DE4226548A1 - Stellantrieb zur Drehwinkelverstellung eines Stellgliedes - Google Patents
Stellantrieb zur Drehwinkelverstellung eines StellgliedesInfo
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Description
Die Erfindung geht aus von einem Stellantrieb zur Drehwinkelverstel
lung eines Stellgliedes nach der Gattung des Hauptanspruchs. Es ist
schon ein Stellantrieb bekannt (DE 30 39 521 A1), bei dem ein Rotor
in Umfangsrichtung teilweise von einem mit asymmetrisch ausgebilde
ten Polschuhen versehenen Stator umschlossen wird, in den über eine
Erregerwicklung ein magnetisches Feld induzierbar ist. Da der Stator
bei dieser Lösung entweder zweiteilig ausgeführt ist oder die Er
regerwicklung direkt auf den Stator aufgebracht werden muß und auf
grund der asymmetrischen Ausbildung der Statorpole ist diese Lösung
mit einem aufwendigen Fertigungsverfahren verbunden, das gerade bei
der Serienherstellung sehr kostenträchtig ist.
Der erfindungsgemäße Stellantrieb mit den kennzeichnenden Merkmalen
des Hauptanspruchs hat demgegenüber den Vorteil, daß der den Rotor
umschließende Stator einteiligausgeführt ist, wodurch ein einfaches
Einsetzen der Erregerwicklung in den Stator gewährleistet wird. Dies
wird dadurch erreicht, daß der Stator den Rotor vollständig um
schließt und die Erregerwicklung zwischen zwei auf der Außenseite
des Stators ausgebildeten Schenkeln eingesetzt ist. Darüber hinaus
ermöglicht die Ausbildung von Schwachstellen in den Statorpolen eine
Optimierung der Drehmoment/Drehwinkel-Charakteristik des Stell
antriebes.
Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vor
teilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des im Hauptanspruch
angegebenen Stellantriebes möglich. Besonders vorteilhaft ist, den
Stator aus einzelnen Blechlamellen herzustellen, die jeweils im Be
reich der Pole Aussparungen und/oder Trennstellen aufweisen und zu
einem einteiligen Statorpaket zusammengesetzt sind. Insbesondere
durch die Trennstellen aufweisenden Blechlamellen werden die magne
tischen Eigenschaften des Stators wunschgemäß beeinflußt, während
über die Aussparungen aufweisenden Blechlamellen der Zusammenhalt
des Statorpakets erhalten bleibt und damit eine fertigungsfreund
liche Weiterbearbeitung gewährleistet ist.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung verein
facht dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläu
tert. Es zeigen
Fig. 1 einen Längsschnitt durch einen erfindungs
gemäß ausgestalteten Drehsteller, Fig. 2 einen Schnitt entlang der
Linie II-II in Fig. 1.
In Fig. 1 ist ein Drehsteller zur Steuerung des Öffnungsquerschnit
tes einer ein Medium führenden Strömungsleitung für Brennkraft
maschinen dargestellt. Ein Drehsteller dieser Art dient beispiels
weise zur Regelung der Leerlaufdrehzahl der Brennkraftmaschine und
ist in einer eine Drosselklappe üherbrückenden Bypassleitung ange
ordnet. Der Drehsteller ist aus einem mit 1 bezeichneten Stellan
trieb und einem Stellergehäuse 22 zusammengesetzt. Der Stell
antrieb 1 hat ein Antriebsgehäuse 2 aus Kunststoff, das einen bei
spielsweise aus Blechlamellen 6 bestehenden Stator 3 und eine um
einen Induktionskern 4 angeordnete Wicklung 5 umschließt. In einer
Vertiefung 8 des Antriebsgehäuses 2 sitzt ein Haltekörper 9, der
eine Bohrung 10 aufweist, in die ein Ende einer Achse 11 eingesetzt
ist. Auf der Achse 11, die andererseits im Stellergehäuse 22 bei
spielsweise durch Umspritzung festgelegt ist, ist ein Trägerkörper
17 beispielsweise über ein Wälzlager 15 und einen Gleitsitz 16 dreh
bar gelagert. In Umfangsrichtung ist der Trägerkörper 17 von einem
diametral magnetisierten Permanentmagneten 18 und einem Steuerglied
19 umgeben, wobei die Teile 17 und 18 zusammen einen Rotor 14 des
Stellantriebes 1 bilden, der das Steuerglied 19 verdreht.
Am Steuerglied 19 ist ein Steuerarm 23 ausgebildet, der in eine im
Stellergehäuse 22 befindliche Steuerkammer 25 ragt und dessen Außen
fläche 24 derart geformt ist, daß sie möglichst genau dem Innen
durchmesser eines in der Zeichnung nicht näher dargestellten Stell
fensters einer in die Steuerkammer 25 mundenden Strömungsöffnung
entspricht und je nach Drehwinkelstellung des Rotors 14 die Strö
mungsöffnung mehr oder weniger freigibt.
Das Antriebsgehäuse 2 und das Stellergehäuse 22 sind in axialer
Richtung über eine Bajonettverbindung 28 formschlüssig verbunden und
mit Hilfe einer Federscheibe 29 spielfrei verspannt. Eine auf der
Achse 11 zwischen Stellergehäuse 22 und Trägerkörper 17 befindliche
Scheibe 30 sorgt für eine reibungsarme Drehbarkeit des Rotors 14.
In Fig. 2 ist ein Schnitt entlang der Linie II-II in Fig. 1 ge
zeigt. Auf der Achse 11 befindet sich der Trägerkörper 17, auf dem
der Permanentmagnet 18 konzentrisch angeordnet ist und der vom Sta
tor 3 in Umfangsrichtung umschlossen wird. Der Stator 3 weist eine
Durchgangsöffnung 13 auf, in die der Rotor 14 ragt. An einer Innen
fläche der Durchgangsöffnung 13 des Stators 3 befinden sich zwei mit
Abstand zueinander angeordnete, gegenüberliegende Pole 33, 34, die
mit dem Rotor 14 in radialer Richtung einen möglichst engen Luft
spalt 12 bilden. An der Außenseite des Stators 3 ist ein Joch 35
ausgebildet, das zwei mit Abstand zueinander etwa parallel verlau
fende Schenkel 38, 39 aufweist, zwischen die ein Induktionskern 4
beispielsweise über eine Schwalbenschwanz-Verbindung 36 in bekannter
Weise eingesetzt ist. Die Pole 33, 34 umgreifen den Rotor 14 derart,
daß ein Pol 33 die beiden Schenkel 38 und 39 auf der dem Induktions
kern 4 zugewandten Seite der Durchgangsöffnung 13 verbindet und ein
Pol 34 auf der dem Induktionskern 4 abgewandten Seite des Rotors 14
liegt. Der Induktionskern 4 ist von wenigstens einer Wicklung 5 um
geben, die über Steckerelemente 37 mit einer Spannung beaufschlagbar
ist.
In einem von den Polen 33, 34 gebildeten Bereich des Stators 3 be
findet sich wenigstens je eine Schwachstelle 40, die beispielsweise
durch wenigstens eine Aussparung 41 und/oder durch wenigstens eine
in Fig. 2 gestrichelt dargestellte Trennstelle 42 gebildet wird.
Die Anordnung der Schwachstellen 40 im Bereich der Pole 33, 34 muß
nicht, wie in Fig. 2 dargestellt, symmetrisch zu den Polen 33, 34
erfolgen, wodurch die Drehmoment/Drehwinkel-Charakteristik des
Stellantriebes 1 auf einen gewünschten Verwendungszweck anpaßbar
ist. Die Schwachstellen 40 sind dabei vorteilhafterweise einander
gegenüberliegend angeordnet.
Jede Aussparung 41 ist gekennzeichnet durch eine Verringerung der
Querschnittsfläche des Stators 3 in radialer Richtung im von den Po
len 33, 34 gebildeten Bereich auf einen Restquerschnitt 43, über den
weiterhin ein Stoffzusammenhalt besteht. Die Aussparungen 41 können
dabei eine beliebige Form annehmen, beispielsweise halbkreis-, ril
len-, nuten- oder ringförmig geformt sein und zur Innen- oder Außen
seite des Stators 3 geöffnet oder geschlossen sein. In dem Ausfüh
rungsbeispiel nach Fig. 2 sind halbkreisförmige Aussparungen 41 ge
zeigt, die zur Außenseite des Stators 3 geöffnet sind. Im Gegensatz
dazu ist jede Trennstelle 42 durch eine vollständige Trennung der
Querschnittsfläche des Stators 3 im von den Polen 33, 34 gebildeten
Bereich in radialer Richtung gekennzeichnet.
Bei Ausbildung des Stators 3 mittels Blechlamellen 6 kann an jeder
Blechlamelle 6 mehr als eine Trennstelle 42 ausgebildet sein, so daß
jede Blechlamelle 6 aus mehreren Teilen besteht. Um den Zusammenhalt
des Stators 3 zu gewährleisten, ist eine abwechselnde Schichtung von
Blechlamellen 6, die Trennstellen aufweisen, vorgesehen. Dabei kann
zwischen zwei Blechlamellen 6 mit Aussparungen 41 jeweils eine
Blechlamelle 6 mit Trennstellen 42 angeordnet sein, es können aber
auch mehrere Blechlamellen 6 mit Trennstellen 42 zwischen zwei
Blechlamellen 6 mit Aussparungen liegen. Im Ausführungsbeispiel nach
Fig. 1 sind beispielhaft jeweils zwei Blechlamellen 6 mit Trenn
stellen 42 zwischen zwei Blechlamellen 6 mit Aussparungen 41 ange
ordnet.
Die abwechselnd geschichteten Blechlamellen 6 werden in bekannter
Weise, beispielsweise durch Pressen, zu einem einteiligen Stator 3
paketiert. Der Stoffzusammenhalt ist dabei durch die keine mehreren
Trennstellen 42 aufweisenden Blechlamellen 6 gegeben. In einer wei
teren, in der Zeichnung nicht dargestellten Ausführungsform sind
Blechlamellen 6, die jeweils eine Aussparung 41 im zwischen den bei
den Schenkeln 38 und 39 angeordneten, dem Induktionskern 4 zugewand
ten Pol 33 und jeweils eine Trennstelle 42 im dem Induktionskern 4
abgewandten Pol 34 aufweisen mit Blechlamellen 6, die jeweils eine
Trennstelle 42 im zwischen den beiden Schenkeln 38 und 39 angeordne
ten, dem Induktionskern 4 zugewandten Pol 33 und jeweils eine Aus
sparung 41 im den Induktionskern 4 zugewandten Pol 34 aufweisen, ab
wechselnd zu einem einteiligen Stator 3 paketiert. Darüber hinaus
ist auch die Schichtung von Blechlamellen 6, die jeweils nur Ausspa
rungen 41 oder Trennstellen 42 aufweisen mit Blechlamellen 6, die
jeweils eine Aussparung 41 und eine Trennstelle 42 aufweisen, in be
liebiger Reihenfolge zu einem einteiligen Stator 3 möglich.
In den paketierten Stator wird der Induktionskern 4 mit der Wicklung
5 eingesetzt. Anschließend wird durch Umspritzung mit Kunststoff das
Antriebsgehäuses 2 gebildet. Durch Anlegen einer Spannung an die
Steckerelemente 37 wird durch die Wicklung 5 ein Magnetfeld in den
Induktionskern 4 und in den Stator 3 induziert, was zu einer Ver
drehung des Rotors 14 und damit des Steuergliedes 19 führt. Das
Magnetfeld wird daher über den zwischen den beiden Schenkeln 38, 39
liegenden Pol 33 und dem zwischen der Projektion der beiden Schen
keln liegenden, dem Induktionskern 4 abgewandten Pol 34 geführt, wo
bei jeweils bedingt durch die Schwachstelle 40 wunschgemäß eine ver
stärkte Wirkung des Magnetfeldes über den Luftspalt 12 auf den Per
manentmagnet 18 und damit auf den Rotor 14 erfolgt.
Claims (9)
1. Stellantrieb zur Drehwinkelverstellung eines Stellgliedes, ins
besondere Stellantrieb eines Drehstellers zur Steuerung eines Öff
nungsquerschnittes einer ein Medium führenden Strömungsleitung für
Brennkraftmaschinen, bestehend aus einem um seine Längsachse drehbar
gelagerten, diametral magnetisierten Rotor, einem Stator mit zwei
Polen und wenigstens einer Wicklung, durch die ein magnetisches Feld
induzierbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Stator (3) ein Joch
(35) mit zwei Schenkeln (38, 39) sowie einer Durchgangsöffnung (13)
hat und aus einzelnen Blechlamellen (6) paketiert ist und daß in der
Durchgangsöffnung (13) der Rotor (14) angeordnet ist, wobei die Pole
(33, 34) an der Wandung der Durchgangsöffnung (13) derart ausgebil
det sind, daß ein Pol (33) auf der der zwischen den Schenkeln (38,
39) liegenden Wicklung (5) zugewandten Seite der Durchgangsöffnung
(13) und ein Pol (34) auf der der Wicklung (5) abgewandten Seite der
Durchgangsöffnung (13) liegt und in der Wandung jedes Poles (33, 34)
in radialer Richtung wenigstens eine Schwachstelle (40) ausgebildet
ist.
2. Stellantrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die
Schwachstelle (40) durch wenigstens eine halbkreis-, nuten-,
rillen- oder ringförmige Aussparung (41) gebildet wird.
3. Stellantrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die
Schwachstelle (40) als Trennstelle (42) ausgebildet ist, die wenig
stens einen Pol (33, 34) in radialer Richtung vollständig durch
dringt.
4. Stellantrieb nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß alle
Blechlamellen (6) im Bereich der Schwachstellen (40) Trennstellen
(42) aufweisen.
5. Stellantrieb nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß nur
einzelne Blechlamellen (6) im Bereich der Schwachstellen (40) Trenn
stellen (42) aufweisen.
6. Stellantrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die
Schwachstellen (40) einander gegenüberliegend angeordnet sind.
7. Stellantrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die
Schwachstellen (40) in Bezug auf die Pole (33, 34) asymmetrisch aus
gebildet sind.
8. Stellantrieb nach den Ansprüchen 2 und 3, dadurch gekennzeichnet,
daß die einen Blechlamellen (6) als Schwachstellen (40) Aussparungen
(41) und die anderen Blechlamellen (6) als Schwachstellen (40)
Trennstellen (42) aufweisen und die Blechlamellen (6) mit Aussparun
gen (41) abwechselnd mit Blechlamellen (6) mit Trennstellen (42) zur
Bildung des Stators (3) paketiert sind.
9. Stellantrieb nach den Ansprüchen 2 und 3, dadurch gekennzeichnet,
daß Blechlamellen (6), die wenigstens eine Aussparung (41) im zwi
schen den beiden Schenkeln (38, 39) befindlichen, der Wicklung (5)
zugewandten Pol (33) und jeweils eine Trennstelle (42) im der Wick
lung (5) abgewandten Pol (34) aufweisen mit Blechlamellen (6), die
jeweils eine Trennstelle (42) im zwischen den beiden Schenkeln (38,
39) befindlichen, der Wicklung (5) zugewandten Pol (33) und wenig
stens eine Aussparung (41) im der Wicklung (5) abgewandten Pol (34)
aufweisen, abwechselnd zu einem einteiligen Stator (3) paketiert
sind.
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