DE3437106A1

DE3437106A1 - Elektromagnetische stelleinrichtung

Info

Publication number: DE3437106A1
Application number: DE19843437106
Authority: DE
Inventors: René Palmier; Pierre Perrier; Sing-Kham Ramonville-St.-Agne Phounsombath
Original assignee: Equipements Automobiles Marchal SA
Current assignee: Equipements Automobiles Marchal SA
Priority date: 1983-10-14
Filing date: 1984-10-10
Publication date: 1985-05-02
Also published as: IT8453918V0; IT1180091B; US4686501A; GB2148053A; IT8468011A0; GB8425775D0; GB2148053B

Description

Bezeichnung: Elektromagnetische Stelleinrichtung Beschreibung:

Die Erfindung bezieht sich auf eine elektromagnetische Stelleinrichtung mit zwei Ankern, die auf einer bestimmten Bewegungsbahn eine Relativbewegung ausführen können. Eine solche Stelleinrichtung ermöglicht die Betätigung oder Steuerung wenigstens eines beweglichen Teils durch elektrische Erregung wenigstens einer Spule, die eine elektromagnetische Kraft erzeugt; bei einer solchen Stelleinrichtung ist die Kraft kritisch, mit der die Betätigung längs der Bewegungsbahn erfolgt.

Es ist eine elektromagnetische Stelleinrichtung mit zwei Ankern und einem magnetischen Kreis bekannt, dessen magnetischer Widerstand im Betrieb zwischen einem Mindestwert an einem Ende der Bewegungsbahn und einem Höchstwert am anderen Ende der Bewegungsbahn variabel ist. Bei einer solchen Stelleinrichtung nimmt die elektromagnetische Betätigungskraft kontinuierlich zu, und zwar ausgehend von dem einen Ende der Bewegungsbahn, wo der magnetische Widerstand des magnetischen Kreises maximal ist, bis zum

anderen Ende, wo der magnetische Widerstand einen Minimalwert hat.

Das bewegliche Element, durch das die Betätigung erfolgt, steht im allgemeinen unter der Wirkung einer nicht allzu starken Rückstellkraft. Dabei ist jedoch zu beachten, daß sich die vorhandene Betätigungskraft über die Länge der Bewegungsbahn kontinuierlich derart ändert, daß eine einwandfreie Arbeitsweise in Frage gestellt ist. Die Größe der jeweils zur Verfügung stehenden Kraft ist abhängig von der in der Stelleinrichtung vorhandenen elektromagnetischen Wicklung, und es ist bereits vorgeschlagen worden, im Inneren einer solchen Stelleinrichtung mehrere getrennte Wicklungen anzuordnen, deren Erregungen in Abhängigkeit von der Position des beweglichen Elementes der Stelleinrichtung eingestellt werden. Insbesonder ist vorgeschlagen worden, zwei Wicklungen zu verwenden, die gleichzeitig wirksam werden, um die Ortsveränderung des beweglichen Elements zur Stelleinrichtung einzuleiten, wobei jedoch nur eine der Wicklungen erregt bleibt, wenn das bewegliche Element diejenige Lage erreicht, in der der magnetische Widerstand des magnetischen Kreises ein Mindestwert ist. Eine derartige Stelleinrichtung kann insbesondere verwendet werden, um die Ortsveränderung des Anlasserritzels zu bewirken, das mit dem Zahnkranz des Anlassers von Kraftfahrzeugen, zusammenwirkt.

Die bekannten elektromagnetischen Stelleinrichtungen haben den wesentlichen Nachteil, daß sie eine Betätigungs-

30- kraft liefern, die sich über die Länge der Bewegungsbahn des beweglichen Elements der Stelleinrichtung kontinuierlich und definiert derart ändert, daß die gewünschte Funktion erheblich beeinträchtigt wird. Diese kontinuierliche Änderung kann bei bestimmten Anwendungsfällen geringere Bedeutung haben, während sie bei anderen Anwendungsfällen einen schwerwiegenden Nachteil darstellt, in:;k::;oric](:ro dann, wenn eine elektromagnetische Stelleinrichtung

benutzt werden soll, um bei Kraftfahrzeugen mechanische Schaltvorgänge, Ein- und Ausrückvorgänge o.dgl. zu bewirken. In Fällen dieser Art ist die auf das zu betätigende Teil der Schaltvorrichtung auszuübende Kraft über die Länge der Bewegungsbahn variabel nach einer Kurve, die als "Sattelkurve" bezeichnet werden kann. Diese Kurve stellt die Kraft F als Funktion des Weges C dar, und sie zeigt eine Zone abnehmender Werte zwischen zwei Zonen höherer bzw. anwachsender Werte. Bei anderen Anwendungen von Stelleinrichtungen kann es von besonderer Bedeutung sein, über einen wesentlichen Teil der Bewegungsbahn konstante Werte der Betätigungskraft zu erhalten. Allgemein ist es wünschenswert, mit einer solchen Kurvenform zu arbeiten, die die Änderung der Betätigungskraft wieder-

!5 gibt, welche an der Stelleinrichtung in Abhängigkeit von dem Bewegungsablauf des beweglichen Elements der Stelleinrichtung auftritt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine elektromagnetische Stelleinrichtung zu schaffen, bei der es möglich ist, mit einer solchen Kurvenform zu arbeiten, welche die Änderungen der Kraft als Funktion der Bewegung wiedergibt,und die entsprechende Einrichtung soll insbesondere ermöglichen, eine konstante oder auch eine sattelförmige Kurvenform zu erreichen. Zu diesem Zweck ist eine elektromagnetische Stelleinrichtung gemäß der Erfindung vorgesehen, welche mehrere magnetische Kreise mit variablem magnetischen Widerstand aufweist, wobei diese Kreise ihren Widerstand während der Bewegung des bewegliche EIe-

go ments der Stelleinrichtung ändern. Das eröffnet nun die Möglichkeit, durch Überlagerung der Wirkungen der verschiedenen magnetischen Kreise auf die Form der Kurve der Änderung der über die Länge der Bewegungsbahn einwirkenden Kräfte Einfluß zu nehmen. Die Erfindung beruht auf dem Grundgedanken, die Wirkungen mehrerer magnetischer Kreise zu überlagern, deren magnetische Widerstände sich im gleichen Sirine oder verschiedenartig zwischen einem

Höchstwert und einem Mindestwert ändern können, wobei die Änderungszonen der magnetischen Widerstände der verschiedenen magnetischen Kreise sich über den Weg des beweglichen Elements der Stelleinrichtung gegeneinander verschieben, und zwar derart, daß sich die Änderungen des magnetischen Widerstandes der verschiedenen Kreise bei der Ortsveränderung des beweglichen Elements über der Zeit in verschiedenen Zeitpunkten wenigstens teilweise gegenseitig beeinflussen.

Die Erfindung bezieht sich demgemäß auf eine elektromagnetische Stelleinrichtung mit zwei auf einer Bewegungsbahn relativ zueinander bewegbaren Ankern und einem magnetischen Hauptkreis, dessen magnetischer Widerstand im Betrieb veränderlich ist zwischen einem Mindestwert an einem Ende der Bewegungsbahn und einem Höchstwert am anderen Ende der Bewegungsbahn, und sie ist dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens ein magnetischer Sekundärkreis vorhanden ist, dessen magnetischer Widerstand im Betrieb zwischen· einem Mindestwert und einem Höchstwert veränderlich ist, wobei diese Änderung über der Bewegungsbahn im Verhältnis zu der des magnetischen Widerstandes des magnetischen Hauptkreises eine Verschiebung erfährt.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform wird die Änderung des magnetischen Widerstandes des magnetischen Haüptkreises und des Sekundärkreises bzw. der Sekundärkreise dadurch erreicht, daß sich die Luftspalte bzw. die Spalte während der Relativbewegung der Anker der Stelleinrichtung ändern; die Änderungen des magnetischen Widerstandes des magnetischen Hauptkreises und des Sekundärkreises bzw. der Sekundärkreise bei einem Bewegungsvorgang der Stelleinrichtung können vorzugsweise monotone und gleichgerichtete Änderungen sein.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform kann die elektromagnetische Stelleinrichtung gemäß der Erfindung einen

äußeren ferromagnetischen Anker aufweisen, der einen inneren ferromagnetischen Anker einschließt, und wenigstens zwei Wicklungsanordnungen, die von einem der Anker gehalten sind und sich in dem Ringvolumen zwischen den beiden Ankern befinden, wobei derjenige Anker, der die Wicklungsanordnungen trägt, mit wenigstens einem ferromagnetischen Trennteil zusammenwirkt, das zwischen den beiden Wicklungsanordnungen angeordnet ist und mit den Ankern einen magnetischen Sekundärkreis bildet. Dabei kann es vorteilhaft sein, daß der äußere Anker zylinderförmig ausgebildet ist und einen Boden aufweist, während der innere Anker im wesentlichen in Achsrichtung des äußeren Ankers angeordnet ist, wobei der Spalt des magnetischen Hauptkreises aus zwei Teilen besteht, nämlich einem konstanten, in Zylinderform zwischen den beiden Ankern gleichmäßig verteilten Teil und einem variablen Teil, der sich zwischen dem inneren Anker und dem Boden des äußeren Ankers befindet. In diesem Fall kann sich das Trennteil radial in den Bereich des variablen Teils des Spaltes des magnetischen Hauptkreises erstrecken, und der magnetische Sekundärkreis kann einen Spalt aufweisen, der aus einem konstanten Teil und einem variablen Teil besteht.

Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, daß das Trennteil ringförmig ausgebildet ist und eine konstante Stärke e hat. Die die magnetischen Kreise bestimmenden Teile sind vorzugsweise so bemessen, daß im Minimalzustand des Spaltes des magnetischen Hauptkreises der variable Teil des Spaltes des magnetischen Sekundärkreises im wesentlichen durch einen zylindrischen Raum konstanter Stärke E gebildet ist, der von dem Trennteil zwischen den beiden Ankern begrenzt ist. Auch kann der zylindrische.Raum, der durch das Trennteil zwischen den beiden Ankern eingeschlossen ist, ein einheitlicher Ringzylinder mit der Stärke E sein, der beispielsweise zwischen dem inneren beweglichen Anker und dem Trennteil liegt. Der zylindrische Raum, der durch das Trennteil

zwischen den beiden Ankern eingeschlossen ist,kann gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform aus mehreren Ringzylindern bestehen, deren Summe der radialen Abmessungen = E ist.
5

Vorteilhafte konstruktive Möglichkeiten ergeben sich, wenn die Wicklungsanordnungen sich im Inneren des äußeren Ankers befinden. Der äußere Anker'kann sich in einer festen Lage befinden, während der innere bewegliche Anker nach Art eines Tauchkolbens ausgebildet sein kann. Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform können die Wicklungsanordnungen beiderseits des Trennteils angeordnet und in zwei Wicklungen aufgeteilt sein. Auch kann es zweckmäßig sein, die Wicklungsanordnungen beiderseits des■Trennteils derart anzuordnen, daß sie zwei Teile derselben Wicklung darstellen.

Wenn die von dem beweglichen Element der Stelleinrichtung ausgeübte Kraft sich nach der Funktion einer Sattelkurve ändern soll, kann eine Bauart einer elektromagnetischen Stelleinrichtung gewählt werden, welche einen äußeren zylindrischen Anker und einen nach der Achse des äußeren Ankers ausgerichteten inneren Anker aufweist, wobei der .äußere Anker innen zwei Wicklungsanordnungen enthält, die durch ein Trennteil getrennt sind, das ein von dem äußeren Anker gehaltener radialer Ringeinsatz ist; in diesem Fall wird man bestimmte Verhältnisse der verschiedenen Parameter der Dimensionierung einzuhalten haben. Zu diesem Zweck werden die folgenden Definitionen vereinbart:

H konstante Stärke der zylindrischen Wandung des äußeren

Ankers
0 mittlerer Durchmesser der zylindrischen Wandung des

ti

äußeren Ankers

0. Durchmesser des inneren Randes des Trennteils e Stärke des Trennteils, gemessen in Richtung der Achse des äußeren Ankers

E Abmessung des Mindestwertes des Spaltes zwischen dem

Trennteil und dem inneren Anker D Abstand zwischen den Stellungen, bei denen der Spalt des magnetischen Hauptkreises einen Höchstwert bzw. Mindestwert hat

χ Abstand zwischen dem Trennteil und dem konstanten Bereich des Spaltes des magnetischen Hauptkreises χ Abstand zwischen der Vorderfläche des inneren beweglichen Ankers gegenüber dem Boden des äußeren Ankers und dem konstanten Bereich des Spaltes des magnetischen Hauptkreises, wenn der Spalt einen Höchstwert hat.

Zusätzlichen können die folgenden Verhältniswert definiert werden:

E und

Λ-2 - D

^ _ ^X " ^XO

^Λ " D

Wenn nun gewünscht ist, daß sich die erzeugte Kraft als Funktion des Weges nach einer Sattelkurve ändert, so wird _ man bei im übrigen gleichen Verhältnissen die obigen Beziehungen /L₁, \~ und λ-, wie folgt zu bemessen haben:

0,18-C X₁ <. 0,45,

0,04*: X₂ < 0,17,

A₃ etwa 0,37.

Wenn dagegen gefordert ist, daß die von der elektromagnetischen Stelleinrichtung erzeugte Stellkraft über die Bewegungsbahn im wesentlichen konstant bleibt, sind die folgenden Werte anzusetzen:
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ie

0,08-i/l., <i 0,18,
0,M^X₂ 4 0,43,
* 0,60.

Die Wahl und die Abstufungen der obigen Verhältniswerte /^₁, X „ und Λ.Ο können unter Berücksichtigung der Struktur gewählt werden, die in Fig. 1 dargestellt ist.

Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist, eine besonders einfache und wirtschaftliche Lösung der Ausgestaltung des magnetischen Sekundärkreises zu schaffen, insbesondere auch hinsichtlich des Zusammenbaus einer solchen Einrichtung.

Gemäß der Erfindung ist eine elektromagnetische Stelleinrichtung der oben bezeichneten Art vorgesehen, welche wenigstens einen magnetischen Sekundärkreis besitzt, dessen magnetischer Widerstand im Betrieb zwischen einem Mindestwert und einem Höchstwert veränderlich ist, wobei diese Änderung über der Bewegungsbahn im Verhältnis zu der des magnetischen Widerstandes des magnetischen Hauptkreises ■ verschoben wird und die Änderungen des magnetischen Widerstandes des magnetischen Hauptkreise und des Sekundärkreises durch eine Änderung der Spalte während der relativen Bewegung der Anker der Stelleinrichtung erreicht werden, wobei die Stelleinrichtung einen äußeren ferromagnetischen Anker besitzt, der einen inneren ferromagnetischen Anker einschließt, und wenigstens eine Wicklungsanordnung, die von dem äußeren Anker gehalten ist und sich in dem Ringvolumen zwischen den beiden Ankern befindet. Gemäß der Erfindung weist der magnetische Sekundärkreis wenigstens ein ringförmiges ferromagnetisches Element auf, das sich parallel zur Wicklungsachse erstreckt und sich in dem inneren Volumen der Wicklungsanordnung befindet.

Das ringförmige ferromagnetische Element kann die Form einer Büchse oder eines Ringes haben, beispielsweise

Zylinderform; das Element kann jedoch auch eine als Kegelstumpf ausgebildete Außenfläche haben.

Die Büchse kann in einfacher Weise von den Windungen der Wicklungsanordnung gehalten werden, die die Büchse umgibt und in dem äußeren Anker untergebracht ist. Die Wicklungsanordnung kann als Einzelwicklung ausgebildet sein, jedoch ist es auch möglich, zwei oder mehrere Wicklungen nebeneinander anzuordnen. Im letzteren Fall ist die Zahl IQ der Amperewindungen jeder Wicklung unabhängig von der axialen Lage der Büchse.

Das ringförmige ferromagnetische Element kann eine Büchse aufweisen, die mit einem Ringansatz verbunden ist, der •je sich radial zum äußeren ferromagnetischen Anker erstreckt, wobei die Wicklungsanordnung wenigstens zwei Wicklungen enthält, die auf je einer Seite des Ringansatzes angeordnet sind. Das ringförmige ferromagnetische Element kann im Mittellängsschnitt nach Art eines L oder T ausgebildet ^sein·

Durch geeignete Bemessung der axialen Länge und/oder der Stärke der Büchse und auch durch geeignete Wahl ihrer Lage in Achsrichtung gegenüber dem äußeren Anker kann die Kurve der Änderung der Stellkraft, die von der Stelleinrichtung erzeugt wird, als Funktion des Weges geändert werden.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind zusätzlich zu den oben beschriebenen Merkmalen möglich. Aus-„Q führungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand der Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 schematisch im Längsschnitt ein erstes Ausführungsbeispiel einer elektromagnetischen oc Stelleinrichtung gemäß der Erfindung;

Pig. 2 zwei Kurven der Änderung der von einer Stelleinrichtung gem. Fig. 1 gelieferten Stellkraft, wobei eine der Kurven dem Fall entspricht, daß eine konstante Kraft über die Länge der Bewegungsbahn zur Verfügung steht, während die an

dere Kurve sich auf den Fall bezieht, daß durch entsprechende Wahl der Parameter eine Sattelkurve entsteht;

Fig. 3 schematisch im Längsschnitt ein zweites Ausführungsbeispiel einer elektromagnetischen Stelleinrichtung gem. der Erfindung;

Fig. 4 die Kurve der Änderung der von einer Stelleinrichtung gem. Fig. 3 gelieferten Stellkraft

als Funktion des Weges;

Fig. 5 schematisch im Längsschnitt ein drittes Ausführungsbeispiel einer Stelleinrichtung gem. der Erfindung;

Fig. 6 die Kurve der Änderung der von einer Stelleinrichtung gem. Fig. 5 gelieferten Stellkraft als Funktion des Weges;

schematisch ein weiteres Ausführungsbeispiel· einer Stelleinrichtung gem. der Erfindung;

die Kurve der Änderung der von einer Stelleinrichtung gem. Fig. 7 gelieferten Stellkraft als Funktion des Weges.

Wie insbesondere aus Fig. 1 hervorgeht, weist die elektromagnetische Stelleinrichtung gem. der Erfindung einen äusseren Anker 1 von im wesentlichen zylindrischer Form auf. Der äußere Anker 1 hat eine zylindrische Seitenwandung 1a, die an- einem Ende durch einen Hoden 1b abgasenIosKcm .i:;L

25	Fig.	7
	Fig.	8

30

und am anderen Ende einen ringförmigen Einsatz Ic enthält. Irn mittleren Teil besitzt die zylindrische Seitenwandung 1a ein Trennteil 2 von ringförmiger Gestalt, das sich als Vorsprung in Richtung auf die Achse des äußeren Ankers erstreckt. Im mittleren Teil des Bodens 1b ist ein Sitz 1d angeordnet, der sich in das Innere des äußeren Ankers 1 erstreckt, und zwar in Richtung auf das Trennteil 2. Die Form der Vorderseite des Sitzes 1d entspricht der Form der Vorderseite des beweglichen Ankers 3. Der bewegliche Anker 3 ist nach Art eines Tauchkolbens als zylindrische Stange ausgebildet, die gegenüber dem äußeren Anker 1 zwischen den Stellungen P₁ und P„ (Fig. 3) hin und her bewegbar ist. In Stellung P₂ befindet sich der bewegliche innere Anker 3 in Anlage mit der Vorderfläche des Sitzes 1d. Die Anker 1 und 3 und das Trennteil 2 bestehen aus ferromagnetischem Material, beispielsweise aus Stahl.

In Fig. 4 sind die Stellungen P und P die Endlagen der Bewegungsbahn, über der die Änderungen der Stellkraft der Stelleinrichtung erfolgen. Der bewegliche Anker 3 (Fig.1) bzw. 13 (Fig. 3) steht unter der Wirkung einer (nicht dargestellten) Rückstellfeder, deren Wirkungsrichtung der elektromagnetischen Kraft entgegengerichtet ist und welehe lediglich der Zweck hat, den beweglichen Anker 3 bzw. 13 in eine der Endlagen seiner Bewegungsbahn zurückzuversetzen.

Die beschriebene elektromagnetische Stelleinrichtung enthält zwei Wicklungsanordnungen, die im Fall der Fig. 1 als Wicklungen 4 und 5 dargestellt sind. Die Wicklung 4 befindet sich zwischen dem ringförmigen Einsatz 1c und dem Trennteil 2; sie enthält 120 Windungen eines Kupferdrahtes mit 1,06 mm Durchmesser, und sie wird gespeist von einer 12 Volt-Batterie mit einem Strom von 23,5 Ampere. Die Wicklung 5 befindet sich zwischen dem Trennteil 2 und dem Boden 1b; sie enthält 120 Windungen eines Kupferdrahtes

mit 0,6 mm Durchmesser, und sie wird gespeist von einer 12 Volt-Batterie mit einem Strom von 6,5 Ampere. Damit die Wicklungen 5 und 4 sie vorgesehene Lage annehmen können, sind das Trennteil 2 und der Einsatz 1c kreisring- förmig ausgebildet und innen mit der Seitenwandung 1a verschraubt; beim Zusammenbau der Einrichtung wird zunächst die Wicklung 5 in die vorgesehene Lage gebracht, dann wird das Trennteil 2 durch Verschraubung eingesetzt, anschließend folgt die Wicklung 4, und schließlich wird ^O der ringförmige Einsatz 1c eingeschraubt.

Eine bevorzugte Ausfuhrungsform hat die folgenden Abmessungen: Die Stärke des ringförmigen Einsatzes 1c, gemessen in Achsrichtung des Ankers, beträgt 7,6 mm, und der Spalt zwischen dem Einsatz 1c und dem inneren Anker 3 beträgt o,5 mm; der Durchmesser des inneren beweglichen Ankers 3 beträgt 25 mm; in der Stellung C. , die der bewegliche innere Anker 3 in Fig. 1 einnimmt, hat die Vorderfläche des Ankers 3 in Achsrichtung einen Abstand D = 12 mm von der Vorderfläche des Sitzes 1d, die ihr gegenüber liegt. Der Abstand zwischen der Innenfläche des Einsatzes 1c und der Vorderfläche des Sitzes 1d beträgt 20,9 mm, gemessen in Richtung der Achse des äußeren Ankers 1. Der Innendurchmesser der zylindrischen Seitenwan- dung 1a beträgt 48,5 mm, während der Außendurchmesser 54 mm beträgt. Der Abstand L zwischen dem Boden 1b und der inneren Fläche des Einsatzes 1c beträgt 26,8 mm; die Stärke des Bodens 1b beträgt 2,8 mm. Als e wird die Stärke des Trennteils 2, gemessen in Richtung der Achse

gO des äußeren Ankers, bezeichnet; E ist der Abstand zwischen dem inneren Rand des Trennteils 2 und dem inneren beweglichen Anker 3, wenn sich dieser Anker 3 im Bereich des Trennteils 2 befindet; als χ wird der Abstand zwischen dem Trennteil 2 und der Innenfläche des Einsatzes 1c be-

Q5 zeichnet; als χ wird der Abstand zwischen der Innenfläche des Einsatzes 1c und der Vorderfläche des inneren beweglichen Ankers 3 an dessen Peripherie bezeichnet;

0 ist der mittlere Durchmesser der zylindrischen Seitenwandung 1a, 0. ist der Durchmesser des Innenrandes des Trennteils 2, und H ist die Dicke der Seitenwandung 1a.

Bei der beschriebenen elektromagnetischen Stelleinrichtung wird der magnetische. Hauptkreis gebildet durch den Flußweg, der nicht durch das Trennteil 2 fließt, also ausgehend von dem inneren beweglichen Anker 3 in nachstehender Reihenfolge: Innerer Anker 3, konstanter ringförmiger Spalt von 0,5 mm zwischen Anker 3 und dem ringförmigen Einsatz 1c, zylindrische Seitenwandung 1a, Boden 1b, Sitz 1d, variabler Spalt zwischen dem Sitz 1d und der Vorderfläche des Ankers 3. In diesem magnetischen Hauptkreis befindet sich ein konstanter HauptvSpaltbereich zwischen dem Anker 3 und dem Einsatz 1c, und ein variabler Haupt-Spaltbereich zwischen dem Sitz 1d und dem Anker 3. Der magnetische Sekundärkreis verläuft durch das Trennteil 2, und sein Flußweg gelangt daher durch folgende Teile: beweglicher Anker 3/ konstanter ringförmiger Spalt von 0,5 mm zwischen dem beweglichen Anker 3 und dem ringförmigen Einsatz 1c, ringförmiger Einsatz 1c, zylindrische Seitenwandung 1a, Trennteil 2, variabler Spalt zwischen Trennteil 2 und beweglichem Anker 3. Der magnetische Sekundärkreis enthält daher einen konstanten sekundären Spaltbereich zwischen dem beweglichen Anker 3 und dem ringförinigen Einsatz 1c und einen variablen sekundären Spaltbereich zwischen Trennteil 2 und dem inneren beweglichen Anker 3.

Wenn man bei der beschriebenen Anordnung die folgenden Domensionen wählt:

1 mm ^ e <£ 2 ,5 mm,
0,5 mm<CE <2 mm,

I = 0,5,

so wird erreicht, daß die Kurve der Änderung der von

QA

dem beweglichen Anker 3 ausgeübten Kraft als Funktion des Weges bei gleichzeitiger Erregung der Spulen 4 und 5 eine sattelförmige Kurve ist, wie sie unter dem Bezugszeichen 6 in Fig. 2 dargestellt ist. In der Darstellung dieser 5- Figur ist die am beweglichen Anker 3 wirksame Kraft in der Ordinate mit dem Buchstaben F eingetragen; die jeweilige Stellung des beweglichen Ankers 3 ist in der Abszisse mit dem Buchstaben C eingetragen. Der Punkt C₁ in Fig. 2 entspricht der in Fig. 1 dargestellten Position des beweglichen Ankers 3, in der der magnetische Widerstand des magnetischen Hauptkreises und des Sekundärkreises einen Maximalwert einnehmen, während der Punkt C„ einer mittleren Stellung entspricht, in der der bewegliche Anker 3 sich mit seiner Vorderfläche dem Sitz 1d nähert. Eine Wirkungsweise entsprechend der Kurve 6 in Fig. 2 hat technisch dadurch eine besondere Bedeutung, daß eine Stelleinrichtung dieser Art in vorteilhafter Weise für mechanische Schaltvorgänge oder sonstige Stellvorgänge etwa bei Kraftfahrzeugen benutzt werden kann.

Wenn dagegen bei einer Stelleinrichtung der beschriebenen Art die Stellkraft über wenigstens einen wesentlichen Teil der Bewegungsbahn konstant sein soll und dementsprechend die Kurve 7 in Fig. 2 einzuhalten ist, sind die Abmessungen wie folgt zu wählen:

0,5 mm^e < 1 mm,
2mm <E < 5 mm,

0,4 mm<x «CO,6 mm

L
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Wenn man von den obigen experimentell festgestellten Werten ausgeht, können zum Erreichen der Kurvenformen 6 und 7 Variationszonen definiert werden, wobei die folgenden dimensionsIosen Beziehungen gelten:

H0_e

E
D

λ =^x -^x

Wenn eine Kurve entsprechend 6 in Fig. 2 erreicht werden soll, gelten die folgenden Beziehungen:

*

0,18<f ^«£0,45,

0,04-C X₂< 0,17,
X etwa 0,37.

._ Wenn dagegen eine Kurve entsprechend 7 in Fig. 2 zu er-Ib

reichen ist, gelten die folgenden Beziehungen:

0,08<£ X^ 0,18,

0,17^ X_o< 0,43,

__ 0,15<L A-^-O,60.

Bei dem Ausführungsbeispiel in Fig. 3 enthält eine elektromagnetische Stelleinrichtung einen äußeren ferromagnetischen Anker 11 von zylindrischer Form. Der äußere Anker 11 besitzt eine zylindrische Seitenwandung 11a, die

an einem Ende durch einen Boden 11b abgeschlossen ist, und an dem anderen Ende befindet sich ein ringförmiger Einsatz 11 c. In der Mitte des Bodens 11b ist ein Sitz 11d ausgebildet, welcher sich axial in das Innere des äußeren Ankers 11 erstreckt. Der ringförmige Einsatz 11c kann in die Seitenwandung 11a eingeschraubt werden.

Der äußere Anker 11 schließt einen inneren ferromagnetischen Anker 13 ein, der als Hohlzylinder ausgebildet

sein kann und den beweglichen Anker der Stelleinrichtung ο ο

bildet. Die Form des vorderen Teils des Sitzes 11d entspricht der Form des vorderen Endes des Ankers 13, das den Sitz 11d zugewandt ist. Wenn am Ende der Bewegungsbahn

der bewegliche Anker 13 dem Sitz 11d gegenüberliegt, greifen diese beiden Teile ineinander.

Der innere bzw. bewegliche Anker 13 steht unter der Wirkung einer Rückstellkraft, z.B. einer (in der Zeichnung nicht dargestellten) Feder, deren Kraftrichtung der Richtung der elektromagnetischen Kraft entsprechend der Darstellung in Fig. 3 entgegengerichtet ist; die Rückstellkraft ist also bestrebt, den Anker 13 von dem Sitz 11d abzuheben und ihn wieder in die Ausgangslage P1 zurückzuführen, die in Fig. 3 in voll ausgezogenen Linien dargestellt ist. Die Arbeitsstellung P2 des Ankers 13 entspricht dem Zustand des Auftreffens des Ankers 13 auf den Sitz 11d, und dieser Zustand ist in Fig. 3 gestrichelt dargestellt.

Die Anker 11 und 13 bestehen aus ferromagnetischem Material, z.B. aus Stahl.

An dem äußeren Anker 11 ist wenigstens eine Wicklung 14 angebracht, welche sich in dem ringförmigen Raum B zwischen den beiden Ankern 13 und 11 befindet. Das Volumen B ist begrenzt durch die zylindrische Außenfläche des beweglichen Ankers 13 oder die Verlängerung dieser Fläche und durch die Innenfläche des äußeren Ankers 11.

Bei dem Gegenstand der Fig. 3 ist ein magnetischer Hauptkreis zwischen dem äußeren Anker 11 und dem beweglichen Anker 13 gebildet, von dem eine Flußlinie fp schematisch

3Q eingezeichnet ist. Der magnetische Hauptkreis enthält eine konstante Haupt-Spaltpartie k zwischen dem beweglichen Anker 13 und dem ringförmigen Einsatz 11 und eine variable Haupt-Spaltpartie m zwischen dem Sitz 11d und dem beweglichen Anker 13. Wie in der Figur erkennbar ist, schließen sich die Flußlinien durch den beweglichen Anker 13 und den äußeren Anker 11.

Bei der in Fig. 3 dargestellten bevorzugten Ausführungsform ist auch ein magnetischer Sekundärkreis gebildet, dessen magnetischer Widerstand im Betrieb zwischen einem Mindestwert und einem Höchstwert veränderlich ist, wobei diese Änderung im Verhältnis zu der des magnetischen Widerstandes des magnetischen Hauptkreises eine Verschiebung erfährt. Der magnetische Sekundärkreis enthält wenigstens ein ferromagnetisches Element 12, das ringförmig ausgebildet ist und sich entlang der Achse A der Wicklung 14 erstreckt (diese Achse A ist auch gemeinsame Achse der Anker 11 und 13); es ist untergebracht in einer inneren Aussparung 18 der Wicklung 14. Das ferromagnetische Element 12 kann ebenfalls aus Stahl bestehen.

Wie Fig. 3 zeigt, hat das ferromagnetische Element 12 die Form einer zylindrischen Büchse 19, also eines Drehteils, dessen innerer Radius ri ist, und dessen Wandstärke den Wert h hat. Die Lage der Büchse 19 entsprechend der Achse A der Wicklung 14 und der Stelleinrichtung ist definiert durch den Abstand a zwischen der Stirnfläche der Büchse 19, die dem ringförmigen Einsatz 11c zugewandt ist, und der Stirnfläche des beweglichen Ankers 13 in Richtung auf den Sitz 11d bei Ruhelage. Wenn man als b den Abstand zwischen der anderen Stirnfläche der Büchse 19 und der genannten Stirnfläche des beweglichen Ankers 13 bei Ruhelage bezeichnet, so hat die Büchse 19 eine axiale Länge von b - a.

In Fig. 3 ist, wie erwähnt, schematisch eine magnetische Flußlinie fs des Sekundärkreises eingezeichnet, und zwar für den Fall, daß sich der bewegliche Anker 13 in der Ruhelage befindet (in Fig. 3 voll ausgezeichnet), in der der bewegliche Anker die größte Entfernung von dem Sitz 11d hat. Dieser magnetische Sekundärkreis entspricht dem folgenden Weg des magnetischen Flusses: beweglicher Anker 13, konstanter Ringspalt k, äußerer Anker 11, konstanter Spalt zwischen dem Sitz 11d und der Büchse 19, und

variabler Spalt zwischen der Büchse 19 und dem beweglichen Anker 13.

Wenn in der Wicklung ein Strom mit gleichbleibender ο Stärke fließt, ändert sich die anziehende Kraft, die von dem äußeren Anker 11 auf den beweglichen Anker 13 ausgeübt wird, entsprechend der Darstellung in Fig. 4.

In Fig. 4 ist in der Ordinate die auf den beweglichen Anker 13 ausgeübte Kraft eingetragen, während die Abszisse die Länge des variablen Spaltes m zwischen dem Sitz 11d und der entsprechenden Stirnfläche des beweglichen Ankers 13 zeigt. Die Länge dieses Spaltes m hat einen Höchstwert in der Ruhelage P1; der auf der Abszissenachse der Fig. 4 eingetragene Punkt P1 entspricht diesem Höchstwert des Spaltes.

In der Stellung B2, in der der bewegliche Anker 13 sich in dem Sitz 11d befindet, hat der Spalt m den Wert Null angenommen, und dies entspricht in der Darstellung der Fig. 4 dem Erreichen der Ordinatenachse.

Der Höchstwert der auf den beweglichen Anker 13 ausgeübten Kraft wird deutlich erkennbar erreicht, wenn der Hauptspalt m den Wert Null angenommen hat.

Die in Fig. 4 dargestellte Kurve 16 kann als Sattelkurve bezeichnet werden. Wenn man von dem Punkt 20 ausgeht, der dem Abszissenwert P1 entspricht, gelangt man zunächst in eine Zone 16a, in der die Kraftwirkung bei Verkleinerung des Spaltes ansteigt. Anschließend erreicht die Kurve 16 ein Maximum 16m, und es wird dann eine Zone 16b erreicht, in der die auf den beweglichen Anker 13 ausgeübte Kraft abnimmt, wobei die Länge des Spaltes m in gleicher Weise abnimmt. In der Kurve 16 folgt dann eine Zone' 16c, in der nur noch ein geringer Abfall erfolgt. Nach dem Kurventeil 16c folgt eine Zone 16d, in der bei Verkleinerung des

Spaltes die Kraft erneut ansteigt. Die ausgeübte Kraft erreicht ihren theoretischen Höchstwert Fm, wenn der Spalt den Wert Null erreicht.

Wenn es gefordert ist, den Höchstwert 16m im wesentlichen parallel zur Abszisse zu verschieben, genügt es, den oben definierten Wert a entsprechend zu ändern, ohne daß der Wert b geändert wird. Die Änderung des Wertes a wird dadurch erreicht, daß die Länge der Büchse 19 entsprechend geändert wird, ohne daß die axiale Lage des Endes der Büchse, die zu dem Sitz 11d gerichtet ist, geändert wird.

Wenn der Wert a steigt, verschiebt sich der Höchstwert 16m in der Darstellung der Fig. 4 nach links, während bei Verkleinerung des Wertes a der Höchstwert 16m nach rechts wandert.

Wenn die Länge b - a der Büchse 19 bei gleichbleibendem Wert a zunimmt, steigt der Ordinatenwert des Kurvenmaximums 16m, während der mittlere Ordinatenwert im Bereich 16c fällt. Die umgekehrte Wirkung tritt ein, wenn b - a kleiner wird.

Wenn a und b - a gleichzeitig geändert werden, ist das Ergebnis dieser Änderungen im wesentlichen gleich der Summe der Ergebnisse der einzelnen Änderungen von a und b - a.

Wenn der Wert a verkleinert wird, steigt die Differenz der Abszissenwerte zwischen dem Höchstwert 16m und dem Mittelwert des Kurventeiles 16c. Außerdem steigt der Wert der Länge des Kurventeils 16c, also die Differenz der Abszissenwerte zwischen den Enden der Zone 16c niedriger Werte.

Je mehr der Wert b vergrößert wird, umsomehr nimmt die Kraft Pm ab, die sich bei dem Wert Null des Luftspalts einstellt.

Der Wert der Stärke h der Büchse 19 beeinflußt das Ergebnis ebenfalls. Je mehr der Wert h abnimmt, umso stärker verringert sich die Differenz zwischen dem Ordinatenwert des Maximums 16m und dem mittleren Ordinatenwert der Zone 16c niedriger Werte.Wenn der Wert h der Wandstärke geringer wird, nimmt der Ordinatenwert des Höchstwertes 16m ab, während der mittlere Ordinatenwert der Zone 16c niederiger Werte steigt.

Es kann auch eine Linearisierung der Kurve 16 erreicht und eine Partie dieser Kurve gebildet werden, die im wesentlichen parallel zur Abszissenachse ist, wenn man den Wert h der Wandstärke der Büchse 19 entsprechend reduziert. Die Wirkung der Herabsetzung des Wertes h ist im wesentlichen die gleiche, wie sie bei einer Verminderung des Differenzwertes b - a erhalten wird.

Die Büchse 19 wird von den Windungen der Wicklung 14 gehalten, die in dem ringförmigen Raum B untergebracht ist. Es kann zweckmäßig sein, daß die Büchse 19 in geeigneter Weise innerhalb der Wicklung 14 untergebracht wird, und das bedeutet, daß in Achsrichtung der Büchse 19 die radiale Stärke der Wicklung 14 größer ist (und dementsprechend mehr Windungen aufweist) als im Bereich der Büchse 19, wie es schematisch in Fig. 3 dargestellt ist.

Wenn die Wicklung 14 mehrere benachbarte Spulen aufweist, kann der Betrag der Amperewindungen dieser Spulen in geeigneter Weise gewählt werden, ohne daß die axiale Lage der Büchse 19 in die Rechnung eingeht, da das Volumen, das für die Unterbringung der betreffenden Amperewindungen zur Verfügung steht, unabhängig ict von dar axialen Lage der Büchse 19.

J I·;:; i:;t VA ax erkennbar, daß box der beschriebenen Bauart der elektromagnetischen Stelleinrichtung gem. der Erfindung, inbesondere im Zusammenhang mit der Büchse 19, ein leichter und einfacher Zusammenbau möglich ist.

Anstelle einer zylindrischen Büchse 19 kann auch eine Büchse verwendet werden, deren Außenfläche kegelstumpfförmig ausgebildet ist.

Fig. 5 zeigt eine weitere bevorzugte Ausfuhrungsform der Erfindung, bei der das ferromagnetische ringförmige Element 12 aus einem zylindrischen Drehkörper 19a besteht, mit dem ein Ringansatz 21 verbunden ist, dessen Mittelebene im wesentlichen senkrecht zu der Achse A angeordnet ist. Der Ringansatz 21 ist zentrisch zu der Achse A angeordnet, und er erstreckt sich radial bis zur Innenfläche des äußeren Ankers 11. Die Wicklungsanordnung 14 besteht aus wenigstens zwei Wicklungen 14a und 14b, die sich zu beiden Seiten des Ringansatzes 21 befinden. Das ferromagnetische Element 12 kann durch die Windungen einer der Wicklungen gehalten werden, und zwar im vorliegenden Fall entsprechend der Darstellung der Fig. 5 durch Wicklung 14a.in deren Innenbereich die Büchse 19a gehalten ist.

Bei dem Ausführungsbeispiel gem. Fig. 5 sind für gleiche bzw. funktionsgleiche Elemente die im Zusammenhang mit dem Ausführungsbeispiel gem. Fig. 3 verwendeten Bezugszeichen eingesetzt, und es erübrigt sich in diesem Zusammenhang eine nähere Beschreibung der Wirkungsweise.

Im Längsschnitt hat das ferromagnetische Element 12 die Form eines L oder eine sonstige geeignete rechtwinklige Form, wie aus Fig. 5 hervorgeht. Der Ringansatz 21 ist am Q5 Ende der Büchse 19a angesetzt, und zwar auf der von dem ringförmigen Einsatz 11c abgewandten Seite.

Die Flußlinien fs des Sekundärkreises gelangen bei der in Fig. 5 dargestellten Ausführungsform durch den Zweig/ welcher gebildet wird durch Ringansatz 21, Büchse 19, variabler Spalt zwischen der äußeren Stirnfläche der Büchse 19a in Richtung auf den ringförmigen Einsatz 11c und beweglicher Anker 13.

Durch den Ringansatz 21 können beiderseits dieses Ringansatzes die für die Wicklungen 14a und 14b zur Verfügung -^q stehenden Volumina begrenzt werden, so daß in entsprechender Weise auch die maximale Zahl der Amperewindungen bpi diesen Wicklungen begrenzt wird.

Wenn ein Strom gleichbleibender Stärke durch die Wicklun- -^g gen 14a und 14b fließt, ändert sich die auf den beweglichen Anker 13 ausgeübte Kraft nach der Kurve 26 der Fig. 6, und zwar als Funktion der Länge des Hauptspaltes m. In der Ordinate und der Abszisse in der Fig. 6 sind dieselben Werte wie bei Fig. 4 eingetragen. In dem 2Q Diagramm der Fig. 6 besitzt die Kurve 2 6 verschiedene Punkte oder Zonen, die Punkten oder Zonen der Kurve 16 der Fig. 4 entsprechen, und diese sind analog mit den entsprechenden Bezugszeichen der Fig. 4, jedoch bezogen auf die Zahl 20, eingetragen. Diese Zonen bzw. Punkte brause chen daher nicht erneut beschrieben zu werden.

Wie aus Fig. 6 hervorgeht, ist die Zone 26c niedrigerer Werte in Richtung der Abszissenachse vergrößert. Die Parameter a und b und der Wert der Wandstärke h haben in be-OQ zug auf die Büchse 19a die gleiche Bedeutung, wie es bei Fig. 3 hinsichtlich der Büchse 19 der Fall ist.

Die Stärke des Ringansatzes 21 erhält die Kurzbezeichnung s. Wenn man bei gleichbleibender Stärke s die Wandstärke g₅ h der Büchse 19a vermindert, wird die Horizontalität dor Kurve 26 verstärkt, und dies wirkt sich aus durch einen geringeren Wert der Ordinate des Maximums 26m und eine

Erhöhung der mittleren Ordinate der Zone 2 6c, wie es auch bei Fig. 3 der Fall ist.

Wenn man bei der in Fig. 5 dargestellten Anordnung mit einem als rechter Winkel ausgebildeten ferromagnetischen Element 12 die Differenz b - a erhöht, stellt sich sowohl eine Verminderung der Ordinate des Maximums 26m als auch eine Erhöhung der mittleren Ordinate der Zone 2 6c ein. Dieses Ergebnis steht im Gegensatz zu den Verhältnis- IQ sen bei der Ausfuhrungsform nach Fig. 3, die sich einstellen, wenn die Differenz b - a erhöht wird.

Im Zusammenhang mit den Quotienten h/s, also dem Verhältnis der Stärke der zylindrischen Büchse 19a zu der Stärke ^g des Ringansatzes 21, wurde festgestellt, daß bei Verminderung des Verhältnisses h/s die Kurve 2 6 sich abflacht, also die Differenz zwischen den Ordinaten des Maximums 2 6m und der mittleren Ordinate der Zone 26c geringer wird.

2Q Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, daß die Büchse 19a in axialer Richtung über den Ringansatz 21 hinaus in Richtung auf den Sitz 11d weitergeführt werden kann. In diesem Fall kann das ferromagnetische Element 12 im Längsschnitt im

ok wesentlichen die Form eines T annehmen.

Eine weitere bevorzugte Ausführungsform zeigt Fig. 7, bei der das ferromagnetische Element 12 eine weitere vorteilhafte Gestaltung erfahren hat.

In ähnlicher Weise wie bei dem Ausführungsbeispiel gem.

Fig. 5 ist ein Ringansatz 21 mit einer Büchse 19b verbunden, deren äußere Fläche 22 bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 7 kegelstumpfförmig ausgebildet ist. Der Durchgpmesser der Außenfläche 22 nimmt kontinuierlich mit Entfernung von dem Ringansatz 21 in Richtung auf den ringförmigen Einsatz 11c ab.

Die in Fig. 8 dargestellte Kurve 3 6 zeigt die Änderung der auf den beweglichen Anker 13 einwirkenden Kraft als Funktion der Länge des Hauptspalts m bei der Anordnung nach Fig. 7. Die Kurve ist in der Darstellung nach Fig.8 noch stärker abgeflacht als in der Darstellung der Fig.6. Bei dem in Fig. 8 dargestellten Kurvenverlauf ist die Ordinate des Maximums 3 6m geringfügig niedriger als die mittlere Ordinate der Zone 36c.

Die Steigung der kegelstumpfförmigen Außenfläche 22 kann auch in umgekehrten Sinn verlaufen, so daß der Durchmesser dieser Außenfläche progressiv zunimmt, wenn man sich von dem Ringansatz 21 in Richtung auf den ringförmigen Einsatz 11c entfernt. In diesem Fall würde die-Ordinate des Maximums 36m gegenüber der mittleren Ordinate der Zone 36c höher sein.

Die Form des ferromagnetischen Elements kann im Längsschnitt von der dargestellten Form abweichen und z.B.

T-Form haben. In diesem Fall würde gegenüber der in den Fig. 5 und 7 dargestellten L-Form im Längsschnitt eine T-Form vorhanden sein, bei der die Büchse 19a bzw. 19b zur anderen Seite des Ringansatzes 21 verlängert ist. Wenn also das ferromagnetische Element T-Form hat, wird die Büchse über den Ringansatz 21 zur anderen Seite verlängert.

Bei allen beschriebenen Ausfuhrungsformen ermöglicht die Bauart der Büchse 19 bzw. 19a bzw. 19b ein einfache und kostengünstige Montage des ferromagnetischen Elements 12 und den Vorteil, daß dieses Teil von den Wicklungen in seiner Position gehalten werden kann. Dabei stehen zahlreiche Möglichkeiten zur Verfügung, die Kurven 16, 26 und 36 um gegebene Problemstellungen anzupassen, in dem die verschiedenen wesentlichen Parameter der Büchse 19 bzw. 19a bzw. 19b entsprechend bemessen werden.

Die büchse befindet sich in Achsrichtung zwischen dem Boden 11b und dem ringförmigen Einsatz 11c. Ihr Innenradius ri ist größer als der Außenradius des beweglichen Ankers 13, und zwar um einen Betrag in der Größenordnung des Spalts k, derart, daß der bewegliche Anker 13 bei seiner Bewegung in Richtung auf den Sitz 11d sich in die Büchse 19 bzw. 19a bzw. 19b einfügt, wie es in den Fig. 3, 5 und 7 dargestellt ist. Wenn der bewegliche Anker 13 die Ruhelage einnimmt, befindet er sich in Achsrichtung vollständig außerhalb der Büchse 19 bzw. 19a bzw. 19b, und der variable Spalt zwischen Büchse 19 bzw. 19a bzw. 19b und dem beweglichen Anker 13 hat die maximale Abmessung a. Rsi der Bewegung des beweglichen Ankers 13 in Richtung auf den Sitz 11d nimmt der veränderliche Spalt des magnetischen Sekundärkreises ab und erreicht sein Minimum, wenn der bewegliche Anker 13 in die Büchse 19 bzw. 19a bzw. 19b eindringt. Der magnetische Widerstand des magnetischen Sekundärkreises erreicht daher sein Minimum, bevor dies bei dem magnetischen Hauptkreis der Fall ist.

1-ks

- Leerseite

Claims

Maxton ■ Maxton ■ Langmaäck: * : Jj " ^Patentanwälte

Patentanwälte Maxton & Langmaäck - Pferdmengesstr. 50 - 5000 Köln 51

Alfred Maxton sr. (1943-1978)

Anmelder: Equipements Automobiles Alfred Maxton

Marchai S.A. Jürgen Langmaäck

2§^:r"-rÜe Guynemer Diplom-Ingenieure (TU)

F-9^32 Issy-les-Moulineaux zugelassen beim

Europaischen Patentamt

5000 Köln 51

Unsere Zeichen Datum

559 pg 848 09.10.84

Bezeichnung: Elektromagnetische Stelleinrichtung Ansprüche:

Θ-

1/. Elektromagnetische Stelleinrichtung mit zwei auf einer Bewegungsbahn relativ zueinander bewegbaren Ankern (1, 3) und einem magnetischen Hauptkreis (3, 1c, 1a, 1b, 1d, 3), dessen magnetischer Widerstand im Betrieb veränderlich ist zwischen einem Mindestwert an einem Ende der Bewegungsbahn und einem Höchstwert am anderen Ende der Bewegungsbahn, und mit wenigstens einem magnetischen Sekundärkreis (3, 1c, 1a, 2, 3), dessen magnetischer Widerstand im Betrieb veränderlich ist, wobei diese Änderung des magnetischen Widerstandes über der Bewegungsbahn im Verhältnis zu der des magnetischen Widerstandes des magnetischen Hauptkreises verschoben wird und die Änderungen des magnetischen Widerstandes des magnetischen Hauptkreises und des Sekundärkreises durch eine Änderung der Spalte während der relativen Bewegung der Anker (1, 3) der Stelleinrichtung erreicht werden, dadurch gekennzeichnet, daß die Änderungen des magnetischen Widerstandes des magnetischen Hauptkreises und des Sekundärkreises bei einem

Telefon: (0221) 380238 · Telegramm: Inventator" Köln · Telex. 8883555 max d f 12 Postgirokonto-CCP Köln (BLZ 37010050) Kto.-Nr. 152251-500 · Deutsche Bank AG Köln (BLZ 37070060) Kto.-Nr. 1236181

Bewegungsvorgang der Stelleinrichtung monotone und gleichgerichtete Änderungen sind.
2. Elektromagnetische Stelleinrichtung nach Anspruch 1,

mit einem äußeren ferromagnetischen Anker (1), der einen inneren ferromagnetischen Anker (3) einschließt, und wenigstens zwei Wicklungsanordnungen (4, 5), die von einem (1) der Anker gehalten sind und sich in dem Ringvolumen zwischen den beiden Ankern befinden, dadurch gekennzeichnet, daß derjenige Anker (1), der die Wicklungsanordnungen (4, 5) trägt, mit wenigstens einem ferromagnetischen Trennteil (2) zusammenwirkt, das zwischen den beiden Wicklungsanordnungen (4, 5) angeordnet ist und mit den Ankern (1, 3) einen magnetischen Sekundärkreis bildet.
3. Elektromagnetische Stelleinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der äußere Anker (1) zylinderförmig ausgebildet ist und einen Boden (1b) aufweist, während der innere Anker (3) im wesentlichen in Achsrichtung des äußeren Ankers (1) angeordnet ist, wobei der Spalt des magnetischen Hauptkreises aus zwei Teilen besteht, nämlich einem konstanten (3, 1c), in Zylinderform zwischen den beiden Ankern (1, 3), gleichmäßig verteilten Teil und einem variablen Teil (1d, 3), der sich zwischen dem inneren Anker (3) und dem Boden (1b) des äußeren Ankers (1) befindet.
4. Elektromagnetische Stelleinrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Trennteil (2) sich radial in den Bereich des variablen Teils des Spaltes des magnetischen Hauptkreises erstreckt und der magnetische Sekundärkreis einen Spalt aufweist, der aus einem konstanten Teil (3, 1c) und einem variablen Teil (2, 3) besteht.
5. Elektromagnetische Stelleinrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Trennteil (2) ringförmig ausgebildet ist und eine konstante Stärke e hat.
6. Elektromagnetische Stelleinrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die die magnetischen Kreise bestimmenden Teile so bemessen sind, daß im Minimalzustanddes Spaltes des magnetischen Hauptkreises der variable Teil des Spaltes des magnetischen Sekundärkreises im wesentlichen durch einen zylindrischen Raum konstanter Stärke E gebildet ist, der von dem Trennteil (2) zwischen den beiden Ankern (1, 3) begrenzt ist.
7. Elektromagnetische Stelleinrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der zylindrische Raum, der durch das Trennteil (2) zwischen den beiden Ankern (1, 3) eingeschlossen ist, ein einheitlicher Ringzylinder mit der Stärke E ist.
8. Elektromagnetische Stelleinrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der zylindrische Raum, der durch das Trennteil (2) zwischen den beiden Ankern (1, 3) eingeschlossen ist, aus mehreren Ringzylindern besteht, deren Summe der radialen Abmessungen = E ist.
9. Elektromagnetische Stelleinrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Ringzylinder zwischen dem inneren beweglichen Anker (3) und dem Trennteil (2) angeordnet ist.
10. Elektromagnetische Stelleinrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Wicklungsanordnungen (4, 5) sich im Inneren des äußeren Ankers (1) befinden.
11. Elektromagnetische Stelleinrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der innere bewegliche Anker (3) nach Art eines Tauchkolbens ausgebildet ist, während der äußere Anker (1) sich in einer festen Lage befindet.
Y?.. Elektromagnetische Stelleinrichtung nach den Ansprüchen 5, 7 und 10, bei der die von dem beweglichen Element ausgeübte Kraft sich nach der Funktion einer Sattelkurve ändert und bei der H die konstante Stärke der zylindrisehen Wandung des äußeren Ankers, 0 der mittlere Durchmesser der zylindrischen Wandung des äußeren Ankers, 0. der Durchmesser des inneren Randes des Trennteils ist, der ein Kreis mit der gleichen Achse wie die der zylindrischen Wandung des äußeren Ankers ist, und bei dem Aj das Verhältnis ^i ist, dadurch gekennzeichnet, daß 0,18< X₁ <£ 0,45 ist. ^e
13. Elektromagnetische Stelleinrichtung nach den Ansprüchen 5, 7 und 10, bei der die von dem beweglichen Element ausgeübte Kraft sich nach der Funktion einer Sattelkurve

ändert, bei der D der Abstand zwischen den Stellungen ist, ■ bei denen der Spalt des magnetischen Hauptkreises einen Höchstwert bzw. Mindestwert hat, und A^ das Verhältnis darstellt, dadurch gekennzeichnet, daß 0,04<£ A -C 0,17 ^ist·
14. Elektromagnetische Stelleinrichtung nach den Ansprüchen 5, 7 und 10, bei der die von dem beweglichen Element ausgeübte Kraft sich nach der Funktion einer Sattelkurve ändert, bei der D der Abstand zwischen den Stellungen ist, bei denen der Spalt des magnetischen Hauptkreises einen Höchstwert bzw. Mindestwert hat, bei der χ der Abstand zwischen dem Trennteil und dem konstanten Bereich des Spaltes des magnetischen Hauptkreises, χ der Abstand zwisehen der Vorderfläche des inneren beweglichen Ankers gegenüber dem Boden des äußeren Ankers, und dem konstanten Bereich des Spaltes des magnetischen Hauptkreises ist, wenn der Spalt einen Höchstwert hat, und A das Verhältnis

X — X Λ

- Ό ist, dadurch gekennzeichnet, daß Λ ^ in der Größen-

Ordnung von 0,37 liegt.
15. Elektromagnetische Stelleinrichtung nach den Ansprüchen 5, 7 und 10, bei der die von dem beweglichen Element ausgeübte Kraft über einen wesentlichen Teil der Bewegungsbahn im wesentlichen konstant bleibt und bei der H die konstante Stärke der zylindrischen Wandung des äußeren Ankers, 0 der mittlere Durchmesser der zylindrischen Wandung des äußeren Ankers, 0. der Durchmesser des inneren Randes des Trennteils, der ein Kreis mit der gleichen Achse wie der der zylindrischen Wandung des äußeren Ankers ist, und bei dem \_Λ das Verhältnis f~h ist, dadurch

Λ ^e

gekennzeichnet, daß 0,0%< Λ~<- 0,18 ist.
16. Elektromagnetische Stelleinrichtung nach den Ansprüchen 5, 7 und 10, bei der die von dem beweglichen Element ausgeübte Kraft über einen wesentlichen Teil der Bewegungsbahn im wesentlichen konstant bleibt und bei der D der Abstand zwischen den Stellungen ist, bei denen der Spalt des magnetischen Hauptkreises einen Höchstwert bzw.

XE das Verhältnis - darstellt, da-

'20 durch gekennzeichnet, daß 0,1 7<£ Λ.- ·< 0,43 ist.
17. Elektromagnetische Stelleinrichtung nach den Ansprüchen 5, 7 und 10, bei der die von dem beweglichen Element ausgeübte Kraft über einen wesentlichen Teil der Bewegungsbahn im wesentlichen konstant bleibt und bei der D der Abstand zwischen den Stellungen ist, bei denen der Spalt des magnetischen Hauptkreises einen Höchstwert bzw. Mindestwert hat, bei der χ der Abstand zwischen dem Trennteil und dem konstanten Bereich des Spaltes des magnetischen Hauptkreises, χ der Abstand zwischen der Vorderfläche des inneren beweglichen Ankers, gegenüber dem Boden des äußeren Ankers, und dem konstanten Bereich des Spaltes des magnetischen Hauptkreises ist, wenn der Spalt einen Höchstwert hat,

λ ·ττ ^_- -tr
_- das Verhältnis — ο ist, dadurch gekennzeichnet,

daß 0,15*: λ ₃ < 0,60 ist.

ο..
18. Elektromagnetische Stelleinrichtung nach einem der Aniiprucho 2 bj ε 17, dadurch gekennzeichnet/ daß die Wicklungsanordnungen beiderseits des Trennteils angeordnet und in zwei Wicklungen (4, 5) aufgeteilt sind.
19. Elektromagnetische Stelleinrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Wicklungsanordnungen beiderseits des Trennteils angeordnet sind, derart, daß sie zwei Teile derselben Wicklung darstellen.
20. Elektromagnetische Stelleinrichtung mit zwei auf einer Bewegungsbahn relativ zueinander bewegbaren Ankern und einem magnetischen Hauptkreis, dessen magnetischer Widerstand im Betrieb veränderlich ist zwischen einem Mindestwert an einem Ende der Bewegungsbahn und einem Höchstwert am anderen Ende der Bewegungsbahn, und mit wenigstens einem magnetischen Sekundärkreis, dessen magnetischer Widerstand im Betrieb zwischen einem Mindestwert und einem Höchstwert veränderlich ist, wobei diese Änderung über der Bewegungsbahn im Verhältnis zu der des magnetischen Widerstandes des magnetischen Hauptkreises verschoben wird und die Änderungen des magnetischen Widerstandes des magnetischen Hauptkreises und des Sekundärkreises durch eine Änderung der Spalte während der relativen Bewegung der Anker der Stelleinrichtung erreicht werden, nach Anspruch 1 oder 2, mit einem äußeren ferromagnetischen Anker, der einen inneren ferromagnetischen Anker einschließt, und wenigstens einer Wicklungsanordnung, die von dem äußeren Anker gehalten ist und sich in dem Ringvolumen zwischen den beiden Ankern befindet, dadurch gekennzeichnet, daß der magnetische Sekundärkreis wenigstens ein ringförmiges ferromagnetisches Element (12) aufweist, das sich parallel zur Wicklungsachse (A) erstreckt und sich in dem inneren Volumen (18) der Wicklungsanordnung befindet.
21 . Elektromagnetische Stelleinrichtung nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß das ringförmige ferromagnetische Element (12) als zylindrische Büchse ausgebildet ist.
22. Elektromagnetische Stelleinrichtung nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß das ringförmige ferromagnetische Element (12) als Büchse ausgebildet ist, deren aussere radiale Fläche Kegelstumpfform hat.
23. Elektromagnetische Stelleinrichtung nach einem der Ansprüche 20 bis 22, dadurch gekennzeichnet, daß das ringförmige ferromagnetische Element (12) eine Büchse (19a, 19b) aufweist, die mit einem Ringansatz (21) verbunden ist, der sich radial zum äußeren ferromagnetischen Anker

(11) erstreckt, wobei die Wicklungsanordnung wenigstens zwei Wicklungen (14a, 14b) enthält, die auf je einer Seite des Ringansatzes (21) angeordnet sind.
24. Elektromagnetische Stelleinrichtung nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, daß das ringförmige ferromagnetische Element (12) im Mittellängsschnitt L-Form hat.
25. Elektromagnetische Stelleinrichtung nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, daß das ringförmige ferromagnetisehe Element (12) im Mittellängsschnitt T-Form hat.
26. Elektromagnetische Stelleinrichtung nach einem der Ansprüche 20 bis 25, dadurch gekennzeichnet, daß die Büchse (19, 19a, 19b) von den Windungen der Wicklungsan-Ordnung (14, 14a) gehalten ist, die die Büchse umgibt und in dem äußeren Anker (11) untergebracht ist.

1-ks