DE9315549U1 - Linear electromagnetic drive device - Google Patents
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Description
A 51 580 m Anmelder:A 51 580 m Applicant:
m-250 Fluid Systems Partners SAm-250 Fluid Systems Partners SA
6. Oktober 1993 32, rue J.P. Brasseur6 October 1993 32, rue J.P. Brasserie
1258 Luxemburg1258 Luxembourg
LUXEMBURGLUXEMBOURG
Die Neuerung betrifft eine lineare elektromagnetische Antriebsvorrichtung mit einer von einem steuerbaren elektrischen Strom durchflossenen Spule, mit der Spule zugeordneten Magnetpolen und mit einem axial verschieblichen, durch wenigstens eine Feder vorgespannten Kern im Bereich der Spule und der Magnetpole, wobei der Kern aufgrund seiner durch den elektrischen Strom ausgelösten Verschiebebewegung der Steuerung eines Steuerelements dient.The innovation relates to a linear electromagnetic drive device with a coil through which a controllable electric current flows, with magnetic poles assigned to the coil and with an axially displaceable core prestressed by at least one spring in the area of the coil and the magnetic poles, wherein the core serves to control a control element due to its displacement movement triggered by the electric current.
Bekannte Antriebsvorrichtungen dieser Art, auch lineare elektromechanische Wandler genannt, dienen insbesondere zur Betätigung hydraulischer und pneumatischer Steuer- und Regelelemente, beispielsweise Schiebeventile und dgl.Known drive devices of this type, also called linear electromechanical converters, are used in particular to operate hydraulic and pneumatic control and regulating elements, for example slide valves and the like.
Diese Antriebsvorrichtungen verbinden elektrische/elektronische Steuersysteme mit hierdurch zu steuernden hydraulischen oder pneumatischen Leitungssystemen. Eine breite Verwendung solcher Antriebsvorrichtungen war bisher durch konstruktive sowie fertigungstechnische Probleme verhindert. Diese Probleme betreffen besonders die Lagerung des Kerns oder Ankers mit Hilfe von Federn. Bekannt ist die Verwendung von Membranfedern oder Schraubenfedern. Beiden Federn mangelt es häufig an der erforderlichen Sta-These drive devices connect electrical/electronic control systems with hydraulic or pneumatic line systems that are controlled by them. The widespread use of such drive devices has so far been prevented by design and manufacturing problems. These problems particularly affect the bearing of the core or armature using springs. The use of diaphragm springs or coil springs is well known. Both springs often lack the required stability.
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bilität und Präzision, sie können die erforderlichen Kräfte nicht aufbringen, sie neigen bei Überlastung zu bleibender Verformung sowie zur Erzeugung unerwünschter, auf den Kern wirkender Radialkräfte.stability and precision, they cannot generate the required forces, they tend to suffer permanent deformation when overloaded and to generate undesirable radial forces acting on the core.
Es ist Aufgabe der Neuerung, den geschilderten Mängeln abzuhelfen, und eine gattungsgemäße Antriebsvorrichtung so auszubilden, daß der Kern der Antriebsvorrichtung von stabilen, präzise arbeitenden Federn, die weder zu bleibender Verformung noch zur Erzeugung von Radialkräften neigen, sicher fixiert und vorgespannt ist.The aim of the innovation is to remedy the deficiencies described and to design a drive device of this type in such a way that the core of the drive device is securely fixed and pre-tensioned by stable, precisely working springs that are neither prone to permanent deformation nor to generating radial forces.
Die Aufgabe wird bei einer gattungsgemäßen Antriebsvorrichtung durch die Neuerung dadurch gelöst, daß die den verschieblichen Kern vorspannende Feder die Gestalt eines Rohrs hat, in dem im wesentlichen radial verlaufende Schlitze mit dazwischenliegenden federnden Rohrsegmenten ausgebildet sind.The problem is solved in a generic drive device by the innovation in that the spring pre-tensioning the movable core has the shape of a tube in which essentially radially extending slots with springy tube segments in between are formed.
Die nachstehende Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen der Neuerung dient im Zusammenhang mit beiliegender Zeichnung der weiteren Erläuterung:The following description of preferred embodiments of the innovation serves, in conjunction with the attached drawing, for further explanation:
Es zeigen:Show it:
Fig. 1 schematisch eine Axialschnittansicht einer linearen elektrischen Antriebsvorrichtung;Fig. 1 shows schematically an axial sectional view of a linear electric drive device;
Fig. 2 schematisch im Axialschnitt eine erste Ausführungsform einer rohrförmigen Feder gemäß der Neuerung;Fig. 2 shows schematically in axial section a first embodiment of a tubular spring according to the innovation;
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Fig. 3 eine andere Ausführungsform einer rohrförmigen Feder gemäß der Neuerung undFig. 3 shows another embodiment of a tubular spring according to the innovation and
Fig. 4 eine Schnittansicht entlang der Linie IV-IV in Fig. 3.Fig. 4 is a sectional view taken along the line IV-IV in Fig. 3.
In Fig. 1 umfaßt eine lineare elektrische Antriebsvorrichtung ein Gehäuse 1, in dem eine Spule 2, zwei äußere Polschuhe 3 als Stirnseitenabdeckung sowie zwei innere Polschuhe 4 angeordnet sind. Zwischen den äußeren und inneren Polschuhen 3 bzw. 4 befinden sich gegeneinander polarisierte Permanentmagnete 5, deren Pole mit S bzw. N bezeichnet sind. Ein Anker oder Kern 7, z.B. aus massivem Weicheisen, ist mittels einer starren Achse 14 in entsprechenden Lagern 6 in den äußeren Polschuhen 3 axial verschieblich geführt. Gehäuse 1 und Kern 7 sind vorzugsweise kreiszylindrisch ausgebildet. Die Spule 2 wird über elektrische Steuerelemente an eine elektrische Stromquelle angeschlossen, so daß sie von einem steuerbaren elektrischen Strom durchflossen wird, der je nach Stärke und Stromrichtung auf den Anker oder Kern 7 eine in Richtung der Achse 14 gerichtete Kraft ausübt, durch welche der Kern axial in Fig. 1 nach links oder rechts verschoben wird. Mit der Achse 14 ist ein Steuerelement A, z.B. ein Ventil eines hydraulischen oder pneumatischen Leitungskreises verbunden, welches durch die Verschiebebewegung des Kerns 7 kontinuierlich verschiebbar ist und hierdurch stetig sich ändernde Steuerfunktionen ausüben kann.In Fig. 1, a linear electric drive device comprises a housing 1 in which a coil 2, two outer pole shoes 3 as front cover and two inner pole shoes 4 are arranged. Between the outer and inner pole shoes 3 and 4 there are mutually polarized permanent magnets 5, the poles of which are designated S and N respectively. An armature or core 7, e.g. made of solid soft iron, is guided axially displaceably in corresponding bearings 6 in the outer pole shoes 3 by means of a rigid axis 14. The housing 1 and core 7 are preferably circular-cylindrical. The coil 2 is connected to an electrical power source via electrical control elements, so that a controllable electrical current flows through it, which, depending on the strength and direction of the current, exerts a force on the armature or core 7 in the direction of the axis 14, by which the core is axially displaced to the left or right in Fig. 1. A control element A, e.g. a valve of a hydraulic or pneumatic circuit, is connected to the axis 14, which can be continuously displaced by the displacement movement of the core 7 and can thus perform constantly changing control functions.
In der Mitte des Kerns ist ein mit diesem fest verbundener, radial abstehender Bund 13 ausgebildet. Zwischen dem Bund und den beidseits gegenüberliegenden, gehäusefestenIn the middle of the core there is a radially protruding collar 13 that is firmly connected to it. Between the collar and the housing-fixed
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Polschuhen 4 sind - in Fig. 1 schematisch angedeutete Federn 8 angeordnet, die sich einerseits an den genannten, gehäusefesten Polschuhen 4 und andererseits an einer Seite des Bundes 13 abstützen und hierdurch den Kern 7 in einer mittleren Position halten. Wenn durch die Spule 2 entsprechende Steuerströme fließen, wird der Kern 7 gegen die Wirkung der ihn vorspannenden Feder 8 in die eine oder andere Richtung axial verschoben, wodurch die erwähnten Steuerfunktionen ausgeübt werden können.Springs 8 (shown schematically in Fig. 1) are arranged on pole shoes 4, which are supported on the one hand on the aforementioned pole shoes 4 fixed to the housing and on the other hand on one side of the collar 13, thereby holding the core 7 in a middle position. When appropriate control currents flow through the coil 2, the core 7 is axially displaced in one direction or the other against the effect of the spring 8 prestressing it, whereby the aforementioned control functions can be carried out.
Die Ausbildung der Federn 8 ist in Fig. 2 dargestellt. Zu ihrer Herstellung geht man von einem vorzugsweise kreiszylindrischen Rohr 9 von bestimmter Wandstärke aus. In das Rohr 9 werden von beiden Seiten her im wesentlichen radial verlaufende Schlitze von zwei einander gegenüberliegenden Seiten her, z.B. durch Sägen oder Fräsen eingebracht, die sich bis über die Mittelachse 15 des Rohres 9 erstrecken. Zwischen den Schlitzen 10 bleiben federnde Rohrsegmente 11, 12 stehen. Durch die Schlitze wird das Rohr insgesamt zu einer Feder, die ähnlich wie eine Schraubenfeder wirkt und sich axial in Abhängigkeit von den Breiten der Schlitze 10 in einem gewissen Ausmaß zusammendrücken läßt, wobei im Gegensatz zu einer Schraubenfeder minimale zusätzliche Radialkräfte entstehen, die sich auf den Kern 7, der koaxial im Inneren des als Feder wirkenden Rohres 9 angeordnet ist, störend auswirken können. Die aus dem Rohr 9 gebildete Feder ist außerdem stabiler und präziser als eine normale Schraubenfeder und hält auch großen Belastungen ohne bleibende Verformung stand.The design of the springs 8 is shown in Fig. 2. To manufacture them, a preferably circular-cylindrical tube 9 with a certain wall thickness is used. Substantially radial slots are made in the tube 9 from both sides, e.g. by sawing or milling, which extend beyond the central axis 15 of the tube 9. Springy tube segments 11, 12 remain between the slots 10. The slots turn the tube as a whole into a spring that acts similarly to a coil spring and can be compressed axially to a certain extent depending on the width of the slots 10, whereby, in contrast to a coil spring, minimal additional radial forces arise which can have a disruptive effect on the core 7, which is arranged coaxially inside the tube 9 acting as a spring. The spring formed from tube 9 is also more stable and precise than a normal coil spring and can withstand high loads without permanent deformation.
Das Rohr 9, aus dem die Feder durch die Einbringung der Schlitze 10 gebildet wird, besteht aus nicht- oder anti-The tube 9, from which the spring is formed by the introduction of the slots 10, consists of non- or anti-
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magnetischem Material, beispielsweise rostfreiem Stahl (Edelstahl) oder aus antimagnetischen Legierungen mit entsprechender Federkraft.magnetic material, such as stainless steel or anti-magnetic alloys with corresponding spring force.
Ein weiterer Vorteil der aus dem Rohr 9 gebildeten Feder ist, daß sie nur einen sehr kleinen Einbauraum im Inneren der linearen elektromagnetischen Antriebsvorrichtung gemäß Fig. 1 erfordert.A further advantage of the spring formed from the tube 9 is that it requires only a very small installation space inside the linear electromagnetic drive device according to Fig. 1.
Die Auslenkung des durch die beiden rohrförmigen Federn 8 zentrierten Kerns 7 ist proportional zur Stärke und Richtung des die Spule 2 durchfließenden Steuerstroms. Dabei muß natürlich die Steifigkeit der Feder 8 größer als die von dem magnetischen Kreis ausgeübte Kraft sein, da sonst der Kern 7 von einer Endlage zur anderen umkippen könnte. Wird die Antriebsvorrichtung durch elektrischen Strom oder eine äußere Kraft überlastet, dann verhindert die spezielle Ausbildung der Feder 8 gemäß Fig. 2 das Anliegen des Kerns 7 an einen der äußeren Polschuhe 3.The deflection of the core 7, which is centered by the two tubular springs 8, is proportional to the strength and direction of the control current flowing through the coil 2. The stiffness of the spring 8 must of course be greater than the force exerted by the magnetic circuit, otherwise the core 7 could tip over from one end position to the other. If the drive device is overloaded by electric current or an external force, the special design of the spring 8 according to Fig. 2 prevents the core 7 from coming into contact with one of the outer pole shoes 3.
Wie aus Fig. 2 hervorgeht, sind in das die Federn 8 bildende Rohr 9 paarweise zwei Schlitze 10 von verschiedenen Seiten des Rohres her eingearbeitet, wodurch zwei Paare federnder Abschnitte, welche die Segmente 11 enthalten, entstehen. Die Abmessungen der Segmente 11, die in sich nicht federn und somit auch die Steifigkeit der Feder ist durch die Dimensionierung des verwendeten Rohres 9 sowie durch die Lage und insbesondere Tiefe der Schlitze 10 gegeben. Um minimale Radialkräfte zu gewährleisten, sollen die Schlitze 10 gleiche Breite sowie Tiefe haben. Auch die Segmente 11 sollen jeweils eine gleiche Breite besitzen.As can be seen from Fig. 2, two pairs of slots 10 are machined into the tube 9 forming the springs 8 from different sides of the tube, creating two pairs of springy sections containing the segments 11. The dimensions of the segments 11, which do not spring in themselves, and thus also the stiffness of the spring, are determined by the dimensions of the tube 9 used and by the position and in particular the depth of the slots 10. In order to ensure minimal radial forces, the slots 10 should have the same width and depth. The segments 11 should also each have the same width.
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Bei einer speziellen Ausführungsform kann bei Weglassung des in Fig. 2 in der Mitte liegenden Segmentes 12 ein mittlerer Schlitz 10 mit größerer, z.B. doppelter Breite entstehen.In a special embodiment, if the segment 12 in the middle in Fig. 2 is omitted, a central slot 10 with a larger width, e.g. twice as wide, can be created.
In jedem Falle gewährleistet die richtige Auswahl der Konstruktionsmaße der Feder 8, wobei insbesondere die Schlitze 10 nicht zu breit sein dürfen, daß die gegebenenfalls zu einer bleibenden Verformung der Feder führende Grenzbeanspruchung bei hoher Belastung auch dann nicht überschritten wird, wenn die einzelnen Segmente 11 mit ihren jeweils äußeren Enden aneinander anliegen.In any case, the correct selection of the design dimensions of the spring 8, whereby in particular the slots 10 must not be too wide, ensures that the limit stress, which may lead to a permanent deformation of the spring, is not exceeded under high loads, even if the individual segments 11 are in contact with one another with their respective outer ends.
Die beschriebene Federausbildung kann immer dort verwendet werden, wo eine stetige Kraftsteuerung, d.h. die Verschiebung eines mechanischen Steuerelements durch elektrischen Strom gefordert ist.The spring design described can always be used where a continuous force control, i.e. the displacement of a mechanical control element by electrical current, is required.
In den Fig. 3 und 4 ist eine weitere Ausführungsform einer rohrförmigen Feder 18 dargestellt, bei welcher sich die Schlitze 20 von einander gegenüberliegenden Seiten des Rohres 19 her über die Mittelachse 15 hinaus bis jeweils zu der gegenüberliegenden Innenwand des Rohres 19 erstrekken. Auch bei der Ausführungsform nach Fig. 3 und 4 haben die Schlitze - und im übrigen auch die zwischen ihnen liegenden Segmente 21 im wesentlichen die gleiche Breite und Tiefe. Wie aus Fig. 4 ersichtlich, haben die im Bereich der Wände des Rohres 19 liegenden Abschnitte der Segmente 21 eine innen und außen von Kreisbögen begrenzte Gestalt.In Fig. 3 and 4, a further embodiment of a tubular spring 18 is shown, in which the slots 20 extend from opposite sides of the tube 19 beyond the central axis 15 to the opposite inner wall of the tube 19. In the embodiment according to Fig. 3 and 4, the slots - and also the segments 21 lying between them - have essentially the same width and depth. As can be seen from Fig. 4, the sections of the segments 21 lying in the area of the walls of the tube 19 have a shape delimited on the inside and outside by circular arcs.
Wie aus Fig. 3 und 4 hervorgeht, sind die Schlitze 20 im Rohr 19 so gestaltet, daß die Feder 18 zwei Symmetrieebe-As can be seen from Fig. 3 and 4, the slots 20 in the tube 19 are designed so that the spring 18 has two planes of symmetry.
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nen hat. Die eine Symmetrieebene verläuft in Fig. 3 senkrecht zur Zeichnungsebene und senkrecht zur Mittelachse in der Mitte des mittleren Schlitzes 21. Die andere Symmetrieebene steht senkrecht zur Zeichnungsebene der Fig. und erstreckt sich entlang der strichpunktierten Linie 24.One plane of symmetry in Fig. 3 runs perpendicular to the drawing plane and perpendicular to the central axis in the middle of the middle slot 21. The other plane of symmetry is perpendicular to the drawing plane of Fig. and extends along the dot-dash line 24.
Bei der in Fig. 1 dargestellten Ausführungsform der Neuerung wird durch je eine rohrförmige Feder 8, die am Bund 13 angreift, der Kern 7 zentriert. Bei einer anderen Ausführungsform können die rohrförmigen Federn 8 auch jeweils zwischen einer Stirnseite des Kerns 7 und einem der äußeren Polschuhe 3 angeordnet sein. Auch ist es möglich, am Kern 7 oder dessen Achse 14 in der Nähe der äußeren Polschuhe 3 zwei ringförmige Bunde entsprechend dem Bund 13 auszubilden und die rohrförmigen Federn 8 zwischen diesen Bunden einerseits und andererseits den gehäusefesten Teilen der Vorrichtung, beispielsweise den inneren Polschuhen 4, anzuordnen. Auch bei diesen Ausführungsformen wird der Kern 7 jeweils in der Mitte der Vorrichtung zentriert. Bei einer weiterhin abgewandelten Ausführungsform der Erfindung genügt die Anwendung einer einzigen rohrförmigen Feder 8, die den Kern 7 nur nach einer Richtung vorspannt und beispielsweise in Anlage an einen der äußeren Polschuhe 3 hält. Der durch die Spule 2 fliessende Steuerstrom wird dann den Kern 7 in der Regel nur in einer Richtung gegen die Vorspannkraft der Feder 8 verschieben können, es sei denn, es fließt durch die Spule 2 dauernd ein mittlerer Steuerstrom, durch den der Kern 7 in einer mittleren Position gehalten wird, so daß dann eine Verschiebung des Kernes nach beiden Richtungen hin erfolgt, wenn der Steuerstrom verringert oder vergrößert wird.In the embodiment of the innovation shown in Fig. 1, the core 7 is centered by a tubular spring 8 that engages the collar 13. In another embodiment, the tubular springs 8 can also be arranged between an end face of the core 7 and one of the outer pole shoes 3. It is also possible to form two ring-shaped collars corresponding to the collar 13 on the core 7 or its axis 14 near the outer pole shoes 3 and to arrange the tubular springs 8 between these collars on the one hand and the parts of the device fixed to the housing on the other, for example the inner pole shoes 4. In these embodiments, too, the core 7 is centered in the middle of the device. In a further modified embodiment of the invention, it is sufficient to use a single tubular spring 8 that preloads the core 7 in only one direction and, for example, holds it in contact with one of the outer pole shoes 3. The control current flowing through the coil 2 will then generally only be able to move the core 7 in one direction against the pre-tensioning force of the spring 8, unless a medium control current flows continuously through the coil 2, by which the core 7 is held in a medium position, so that the core is then moved in both directions when the control current is reduced or increased.
Claims (1)
einer von einem steuerbaren elektrischen Strom durchflossenen Spule, mit der Spule zugeordneten Magnetpolen und mit einem axial verschieblichen, durch wenigstens eine Feder vorgespannten Kern im Bereich der Spule und der Magnetpole, wobei der Kern aufgrund
seiner durch den elektrischen Strom ausgelösten Verschiebebewegung der Steuerung eines Steuerelements
dient, dadurch gekennzeichnet, daß die den verschieblichen Kern (7) vorspannende Feder (8) die Gestalt eines Rohres (9) hat, in das im wesentlichen
radial verlaufende Schlitze (10) mit dazwischen liegenden Rohrsegmenten (11, 12) ausgebildet sind.1. Linear electromagnetic drive device with
a coil through which a controllable electric current flows, with magnetic poles associated with the coil and with an axially displaceable core prestressed by at least one spring in the region of the coil and the magnetic poles, wherein the core due to
its displacement movement of the control of a control element triggered by the electric current
characterized in that the spring (8) prestressing the movable core (7) has the shape of a tube (9) into which substantially
radially extending slots (10) with pipe segments (11, 12) lying therebetween are formed.
Mitte der Vorrichtung halten.2. Device according to claim 1, characterized in that two tubular springs (8) are provided which move the displaceable core (7) substantially in the
Hold the center of the device.
Priority Applications (1)
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|---|---|---|---|
| DE9315549U DE9315549U1 (en) | 1993-10-07 | 1993-10-07 | Linear electromagnetic drive device |
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| DE9315549U DE9315549U1 (en) | 1993-10-07 | 1993-10-07 | Linear electromagnetic drive device |
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| DE9315549U1 true DE9315549U1 (en) | 1993-12-23 |
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| DE9315549U Expired - Lifetime DE9315549U1 (en) | 1993-10-07 | 1993-10-07 | Linear electromagnetic drive device |
Country Status (1)
| Country | Link |
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| DE (1) | DE9315549U1 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE102012213052A1 (en) * | 2012-07-25 | 2014-05-15 | Kuhnke Automation Gmbh & Co. Kg | Actuating magnet for moving shut-off needle of hot runner nozzle of injection molding tool, has armature displaced within magnetic rings, which are connected with each other, where rings and pole ring are held by tubes |
-
1993
- 1993-10-07 DE DE9315549U patent/DE9315549U1/en not_active Expired - Lifetime
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE102012213052A1 (en) * | 2012-07-25 | 2014-05-15 | Kuhnke Automation Gmbh & Co. Kg | Actuating magnet for moving shut-off needle of hot runner nozzle of injection molding tool, has armature displaced within magnetic rings, which are connected with each other, where rings and pole ring are held by tubes |
| DE102012213052B4 (en) * | 2012-07-25 | 2016-05-19 | Kuhnke Automation Gmbh & Co. Kg | Actuating magnet for moving a valve needle of a hot runner nozzle of an injection molding tool |
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