung des magnetischen Wirkungsgrades ist zwischen den beiden Spulen 19, 20 ein magnetisierbarer Rückschlußring 21 angeordnet, der insbesondere aus Eisen besteht. Die Spulen sind sozusagen über den Rückschlußring 21 miteinander verbunden.

Bei dieser Ausführungsvariante ist jedem Permanentmagneten 6, 7 eine Spule 19, 20 der Spulenanordnung 11 zugeordnet, so daß im Gegensatz zur dargestellten Ausführung die Magnetisierungsrichtung der Permanentmagnete 6, 7 auch entgegengesetzt orientiert sein könnte.

Grundsätzlich wäre es ebenfalls denkbar, daß die Spulen­ anordnung 11 auch mehr als zwei Spulen 19, 20 enthält.

Bei der dritten Ausführungsform, die aus Fig. 3 hervor­ geht, weist die Spulenanordnung 11 ebenfalls zwei Spulen 19, 20 auf, die jedoch im Unterschied zur vorhergehenden Ausführungsform die beiden Permanentmagnete 6, 7 in Hub­ richtung 12 gesehen zwischen sich einschließen. Die Per­ manentmagnete 6, 7 sind dabei in Hubrichtung 12 unmittel­ bar nebeneinander angeordnet, so daß sie aneinander angrenzen.

Ein weiterer Unterschied zu den ersten beiden Ausführungs­ formen besteht darin, daß die magnetisierbare Partie 14 als zylinderähnlicher Einsatz in das von einer zylindri­ schen Stange gebildete Antriebsteil 13 eingesetzt ist und einen ringartigen, insbesondere ringsumlaufenden Vorsprung 45 aufweist. Alternativ hierzu könnte auch der Vorsprung 45 entfallen, und der mittlere strichpunktiert dargestell­ te Bereich 46 könnte aus einem nichtmagnetisierbaren Material bestehen.

Eine weitere vierte Ausführungsform geht aus Fig. 4 her­ vor. Dort ist das Antriebsteil 13 von der magnetisierbaren Partie 14 gebildet, so daß das gesamte Antriebsteil 13 aus magnetisierbarem Material besteht. Es weist eine im wesentlichen hohlzylindrische Gestalt auf und ist entlang einer in Hubrichtung 12 verlaufenden konzentrischen Führungsstange 25 bewegbar. Auf Grund der hohlzylindrischen Form des Antriebsteils 13 kann die bewegte Masse verringert werden, so daß eine sehr gute Antriebsdynamik erreicht werden kann.

Die magnetisierbare Partie 14 verfügt bei dieser Aus­ führungsvariante über Positioniermittel 26, die insbe­ sondere die bei unbestromter Spulenanordnung vom Antriebs­ teil 13 eingenommene Ausgangslage relativ zu den beiden Permanentmagneten 6, 7 vorgeben. Die Positioniermittel 26 sind beispielsgemäß von einer ringsumlaufenden Aussparung 27 gebildet, die sich in der Ausgangslage des Antriebsteils 13 mittig bezüglich der Grenzfläche 28 ausrichtet.

Alternativ zu dieser Ausgestaltung könnten die Positio­ niermittel 26 beispielsweise auch von einem in Radial­ richtung vorstehenden, ringähnlichen Vorsprung gebildet sein.

Das Abtriebsteil 18 ist bei dieser Ausführung mit einer zylindrischen Ausnehmung 29 versehen, die in Hubrichtung 12 bzw. in Längsrichtung 8 zum Antriebsteil 13 hin offen ist, so daß auch das Abtriebsteil 18 bei seiner Hubbewe­ gung auf der Führungsstange 25 geführt werden kann. Diese greift in der Ausgangslage des Antriebsteils 13 ein Stück weit in die Ausnehmung 29 des Abtriebsteils 18 ein.

Wie auch bei den beiden vorhergehenden Ausführungsformen sind die beiden ringförmigen Permanentmagnete 6, 7 beim Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 5 in Hubrichtung 12 gesehen unmittelbar aneinander angrenzend angeordnet. Im Unter­ schied zu allen bisher beschriebenen Ausführungen ist jedoch die einzige Spule 17 der Spulenanordnung 11 radial zur Hubrichtung 12 gesehen weiter innen angeordnet als die beiden Permanentmagnete 6, 7, um eine kompaktere Anordnung zu erreichen. Sie sitzt in einer einen hohlzylinder­ förmigen Abschnitt 32 des Antriebsteils 13 in Umfangs­ richtung vollständig umschließenden, radial nach außen offenen Hülse 33 und ist in Hubrichtung 12 bzw. in Längs­ richtung 8 auf das vom Antriebsteil 13 betätigte Abtriebs­ teil 18 zu versetzt angeordnet.

Auf der dem Abtriebsteil 18 entgegengesetzten Seite verfügt das Antriebsteil 13 über einen vom zylindrischen Abschnitt 32 radial nach außen ragenden, ringsumlaufenden Vorsprung 34. Die magnetisierbare Partie 14 bildet das gesamte Antriebsteil 13. Auch bei dieser Bauform der Antriebs­ vorrichtung 1 ist die bewegte Masse des Antriebsteils 13 sehr gering; so daß auf Grund der großen Stellkräfte eine gute Antriebsdynamik gegeben ist.

Bei der sechsten Ausführungsvariante (Fig. 6) enthält die Spulenanordnung 11 wiederum lediglich eine einzige elek­ trische Spule 17, die jedoch im Gegensatz zum vorerwähnten Ausführungsbeispiel wiederum radial zur Hubrichtung 12 gesehen in etwa auf derselben Höhe wie die beiden Per­ manentmagnete 6, 7 sitzt. Sie ist auf der dem Abtriebsteil 18 entgegengesetzten Seite neben dem ersten Permanent­ magneten 6 angeordnet. Das Antriebsteil 13 ist von einer zylinderartigen Hülse gebildet, die analog zum Ausfüh­ rungsbeispiel aus Fig. 4 entlang einer konzentrischen Führungsstange 25 in Hubrichtung 12 hin- und herbewegbar ist. Die dem Abtriebsteil 18 abgewandte Endpartie des Antriebs­ teils 13 bildet die magnetisierbare Partie 14, die somit eine ringförmige Gestalt aufweist.

Die siebte Ausführungsvariante aus Fig. 7 unterscheidet sich deutlich von den ersten sechs Ausführungsformen. Die von der einzigen Spule 17 gebildete Spulenanordnung 11 um­ schließt hier einen Schenkel 38 einer Jocheinrichtung 39 vollständig. Der Schenkel 38 der Jocheinrichtung 39 durch­ setzt die Spule 17 somit in ihrer Längsrichtung. An den beiden Enden des Schenkels 38 ist jeweils ein quer hierzu verlaufender Querschenkel 40 bzw. 41 vorgesehen, an deren dem Schenkel 38 entgegengesetzten Enden jeweils ein Pol­ stück 42, 43 vorgesehen ist, das in Richtung des jeweils anderen Querschenkels 41 bzw. 40 ein Stück weit wegragt. Mithin hat die Jocheinrichtung 39 beispielsgemäß eine C-förmige Gestalt. Es versteht sich, daß alternativ hierzu auch jede andere Gestaltung der Jocheinrichtung 39, bei­ spielsweise eine U-förmige Gestalt, möglich wäre.

Die beiden Polstücke sind auf diametral entgegengesetzten Seiten des Aufnahmeraums 9 bzw. des Antriebsteils 13 vorgesehen. Bei dieser Ausführungsform sind die beiden Permanentmagnete 6, 7 zwischen den Polstücken 42, 43 der Jocheinrichtung 39 und dem Aufnahmeraum 9 angeordnet.

Durch einen durch die Spule 17 fließenden Spulenstrom bildet sich zwischen den beiden Polstücken 42, 43 ein entsprechend der Stromrichtung polarisiertes Spulen­ magnetfeld aus, das sich den beiden Permanentmagnetfeldern überlagert und somit eine entsprechende Hubbewegung des Antriebsteils 13 hervorruft.

Das Antriebsteil 13 ist beim siebten Ausführungsbeispiel zylinderförmig ausgestaltet, wobei es auf der dem Ab­ triebsteil 18, das nicht näher dargestellt ist, die magnetisierbare Partie 14 in Gestalt eines kreisförmigen Ringes aufweist.

Die Funktionsweise der Antriebseinrichtung 1 ist bei allen sieben Ausführungsformen grundsätzlich gleich. Durch einen Stromfluß der Spulenanordnung 11 wird ein Spulenmagnetfeld erzeugt, das durch seine Überlagerung mit den beiden Per­ manentmagnetfeldern bzw. seine Einwirkung auf die magneti­ sierbare Partie 14 eine in Hubrichtung 12 gerichtete Kraft auf das Antriebsteil 13 bewirkt. Um stets die beim Ab­ schalten des Spulenstroms automatische Positionierung des Antriebsteils 13 in seiner Ausgangslage zu gewährleisten, befindet sich die magnetisierbare Partie 14 in jeder Hub­ lage des Antriebsteils 13 im Wirkbereich wenigstens eines der Permanentmagnetfelder bzw. des Spulenmagnetfeldes der Spulenanordnung 11. Insbesondere kann sich die magneti­ sierbare Partie 14 ständig im Wirkungsbereich aller drei Magnetfelder befinden.

In Abwandlung der dargestellten Ausführungsbeispiele kann der Aufnahmeraum 9 jeweils auch quaderförmig ausgebildet sein, wobei dann auch das Antriebsteil 13 bzw. die magne­ tisierbare Partie 14 als Platte oder Quader entsprechend der Gestalt des Aufnahmeraums 9 ausgebildet sind. Die Per­ manentmagnete sind bei einer solchen Ausführung nicht mehr ringartig oder halbringartig ausgebildet, sondern eben­ falls plattenförmig oder leistenartig. Bei einer solchen Ausbildung bleiben die Querschnittsdarstellungen gemäß den Fig. 1 bis 7 im wesentlichen unverändert. Bei den Aus­ führungsbeispielen gemäß den Fig. 2 bis 4 können sich die Spulen 19, 20 auch zu beiden Seiten des Aufnahmeraums 9 parallel zu diesem erstrecken und umgreifen dabei jeweils entweder die Permanentmagnete 6, 7 auf beiden Seiten des Aufnahmeraums oder - im Falle einer Ausführung gemäß Fig. 2 - die quaderförmigen Rückschlußteile 21.

Bei allen Ausführungsbeispielen der Antriebsvor­ richtung 1 wirken die Permanentmagnetfelder der beiden Permanentmagnete 6, 7 unmittelbar auf die magnetisierbare Partie 14 des Antriebsteils 13 ein, so daß auf spezielle, zur Übertragung der Permanentmagnetfelder auf die magneti­ sierbare Partie 14 dienende Polstücke verzichtet werden kann. Hierdurch verringert sich der Herstellungsaufwand der Antriebsvorrichtung 1 und gleichzeitig der Raumbedarf, so daß eine kompakte Antriebsvorrichtung 1 vorliegt.

Claims (30)

1. Antriebsvorrichtung, mit einem in einem Aufnahme­ raum (9) in Hubrichtung (12) hin- und herbewegbar gelagerten Antriebsteil (13), das eine magnetisierbare Partie (14) aufweist, mit einer ersten und einer zweiten Permanentmagnetanordnung (6, 7), die den Aufnahmeraum (9) einschließen, und mit einer zum Hervorrufen des Hubes des Antriebsteils (13) dienenden, bestrombaren Spulenanordnung (11), dadurch gekennzeichnet, daß die Magnetisierungs­ richtung der Permanantmagnetanordnungen (6, 7) quer zur Hub­ richtung (12) verläuft und daß die von ihnen ausgehenden Permanentmagnetfelder unmittelbar auf die magnetisierbare Partie (14) des Antriebsteils (13) einwirken.

2. Antriebsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß ein mittels des Antriebsteils (13) verlagerbares Abtriebsteil (18) vorgesehen ist.

3. Antriebsvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß es sich bei dem Abtriebsteil (18) um den Kolben (18') eines Ventils, insbesondere eines Kolben­ schieberventils (2), handelt.

4. Antriebsvorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Antriebsteil (13) und das Ab­ triebsteil (18) fest miteinander verbunden sind.

5. Antriebsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Antriebsteil (13) eine Längsgestalt mit in Hubrichtung (12) verlaufender Längs­ achse aufweist.

6. Antriebsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Antriebsteil (13) und der Aufnahmeraum (9) eine im wesentlichen zylinderartige oder hohlzylinderartige Kontur mit rundem oder recht­ eckigem Querschnitt aufweisen.

7. Antriebsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß sich die magnetisierbare Partie (14) in jeder Hublage des Antriebsteils (13) im Wirkungsbereich wenigstens eines der Permanentmagnetfelder und/oder des Spulenmagnetfeldes der Spulenanordnung (11) befindet.

8. Antriebsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die magnetisierbare Partie (14) Positioniermittel (26) aufweist, die insbesondere die bei unbestromter Spulenanordnung (11) vom Antriebsteil (13) eingenommene Ausgangslage relativ zu den beiden Permanentmagnetanordnungen (6, 7) vorgeben.

9. Antriebsvorrichtung nach Anspruch 8, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Positioniermittel (26) eine insbe­ sondere ringförmig umlaufende oder lineare Aussparung (27) aufweisen.

10. Antriebsvorrichtung nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Positioniermittel (26) einen ring­ artigen oder leistenartigen Vorsprung aufweisen.

11. Antriebsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Permanentmagnete der Permanentmagnetanordnungen (6, 7) radial magnetisiert sind und den Aufnahmeraum (9) ringartig umgreifen, wobei die beiden magnetischen Pole eines Permanentmagneten konzen­ trisch zueinander angeordnet sind.

12. Antriebsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden magnetischen Pole der Permanentmagnete der Permanentmagnetanordnungen (6, 7) halbringartig ausgeführt sind und den Aufnahmeraum (9) insgesamt im wesentlichen umgreifen.

13. Antriebsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Permanentmagnete der Permanentmagnetanordnungen (6, 7) konzentrisch zum An­ triebsteil (13) angeordnet sind.

14. Antriebsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß das Antriebsteil (13) als hohlzylindrische magnetisierbare Partie (14) ausgebildet ist, die entlang einer konzentrischen Führungsstange (25) bewegbar ist.

15. Antriebsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Spulenanordnung (11) konzentrisch zum Antriebsteil (13) angeordnet ist.

16. Antriebsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Permanentmagnetanord­ nungen senkrecht zur Hubrichtung magnetisiert sind und parallel zueinander angeordnet sind, und daß das Antriebs­ teil als Platte oder Quader ausgebildet ist.

17. Antriebsvorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Spulenanordnung aus wenigstens zwei Spulen (19, 20) besteht, deren Ebenen parallel zum Antriebsteil (13) zu beiden Seiten des Aufnahmeraums angeordnet sind.

18. Antriebsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Permanentmagnete der Permanentmagnetanordnungen (6, 7) in Hubrichtung (12) nebeneinander angeordnet sind und insbesondere unmittelbar aneinander angrenzen.

19. Antriebsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Polanordnung der beiden Permanentmagnete der Permanentmagnetanordnungen (6, 7) identisch ist, so daß die beiden Permamentmagnetfelder in ihrer Orientierung übereinstimmen.

20. Antriebsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß die Polanordnung der beiden Permanentmagnete der Permanentmagnetanordnungen (6, 7) komplementär ist, so daß die beiden Permanent­ magnetfelder entgegengesetzt orientiert sind.

21. Antriebsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß die Spulenanordnung (11) senkrecht oder radial zur Hubrichtung (12) in Höhe der beiden Permanentmagnete der Permanentmagnetanordnungen (6, 7) vorgesehen ist.

22. Antriebsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß die Spulenanordnung (11) senkrecht oder radial zur Hubrichtung (12) weiter innen angeordnet ist als die beiden Permanentmagnete der Permanentmagnetanordnungen (6, 7).

23. Antriebsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 22, dadurch gekennzeichnet, daß die Spulenanordnung mehrere ringartige, insbesondere kreisförmige oder recht­ eckige Spulen (19, 20) enthält, vorzugsweise zwei.

24. Antriebsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 23, dadurch gekennzeichnet, daß die Spulenanordnung (11) in Hubrichtung (12) gesehen zwischen den beiden Permanent­ magneten der Permanentmagnetanordnungen (6, 7) angeordnet ist.

25. Antriebsvorrichtung nach Anspruch 24 in Verbindung mit Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den beiden Spulen (19, 20) der Spulenanordnung (11) ein ma­ gnetisierbarer Rückschlußring (21) vorhanden ist.

26. Antriebsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 23, dadurch gekennzeichnet, daß die Permanent­ magnete der Permanentmagnetanordnungen (6, 7) in Hub­ richtung (12) gesehen zwischen den beiden Spulen (19, 20) anordnung (11) angeordnet sind, oder jeweils von den Spulen (19, 20) umgriffen werden.

27. Antriebsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 26, dadurch gekennzeichnet, daß die Länge der magnetisier­ baren Partie (14) in Hubrichtung (12) zumindest dem Ab­ stand der beiden Permanentmagnete der Permanentmagnet­ anordnungen (6, 7) entspricht.

28. Antriebsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß eine Jocheinrichtung (39) vorhanden ist, die wenigstens zwei auf diametral entgegen­ gesetzten Seiten des Aufnahmeraumes (9) angeordnete Pol­ stücke (42, 43) aufweist, wobei die Spulenanordnung (11) zumindest einen Schenkel (38) der Jocheinrichtung (39) ringförmig umschließt.

29. Antriebsvorrichtung nach Anspruch 28, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Jocheinrichtung (39) eine C- oder U-förmige Gestalt aufweist.

30. Antriebsvorrichtung nach Anspruch 28 oder 29, da­ durch gekennzeichnet, daß die Permanentmagnete der Permanentmagnetanordnungen (6, 7) zwischen den Polstücken (42, 43) der Jocheinrichtung (39) und dem Aufnahmeraum (9) angeordnet sind.