DE3227765A1 - Proportionalmagnet - Google Patents

Proportionalmagnet

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DE3227765A1
DE3227765A1 DE19823227765 DE3227765A DE3227765A1 DE 3227765 A1 DE3227765 A1 DE 3227765A1 DE 19823227765 DE19823227765 DE 19823227765 DE 3227765 A DE3227765 A DE 3227765A DE 3227765 A1 DE3227765 A1 DE 3227765A1
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Germany
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armature
sliding segments
proportional
magnet
sliding
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Withdrawn
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DE19823227765
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English (en)
Inventor
Manfred Dr.-Ing. 6200 Wiesbaden Kahrs
Volker Dr. 6380 Bad Homburg Sprockhoff
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Continental Teves AG and Co oHG
Original Assignee
Alfred Teves GmbH
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Publication date
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Withdrawn legal-status Critical Current

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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01FMAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F7/00Magnets
    • H01F7/06Electromagnets; Actuators including electromagnets
    • H01F7/08Electromagnets; Actuators including electromagnets with armatures
    • H01F7/16Rectilinearly-movable armatures
    • H01F7/1607Armatures entering the winding
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01FMAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F7/00Magnets
    • H01F7/06Electromagnets; Actuators including electromagnets
    • H01F7/08Electromagnets; Actuators including electromagnets with armatures
    • H01F7/081Magnetic constructions
    • H01F2007/085Yoke or polar piece between coil bobbin and armature having a gap, e.g. filled with nonmagnetic material

Description

  • Proportionalmagnet
  • Die Erfindung betrifft einen Proportionalmagneten mit einem Magnetanker, der in einem ferromagnetischen Führungsfohr axial verschiebbar gelagert ist, das von einem nichtmagnetischen Bereich unterbrochen ist.
  • Proportionalmagnete werden zur Umformung eines elektrischen Eingangssignals in eine analoge mechanische Ausgangsgröße verwendet.
  • Aus der DE-OS 22 51 215 ist bereits eine elektromagnetische Betätigungsvorrichtung bekannt, die einen Magnetanker aufweist, der in zwei im Abstand voneinander angeordneten Lagerringen angeordnet ist, die mit den Wänden von Polschuhen verbunden sind. Um den Magnetanker in Bewegung zu setzen, muß die Magnetkraft die von der Haftreibung zwischen dem Magnetanker und den Lagerringen hervorgerufene Kraft überwinden.
  • Aufgabe der Erfindung ist es daher, einen Proportionalmagneten derart weiterzuentwickeln, daß die der Bewegung des Magnetankers entgegenwirkende Kraft vermindert wird.
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Magnetanker auf Gleitsegmenten gelagert ist, die von der Oberfläche des Magnetankers vorspringen und gegenüber der Oberfläche kleine Abmessungen haben. Damit werden sowohl die Größe der Reibungsfläche zwischen dem Magnetanker und dessen Lagerung, als auch der Strömungswiderstand verringert, der bei der Bewegung des Magnetankers in dem Medium im Innern des Gehäuses des Proportionalmagneten überwunden werden muß. Die Energie für die Betätigung des Magnetan.
  • kers kann deshalb reduziert werden. Außerdem weist der erfindungsgemäße Proportionalmagnet eine höhere Ansprechempfindlichkeit und eine kleinere Hysterese auf. Die Reproduzierbarkeit der Ankerstellungen bei gleichen Signalen an den Magnetspulen wird wesentlich verbessert. Außerdem ergibt sich eine günstigere Frequenzcharakteristik des Proportionalmagneten.
  • Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung sind jeweils drei Gleitsegmente nahe den beiden Stirnseiten des Magnetankers angeordnet. Diese Zahl von Gleitsegmenten reicht für eine genaue Führung des Magnetankers in axialer Richtung aus. Dies bedeutet eine wesentliche Reduzierung der Reibungsflächen. Ebenso wird der Reibungswiderstand zwischen dem Magnetanker und dem Fluid im Gehäuse des Proportionalmagneten verkleinert.
  • In Weiterbildung des Erfindungsgedankens sind die drei Gleitsegmente in einer senkrecht zur Längsachse des Magnetankers verlaufenden Ebene angeordnet und haben gleiche Abstände voneinander.
  • Eine derartig ausgebildete Vorrichtung behält ihre günstigen Eigenschaften in Bezug auf geringe Reibung, hohe Ansprechempfindlichkeit und kleine Hysterese unabhängig von ihrer Orientierung im Raum bei.
  • Um eine günstigere Reibwertpaarung zu erreichen, sind die Auflageflächen der Gleitsegmente mit einer Schicht aus einem Werkstoff überzogen, der gute Gleiteigenschaft besitzt.
  • Besonders einfach läßt sich die Beschichtung dadurch aufbringen, daß in die porös ausgebildeten Auflageflächen der Gleitsegmente ein Werkstoff eindiffundiert wird, der gute Gleiteigenschaften besitzt.
  • Ein besonders geeigneter Werkstoff hierfür ist ein Fluorkunststoff.
  • Die Reibung wird auch dadurch herabgesetzt, daß gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung die Innenwand eines den Magnetanker nebst Gleitsegmenten umgebenden Führungsrohrs glatt ausgebildet ist.
  • Zweckmäßigerweise überragen die Gleitsegmente die Oberfläche des Magnetankers nur wenig. Damit läßt sich ein geringer Luftspalt zwischen dem Führungsrohr und der Außenseite des Magnetankers erreichen. Der Magnetisierungsstrom wird deshalb kleiner.
  • Vorteilhafterweise ist der Querschnitt der Gleitsegmente in Bewegungsrichtung des Magnetankers als Profil mit geringem Strömungswlderstand ausgebildet. Mit dieser Maßnahme wird die Wirbelbildung im Fluid während der Bewegung des Magnetankers reduziert.
  • Die Genauigkeit und das dynamische Verhalten des Proportionalmagneten wird hiermit verbessert.
  • Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispieles näher erläutert, das in der Zeichnung dargestellt ist.
  • Es zeigen: Fig. 1 einen erfindungsgemäßen Proportionalmagneten im Längsschnitt, Fig. 2 einen Schnitt entlang der Linie I-I des in Fig. 1 dargestellten Proportionalmagneten, Fig. 3a und 3b im Querschnitt zwei unterschiedliche Gleitsegmente Der in den Fig. 1 und 2 dargestellte Proportionalmagnet 1 weist in einem Gehäuse 2 eine Spulenwicklung 3 mit einem zylindrischen Aufbau auf. Konzentrisch zu der Spulenwicklung 3 ist im Innern des Proportionalmagneten 1 ein ferromagnetisches Führungsrohr 4 angeordnet. Das Führungsrohr 4 erstreckt sich nicht über die gesamte axiale Länge des Gehäuses, sondern hat eine Unterbrechung, in der ein Ring 5 aus nichtmagnetischem Material angeordnet ist.
  • Im Innern des Führungsrohres 4 ist konzentrisch zur Spulenwicklung 3 ein zylindrischer Magnetanker 6 axial verschiebbar gelagert.
  • Die Lagerung erfolgt über Gleitsegmente 7, die an der Oberfläche 10 des Magnetankers 6 befestigt sind. Die Gleitsegmente 7 können auch als Vorsprünge des Führungsrohrs 4 ausgebildet sein. Die zuerst erläuterte Anordnung läßt sich mit weniger Aufwand herstellen.
  • Der Magnetanker 6 kann durch Beaufschlagung der Spulenwicklung 3 mit einer Spannung von beispielsweise 12 V oder 24 V im Inneren des Führungsrohres 4 bewegt werden. In Fig. 1 ist der Magnetanker 6 in seiner Arbeitsbereichslage gezeigt. In diese Stellung kann der Magnetanker 6 unter Einwirkung einer Kraft gebracht werden, wenn an der Spulenwicklung 3 eine Spannung anliegt. Die Magnetkraft des Ankers kann gegen eine Feder wirken. Eine solche Anordnung wird bei direktgesteuerten Wege-, Drossel- oder Druckventilen eingesetzt.
  • Die Gleitsegmente 7 sind in der Nähe der Stirnseiten 9 des Magnetankers 6 so angeordnet, daß jeweils drei Gleitsegmente 7 gleichen Abstand von einer Stirnseite 9 aufweisen. Die drei Gleitsegmente 7 an jeder Stirnseite liegen in einer Ebene senkrecht zur axialen Richtung des Magnetankers 6. Die Abstände zwischen den Gleitsegmenten 7 auf der Oberfläche 10 des Magnetankers 6 sind gleich groß.
  • An den inneren Stirnwänden des Gehäuses 2 sind jeweils Anschläge vorgesehen.
  • Die Auflageflächen der Gleitsegmente 7 auf der Innenwand 8 des Führungsrohrs 4 sind mit einer Schicht 11 aus einem Werkstoff überzogen, der gute Gleiteigenschaften besitzt. Besonders geeignet hierfür sind Fluorkunststoffe. Es ist aber auch möglich, einen Werkstoff in die Gleitsegmente 7 einzudiffundieren, wenn die Gleitsegmente 7 eine gewisse Porosität haben. Auch hier verbessert ein eindiffundierter Fluorkunststoff die Gleiteigenschaften der Gleitsegmente 7. Die Innenwand 8 des Führungsrohrs 4 ist möglichst glatt ausgebildet, wodurch die Reibung mit den entsprechend behandelten Gleitsegmenten 7 weiter vermindert wird.
  • Die Gleitsegmente 7 können, wie in Fig. 3a dargestellt, rechteckige Querschnitte haben; aber auch quadratische Querschnitte sind möglich.
  • Eine besonders günstige Ausführungsform ist gegeben, wenn die Querschnitte der Gleitsegmente 7 in Bewegungsrichtung des Magnetankers 6 als Profile mit geringem Strömungswiderstand ausgebildet sind, wie dies in Fig. 3b dargestellt ist.
  • Die Gleitsegmente 7 ragen nur wenig über die Oberfläche 10 hinaus.
  • Aufgrund des damit verbundenen geringen Abstandes zwischen der Innenseite der Spulenwicklung 3 und dem Magnetanker 6 treten nur geringe magnetische Streuflüsse auf.
  • Die Gleitsegmente 7 sind gegenüber der Oberfläche 10 des Magnetankers 6 klein ausgebildet, so daß auch die Reibungsfläche zwischen den Gleitsegmenten und dem Führungssrohr 4 gering ist.
  • Bei der oben beschriebenen Vorrichtung ist zwischen dem Führungsrohr 4 und den Gleitsegmenten 7 nur eine geringe Reibung vorhanden, so daß nur wenig Energie notwendig ist, um den Magnetanker in Bewegung zu setzen. Bei gleicher Energiezufuhr ist die Verzögerungszeit kleiner, die vergeht, bis der Magnetanker 6 nach der Beaufschlagung der Spulenwicklung 3 mit einem Steuersignal in Bewegung versetzt wird. Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist auch weniger Energie erforderlich, um den während der Bewegung des Magnetankers 6 wirkenden Strömungswiderstand des Fluids im Gehäuse zu überwinden. Bei dem Fluid kann es sich um ein Ö1 handeln, das durch seine Schmiereigenschaften die Reibung zwischen dem Führungsrohr 4 und den Gleitsegmenten 7 zusätzlich vermindert.
  • Mit einer derartigen Vorrichtung lassen sich die statischen und dynamischen Eigenschaften eines Proportionalmagneten verbessern. Gegenüber bekannten Vorrichtungen ist die Ansprechempfindlichkeit höher und die Hysterese kleiner. Die Reproduzierbarkeit der Stellungen des Magnetankers beim Zurückführen in die Ausgangslage ist genauer. Außerdem ergibt sich eine günstigere Frequenzcharakteristik. Der Proportionalmagnet 1 eignet sich besonders gut für Magnetventile und andere Stellglieder. Durch die oben erwähnte Verbesserung der statischen und dynamischen Eigenschaften treten nur sehr geringe Abweichungen der proportionalen Abhängigkeit der zur Verfügung stehenden Magnetkraft von der in die Spulenwicklung 3 eingespeisten elektrischen Energie auf.
  • Der Proportionalmagnet 1 wird über eine nicht dargestellte Steuerelektronik angesteuert, durch die z.B. mit einer elektrischen Eingangsspannung beliebige Kräfte am Magnetstößel erzeugt werden können.
  • Bezugszeichenliste: 1 Proportionalmagnet 2 Gehäuse 3 Spulenwicklung 4 magnetisches Führungsrohr 5 Ring 6 Magnetanker 7 Gleitsegmente 8 Innenwand des Führungsrohrs 9 Stirnseite des Magnetankers 6 10 Oberfläche des Magnetankers 6 11 Schicht

Claims (9)

  1. Proportionalmagnet Patentansprüche: 49 Proportionalmagnet mit einem Magnetanker, der in einem ferromagnetischen Führungsrohr axial verschiebbar gelagert ist, das von einem nichtmagnetischen Bereich unterbrochen ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Magnetanker (6) auf Gleitsegmenten (7) gelagert ist, die von der Oberfläche (10) des Magnetankers (6) vorspringen und gegenüber der Oberfläche (10) kleine Abmessungen haben.
  2. 2. Proportionalmagnet nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils drei Gleitsegmente (7) nahe den beiden Stirnseiten (9) des Magnetankers (6) angeordnet sind.
  3. 3. Proportionalmagnet nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die drei Gleitsegmente (7) in einer senkrecht zur Längsachse des Nagnetankers (6) verlaufenden Ebene angeordnet sind und gleiche Abstände voneinander haben.
  4. 4. Proportionalmagnet nach einem der-Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Auflageflächen der Gleitsegmente (7) mit einer Schicht (11) aus einem Werkstoff überzogen sind, der gute Gleiteigenschaften besitzt.
  5. 5. Proportionalmagnet nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß in die porös ausgebildeten Auflageflächen der Gleitsegmente (7) ein Werkstoff eindiffundiert ist, der gute Gleiteigenschaften besitzt.
  6. 6. Proportionalmagnet nach einem der Ansprüche 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Werkstoff ein Fluorkunststoff ist.
  7. 7. Proportionalmagnet nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Innenwand (8) eines den Magnetanker (6) nebst Gleitsegmenten (7) umgebenden Führungsrohrs (4) glatt ausgebildet ist.
  8. 8. Proportionalmagnet nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Gleitsegmente (7) die Oberfläche (10) des Magnetankers (6) nur wenig überragen.
  9. 9. Proportionalmagnet nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Querschnitt der Gleitsegmente (7) n Bewegungsrichtung des Magnetankers (6) als Profil mit geringem Strömungswiderstand ausgebildet ist.
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