EP0284634A1 - Elektromechanisches Stellglied - Google Patents

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Publication number
EP0284634A1
EP0284634A1 EP87104759A EP87104759A EP0284634A1 EP 0284634 A1 EP0284634 A1 EP 0284634A1 EP 87104759 A EP87104759 A EP 87104759A EP 87104759 A EP87104759 A EP 87104759A EP 0284634 A1 EP0284634 A1 EP 0284634A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
rod
housing
armature
end wall
actuator according
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP87104759A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Hans Klaus Dipl.-Ing. Teutsch
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Moog GmbH
Original Assignee
Moog GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Moog GmbH filed Critical Moog GmbH
Priority to EP87104759A priority Critical patent/EP0284634A1/de
Publication of EP0284634A1 publication Critical patent/EP0284634A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F7/00—Magnets
    • H01F7/06—Electromagnets; Actuators including electromagnets
    • H01F7/08—Electromagnets; Actuators including electromagnets with armatures
    • H01F7/16—Rectilinearly-movable armatures
    • H01F7/1607—Armatures entering the winding
    • H01F7/1615—Armatures or stationary parts of magnetic circuit having permanent magnet
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F7/00—Magnets
    • H01F7/06—Electromagnets; Actuators including electromagnets
    • H01F7/08—Electromagnets; Actuators including electromagnets with armatures
    • H01F7/16—Rectilinearly-movable armatures
    • H01F2007/1684—Armature position measurement using coils
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F7/00—Magnets
    • H01F7/06—Electromagnets; Actuators including electromagnets
    • H01F7/08—Electromagnets; Actuators including electromagnets with armatures
    • H01F7/121—Guiding or setting position of armatures, e.g. retaining armatures in their end position
    • H01F7/122—Guiding or setting position of armatures, e.g. retaining armatures in their end position by permanent magnets

Definitions

  • the invention relates to an electromechanical actuator according to the preamble of claim 1.
  • Such an actuator is known from DE-OS 32 41 254.
  • Actuators of the aforementioned type are used in particular to control hydraulic systems by means of valves. As a rule, they are required to have a linear relationship between the strength of the electrical excitation current supplied to the actuator and the mechanical adjustment caused by the actuator, with the greatest emphasis being placed on freedom from hysteresis between the current intensity and the mechanical adjustment.
  • the rod which moves as a function of the excitation current, protrudes on both sides from the housing of the actuator.
  • the spring arrangement against the action of which the armature and thus the rod is moved by the field of the excitation magnet, consists of two helical springs on both sides of the housing, which are supported between a housing wall and a ring fastened to the rod. These coil springs are therefore exposed to environmental influences. Even if the coil springs are centered around the rod in such a way that they do not touch the surface of the rod and therefore do not cause any friction there, hysteresis effects of the aforementioned type cannot be ruled out due to this construction of the spring arrangement.
  • Coil spring It is in the nature of one Coil spring, that changes its diameter during contraction and expansion, albeit slightly, so that the spring ends on the bearing surfaces on which they are supported carry out sliding movements in the radial direction.
  • sliding movements can only be carried out by overcoming static friction forces, which explains the above-mentioned hysteresis effects, which lead to a non-linearity in connection with the excitation current and the mechanical adjustment of the actuator armature.
  • the invention is therefore based on the object of specifying an electromechanical actuator of the type mentioned, in which a hysteresis between the excitation current and the mechanical movement of the moving element is minimized.
  • the spring arrangement accordingly consists of a substantially flat spring washer, which is fastened to the moving rod and to the fixed housing of the actuator and which is designed such that it is subjected to torsion, with no friction between the spring and parts, on which the spring washer is supported.
  • the spring is preferably provided with a sleeve in its center, which is fastened to the rod, preferably screwed onto the rod, and from which the spring washer stands freely.
  • the outer edge of the spring washer is expediently between in the housing one of the end walls, which delimit the chamber accommodating the piston, and is clamped in the housing, preferably with the interposition of a spacer ring, so that the spring washer is clamped uniformly over its entire circumference.
  • the friction effects are further reduced if the necessary movable support of the rod in the housing is carried out by means of a ball bearing.
  • the spring washer itself contributes to supporting the rod in the radial direction, which is a particular advantage because this support is free of any sliding friction.
  • the invention can also be used in an electromechanical actuator which contains at least two permanent magnets which are able to hold the armature in one of the end positions, even if the excitation current through the magnet coil is switched off.
  • the housing 1 shows a housing 1 of essentially circular cross section.
  • the housing 1 has one cylindrical shell 2, which at one end merges into a perpendicular end wall 3.
  • the housing 1 is closed by a cover 4.
  • the housing is fastened by means of bolts 5, one of which is shown in the drawing, on the body 6 of a unit (not shown) to be influenced by the actuator, with the interposition of an elastic sealing ring 7, the cover 4 resting on the body 6 and is partially pressed into the cylindrical housing 1 by tightening the bolts 5.
  • end walls 8 and 9 are inserted, which are held at a mutual distance by a sleeve 10 made of magnetically permeable material.
  • the end walls 8 and 9 have a substantially circular outline and are supported on the inner wall of the housing shell 2. They each have an essentially trapezoidal shape in axial section and are each provided in the middle with a bore 11 which is penetrated by a hollow rod 12.
  • the hollow rod 12 carries on the section lying approximately in the middle of the housing 1 an anchor 13 made of magnetically permeable material, which is attached to the rod 12.
  • This anchor is located in a chamber 14 which is delimited by the end walls 8 and 9.
  • an intermediate space is formed between the end faces 13a and 13b thereof and the sections 8a and 9a of the end walls 8 and 9 opposite them. These spaces allow the armature 13 to move in the axial direction.
  • this carries an external thread 12a, onto which a bushing 15, which is provided with an internal thread, is screwed, which is firmly connected to an essentially circular spring washer 16.
  • the bushing 15 and the spring washer 16 can be formed in one piece, but the spring washer can also be fastened to the bushing 15 by suitable mechanical measures, such as flanging, soldering, welding or the like.
  • the bush 15 with the spring washer 16 is fixed on the rod 12 by a lock nut 17 which is screwed onto the thread 12a.
  • the spring washer 16 bears on its outer edge region against a spacer ring 18 which lies in the throat at the transition between the cylindrical jacket 2 and the end wall 3 of the housing 1.
  • the edge region of the spring washer 16 bears against an edge 9b of the second end wall 9 which projects in the axial direction.
  • the pressure force caused by them is transmitted via the cover 4, the edge of the first end wall 8, the sleeve 10 and the edge of the second end wall 9 to the edge region of the spring washer 16, so that it is between the axially projecting edge 9b and the spacer ring 18 is clamped.
  • the spring washer 16 is relaxed.
  • a first annular permanent magnet 19 is mounted radially outside the armature 13 on a shoulder of the first end wall 8 and is polarized in the axial direction. This extends partially over the armature 13.
  • An annular pole piece 20 adjoins it in the axial direction.
  • a second permanent magnet 21, which is polarized opposite to the first permanent magnet is attached, in the axial direction Connects an annular pole piece 22 in the direction.
  • a resilient spacer ring 23 which presses the pole pieces against the associated permanent magnet rings 19 and 21, respectively.
  • the permanent magnets 19 and 21 can be glued to the end walls 8 and 9 and the pole pieces can also be glued to the associated permanent magnets, so that the spacer ring 23 can be omitted if necessary.
  • the permanent magnets, the pole pieces and the spacer ring delimit the aforementioned chamber 14 in the radial direction.
  • the aforementioned arrangement surrounds an excitation coil 24, the connecting lines 25 of which extend through openings in the first end wall 8, the cover 4 and the body 6.
  • the sleeve 10 closes the magnetic circuit that can be generated by the excitation coil 24 outside the excitation coil 24.
  • the hollow rod 12 has an internally threaded section into which a threaded adjusting rod 26 is screwed.
  • a lock nut 27 is screwed onto the end of the adjusting rod 26 protruding from the rod 12.
  • the end section of the rod 12 with the end of the adjusting rod 26 and the lock nut screwed onto it extend into a tubular collar 28 formed on the housing end wall 3, which is closed off by a removable closure cap 29.
  • the rod 12 is supported at its left end in the cover 4 of the housing by means of a ball bearing 30 so as to be axially movable. Between the adjusting rod 26 and the inner wall The hollow rod 12 is an annular space 31, from which bores 32 extend in the wall of the rod 12 and through which a damping fluid can be guided into the cavity enclosed by the housing 1.
  • first and second end walls 8 and 9 are made of a magnetically permeable material.
  • the housing 1 has no influence on the magnetic circuit and can be made of any material.
  • the housing can be partially omitted.
  • a design can also be selected in which the end walls 8 and 9 are clamped to the body 6 together with the sleeve 10 arranged therebetween by means of tension screws which extend over the entire arrangement, end wall 3 and cover 4 are replaced by washers.
  • the sleeve 10 can expediently be constructed from two rings, at the joint of which the connecting lines 25 of the excitation coil 24 emerge.
  • Fig. 2 shows the spring washer 16 in plan view. In the middle of the spring washer, the bushing 15 provided with the internal thread can be seen. As can also be seen from FIG. 2, two slots 16a are formed in the spring washer 16, which run in a spiral shape and in the present case are arranged offset from one another by 180 °. It should be noted that more such slots 16a can also be formed, for example three slots which are each offset by 120 ° from one another. Because of these slots 16a, the edge region of the spring washer 16 can be in relation to the bush 15 in the axial direction of the overall arrangement, ie 2 are moved elastically perpendicular to the plane of the drawing, with the intermediate sections which connect the edge region to the center of the spring washer undergoing a torsion.
  • the spring washer 16 on the rod 12 can be adjusted so that in the relaxed state of the spring washer 16, the armature 13 is located in the middle between the two sections 8a and 9a of the end walls 8 and 9, forming air gaps of the same width .
  • This position can be adjusted by screwing the rod into the thread of the bushing 15. This position is then fixed using the lock nut 17.
  • the electromechanical actuator i.e.
  • an adjustment of the position of the armature with respect to the unit (not shown) in the body 6 can be achieved in the body 6 by means of the adjusting rod 26, which after removing the cap 29 and loosening the lock nut 27 by twisting can be adjusted in a suitable manner, whereupon the lock nut 27 is tightened again and the cap 29 is replaced.
  • the assembly of the actuator shown is very simple.
  • the individual parts shown are inserted one after the other into the housing 1, starting with the spacer ring 18.
  • Subassembly pre-assembled from the rod 12, spring washer 16 and armature 13 is then inserted into the housing 1. Possibly.
  • the magnetic ring 21 and the pole piece 22 can also already be attached to the end wall 9.
  • the field coil 24 and the spacer sleeve 10 are then inserted, after which the first end wall 8, which may already be theirs Permanent magnet 19 and the pole piece 20 carries, with the interposition of the spacer ring 23 inserted into the housing 1.
  • the lid 4 is pushed onto the rod 12. This overall arrangement is then fastened to the body 6 by means of the bolts 5.
  • the spring washer 16 with the bush 15 and then the second end wall 9 can be inserted, whereupon the rod 12 with the armature 13 is screwed into the bush. The rest of the assembly then takes place as previously described. It should be emphasized that, with the exception of the fastening of the spring ring on the rod 12, no parts within the housing 1 need to be firmly connected to one another.
  • the rod 26 with the lock nut 27 is only a particularly advantageous embodiment. It can be dispensed with if the rod 12 is connected directly to the unit to be actuated.
  • the armature 13 is shifted with the rod 12 to the left or right by excitation of the coil 24 by means of a direct current, depending on the current direction and current strength, the one air gap between the one end face of the armature and the opposite section of the one end wall being smaller and the corresponding one Air gap on the other side of the armature increases.
  • the spring washer 16 bends without rubbing against any object.
  • the ball bearing of the rod 12 at 30 reduces the effects of friction to a minimum.
  • the magnetic circuit generated by the excitation coil 24 continues torically around the coil 24 through the sleeve 10 made of magnetically permeable material through one end wall, the anchor and the other end wall.
  • annular permanent magnets 19 and 21 with associated pole pieces 20 and 22 are arranged in the electromechanical actuator, which cause the armature to be held in each of the end positions that it reaches at maximum deflection, even if no current flows through the excitation coil 24. If this effect is not desired, the permanent magnet rings 19 and 21 and the pole pieces 20 and 22 connected to them and the spacer ring 23 are to be omitted.
  • the entire interior of the electromechanical actuator can be filled with a fluid from the outside and can be connected to an external fluid circuit.
  • This fluid causes damping of the movement of the armature in the actuator, which prevents overshoots and bouncing.
  • the fluid can be a suitable oil.
  • the spring arrangement is very flat due to the disc-shaped design of the spring and is protected against environmental influences, since it is arranged in the housing of the actuator. It is Another advantage is that the actuator can be adjusted independently of the unit to be controlled even after complete assembly.

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Abstract

Es wird ein elektromechanisches Stellglied mit einem Gehäuse, einer darin befindlichen Spule (24) und einem in der Spule verschiebbaren Anker (13) angegeben, der von einer Federanordnung (16) in einer neutralen Stellung gehalten wird. Die Federanordnung besteht aus einer im wesentlichen flachen Scheibe, die in ihrer Mitte auf einer mit dem Anker verbundenen Stange (12) fest angebracht ist und an ihrem äußeren Randbereich am Gehäuse festgelegt ist. Die Federscheibe befindet sich innerhalb des Gehäuses und ist mit spiralförmig verlaufenden Schlitzen (16a) versehen. Die Feder arbeitet reibungsfrei, wodurch Hystereseerscheinungen zwischen der Stärke des der Spule zugeführten Steuerstroms und der Verschiebung des Ankers vermieden werden.

Description

  • Die Erfindung bezieht sich auf ein elektromechanisches Stellglied nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Ein solches Stellglied ist aus der DE-OS 32 41 254 bekannt.
  • Stellglieder der vorgenannten Art dienen insbesondere der Steuerung hydraulischer Anlagen mittels Ventilen. Von ihnen wird in der Regel ein linearer Zusammenhang zwischen der Stärke des dem Stellglied zugeführten elektrischen Erregerstroms und der von dem Stellglied hervorgerufenen mechanischen Verstellung verlangt, wobei auf eine Hysteresefreiheit zwischen Stromstärke und mechanischer Verstellung höchster Wert gelegt wird.
  • Bei dem bekannten elektromechanischen Stellglied ragt die in Abhängigkeit von der Erregerstromstärke bewegte Stange zu beiden Seiten aus dem Gehäuse des Stellgliedes heraus. Die Federanordnung, gegen deren Wirkung der Anker und damit die Stange vom Feld des Erregermagneten bewegt wird, besteht dabei aus zwei Schraubenfedern zu beiden Seiten des Gehäuses, die sich zwischen jeweils einer Gehäusewand und einem auf der Stange befestigten Ring abstützen. Diese Schraubenfedern sind somit Umgebungseinflüssen ausgesetzt. Auch wenn die Schraubenfedern derart um die Stange zentriert sind, daß sie die Oberfläche der Stange nicht berühren und daher dort keine Reibung hervorrufen, sind durch diese Konstruktion der Federanordnung bedingte Hystereseeffekte der vorgenannten Art doch nicht auszuschließen. Es liegt in der Natur einer Schraubenfeder, daß deren Durchmesser bei Kontraktion und Expansion, wenn auch gering, ändert, so daß die Federenden auf den Auflageflächen, an denen sie abgestützt sind, Gleitbewegungen in radialer Richtung ausführen. Solche Gleitbewegungen können indessen nur unter Überwindung von Haftreibungskräften ausgeführt werden, woraus sich die vorerwähnten Hystereseeffekte erklären, die zu einer Nichtlinearität im Zusammenhang zwischen dem Erregerstrom und der mechanischen Verstellung des Stellgliedankers führen.
  • Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein elektromechanisches Stellglied der eingangs genannten Art anzugeben, bei dem eine Hysterese zwischen dem Erregerstrom und der mechanischen Bewegung des bewegten Elementes minimiert ist.
  • Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
  • Bei dem erfindungsgemäßen Stellglied besteht demnach die Federanordnung aus einer im wesentlichen flachen Federscheibe, die an der bewegten Stange und am feststehenden Gehäuse des Stellgliedes befestigt ist und die derart gestaltet ist, daß sie auf Torsion beansprucht wird, wobei keinerlei Reibung zwischen der Feder und Teilen, an denen die Federscheibe abgestützt ist, auftritt.
  • Vorzugsweise ist die Feder in ihrer Mitte mit einer Büchse versehen, die an der Stange befestigt, vorzugsweise auf die Stange aufgeschraubt ist und von der die Federscheibe frei wegsteht. Der äußere Rand der Federscheibe ist im Gehäuse zweckmäßigerweise zwischen einer der Endwände, die die den Kolben aufnehmende Kammer begrenzen, und dem Gehäuse eingeklemmt, vorzugsweise unter Zwischenlage eines Abstandsringes, so daß die Federscheibe an ihrem gesamten Umfang gleichmäßig eingespannt ist.
  • Zur weiteren Verringerung von Reibungswirkungen trägt bei, wenn die notwendigerweise bewegliche Abstützung der Stange im Gehäuse mittels eines Kugellagers erfolgt. Auch die Federscheibe selbst trägt zur Abstützung der Stange in radialer Richtung bei, was ein besonderer Vorteil ist, weil diese Abstützung frei jeglicher Gleitreibung ist.
  • In vorteilhafter Weise ist die Erfindung auch bei einem elektromechanischen Stellglied einsetzbar, das wenigstens zwei Permanentmagnete enthält, die in der Lage sind, den Anker wahlweise in einer der Endstellungen festzuhalten, auch wenn der Erregerstrom durch die Magnetspule abgeschaltet ist.
  • Die Erfindung, ihre Merkmale und Weiterbildungen sowie deren Vorteile sollen nachfolgend unter Bezugnahme auf ein in den Zeichnungen dargestelltes Ausführungsbeispiel eines elektromechanischen Stellgliedes näher erläutert werden. Es zeigt:
    • Fig. 1 einen Axialschnitt durch ein elektromechanisches Stellglied mit den Merkmalen der Erfindung, und
    • Fig. 2 eine Draufsicht auf die in dem Stellglied verwendete Federscheibe.
  • Man erkennt in Fig. 1 ein Gehäuse 1 von im wesentlichen kreisförmigem Querschnitt. Das Gehäuse 1 weist einen zylindrischen Mantel 2 auf, der am einen Ende in eine senkrecht dazu verlaufende Stirnwand 3 übergeht. An der der Stirnwand 3 gegenüberliegenden Seite ist das Gehäuse 1 von einem Deckel 4 abgeschlossen. Das Gehäuse ist mittels Bolzen 5, von denen in der Zeichnung ein einzelner dargestellt ist, auf dem Körper 6 einer von dem Stellglied zu beeinflussenden Einheit (nicht dargestellt) unter Zwischenlage eines elastischen Dichtungsringes 7 befestigt, wobei der Deckel 4 auf dem Körper 6 aufliegt und durch das Festziehen der Bolzen 5 teilweise in das zylindrische Gehäuse 1 hineingedrückt ist.
  • In das Gehäuse 1 sind zwei Endwände 8 und 9 eingesetzt, die durch eine Hülse 10 aus magnetisch permeablem Material auf gegenseitigen Abstand gehalten sind. Die Endwände 8 und 9 haben im wesentlichen kreisförmigen Umriß und stützen sich an der Innenwand des Gehäusemantels 2 ab. Sie haben im Axialschnitt jeweils eine im wesentlichen trapezförmige Gestalt und sind in der Mitte jeweils mit einer Bohrung 11 versehen, die von einer hohlen Stange 12 durchdrungen ist.
  • Die hohle Stange 12 trägt auf dem etwa in der Mitte des Gehäuses 1 liegenden Abschnitt einen Anker 13 aus magnetisch permeablem Material, der an der Stange 12 befestigt ist. Dieser Anker befindet sich in einer Kammer 14, die von den Endwänden 8 und 9 begrenzt ist. In der in Fig. 1 dargestellten Mittenstellung des Ankers 13 ist zwischen dessen Stirnseiten 13a bzw. 13b und den diesen gegenüberstehenden Abschnitten 8a bzw. 9a der Endwände 8 bzw. 9 jeweils ein Zwischenraum ausgebildet. Diese Zwischenräume erlauben eine Bewegung des Ankers 13 in axialer Richtung.
  • Im in Fig. 1 rechts liegenden Endbereich der Stange 12 trägt diese ein Außengewinde 12a, auf die eine mit einem Innengewinde versehene Büchse 15 aufgeschraubt ist, die mit einer im wesentlichen kreisförmigen Federscheibe 16 fest verbunden ist. Die Büchse 15 und die Federscheibe 16 können einstückig ausgebildet sein, es kann aber auch die Federscheibe an der Büchse 15 durch geeignete mechanische Maßnahmen, wie Bördeln, Löten, Schweißen oder dergleichen befestigt sein. Die Büchse 15 mit der Federscheibe 16 ist auf der Stange 12 durch eine Kontermutter 17, die auf das Gewinde 12a geschraubt ist, festgelegt. Die Federscheibe 16 liegt an ihrem äußeren Randbereich an einem Abstandsring 18 an, der in der Kehle am Übergang zwischen dem zylindrischen Mantel 2 und der Stirnwand 3 des Gehäuses 1 liegt. Auf der anderen Seite liegt der Randbereich der Federscheibe 16 an einem in axialer Richtung vorstehenden Rand 9b der zweiten Endwand 9 an. Durch das Festziehen der Bolzen 5 überträgt sich die von diesen hervorgerufene Druckkraft über den Deckel 4, den Rand der ersten Endwand 8, die Hülse 10 und den Rand der zweiten Endwand 9 auf den Randbereich der Federscheibe 16, so daß diese zwischen dem axial vorstehenden Rand 9b und dem Abstandsring 18 festgespannt ist. In der in Fig. 1 dargestellten Mittelstellung des Ankers 13 ist die Federscheibe 16 entspannt.
  • Radial außerhalb des Ankers 13 ist auf einem Absatz der ersten Endwand 8 ein erster ringförmiger Permanentmagnet 19 angebracht, der in axialer Richtung polarisiert ist. Dieser erstreckt sich teilweise über den Anker 13. An ihn schließt sich in axialer Richtung ein ringförmiges Polstück 20 an. In gleicher Weise ist auf einem Absatz an der zweiten Endwand 9 ein zum ersten Permanentmagneten entgegengesetzt gepolter zweiter Permanentmagnet 21 angebracht, an den sich in axialer Richtung ein ringförmiges Polstück 22 anschließt. Zwischen den beiden einander zugewandten Polstücken 20 und 22 befindet sich ein federnder Abstandsring 23, der die Polstücke gegen die zugehörigen Permanentmagnetringe 19 bzw. 21 drückt. Die Permanentmagneten 19 und 21 können an den Endwänden 8 bzw. 9 festgeklebt sein und die Polstücke können an den zugehörigen Permanentmagneten ebenfalls festgeklebt sein, so daß auf den Abstandsring 23 ggf. verzichtet werden kann. Die Permanentmagneten, die Polstücke und der Abstandsring begrenzen die vorerwähnte Kammer 14 in radialer Richtung.
  • Radial außerhalb umgibt die vorgenannte Anordnung eine Erregerspule 24, deren Anschlußleitungen 25 durch Öffnungen in der ersten Endwand 8, dem Deckel 4 und dem Körper 6 verlaufen. Die Hülse 10 schließt den von der Erregerspule 24 erzeugbaren magnetischen Kreis außerhalb der Erregerspule 24.
  • Am in der Fig. rechten Ende weist die hohle Stange 12 einen mit einem Innengewinde versehenen Abschnitt auf, in den ein mit einem Gewinde versehener Stellstab 26 eingeschraubt ist. Auf das aus der Stange 12 vorstehende Ende des Stellstabes 26 ist eine Kontermutter 27 aufgeschraubt. Der Endabschnitt der Stange 12 mit dem Ende des Stellstabes 26 und der darauf aufgeschraubten Kontermutter erstrecken sich in einen an der Gehäusestirnwand 3 ausgebildeten tubusförmigen Kragen 28, der von einer abnehmbaren Verschlußkappe 29 abgeschlossen ist.
  • Die Stange 12 ist an ihrem linken Ende im Deckel 4 des Gehäuses mittels eines Kugellagers 30 axial verschiebbar gelagert. Zwischen dem Stellstab 26 und der Innenwand der hohlen Stange 12 befindet sich ein Ringraum 31, von welchem aus sich Bohrungen 32 in der Wand der Stange 12 erstrecken und durch die ein Dämpfungsfluid in den von dem Gehäuse 1 umschlossenen Hohlraum geleitet werden kann.
  • Es sei schließlich erwähnt, daß die ersten und zweiten Endwände 8 und 9 aus einem magnetisch permeablen Material bestehen. Das Gehäuse 1 hat keinen Einfluß auf den magnetischen Kreis und kann aus einem beliebigen Material bestehen.
  • Ggf. kann das Gehäuse teilweise entfallen. So kann statt des Gehäuses 1 mit Stirnwand 3 und Deckel 4 auch eine Bauform gewählt werden, bei der die Endwände 8 und 9 zusammen mit der dazwischen angeordneten Hülse 10 über Zugschrauben, die sich über die gesamte Anordnung erstrecken, mit dem Körper 6 verspannt sind, wobei Stirnwand 3 und Deckel 4 durch Ringscheiben ersetzt sind. Die Hülse 10 kann dabei zweckmäßigerweise aus zwei Ringen aufgebaut sein, an deren Trennfuge die Anschlußleitungen 25 der Erregerspule 24 austreten.
  • Fig. 2 zeigt die Federscheibe 16 in Draufsicht. Man erkennt in der Mitte der Federscheibe die mit dem Innengewinde versehene Büchse 15. Wie aus Fig. 2 ferner zu entnehmen ist, sind in der Federscheibe 16 zwei Schlitze 16a ausgebildet, die spiralförmig verlaufen und im vorliegenden Falle um 180° gegeneinander versetzt angeordnet sind. Es sei angemerkt, daß auch mehr solcher Schlitze 16a ausgebildet sein können, beispielsweise drei Schlitze, die jeweils um 120° gegeneinander versetzt angeordnet sind. Aufgrund dieser Schlitze 16a kann der Randbereich der Federscheibe 16 gegenüber der Büchse 15 in axialer Richtung der Gesamtanordnung, d.h. in bezug auf Fig.2 senkrecht zur Zeichenebene elastisch bewegt werden, wobei die Zwischenabschnitte, die den Randbereich mit dem Zentrum der Federscheibe verbinden, eine Torsion erfahren.
  • Aufgrund der dargestellten und zuvor erläuterten Konstruktion läßt sich die Federscheibe 16 auf der Stange 12 so einstellen, daß im entspannten Zustand der Federscheibe 16 der Anker 13 in der Mitte zwischen den beiden Abschnitten 8a und 9a der Endwände 8 und 9 unter Ausbildung gleich breiter Luftspalte befindet. Eine Justierung dieser Stellung kann durch entsprechendes Einschrauben der Stange in das Gewinde der Büchse 15 vorgenommen werden. Anschließend wird diese Stellung mit Hilfe der Kontermutter 17 fixiert. Im fertig montierten Zustand des elektromechanischen Stellgliedes, d.h. nach Anbringung an dem Körper 6 läßt sich eine Einstellung der Lage des Ankers in bezug auf die in der mit ihm verbundenen Einheit (nicht dargestellt) im Körper 6 mittels des Stellstabes 26 erzielen, der nach Abnehmen der Verschlußkappe 29 und Lösen der Kontermutter 27 durch Verdrehen in passender Weise eingestellt werden kann, woraufhin die Kontermutter 27 wieder festgezogen und die Verschlußkappe 29 wieder aufgesetzt werden.
  • Der Zusammenbau des dargestellten Stellgliedes vollzieht sich sehr einfach. Die dargestellten Einzelteile werden nacheinander in das Gehäuse 1 eingesetzt, beginnend mit dem Abstandsring 18. Anschließend wird eine aus Stange 12, Federscheibe 16 und Anker 13 vormontierte Unterbaugruppe in das Gehäuse 1 eingeschoben. Ggf. können auch der Magnetring 21 und das Polstück 22 bereits an der Endwand 9 befestigt sein. Sodann werden die Feldspule 24 und die Abstandshülse 10 eingeschoben, wonach die erste Endwand 8, die ggf. schon ihren Permanentmagneten 19 und das Polstück 20 trägt, unter Zwischenlage des Abstandsringes 23 in das Gehäuse 1 eingesetzt. Schließlich wird der Deckel 4 auf die Stange 12 aufgeschoben. Diese Gesamtanordnung wird dann mittels der Bolzen 5 auf dem Körper 6 befestigt.
  • Alternativ kann auch nach dem Einsetzen des Abstandsringes 18 zunächst die Federscheibe 16 mit der Büchse 15 und anschließend die zweite Endwand 9 eingesetzt werden, woraufhin die Stange 12 mit dem Anker 13 in die Büchse eingeschraubt wird. Der übrige Zusammenbau vollzieht sich dann wie zuvor beschrieben. Es ist hervorzuheben, daß mit Ausnahme der Befestigung des Federringes an der Stange 12 keine Teile innerhalb des Gehäuses 1 miteinander fest verbunden zu werden brauchen. Der Stab 26 mit der Kontermutter 27 stellt nur eine besonders vorteilhafte Ausführungsform dar. Auf sie kann ggf. verzichtet werden, wenn die Stange 12 unmittelbar mit der zu betätigenden Einheit verbunden ist.
  • Im Betrieb wird durch Erregung der Spule 24 mittels eines Gleichstromes je nach Stromrichtung und Stromstärke der Anker 13 mit der Stange 12 nach links oder rechts verschoben, wobei der eine Luftspalt zwischen der einen Stirnfläche des Ankers und dem gegenüberliegenden Abschnitt der einen Endwand kleiner und der entsprechende Luftspalt auf der anderen Seite des Ankers größer wird. Dabei verbiegt sich die Federscheibe 16, ohne daß sie dabei an irgendeinem Gegenstand reibt. Durch die Kugellagerung der Stange 12 bei 30 sind Reibungseinflüsse auf ein Minimum reduziert. Der magnetische Kreis, der von der Erregerspule 24 erzeugt wird, verläuft torisch um die Spule 24 durch die Hülse 10 aus magnetisch permeablem Material, weiterhin durch die eine Endwand, den Anker und die andere Endwand.
  • Wie dargestellt, sind in dem elektromechanischen Stellglied zwei axial entgegengesetzt zueinander polarisierte ringförmige Permanentmagneten 19 und 21 mit zugehörigen Polstücken 20 bzw. 22 angeordnet, die bewirken, daß der Anker in jeder der Endstellungen, die er bei maximaler Auslenkung erreicht, festgehalten wird, auch wenn kein Strom durch die Erregerspule 24 fließt. Wenn dieser Effekt nicht erwünscht ist, sind die Permanentmagnetringe 19 und 21 sowie die mit ihnen verbundenen Polstücke 20 und 22 und der Abstandsring 23 wegzulassen.
  • Die Wirkungsweise des vorgenannten Selbsthalteeffektes, der durch die Permanentmagnetringe 19 und 21 zusammen mit den zugehörigen Polstücken 20 und 22 hervorgerufen wird, ist in der eingangs erwähnten DE-OS 32 41 254 ausführlich beschrieben, so daß auf deren Offenbarung an dieser Stelle ersatzweise Bezug genommen werden kann.
  • Bemerkenswert ist ferner, daß bei der dargestellten und erläuterten Konstruktion der gesamte Innenraum des elektromechanischen Stellgliedes von außen mit einem Fluid befüllbar ist und mit einem äußeren Fluidkreis in Verbindung sein kann. Dieses Fluid ruft in dem Stellglied eine Bewegungsdämpfung des Ankers hervor, die Überschwingungen und ein Prellen vermeidet. Das Fluid kann ein geeignetes Öl sein.
  • Besonders vorteilhaft ist, daß die Federanordnung aufgrund der scheibenförmigen Ausführung der Feder sehr flach ist und gegen Umgebungseinflüsse geschützt ist, da sie im Gehäuse des Stellgliedes angeordnet ist. Es ist weiterhin von Vorteil, daß das Stellglied auch nach vollständiger Montage an der zu steuernden Einheit unabhängig von dieser justiert werden kann.

Claims (12)

1. Elektromechanisches Stellglied mit einem Gehäuse (1), einer darin befindlichen, durch im Abstand voneinander angeordnete erste und zweite Endwände (8, 9) begrenzten Kammer (14), einer verschiebbar in dem Gehäuse (1) angeordneten, aus dem Gehäuse (1) herausragenden Stange (12), an der ein in der Kammer (14) angeordneter Anker (13) befestigt ist, der mit der Stange (12) in Axialrichtung derselben zwischen einer ersten Endstellung, bei der eine erste Stirnfläche (13a) des Ankers (13) an der ersten Endwand (8) anliegt, und einer zweiten Endstellung, bei der die gegenüberliegende (zweite) Stirnfläche (13b) des Ankers (13) an der zweiten Endwand (9) anl i egt, verschiebbar ist, einer den Anker (13) umgebenden, im Gehäuse (1) befestigten Erregerspule (24), einer außen um die Erregerspule (24) angeordneten Einrichtung (10) zum Schließen eines von der Erregerspule (24) erzeugbaren magnetischen Kreises und einer Federanordnung (16), die an der Stange (12) und dem Gehäuse (1) abgestützt ist und im Sinne einer den Anker (13) in seine axiale Mittenstellung bringenden Weise auf die Stange (12) einwirkt, dadurch gekennzeichnet, daß die Federanordnung aus einer einzigen, im wesentlichen flachen Scheibe (16) besteht, die in ihrer Mitte an der Stange (12) fest angebracht und in ihrem Randbereich an dem Gehäuse (1) befestigt ist und die wenigstens einen etwa spiralförmig verlaufenden Schlitz (16a) aufweist.
2. Stellglied nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Federscheibe (16) zwei Schlitze (16a) aufweist, die um 180° gegeneinander versetzt in der Federscheibe (16) ausgebildet sind.
3. Stellglied nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Federscheibe (16) in ihrer Mitte mit einer Büchse (15) verbunden ist, die an der Stange (12) befestigt ist.
4. Stellglied nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet,, daß die Büchse (15) ein Innengewinde aufweist, das auf die mit einem Außengewinde (12a) versehene Stange (12) aufgeschraubt ist.
5. Stellglied nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Federscheibe (16) mittels einer Kontermutter (17) auf der Stange (12) festgelegt ist.
6. Stellglied nach einem der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (1) eine Stirnwand (3) aufweist, in der Kehle zwischen dem Gehäusemantel (2) und der Stirnwand (3) ein Abstandsring (18) angeordnet ist und die Federscheibe (16) mit ihrem Randbereich zwischen der benachbarten Endwand (9) und dem Abstandsring (18) eingespannt ist.
7. Stellglied nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (1) von einem stirnseitigen Deckel (4) abgeschlossen ist, der mit Druck in den Gehäuse mantel (2) eingesetzt ist, welcher Druck über die Endwände (8, 9) und eine dazwischen angeordnete Abstandshülse (10) aus magnetisch permeablem Material, die den magnetischen Kreis schließt, auf den Randbereich der Federscheibe (16) übertragen wird.
8. Stellglied nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Stange (12) an dem Gehäuse (1) mittels wenigstens eines Kugellagers (30) axial beweglich gelagert ist.
9. Stellglied nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Gehäuse (1) wenigstens zwei axial polarisierte Permanentmagnete (19, 21) angeordnet sind, von denen ein erster Magnet (19) nahe der einen (ersten) Endwand (8) angeordnet ist und einen ersten kurzen magnetischen Kreis durch den Anker (13) und den dessen erster Stirnfläche (13a) gegenüberliegenden Abschnitt (8a) der einen (ersten) Endwand (8) erzeugt, der die andere (zweite) Endwand (9) nicht durchdringt, und einen ersten langen magnetischen Kreis durch den Anker (13), die Endwände (8, 9) und die Einrichtung (10) erzeugt, der den der ersten Ankerstirnfläche (13a) gegenüberliegenden Abschnitt (8a) der ersten Endwand (8) nicht durchdringt, und ein zweiter, gegensinnig gepolter Magnet (21) nahe der anderen (zweiten) Endwand (9) angeordnet ist und einen zweiten kurzen magnetischen Kreis durch den Anker (13) und den dessen zweiter Stirnfläche gegenüberliegenden Abschnitt (9a) der zweiten Endwand (9) erzeugt, der die erste Endwand (8) nicht durchdringt, und einen zweiten langen magnetischen Kreis durch den Anker (13), die Endwände (8, 9) und die Einrichtung (10) erzeugt, der den der zweiten Ankerstirnfläche (13b) gegenüberliegenden Abschnitt (9a) der zweiten Endwand (9) nicht durchdringt.
10. Stellglied nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Stange (12) hohl ist und mit wenigstens einer Querbohrung (32) versehen ist, durch die hindurch der Gehäuseinnenraum mit einem Dämpfungsfluid erfüllbar ist.
11. Stellglied nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Stange (12) hohl ist und wenigstens in einem Teilabschnitt mit einem Innengewinde versehen ist, in das ein Stellstab (26) zur Verbindung mit einem von dem Stellglied zu betätigenden Element einstellbar eingeschraubt ist.
12. Stellglied nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Stellstab (26) mittels einer Kontermutter (27) an der Stange (12) festgelegt ist.
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