DE2931685C2

DE2931685C2 - Elektromagnetische Stellvorrichtung

Info

Publication number: DE2931685C2
Application number: DE2931685A
Authority: DE
Inventors: Alec Harry North Wembley Middlesex Seily
Original assignee: Lucas Industries Ltd
Current assignee: ZF International UK Ltd
Priority date: 1978-08-05
Filing date: 1979-08-04
Publication date: 1986-09-11
Also published as: US4238699A; DD145354A5; AU4948479A; AU523507B2; CA1116681A; HU182969B; MX146899A; RO78715A; IT1122666B; IN151816B; BG36639A3; PL217598A1; ES483126A1; FR2432758A1; PL124261B1; TR21031A; IT7924832A0; DE2931685A1; SU1041047A3; FR2432758B1

Description

% ^{3 4}

ψ. Figurenbeschreibung se zu verringern und diese Bewegung verringert die

i?> Luftspalte zwischen den seitlichen Flächen der Rippen

■Μ Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeich- jedes Rippenpaares. Der magnetische Fluß führt durch

•ä nung erläutert; in der Zeichnung zeigt das Material, das das Stellglied 11 zwischen den Rippen

fs? F i g. 1 einen Mittellängsschnitt durch eine beispiels- 5 17 bildet

U weise Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vor- Infolge der konischen Ausbildung wird sichergestellt ^sl richtung, daß die Luftspalte zwischen den Rippenflächen der bei-'f| F i g. 2 und 3 modifizierte Ausführungsformen in einer den Stellglieder kleiner werden, wenn sich die Stellglieds F i g. 1 entsprechenden Darstellung, der relativ zueinander bewegen. Würde eine exakt zy- ~ΐ$ F i g. 4 einen Teil einer weiteren modifizierten Aus- 10 lindrische Kontur gewählt so müßte ein radiales Spiel führungeform, und zwischen den Flächen eingehalten werden, wenn die H F ig. 5 Teil eines Mittellängsschnittes einer für die beiden Stellglieder als unitäre Elemente ausgeführt wer- :£ Praxis bestimmten Ausführungsform einer Stellvorrich- den sollten. Bei der gewählten Ausführungsform ist es |ä tung gemäß der Erfindung. möglich, die Rippen zusammenwirken zu lassen und dall Gemäß F i g. 1 weist die Stellvorrichtung zwei Stell- 15 bei ihre Luftspalte praktisch auf Null zu reduzieren. Auf f| glieder 10,11 aus magnetisierbarem Material auf, von diese Weise kann mit der Stellvorrichtung eine bell denen das äußere Stellglied 10 hohl ausgebildet ist und trächtiiche Kraft aufgebracht werden. Bei der Anorddas innere Stellglied 11 umgibt Dem Boden des Stell- nung gemäß Fig. 1 sind die innere und die äußere Umgliedes 10 ist ein Gewindezapfen 12 zugeordnet mit fangsfläche des Elements 11 als zylindrische Stufe mit dem dieses Stellglied an ein Teil anzuschließen ist, das 20 Zuordnung der Rippen 17 zu den Stuf ce-ausgebildet mit der Stellvorrichtung betätigt werden solL Fcss Stell- Bei der Anordnung gemäß F i g. 2 ist dat äußere Stellglied 10 ist mit einer nicht gezeichneten Baugruppe ver- glied 11a ein abgestumpfter Hohlkörper, von dessen sehen, mit der die Stellvorrichtung mit einem geeigne- innerer Umfangsfläche die Rippen 17 abstehen. Das erten Träger verbindbar ist gibt eine leichtere Ausführung als die gestufte Ausfüh-An seinem Umfang ist das Stellglied 10 mit einer An- 25 rungsfonn und, unter der Vorraussetzung gleicher Abzahl von Umfangsrippen 13 versehen. Zwischen je zwei messungen beider Stellvorrichtungen, wird die Ausfühder in Umfangsrichtung verlaufenden Rippen 13 ist eine rungsform gemäß F i g. 2 schneller reagieren. Nut 14 definiert Der Rippendurchmesser wird in Rieh- Bei der Anordnung gemäß F i g. 3 hat das Stellglied tung auf das geschlossene Ende des Stellgliedes 11 hin 116 eine gestufte zylindrische Form wie das Stellglied 11 kleiner und in entsprechender Weise verringert sich der 30 in Fig. 1. In F ig. 3 sind jedoch die Rippen als solche Durchmesser der Böden der Nuten 14 zum geschlosse- weggelassen und die Stufen 18 zwischen den Abnen Ende des Stellgliedes 11 hin. schnitten mit unterschiedlichen Durchmessern bilden jede Nut nimmt eine Windung 15 einer Wicklung auf Flächen, die sehr nahe den Seitenflächen der Rippen 13 und diese Windungen sind in Serie zueinander geschal- auf dem Stellglied 10 sind.

tet. Die Wicklung besteht aus einem einzigen Draht 35 Gemäß Fig. 1 und 2 sind die Rippen 13 und 17 kozusammenhängender Länge, wobei die Drahtabschnitte nisch, um so weit wie möglich Strömungsverluste zwizur Verbindung der einzelnen Windungen durch Radial- sehen einer Rippe 13 und der_;Rippe 17 zu vermeiden, die schlitze in den Rippen 13 hindurchgeführt sind. Dieser der nächstfolgenden Rippe am nächsten ist SolcheStrö-Draht ist am v;inen Ende aus der im Durchmesser klein- mungsverluste würden ein Kraft erzeugen, die der aufsten Rippe herausgeführt und durch eine Längsbohrung 40 gabegemäß zu erzeugenden Kraft entgegenwirkt. Bei 16 zwischen den Enden des Stellgliedes 10 zum Bereich der Lösung gemäß Fig.3 sind die Rippen 13 aus dem des Drahtanfanges zurückgeführt Die Verbindungen gleichen Grund ebenfalls konisch, der Drahtwindungen oder vorzugsweise die Richtun- Werden bei den bisher beschriebenen Lösungen die gen, in denen die einzelnen Windungen gewickelt sind, Windungen erregt so werden die einandsr geger.übergewährleisten, daß ein durch die Wicklung geführter 45 liegenden Flächen der Rippen 13 und 17 einander genäelektrischer Strom in je zwei aufeinanderfolgenden hert, um die Reluktanz der verschiedenen magnetischen Windungen eine entgegengesetzte Strömungsricbtung Kreise zu verringern. Bei den Lösungen gemäß F i g. 1 hat Wenn der Srom fließt, werden die Rippen magne- und 2 ist es, wie in F i g. 4 gezeigt, möglich, die Durchtisch polarisiert und der in je zwei aufeinanderfolgenden messer der Rippen I3c zu verringern oder die Durch-Wmdungen entgegengesetzt fließende Strom führt zu 50 messer der Spitzen tier Rippen 17c zu vergrößern, so entgegengesetzter Polarisation zweier aufeinanderfol- daß die Rippen zur Achsgleichheit gebracht werde«; gender Rippen. können, ohne einander zu berühren. Wenn die Rippen-Das Stellglied 14 ist kegelförmig verjüngt und bildet paare axial verstellt sind, werden sie beim Erregen der auf einer inneren Umfangsfläche Rippert 17, die komple- Windungen zur Wiederherstellung der Gleirhachsigkeit mentär zu den Rippen 13 auf dem Stellglied 10 sind. Wie 55 veranlaßt um die Reluktanz der verschiedenen magnedie Rippen auf dem Stellglied 10, haben auch die Rippen tischen Kreise zu verringern. In diesem Fall wird es auf dem Stellglied 11 sich verändernde Durchmesser zweckmäßig sein, daß die Spitzen der Rippen flach und , und die Durchmesser beider Rippensätze sind so in Re- im wesentlichen parallel zueinander und zur Längsachse lation zueinander gewählt, daß das Stellglied 13 gegen- der Vorrichtung sind.

über dem Stellglied 10 durch rein axiale Bewegungen 60 Im Beispiel gemäß F i g. 3 können die Spitzen der Rip-

verstellt werden kann. Auf diese Weise liegen die Rip- pen auf dem Stellglied 10 flach ausgeführt sein und im

pen der von den beiden Rippensätzen gebildeten Rip- wesentlichen parallel zur Längsachse verlaufen, um den

penpaare gemäß F i g. 1 dicht beieinander. Im entregten gleichen Effekt zu erhalten.

Zustand haben die Seitenflächen oder Oberflächen der Gemäß F i g. 5 weiss die Stellvorrichtung einen Kern

Rippen einen geringen Abstand voneinander. Sind die 63 20 als inneres Stellglied auf, der einstückig mit einem

Windungen erregt, so bewegen sich die beiden Stellglie- Gehäuseteil 21 ist, der Teil der Vorrichtung ist, dem die

der relativ zueinander, um die Reluktanz der zwischen Vorrichtung zugeordnet ist. Der Kern besteht aus ma-

den beiden Stellgliedern gebildeten magnetischen Krei- gnetisierbarsm Material und hat die Form eines Kegel-

stumpfes. Er ist mit einer Anzahl von Umfangsnuten 22 versehen, die Umfangsrippen 23 bilden, wobei der Rippendurchmesser umso kleiner ist, je weiter die jeweilige Rippe vom Gehäuseteil 21 entfernt ist. Darüber hinaus ist die jeweilige Nut umso flacher, je weiter die jeweilige Nut vom Gehäuseteil entfernt ist, während die Nutweite mit zunehmendem Abstand vom Gehäuseteil 21 größer wird.

Die Außenseiten der Rippen 23 liegen bei dieser Lösung winklig zur Längsachse des Kernes und in jeder Nut ist eine Windung 24 angeordnet Die Windungen sind in Serienschaltung miteinander zu einer Wicklung verbunden in der Weise, daß, wenn elektrischer Strom durch die Wicklung fließt, der Strom in je zwei aufeinanderfolgenden Windungen in entgegengesetzter Rieh- tung fließt. Auf diese Weise werden benachbarte Rippen 23 mit entgegengesetzter magnetischer Polarität polarisiert. ZweckmäOigerweise ist ein Ende der in Serie zusammengeschalteten Windungen an den Kern angeschlossen, während das andere Ende zu einem Sammler 25 herausgeführt ist, der auf einem elektrisch isolierenden Block 26 aufgebaut ist, der seinerseits von dem Gehäuseteil 21 getragen wird.

Den Kern 20 umgibt eine Armatur 27, als äußeres Stellglied, die ebenfalls aus magnetisierbar«!! Material besteht und einen dünnen Abschnitt hat Die Armatur 27 kann als eine Anzahl zylindrischer Ringe angesehen werden, die mit abnehmenden Durchmessern aufeinanderfolgen und durch kegelstumpfförmige Übergangsstücke 28 miteinander verbunden sind. Die Innenflächen der Übergangsstücke 28 liegen parallel zu den Schrägflächen der Rippen 23.

Die Armatur ist tassenförmig ausgebildet, wobei ihr Boden 29 mit einer zentralen öffnung versehen ist, in der ein Zapfen 30 angeordnet ist der einen Stößel 31 lokalisiert, der mit Spie! durch sine Längsbohrung im Kern 20 hindurchgeführt ist Der Stößel erstreckt sich in eine Senkung 32, die sich aus dem Kern heraus in den Gehäuseteil 21 erstreckt In der Senkung 32 ist eine Hülse 33 angeordnet in der ein Kolben 34 verschieblich angeordnet ist. Auf dem Kolben 34 steht der Stößel 31 mit seinem dem Zapfen 30 abgekehrten Ende auf. Auf das dem Stößel 31 abgekehrte Ende des Kolbens 34 wirkt als Rückstellfeder eine gewickelte Druckfeder 35.

Wenn im Betrieb der Vorrichtung die Windungen erregt sind, so nähern sich die Übergangsstücke 28 und die Rippen 23 mit ihren einander zugekehren Flächen einander und diese Bewegung wird entgegen der Wirkung der Feder 35 auf den Kolben 34 übertragen. Wird die Wicklung entregt so werden die Armatur, der Stößel und der Kolben von der Feder 35 zurückgestellt

Die Armatur ist von einem Gehäuse 36 umgeben, das aus einem nicht-magnetischem Material besteht Es ist vorzugsweise ein Gußteil aus einer Zinklegierung. Das Gehäuse hat eine gestufte Außenseite, um es leicht aus der Gießform herausbringen zu können. Das Gehäuse ist auch auf der Innenseite gestuft und so konturiert, daß es die Armatur in axialer Richtung abstützen kann. Die Außenstufe 37 des Gehäuses trennt einen größeren von einem kleineren Gehäuseteil, wobei der größere Gehäuseteii zwischen der Stufe 37 und dem Gehäuseteil 21 auf seiner inneren Umfangsfläche eine Anzahl Rippen aufweist Zwischen diesen Rippen 38 bestehen Nuten und die Innenseite des Gehäuses ist kegelig, damit es gut aus der Gußform herausgezogen werden kann. Nach dem Herausnehmen des Gehäuses aus der Gußform werden die Rippen 38 bearbeitet, um Flächen 39 herauszuarbeiten, die sich parallel zu den Achsen des Kernes 20 erstrecken und Tragflächen bilden, die mit der Armatur 27 an deren weiterem Ende zusammenwirken.

Das Gehäuse ist mit einer Anzahl weiterer Rippen 40 versehen, die bei der Herstellung des Gehäuses ebenfalls so schräg verlaufend ausgebildet werden, daß das Gehäuse aus der Gießform herausgehoben werden kann. Anschließend werden die Zwischenflächen der Rippen bearbeitet, um Tragflächen zum Zusammenwirken mit Flächen der Armatur nahe deren anderem Ende zu ergeben.

Das offene Ende des Gehäuses ist mit einem nichtmetallischen, tassenförmigem Verschluß 41 verschlossen. Die Schürze des Verschlusses erstreckt sich bis in den Bereich einer Stufe in der Innenseite des Gehäuses 36, zwischen der und dem Verschlußende ein Dichtungsring aus einem Elastomer eingelegt ist Der Verschluß ist in dem Gehäuse dadurch gehalten, daß Teile des Gehäuses verformt sind, um den Verschluß im Gehäuse zu haken.

Als nicht zur Erfindung gehörig ist die Stellvorrichtung so ausgestaltet, daß die Stellung der Armatur elektrisch ermittelt wird, wozu die Stellvorrichtung eine flache Wicklung 42 aufweist, die in einer Umfangsnut des Endverschlusses 41 gewickelt ist Die Enden dieser Wicklung sind an Sammler 43 angeschlossen, die an den Endverschluß 41 angegossen sind. Darüber hinaus weist die Armatur einen elektrisch leitenden Ring 44 auf, der der Wicklung 42 gegenüber angeordnet ist Wird diesem Ring ein Wechselstrom zugeführt, so verändert sich die Induktivität der Wicklung mit den Verstellbewegungen der Armatur.

Es ist wünschenswert, daß Aufbau und Ausführung der Stellvorrichtung im Hinblick darauf optimiert werden, daß eine optimale Wirksamkeit mit geringstmöglichem Materialeinsatz erreicht wird. Eine solche Optimierung kann durch die Variation der Weite und der Tiefe der Aussparungen 22 erzielt werden. Die Aussparungen sind so dimensioniert, daß die Wicklungsbereiche der Aussparungen über die ganze Länge des Bauelementes im wesentlichen konstant sind. Darüber hinaus sind die Rippen 23 so dimensioniert, daß in Umfang.srichtung der Randbereich des oberen und des unteren Rippenendes im wesentlichen gleich ist, so daß die Flußdichte im Material der Rippen über die Höhe der Rippen im wesentlichen konstant bleibt In entsprechender Weise ist der Bereich der Ringe zwischen den Böden der Aussparungen und der Zentralbohrung im wesentlichen gleich dem Bereich der Ringe der Armatur im Bereich, der der jeweiligen Aussparung zugeordnet ist

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

1 . 2 Längsrippen (38, 40)*gegenüber der Innenseite des Patentansprüche: Gehäuses (36) gehalten ist

1. Elektromagnetische Stellvorrichtung mit einem Paar von Stellgliedern (10,11) aus magnetisierbarem 5

Material, von denen zumindest ein erstes, das zweite Die Erfindung bezieht sich auf eine elektromagneii-

Stellglied (10) konzentrisch umschließende Stellglied sehe Stellvorrichtung gemäß dem Gattungsbegriff des

(11) hohl ausgebildet ist, wobei eine Mehrzahl von Anspruches 1.

umlaufenden Rippen (13,23) der Umfangsfläche des Eine solche Stellvorrichtung ist aus der US-PS

einen der Stellglieder zugeordnet sind, die umlaufen- 10 40 90 097 bekannt

de Nuten (14, 22) begrenzen, in denen, zumindest Bei dieser bekannten Stellvorrichtung sind auf den

aber in einem Teil von ihnen, Windungen einer elek- einander zugekehrten Flächen von innerem und äuße-

trischen Wicklung derart angeordnet und miteinan- rem Stellglied die Rippen und Nuten in der Form von

der verbunden sind, daß bei einer Erregung durch Schraubenwindungen ausgebildet und dem inneren

elektrischen Strom aufeinanderfolgende Rippen (13, 15 Stellglied sind die Windungen einer Wicklung in der

23) eine entgegengesetzte magnetische Polarität ha- schraubenförmig fortlaufenden Nut zugeordnet Die

ben und jede der Rippen eine von der Längsachse Nuten und Rippen der beiden Stellglieder sind se- ausge-

des Stellgliedes aus nach außen gerichtete Polfläehe bildet, daß die gewollten Stellbewegungen der beiden

bildet, während das andere der Stellglieder Polflä- Stellglieder relativ zueinander möglich sind. Die hierzu

chen (18) auWeist, die komplementär zu den Polflä- 20 wirksamen Luftspalte Hegen zwischen Polfiächen beider

chen des einen Stellgliedes sind, dadurch ge- Stellglieder, die sich in radialer Richtung überlappen,

kennzeichnet, daß die Rippen (13,23) und die obwohl sich die Luftspalte selbst axial erstrecken. Das

von ihnen begrenzten Nuten jeweils kreisförmig in führt dazu, daß zum Zusammenbau der Vorrichtung die

einer Radialebene liegen und der Durchmesser der beiden Stellglieder schraubenförmig zueinander bewegt

Rippen und Nuten in Längsrichtung des Stellgliedes 25 werden müssen, was die Gefahr in sich birgt, daß die

stufenförmig kleiner wird. elektrische Wicklung<3eim Zusammenbau der Vorrich-

2. Stellvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch ge- tung beschädigt oder sogar zerstört wird. Außerdem kennzeichnet daß das äußere Stellglied (11) kegel- wird beim Erregen der Wicklung der gewollt axialen formig ist Verstellbewegung zwischen den beiden Stellgliedern ei-

3. Stellvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, da- 30 ne Drehbewegung überlagert, die nicht gewollt ist Bei durch gekennzeichnet, daß die Innenfläche und die der bekanten Lösung muß deshalb diese Drehbewe-Außenfläche des äußeren Stehgliedes (11) gestuft gung durch eine entsprechende Führung ausgeschaltet sind. werden, beispielsweise indem das eine Stellglied mit ei-

4. Stellvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch ge- ner Längsleiste in einer entsprechenden Längsnut des kennzeichnet, daß das äußere Seliglied (11) ein höh- 35 anderen Stellgliedes geführt wird. Hierdurch entstehen ler Kegelstumpf ist. Reibungskräfte, die die Verstellcharakteristik der Vor-

5. Stellvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch ge- richtung verändern und nicht genau definierbar machen, kennzeichnet, daß die Rippen (17) im Bereich der Schließlich ist es bei der bekannten Verrichtung schwie-Stufensprünge der Innenseite des äußeren Stellglie- rig, mehrere Wicklungen in der schraubenförmigen Nut des (11) angeordnet sind. 40 zu fixieren, wodurch die Stellcharakteristik nochmals

6. Stellvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 verändert werden kann.

bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Spitzen der Aufgabe der Erfindung ist es, die bekannte Vorrich-

Rippen (17) des einen Stellgliedes (11) nach der Seite tung so abzuändern, daß ohne besondere zusätzliche

hin, die den Komplementärflächen der Rippen (13) Führungen im Fall der Erregung der Wicklung die Stell-

des anderen Stellgliedes (10) abgekehrt sind, abge- 45 glieder rein axiale Verstellbewegungen der Stellglieder

schrägt sind. relativ zueinander eintreten und auch der Zusammen-

7. Stellvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bau der Vorrichtung mit rein axialen Bewegungen der bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Rippen (13a, Stellglieder möglich ist.

Ma) mit Komplementärflächen beider Stellglieder Der Lösung der Aufgabe dienen die Merkmale des

(10, 11) durch in Längsrichtung verlaufende Luft- 50 Kennzeichnungsteils des Anspruches 1.

spalte voneinander getrennt sind. Fei der Erfindung können zum Zusammenbau der

8. Stellvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 Vorrichtung die beiden Seilglieder vom einen Vorrichbis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Rippen (13, tungsende her durch rein translatorische Bewegungen 17) mit Komplementärflächen beider Stellglieder ineinander eingeführt werden. Die rein radialen PoIflä-(10,11) radial nach außen einander überlappen. 55 chen mit den in jeweils einer zur Längsachse der Vor-

9. Stellvorrichtung nach Anspruch l.gekennzeich- richtung senkrecht stehenden Ebene liegenden Nuten net durch eine Bemessung der Ringnuten so, daß die angeordneten Windungen der Wicklung ergeben außer-Wicklungsbereiche über die Länge der Stellglieder dem rein axiale Verstllbewegungen, so daß die gestellte (10,11) konstant bleiben. Aufgabe gelöst ist. Darüber hinaus ist die Herstellung

10. Stellvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch ge- 60 von genau kreisförmigen, in jeweils einer Ebene liegenkennzeichnet, daß die Umfangsfläche jeder Rippe den Nuten wesentlich einfacher, als die Herstellung eiüber deren volle Höhe konstant ist. ner exakt schraubenförmigen Nut, so daß die funktio-

11. Stellvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch ge- nellen Vorteile bei der Erfindung auch mit einer baulich kennzeichnet, daß das äußere Stellglied (27) von ei- einfacheren, weil einfacher herzustellenden, Vorrichnem Gehäuse (36) umschlossen ist, in dem das äuße- 65 tung erreicht werden.

re Stellglied gehalten ist. Die Merkmale der Unteransprüche gestalten die Er-

12. Stellvorrichtung nach Anspruch 11, dadurch findung gemäß dem Anspruch 1 in zweckmäßiger Weise gekennzeichnet, daß das äußere Stellglied (27) von aus.