DE2700909C3 - Verfahren zum Ausstatten eines Schaltmotors mit Luftspalten gleicher Länge - Google Patents

Description

50

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Ausstatten eines Schaltmotors mit Luftspalten gleicher Länge gemäß dem Oberbegriff des Hauptanspruchs.

Derartige Schaltmotoren werden in Servoventilen und Servomechanismen, wie sie in den US-Patenten 23 782, 32 28 423 und j2 57 911 beschrieben sind, verwendet. w>

Derartige Schaltmotoren werden in dem Buch »Fluid Power Control«, Verfasser Blackburn, Reethof and Shearer, herausgegeben von »The Technology Press of MIT and John Wiley and Sons, Inc., New York und London, Ausgabe 1960, insbesondere S. 322—337, ··> dargestellt und beschrieben.

Bei diesen Schaltmotoren wird der Anker von einer Biegefeder oder einem Biegerohrteil derart gestützt, daß im Idealfall bei entladenen permanenten Magneten der Anker mittig zwischen den beiden mit Abstand zueinander angebrachten Polstücken zentriert ist Der Schaltmotor wird aktiviert, indem die Permanentmagnete magnetisiert bzw. aufgeladen werden, so daß ein Polstück zum magnetischen Nordpol und das andere zum magnetischen Südpol wird. Ein magnetischer Fluß fließt dann vom Nordpol durch einen Luftspalt zum Anker und vom Anker über den zweiten Luftspalt zum Südpol. Ein oder mehrere Paare aktiver Luftspalte können mit dem Anker des Schaltmotors zusammenwirken.

Um den Anker sind Spulen angeordnet, die mit Gleichstrom erregbar sind. Der Gleichstrom polarisiert den Anker magnetisch, wobei in Abhängigkeit von der Richtung des Gleichstroms das eine Ende einen Nordpol und das andere Ende einen Südpol bildet. Ein zusätzlicher, in der Spule induzierter Magnetfluß fließt durch die diagonal einander gegenüberliegenden Luftspalte des Schaltmotors und erzeugt hierbei ein entsprechendes Drehmoment am Anker.

Der Anker wird normalerweise von jedem Polstück mit einer Kraft angezogen, die zu der Größe des magnetischen Flusses im Verhältnis steht, der wiederum im Verhältnis 2:ur Länge des Luftspalts in Flußrichtung steht. Wenn die Luftspalte beiderseits des Ankers in ihrer Länge präzise gleich sind, wird am Anker keine resultierende Kraft erzeugt. Wenn allerdings ein Luftspalt kürzer ist als der andere, wird der Anker vom zum kürzeren Luftspalt gehörenden Polstück angezogen.

Wenn die Luftspalte des Schaltmotors in einem elektrohydraulischen Servoventil eine ungleiche Länge aufweisen, wird das Servoventil einen versetzten Nullpunkt aufweisen, so daß die Spulen mit einem anderen Eingangsstromwert zu beaufschlagen sind, als dem theoretischen Nullstromwert entspräche, damit der hydraulische Ausgang des Servoventils tatsächlich auf Null steht. Weitere Nachteile aufgrund ungleich langer Luftspalte sind eine anormale, temperaturabhängige Nullpunktverschiebung und gegebenenfalls sogar ein Anhaften des Ankers an einem Polstück.

Die übliche Luftspaltlänge liegt im Bereich von 0,254 bis 1,27 mm. Im allgemeinen wird versucht, diese Luftspaltlänge mit einer Toleranz von ±0,0127 mm einzuhalten. Diese enge Toleranz läßt sich infolge der Herstellungstoleranzen aller Teile der Schaltmotoren aber nur schwierig einhalten.

Bei der Herstellung werden die Teile des Schaltmotors auf einem Prüfstand zusammengebaut. Die sich ergebenden Luftspalte werden mechanisch oder optisch gemessen. Bei Abweichungen über die Toleranzgrenze werden Unterlegestücke hergestellt und eingebaut, bis die Toleranz eingehalten ist.

In Kenntnis der Nachteile bekannter Verfahren liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Herstellungsverfahren anzugeben, mit dem bei Schaltmotoren exakt gleich lange Luftspalte zwischen dem Anker und den Polstücken rasch erzeugbar sind.

Die gestellte Aufgabe wird erfindungsgemäß mit einem Verfahren gelöst, das sich durch die im kennzeichnenden Teil des Hauptanspruchs angegebenen Schritte auszeichnet.

Es werden auf diese Weise zuverlässig symmetrische Luftspalte mit gleicher Länge erzeugt, ohne Unterlegstücke, Einstellungsarbeiten und andere Montagehilfsschritte. Ausschuß-Schaltmotoren werden vermieden, da das Abtragen des Materials mit großer Präzision,

auch bei wiederholter Durchführung, erfolgt. Das Verfahren kann vollautomatisch für mehrere Schaltmotoren zugleich abgewickelt werden.

Weitere zweckmäßige Durchführungrformen des erfindungsgemäßen Verfahrens geben die Unteransprüehe 2 bis 5 an.

Eine Durchführungsform des eriindungsgemäßen Verfahrens wird anhand der Zeichnung nachstehend näher erläutert Es zeigt

Fig. 1 eine Seitenansicht einer Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens,

Fig.2 eine vergrößerte Schnittansicht durch die Vorrichtung längs der Linie 2-2 in F i g. 1,

F i g. 3 eine Vorderansicht der in F i g. 1 abgebildeten Vorrichtung,

F i g. 4 einen Teil des vergrößerten Horizontalschnitts gemäß F i g. 2 und

Fig.5 den Horizontalschnitt gemäß Fig.4 bei der Durchführung des Verfahrens.

In den Fig. 1 bis 3 ist mit 10 eine Vorrichtung bezeichnet, auf der mehrere Schaltmotoren 11 befestigt sind. Jeder Schaltmotor 11 weist ein Paar unterer und oberer Polplatten 12 bzw. 13 auf, deren Enden zueinander gebogen sind und mit Abstand zueinander liegende Polstücke 14,15 bilden. Die rechten Enden sind entsprechend zu Polstücken 16, 18 gebogen. Zwischen den Polplatten 12, 13 ist ein Permanentmagnet 17 angeordnet. Im Schaltmotor 11 sind ferner ein Prallplattenteil, ein Biegerohrteil, ein zweiter Permanentmagnet, elektrische Spulen (alle nicht dargestellt) enthalten. Ferner ist ein Rückführdraht 19 vorgesehen, der sich senkrecht zu den Polplatten 12 und 13 (Fig.2) nach unten erstreckt Ein Ankerteil weist einen linken Plattenabschnitt 20 auf, der zwischen die Polstücke 14, 15 ragt, und einen rechten Plattenabschnitt 21 zwischen den Polstücken 16,18.

Zwischen den Polstücken 14, 15 und dem Plattenabschnitt 21 liegen Luftspalte 22, 22' vor. Zwischen den rechten Polstücken 16, 18 und dem Ankerplattenabschnitt 21 liegen Luftspalte 23,23' vor. Die »Länge« der Luftspalte 22, 22' und 23, 23' ist der senkrechte Abstand zwischen den einander gegenüberliegenden Oberflächen; die »Tiefe« der Luftspalte ist ihre Erstreckung parallel zum jeweiligen Ankerplattenabschnitt. Wichtig ist, daß die Länge der Luftspalte exakt gleich ist.

Gemäß Fig. 1 und 3 weist die Vorrichtung 10 einen Rahmen 24 auf, ein Paar im Abstand zueinander angeordneter vertikaler Gleitstäbe 25, 25', einen Schlitten 26 an den Gleitstäben 25, 25', der an diesen längsverschieblich ist, eine hydraulische Betätigungsein- ίο richtung 28 zum Bewegen des Schlittens 26, eine elektrische Schaltung mit einem Paar horizontal im Abstand voneinander angeordneter scheibenförmiger Elektroden 29, 29' und eine Antriebseinrichtung 30, 30' zum Drehen der Elektroden. Der Rahmen 24 ist C-förmig und weist ein Grundteil 31 auf einer Abstützung 32 auf, ein vertikales Bein 33 und eine obere Platte 34, die von einer Platte 37 gestützt wird. Der Schlitten 26 weist eine vertikale Ausnehmung 35 auf sowie (Fig.2) Durchgangslöcher 36, 36', von denen 1." jedes eine Büchse 38 bzw. 38' zur Aufnahme der Gleitstäbe 25 bzw. 25' enthält. Eine untere Anschlagplatte 39 ist am Boden des Schlittens 26 befestigt und weist eine nach oben gerichtete Nut 40 auf, die mit der Ausnehmung 35 in Verbindung steht. An seiner · vorderen Stirnfläche ist der Schlitten 26 mit einem Klemmhalter 41 versehen, a'.-f dem eine Klemmanordnung 42 angebracht ist. Diese weist eine Klemmschraube 43 auf, die mit einem Klemmblock 44 im Eingriff steht

Die Betätigungseinrichtung 28 ist mit ihrem Zylinder 45 am Rahmenteil 34 befestigt Eine Kolbenstange 46 steht mit dem Schlitten 26 in Verbindung. Der Zylinder kann hydraulisch durch Betätigungsleitungen 48, 49 wahlweise beaufschlagt werden.

Die Elektroden 29, 29' sind vertikale Kreisscheiben, die zwischen Flanschen 50, 51, 50', 5Γ geklemmt sind. Wie aus F i g. 2 ersichtlich ist, weist jede Elektrode 29, 29' eine zylindrische Umfangsoberfläche 52 bzw. 52' auf, auf der zwei mit Axialabstand zueinander angeordnete, erhaben umlaufende Rippen 53, 54 bzw. 53', 54' mit rechteckigem Querschnitt stehen.

Die Antriebseinrichtung 30 (Fi g. 1) der Elektrode 29 wehst einen Elektromotor 55 auf, der über ein Getriebe 56 eine Ausgangswelle 58 dreht. Eine Kupplung 59 treibt eine Welle 60 an, die in einem Lager 61 gelagert ist Die Antriebseinrichtung 30' der Elektrode 29' ist entsprechend aufgebaut Möglich ist auch nur ein Antrieb für beide Elektroden. Zusätzlich kann eine Einrichtung zum Bewegen einer oder beider Elektroden aufeinander zu und voneinander weg vorgesehen sein.

F i g. 2 zeigt in der Vorrichtung 10 einen Halter 62 für mehrere Schaltmotoren 11. Vier Schaltmotoren sind in F i g. 1 und 2 gezeigt. Der Halter 62 besitzt einen Teil 63, der in der Ausnehmung 35 eine Aufnahme findet und eine Ausnehmung für einen Befestigungsteil 65 aufweist, der am Teil 63 befestigt ist. Der Halter 62 wird auf dem Schlitten 26 durch seine in die Nut 40 greifende Zunge 64 und die Klemmschraube 43 am Klemmblock 44 gehalten. Der Befestigungsteil 65 weist Ausnehmungen 66 auf, die sich zwischen einer Oberfläche 68 und der Fläche erstrecken, die vom Teil 63 abgedeckt ist. Die Oberfläche 68 ist bei einer Schulter 67 ausgeschnitten. Die vier Ausnehmungen 66 nehmen die Rückholfederdrähte 19 der Schaltmotoren U geschützt auf. Die Schaltmotoren sind auf der Oberfläche 68 und der Schulter 67 festgelegt. Ferner sind vier horizontale Ausnehmungen 69 zum Halten vorgesehen. Eine Klemmplatte 70 mit einem Schlitz für eine Befestigungseinrichtung 71 hält ebenfalls den jeweiligen Schaltmotorboden fest.

Die Vorrichtung steht ferner mit einer elektrischen Schaltung (nicht dargestellt) in Verbindung, die ein elektroerosives Abtragen von Material ermöglicht. Dazu wird ein Impulsgenerator benützt, der wiederholte elektrische Energieimpulse zwischen einer Kathode und einer Anode erzeugt. Bei den sich ergebenden, elektrischen Entladungen wird die zugeführte elektrische Energie in Wärmeenergie umgewandelt, die verwendet werden kann, um von diesen Material abzutragen. Elektroerosionen laufen zweckmäßigerweise in einem dielektrischen Bad ab. Elektroerosive Bearbeitungstechniken sind bekannt, so daß auf ihre weitere Erläuterung verzichtet wird.

Die Herstellung gleichlanger Luftspalte soll nun anhand der F i g. 3,4 und 5 erläutert werden.

Aufgrund von Fertigungstoleranzen der zusammengebauten Schaltmotoren 11 haben die Luftspalte 22,22', 23,23' zunächst noch ungleiche Längen, wenn sie in die Vorrichtung 10 eingesetzt werden.

Um von den einander zugewandten Oberflächen des Anl-nrs und der Polstücke Material so abzutragen, daß die Paare der zusammenwirkenden Luftspalte die gleiche Länge aufweisen, sind die Rippen 53,54 oder 53', 54' der Elektroden mit gleicher Breite ausgebildet und weisen zueinander einen Axialabstand auf, demzufolge

sie mit den grob bearbeiteten Luftspalten fluchten, die eine Ausgangslänge L₅ (F i g. 4) haben. Die Rippen 53, 54, 53', 54' werden auf die Ausgangsluftspalte ausgerichtet. Dann wird die elektrische Schaltung erregt, die Elektroden in Drehung versetzt und die Einrichtung 28 wahlweise beaufschlagt, um den Schlitten 26 nach unten zu den Elektroden 29, 29' zu bewegen.

Es tritt dann die elektrische Entladung zwischen den Elektroden 29, 29' und den Teilen der Schaltmotoren ein, wodurch von den Oberflächen der Ankerplattenab-

schnitte und der Polstücke Material erodiert oder abgetragen wird, bis die Rippen dem innenliegenden Magneten 17 gegenüberliegen. Dann haben die Luftspalte die gleiche Länge. Dabei fährt der Schlitten kontinuierlich weiter, bis die Rippen die Luftspalte in allen Schaltmotoren auf die gleiche Länge gebracht haben.

Selbstverständlich können die Luftspalte auch durch andere, dem Elektroerodieren äquivalente Verfahren hergestellt werden, beispielsweise durch elektrochemisches Erodieren oder Laserstrahlabtragen.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

15 Patentansprüche:

1. Verfahren zum Ausstatten eines Schaltmotors mit Luftspalten gleicher Länge zwischen einem Anker und zwei mit Abstand zueinander angeordneten Polstücken, zwischen denen der Anker angeordnet ist, gekennzeichnet durch folgende Verfahrensschritte:

— Bildung von Ausgangsluftspalten beiderseits des Ankers durch Anordnen des eine geringere Breite als der Abstand der Polstücke aufweisenden Ankers zwischen den Polstücken,

— Ansetzen einer Elektrode mit zwei mit Abstand zueinander angeordneten Abschnitten gleicher Abmessung derart, daß die Elektrodenabschnitte nahe den Ausgangsluftspalten angeordnet sind,

— Vorsehen mehrerer wiederholter Impulse elektrischer Energie zur Entladung zwischen der Elektrode und dem Schaltmotor,

— Bewegen der Elektrode und des Schaltmotors relativ zueinander und

— Entfernen des benachbarten Materials von Anker und Polstücken, das den Elektrodenabschnitten am nächsten gelegen ist, durch eine solche elektrische Entladung derart, daß hierbei der Schaltmotor mit endgültigen Luftspalten jeweils gleicher Länge zwischen dem Anker und den Polstücken versehen wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Schaltmotor geradlinig relativ zur Elektrode bewegt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß während einer Phase einer relativen Bewegung zwischen der Elektrode und dem Schaltmotor die Elektrodenabschnitte fortlaufend tiefer in die Luftspalte hineinbewegt werden.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß während einer weiteren Phase der Relativbewegung zwischen der Elektrode und dem Schaltmotor die Elektrodenabschnitte fortlaufend aus den Luftspalten herausgezogen werden.

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß vom Anker und den Polstücken Material durch Elektroerosion, durch elektrochemisches Abtragen oder durch Laserstrahlabtragen entfernt wird.