DE3913239C2 - Steuermotor, insbesondere für ein Servoventil - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Steuermotor, und zwar insbesondere für ein Servoventil gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

In dem Buch "Der Hydraulik-Trainer" der Firma Mannesmann Rexroth ist bereits auf den Seiten 149 und 150 ein derartiger elektri­ scher Steuermotor beschrieben, der zusammen mit einem hydrau­ lischen Verstärker die erste Stufe eines zweistufigen Wege­ servoventils bildet. Der Steuermotor (mit Permanentmagnet, Steuerspulen und Anker sowie Prallplatte) wandelt dabei ein kleines Stromsignal in eine proportionale Bewegung der Prall­ platte um. Der Anker und die Prallplatte bilden ein Teil, wel­ ches an einem dünnwandigen elastischen Rohr federnd befestigt ist. Das Rohr dichtet gleichzeitig den Steuermotor gegen den hydraulischen Teil ab, so daß der Steuermotor trocken ist. Durch ein Stromsignal werden die Steuerspulen erregt und der Anker gegen die Federkraft des Rohres ausgelenkt. Die Auslenk­ richtung wird von der Polarität des Eingangsstromes bestimmt.

Aus der DE-OS 24 19 311 ist bereits ein Steuermotor bekannt, bei dem zur Erregung ein doppelt polarisierter Permanentmagnet verwendet wird. Ein solcher Magnet hat den Nachteil, daß er ungleichmäßig magnetisiert sein kann, was ungleichmäßige Wirkungen auf den Anker zur Folge hat. Deshalb ist eine Justierung hinsichtlich dieser Ungleichmäßigkeit erforderlich, so daß sich ein zusätzlicher Arbeitsaufwand ergibt.

Aus der DE-OS 35 01 836 ist ein Steuermotor bekannt, bei dem ein einfach polarisierter Permanentmagnet benachbart zum Anker vorgesehen ist. Vorzugsweise besteht dieser Permanentmagnet aus Kobalt-Samarium-Material. Dieser bekannte Steuermotor ist kompakt, auch für kleine Leistungen geeignet und vermeidet eine ungleichmäßige Erregung durch den Permanentmagneten.

Die vorliegende Erfindung bezweckt, einen verbesserten Steuer­ motor insbesondere für ein Servoventil vorzusehen. Insbeson­ dere wird der Steuermotor gemäß DE-OS 35 01 836 unter Verwen­ dung des einfach polarisierten Permanentmagneten weiter ent­ wickelt. Bei diesem bekannten Steuermotor ist ein die Magnet­ spulen mit den Polstücken haltendes Tragglied vorgesehen, welches eine im ganzen U-förmige Ausbildung besitzt. Von einer in etwa ringförmigen Grundplatte aus erstrecken sich entgegen­ gesetzt angeordnete Arme nach oben und bilden dazwischen sowie gegenüber der Grundplatte einen Raum, in dem die Polstücke, die Steuerspulen, der Anker und auch der Permanentmagnet an­ geordnet sind. Auf den beiden Enden der Arme liegt ein den Permanentmagneten tragendes Flußleitstück auf, um die vom einen Pol des Magneten ausgehenden magnetischen Kraftlinien über die Arme zu den Polstücken zurück zum anderen Pol des Magneten zu leiten. Die Herstellung dieses verhältnismäßig komplizierten Traggliedes ist kostspielig. Beispielsweise muß die große U-förmige Ausnehmung aus einem kreiszylindrischen Ausgangsstück herausgearbeitet werden. Die den Boden bildende Grundplatte muß dabei eine hinreichende Dicke haben um eine magnetische Sättigung zu vermeiden. Durch die von der Grundplatte wegragenden Arme können sich Stabilitäts- und Schwingungsprobleme ergeben. Weitere Nachteile des bekannten Steuermotors sind dessen Bauhöhe und verminderte Stabilität.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Steuermotor nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 kostengünstig, kompakt und trotzdem mit effizienter Betriebsweise vorzusehen.

Der erfindungsgemäße Steuermotor soll wie auch der Steuermotor gemäß DE-OS 35 01 836 mit einem einfach polari­ sierten Magneten auskommen.

Zur Lösung der genannten Aufgabe sieht die Erfindung bei einem Steuermotor ein Tragglied in der Form eines Ringkörpers vor. Dadurch erreicht man eine niedrige Bauhöhe sowie große Stabi­ lität. Der Ringkörper besitzt wie der Ausdruck "Ring" andeutet einen Innenraum, der im Ringbereich vollständig umschlossen ist. Eine vorzugsweise eine konstante Höhe aufweisende Ring­ wand umschließt diesen Ringbereich. Polschuhmittel, vorzugs­ weise zwei entgegengesetzt zueinander angeordnete Polstücke ragen in den Innenraum, tragen Steuerspulen und enden jeweils in Polflächen zwischen denen der Anker angeordnet ist. Der Anker hat eine im ganzen quaderförmige Gestalt.

Benachbart zum Anker ist ein einfach polarisierter Magnet vorzugsweise ebenfalls von im ganzen quaderförmiger Gestalt angeordnet. Der Magnet wird durch ein Flußleitstück getragen. Das Flußleitstück verläuft gemäß der Erfindung in Richtung der Längserstreckung des Magneten und des Ankers zwischen den Steuerspulen und liegt auf der Oberseite des Ringkörpers auf. So können die magnetischen Feldlinien vom Magneten über das Flußleitstück beidseitig in den Ringkörper eintreten. In die­ sem Ringkörper laufen die Feldlinien in entgegengesetzten Richtungen um jeweils etwa 90° herum, um in die Polstücke zu gelangen von wo aus sie über den Anker zurück zum Magneten gelangen. Während bei dem Stand der Technik gemäß DE-OS 35 01 836 sich das Flußleitstück quer zum Magnet in Richtung der Polstückachsen erstreckt, wird bei der vorliegenden Erfindung das Flußleitstück in Richtung des Magneten angeordnet. Vor­ zugsweise ist der Magnet am Flußleitstück befestigt, bei­ spielsweise angeklebt, gelötet oder mittels einer Schwalbenschwanzführung fixiert.

Bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung näher erläutert; in der Zeichnung zeigt

Fig. 1 einen Längsschnitt 1-1 in Fig. 4 durch ein Ausführungsbeispiel eines Steuermotors dargestellt zusammen mit einem hydraulischen Verstärker;

Fig. 2 einen Teilquerschnitt durch den Steuermotor der Fig. 1 oder 4 in etwa längs Linie 2-2 in Fig. 1 oder 4;

Fig. 3 eine Teildraufsicht auf den Steuermotor der Fig. 1, wobei die Abdeckkappe weggeschnitten ist;

Fig. 4 eine schematische perspektivische Darstellung eines Steuermotors gemäß der Erfindung.

Im folgenden sei der erfindungsgemäße Steuermotor 1 unter Bezugnahme auf die Fig. 1 bis 4 beschrieben. Der elektri­ sche Steuermotor 1 ist hier (vgl. Fig. 1) zusammen mit einem hydraulischen Verstärker 2 dargestellt. Der elektrische Steuermotor 1 selbst weist in bekannter Weise einen einfach polarisierten Permanentmagneten 3 sowie Steuerspulen 4 auf, um einen benachbart zu den Steuerspulen 4 sowie zum Permanent­ magneten 3 angeordneten Anker 5 entsprechend der Größe des den Steuerspulen 4 zugeführten Steuersignals oder Steuerstroms zu bewegen. Die Bewegung des Ankers 5 wird von diesem auf ein Prallelement 6 übertragen. Das Prallelement 6 verläuft innerhalb eines elastischen Rohres 7 und ist mit dem Anker 5 mechanisch gekuppelt, um so die Ankerbewegung zum hydraulischen Verstärker 2 zu übertragen.

Das elastische Rohr 7 bildet mit einer Tragplatte 8 ein Stück. Die Tragplatte 8 ist an einem Gehäuseteil (Grundplatte) 20 befestigt. Das in Fig. 1 gezeigte untere Ende des Prall­ elements 6 liegt zwischen zwei Regeldüsen 18 und 11 des hydraulischen Verstärkers 2, wobei diese Regeldüsen in entsprechenden Bohrungen 21 bzw. 22 der Grundplatte 20 untergebracht sind. Ventil- oder Verbraucheranschlüsse 23 und 24 sind mit den Düsen 10 bzw. 11 verbunden und ein weiterer Anschluß, nämlich der Tankanschluß 25 stellt die Verbindung zu einem Raum 19 zwischen den Regeldüsen 10 und 11 her.

Die Längsachse des Steuermotors 1 ist mit 28 bezeichnet, und das Gehäuseteil 20 ist von seiner Oberseite her mit einer Axialausnehmung 26 und daran anschließend einer Axialbohrung 27 ausgestattet. Eine Bohrung 32 verbindet die Axialbohrung 27 mit dem Raum 19 und gestattet so den Durchtritt des Prallelements (Prallplatte) 6.

Eine Abdeckkappe 30 umschließt den Steuermotor und ist durch Schrauben 31 am Gehäuseteil 20 befestigt.

Das Tragglied in der Form eines Ringkörpers 33 und das Flußleitstück 40 sind auf der Oberseite 29 des Gehäuseteils 20 angeordnet und durch Schrauben 37, 38 (vgl. Fig. 2) daran befestigt. Die eigentliche Befestigung des Ringkörpers 33 ist durch zusätzliche Schrauben 39 (Fig. 3) vorgesehen.

Die Schrauben 37, 38 verlaufen durch ein Flußleitstück 40, welches sich über die Breite b1 des Ringkörpers 33 erstreckt und auf einer Endseite (Oberseite) 48 mit seiner Unterseite 50 aufliegt. Das Flußleitstück 40 ist bügelförmig und im ganzen als Quader ausgebildet. Seine Länge entspricht in etwa dem Durchmesser bzw. der Breite b1 des Ringkörpers 33 (vgl. Fig. 2 und 4). Die Breite B des Flußleitstückes (vgl. dazu Fig. 1 und 3) entspricht in etwa dem Abstand der Polflächen 52 und 53 von den in Form von Polstücken, und zwar Polschrauben 35 und 36 ausgebildeten Polmitteln. Diese Pole 35, 36 sind an diametral entgegengesetzt liegenden Stellen in entsprechende Bohrungen des Ringkörpers 33 eingepreßt, und sie tragen an ihren nach innen ragenden Teilen jeweils die Steuerspulen 4. Die quer zur Längsachse 28 verlaufenden Querachsen der Polschuhe sind mit 54 und 55 bezeichnet.

Der Ringkörper 33 ist gemäß Fig. 3 nicht kreisringförmig, sondern in etwa quadratisch mit zwei schmäleren Schenkeln 56, 57 (vgl. Fig. 3) und zwei breiteren Schenkeln 58, 59 (vgl. Fig. 2) ausgebildet. Wie man in Fig. 1 und 2 erkennt, hat der Ringkörper 33 um den gesamten Ringumfang herum vorzugsweise die gleiche Höhe.

Der Permanentmagnet 3, dessen Polarität schematisch in Fig. 2 angedeutet ist, ist an der Unterseite 50 des Flußleitstückes 40 befestigt, beispielsweise angeklebt. Die Länge L des Magneten 3 entspricht der größten Länge des Ankers 5 wie dies in Fig. 2 gezeigt ist. Gemäß Fig. 2 kann der Anker 5 in seiner Seitenansicht von den Polflächen 52 oder 53 aus gesehen eine symmetrische Form besitzen, wobei die Oberseite 61 eine der Länge L entsprechende Länge besitzt, sich aber über die Seitenflächen 62, 63 hin auf eine Unterseite 64 verjüngt, die etwa nur noch eine Länge entsprechend L/2 hat. Die Polflächen 52, 53 liegen dabei noch vollständig innerhalb der von den Seiten 61, 62, 64 und 63 umgebenen Fläche (vgl. Fig. 2). Der Luftspalt zwischen dem Permanentmagneten 3 und dem Anker 5 ist mit 66 bezeichnet. Der Luftspalt zwischen Polschraube 36 und Anker 5 ist mit 67 und der Luftspalt zwischen Polschraube 35 und Anker 5 ist mit 68 bezeichnet.

Im dargestellten Ausführungsbeispiel weist jede der Steuerspulen 4 jeweils zwei gesonderte auf einem Spulenkörper 42 bzw. 43 angeordnete Spulen 44 und 45 bzw. 46 und 47 auf. Die Ansteuerung der Spulen ist wohlbekannt und braucht hier nicht erläutert zu werden.

Fig. 4 zeigt schematisch den gleichen Sachverhalt wie das konkrete Ausführungsbeispiel gemäß den Fig. 1 bis 3. In Fig. 4 sind noch schematisch zwei magnetische Feldlinien des Permanentmagneten 3 dargestellt, und zwar ist die eine durch Pfeile und die andere einfach durch Striche markiert. Ferner ist noch eine magnetische Feldlinie der einen auf dem einen Polstück sitzenden Steuerspule durch eine strichpunktierte Linie dargestellt. Ferner sind in Fig. 4 die Polstücke 35 und 36 nicht als Polschrauben, sondern einstückig mit dem Ring 33 ausgebildet dargestellt.

Man erkennt in Fig. 4, daß die Seitenwand dazu verwendet wird, um den von dem Magneten 3 kommenden Magnetfluß um etwa 90° umzulenken um ihn dann den Polstücken (35, 36) zuzuführen.

Claims (10)

1. Steuermotor, insbesondere für ein Servoventil, wobei folgendes vorgesehen ist:
ein Tragglied (33) geeignet zur Befestigung an einem Gehäuseteil (20),
am Tragglied (33) befestigte erste und zweite Polmittel (35, 36),
auf den Polmitteln angeordnete Steuerspulen (4), die mit einem Stromsignal beaufschlagbar sind,
ein aus einem magnetisch weichen Material bestehender Anker (5), der in einem zwischen den entgegengesetzt zueinander liegenden ersten und zweiten Polmitteln gebildeten Ankerraum angeordnet ist,
ein elastisches, federndes Rohr (7), das sich durch eine Ausnehmung im Tragglied (33) erstreckt und mit einem Befestigungsende am Gehäuseteil (20) befestigt ist und an seinem anderen Ende den Anker (5) trägt,
ein im Rohr (7) angeordnetes am Anker (5) befestigtes Prallelement (6), welches am Befestigungsende des Rohres (7) aus dem Rohr (7) heraus zwischen zwei Düsen (10, 11) ragt und bei Bewegung des Ankers (5) mehr zur einen oder zur anderen Düse hin bewegt wird, um so auf den aus den Düsen austretenden Strömungsmittelstrom einzuwirken,
einen benachbart zum Anker (5) angeordneten Permanentmagneten (3) zur Erzeugung eines Magnetfeldes im Ankerraum und angrenzenden Luftspalten, welches sich dort mit dem durch die Steuerspulen erzeugten Magnetfeld überlagert, um entsprechend dem an die Steuerspulen angelegten Steuersignal die Hin- und Herbewegung des Ankers und damit auch des Prallelementes (6) zu bewirken,
dadurch gekennzeichnet, daß das Tragglied (33) als Ringkörper ausgebildet ist, auf dessen einer Endseite ein den Permanentmagneten tragendes Flußleitstück (40) befestigt ist.

2. Steuermotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Flußleitstück (40) senkrecht zur Längsachse und quer zur Bewegungsrichtung des Ankers (5) angeordnet ist.

3. Steuermotor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Tragglied (33) derart geformt oder ausgebildet ist, daß der vom Flußleitstück (40) geleitete Magnetfluß des Permanentmagneten zu den Polmitteln (35, 36) gelangt.

4. Steuermotor nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Tragglied (33) eine geschlossene Seitenwand derart aufweist, daß der Magnetfluß vom Flußleitstück (40) in das Tragglied (33) eintritt, um etwa 90° durch das Tragglied zu dem einen der Polmittel hinläuft, über einen Luftspalt in den Anker (5) eintritt und von dort über einen weiteren Luftspalt in den Permanentmagneten (3) zurückkehrt.

5. Steuermotor nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Polmittel (35, 36) Polstücke sind und insbesondere durch Polschrauben gebildet werden, die in entsprechende Bohrungen in den Wänden des Tragglieds (33) eingeschraubt sind.

6. Steuermotor nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Polschrauben (35, 36) von der Innenwand des Tragglieds (33) aufeinander zuragen und daß sich der Anker (5) im wesentlichen quer zu den Endflächen der Polschrauben erstreckt.

7. Steuermotor nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Permanentmagnet (3) am Flußleitstück (40) angeklebt ist.

8. Steuermotor nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuseteil (20) gleichzeitig die aus Tragglied (33), Biegerohr (7), Anker (5) und Prallelement (6) bestehende Steuereinheit aufnimmt.

9. Steuermotor nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Flußleitstück (40) quaderförmig ausgebildet ist.

10. Steuermotor nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Biegerohr (7) eine Tragplatte (8) aufweist, die in einer Axialbohrung (27) des Gehäuseteils (20) aufgenommen ist.