EP1334493A1

EP1334493A1 - Aktuator für ein fluid-ventil

Info

Publication number: EP1334493A1
Application number: EP01996867A
Authority: EP
Inventors: Hartmuth Rausch; Peter-Klaus Budig; Ralf Werner
Original assignee: Parker Hannifin GmbH and Co KG
Current assignee: Parker Hannifin GmbH and Co KG
Priority date: 2000-11-14
Filing date: 2001-11-14
Publication date: 2003-08-13
Anticipated expiration: 2021-11-14
Also published as: KR100840842B1; US7164336B2; EP1334493B1; JP2004514393A; US20040051607A1; DE50112241D1; US6975195B2; JP4052384B2; WO2002041331A1; CA2441997A1; KR20030064410A; CA2441997C; EP1334492A1; CN1225751C; ATE357731T1; AU2002217028A1; CN1486496A; WO2002041332A1; US20040003849A1

Description

Aktuator für ein Fluid-Ventil

B e s c h r e i b u n g

Die Erfindung betrifft einen Aktuator zur Betätigung eines Ventils, mit einem aus magnetisch leitendem Material bestehenden Gehäusemantel, einem einen Betätigungsansatz aufweisenden, in dem Gehäusemantel unter Ausbildung eines dazu bestehenden Luftspaltes beweglichen Spulenträger mit wenigstens einer auf dessen Umfang gewickelten, stromdurchflossenen Spule sowie mit einem von dem Spulenträger unter Ausbildung eines Luftspaltes umschlossenen Magnetzylinder mit einer in dessen Innerem axial angeordneten Abfolge von Permanentmagnet und aus einem magnetisch leitenden Material bestehender Polscheibe, wobei die axiale Breite der Spule größer ist als die axiale Länge der der Spule zugeordneten Polscheibe.

Ein Aktuator mit den vorgenannten Merkmalen ist in der US 5 345 206 beschrieben, der im Grundsatz auch zur Betätigung eines Ventils einsetzbar ist. Der bekannte Aktuator besteht aus einem einseitig geschlossenen, vollständig aus einem magnetisch leitenden Material bestehenden Gehäuse, in welchem der mit einem Betätigungsansatz aus dem Gehäuse herausfahrbare Spulenträger beweglich ist. Der bekannte Aktuator zeichnet sich dadurch aus, dass die Polscheiben gegenüber den benachbart angeordneten Permanentmagneten schmal ausgebildet sind und die auf dem Spulenträger gewickelten Spulen gegenüber den zugeordneten schmalen Polscheiben eine sehr viel größere Breite aufweisen.

Mit dieser Konfiguration soll bei dem bekannten Aktuator aufgrund einer magnetischen Sättigung der schmalen Polscheiben bewusst ein von den Permanentmagneten auf die die Permanentmagneten überlappenden Spulen einwirkendes Streufeld erzeugt werden. Dabei wird der Nachteil in Kauf genommen, dass der von dem Permanentmagneten zur Verfügung gestellte magnetische Fluss nicht vollständig in einen die Bewegung des Spulenträgers herbeiführenden Nutzfluss umsetzbar ist und die Feldlinien zu einem großen Teil im Luftspalt eine längere Wegstrecke neben den Polbereichen überwinden müssen, wozu eine größere Menge an Magnetmaterial erforderlich ist. Da zum Erfassen des Streuflusses die Spulen mit einer die Breite der zugeordneten Polscheibe weit überlappenden Abmessung ausgeführt sind, befindet sich relativ viel Spulenmaterial auf dem Spulenträger. Damit ist in nachteiliger Weise nicht nur die bei der Funktion des Aktuators zu bewegende Masse des Spulenträgers vergrößert, vielmehr führt die Bestromung einer mit entsprechender Wicklungsmasse ausgebildeten Spule auch zu einer entsprechend starken Erwärmung der Spule. Diese Erwärmung belastet den Wärmehaushalt des Aktuators und führt auch zu einem entsprechenden Ausdehnungsverhalten des einzelnen Spulenkörpers mit einer daraus folgenden Beeinflussung der Abmessung des vorgesehenen Luftspaltes und einer Begrenzung der maximal möglichen Energiedichte.

Diese Nachteile führen dazu, dass ein bekannter Aktuator zur Steuerung bzw. Betätigung von in der Fluidtechnik eingesetzten Ventilen nicht brauchbar ist, und daher liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen Aktuator mit den eingangs genannten Merkmalen für den Einsatz in der Fluidtechnik einzurichten. Fluidtechnik meint dabei insbesondere die Betätigung von in der Hydraulik sowie in der Drucklufttechnik eingesetzten Ventilen.

Die Lösung dieser Aufgabe ergibt sich einschließlich vorteilhafter Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung aus dem Inhalt der Patentansprüche, welche dieser Beschreibung nachgestellt sind.

Die Erfindung sieht in ihrem Grundgedanken vor, dass die Größenabmessungen von Permanentmagnet und Polscheibe derart aufeinander abgestimmt sind, dass die stirnseitige Querschnittsfläche des Permanentmagneten mindestens der Umfangsflache einer benachbarten Polscheibe entspricht und dass die Breite der der Polscheibe zugeordneten Spule die Breite der Polscheibe um die Hubamplitude des Spulenträgers überlappt, und dass der Aktuator zu Betätigung eines in der Fluidtechnik eingerichteten Ventils dadurch eingerichtet ist, dass der Spulenträger in einem fluidischen Medium beweglich und der zwischen Spulenträger und einem den Permanentmagneten und die zugehörige Polscheibe umschließenden Magnetzylinderrohr bestehende Luftspalt maximal so breit bemessen ist, dass sich zwischen den Teilen ein laminarer Schmierfilm ohne Verdrängung des umgebenden Fluids einstellt.

Mit der Erfindung ist der Vorteil verbunden, dass zunächst der nicht zur Krafteinwirkung auf den Spulenträger beitragende Streufluss dadurch gering gehalten ist, dass der gesamte magnetische Fluss im Bereich der Polscheibe radial auf dem geometrisch kürzesten Weg durch den Luftspalt zwischen Magnetzylinderrohr und Gehäuse bzw. Gehäusemantel geführt ist, so dass alle Spulenleiter mit der maximalen Luftspaltinduktion beaufschlagt sind. Damit dies während der gesamten axialen Bewegung des Spulenträgers relativ zum feststehenden Magnetzylinderrohr gewährleistet ist, ist erfindungsgemäß vorgesehen, daß die Breite der der Polscheibe zugeordneten Spule die Breite der Polscheibe um die Hubamplitude des Spulenträgers überlappt. Soweit hierdurch die Ausdehnung der Spulen auf das notwendige Maß begrenzt ist, ergibt sich in vorteilhafter Weise eine Anordnung von Spulen mit kleinstmöglicher Selbstinduktivität und einem geringen Wicklungsgewicht.

Soweit maßgeblich für den erfindungsgemäß zu vermeidenden Streufluss auch die Größe des Luftspaltes zwischen dem Spulenträger und dem Magnetzylinderrohr ist, sieht die Erfindung eine Einstellung eines kleinstmöglichen Luftspaltes dadurch vor, dass der sich zwischen dem in dem fluidischen Medium beweglichen Spulenträger und dem Magnetzylinderrohr bestehende Luftspalt maximal so breit bemessen ist, dass sich zwischen den Teilen ein laminarer Schmierfilm ohne Verdrängung des umgebenden Fluids einstellt. Damit wird einerseits dem Gesichtspunkt des Einsatzes des Aktuators in der Fluidtechnik in besonderer Weise Rechnung getragen, weil sich eine Art Gleitlagerung des Spulenträgers auf dem Magnetzylinderrohr mit geringstmöglichen Reibungsverlusten einstellt, wobei die durch die axiale Bewegung des Spulenträgers im Fluid hervorgerufene Verdrängung des den Spulenträger umgebenden Fluids auf der Außenseite des Spulenträgers erfolgt. Hierbei sorgt bei Einsatz des Aktuators in der Hydraulik die anstehende Hydraulikflüssigkeit für die Ausbildung des tr o > 13 n N μ-¹ oi co n cn 01 r H pi 01 01 cn cn <! N cn Q. cn

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für die gewünschte Bewegung des Spulenträgers nicht ausreichen. Daher ist nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung vorgesehen, dass innerhalb des Gehäusemantels mehrere Magnetmodule axial hintereinander angeordnet sind, wobei sich axial gleiche Pole des Permanentmagneten jedes Magnetmoduls gegenüberliegen. Hierbei kann vorgesehen sein, dass die außenliegenden Polscheiben eines jeden Magnetmoduls zu einer einstückigen Verbindungspolscheibe zusammengefügt sind.

Soweit sich bei einer wechselweisen Anordnung von Permanentmagnet und Polscheibe im Magnetzylinderrohr im Bereich von an den äußeren Enden liegenden Polscheiben eine Verluststreuung ergibt, indem der von dem innen liegenden Permanentmagneten ausgehende Magnetfluss in der Polscheibe nicht vollständig in Richtung der die Polscheibe überdeckenden Spule umgelenkt wird, ist nach einem Ausführungs- beispiel der Erfindung vorgesehen, dass an den durch die außenliegenden Polscheiben des Magnetmoduls oder der Magnetmodule gebildeten Enden des Magnetzylinderrohres jeweils ein in seiner Stärke auf den Ausgleich des an den Enden des Magnetzylinderrohres auftretenden magnetischen Streuflusses abgestimmter Randmagnet angeordnet und mit dem aus magnetisch leitendem Material bestehenden Gehäusemantel verbunden ist, so dass sich der von dem Randmagneten ausgehende magnetische Fluss über das mit dem Randmagneten verbundene Gehäuse schließt. Da der Randmagnet nur die Streuverluste im Bereich der zugehörigen Polscheibe auszugleichen hat, braucht er nicht die gleiche axiale Abmessung aufzuweisen wie der im Magnetträger jeweils angeordnete Hauptmagnet bzw. die Hauptmagnete. 0 PL K P μ- , SO 3 < s N μ- « a cn K <i a 0 3 a er φ tu o > h £ ≥J φ Φ P P P H P 01 o P P P μ-¹ μ- rt i-s o Φ 3 Φ 01 Φ Φ μ- μ- p- P p: O: P

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Diese Art der Festlegung des MagnetZylinders bzw. des Magnetzylinderrohres in dem Gehäuse erlaubt es auch, nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung den Gehäusemantel beidseitig offen mit an seinen beiden Enden ausgebildeten Klauenpolen auszubilden, wobei der in dem Gehäusemantel bewegliche Spulenträger an beiden Stirnseiten jeweils einen Tragstern mit davon abragendem Stößel aufweisen kann.

Im einzelnen kann vorgesehen sein, dass die Klauenpole den zwischen den Speichen des Tragsterns bestehenden Lücken formentsprechend ausgebildet sind.

Mit der Fixierung des MagnetZylinders bzw. des Magnetzylinderrohres im Gehäuse ist die Möglichkeit geschaffen, dass die Klauenpole eine Verdrehsicherung für den Tragstern mit Stößel bilden, soweit beim Zusammenwirken des Aktuators mit einem in der Fluidtechnik eingesetzten Ventil beim Anfahren des Ventils Verdrehkräfte auch auf den Stößel und damit über den Tragstern auf den Spulenträger übertragen werden können. Um eine flächenmäßige Kontaktreibung zwischen feststehenden Klauenpolen und dem Spulenträger bei dessen Verschiebung zu vermeiden, kann nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung vorgesehen sein, dass wenigstens ein Klauenpol einen gegen die zugeordnete Speiche des Tragsterns beispielsweise höckerförmig oder linienförmig anliegenden Vorsprung aufweist, so dass eine Flächenreibung vermieden und nur eine Punktreibung bzw. Linienreibung zugelassen ist. Entsprechend kann ein Vorsprung auch an einer Speiche ausgebildet sein und gegen den Klauenpol anliegen. Weiterhin ergibt sich in vorteilhafter Weise die Möglichkeit, dass ein Klauenpol und/oder der zwischen Klauenpol und Gehäuse bzw. zwischen den beidseitigen Klauenpolen eingespannte Magnetzylinder bzw. das Magnetzylinderrohr eine feste Halterung für den Sensor eines Wegmeßsystems gegenüber dem Gehäuse ausbilden, so dass die Messergebnisse des Wegmeßsystems verfälschende Bewegungen des Trägers des Sensors ausgeschlossen sind.

Der Aufbau eines Magnetmoduls bzw. der mehreren Magnetmodule kann nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung auch dergestalt sein, dass ein Magnetmodul von einer in dem Magnetzylinderrohr mittig angeordneten Polscheibe und von zwei jeweils außenseitig angeordneten Permanentmagneten gebildet ist, wobei sich axial gleiche Pole der Permanentmagneten gegenüberstehen und auf dem Spulenträger eine der mittig angeordneten Polscheibe zugeordnete Spule gewickelt ist. Hiermit ist der Vorteil verbunden, dass die an den äußeren Enden des Magnetzylinderrohres angeordneten Permanentmagneten gleichzeitig als Randmagnete wirken und damit eine unmittelbare Festlegung des Magnetzylinderrohres zwischen Klauenpolen und Gehäuse bzw. zwischen den beidseitig angeordneten gehäusefesten Klauenpolen erlauben. Diese Anordnung bietet ferner im Vergleich mit einer zusätzlichen Anordnung von Randmagneten die vorteilhafte Möglichkeit, die Anzahl der Magnete bei gleich ausgelegter Kraftwirkung zu reduzieren. Entsprechend einem Ausführungsbeispiel der Erfindung können auch zwischen zwei außenliegenden Permanentmagneten mehrere im Wechsel angeordnete Polscheiben und Permanentmagnete angeordnet sein. Nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung kann vorgesehen sein, dass zwischen Tragstern des Spulenträgers und dem stirnseitigen Ende des Magnetzylinderrohres eine vorgespannte Feder zur Beaufschlagung des Stößels in dessen Koppelstellung mit einem an den Aktuator angeschlossenen Ventil angeordnet ist.

Hinsichtlich der Ausbildung des Spulenträgers einschließlich darauf gewickelter Spulen kann vorgesehen sein, dass der aus elektrisch nicht leitendem Material, beispielsweise aus Kunststoff, Hartgewebe oder Keramik bestehende Spulenträger Ausnehmungen zur Aufnahme der Spulen aufweist, in welche die einzelnen Spulen hineingewickelt sind. Weiterhin kann nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung vorgesehen sein, dass die in den Ausnehmungen des Spulenträgers gewickelten Spulen von einer Schutzschicht überlagert sind, so dass der mit Spulen versehene Spulenträger jeweils eine glatte Oberfläche aufweist. Mit einer solchen Ausbildung des Spulenträgers lassen sich sehr kleine Luftspalte zwischen dem Spulenträger und dem Magnetzylinderrohr einerseits bzw. dem Gehäusemantel andererseits realisieren.

Schließlich kann nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung vorgesehen sein, dass auf der Innenseite des Gehäusemantels in dessen Längsrichtung verlaufende Nuten für den Durchtritt des bei Axialbewegung des Spulenträgers im Gehäusemantel verdrängten Fluides angeordnet sind; hierdurch kann trotz der bei der Bewegung des Spulenträgers in dem ihn umgebenden Fluid erforderlichen Verdrängung ein kleiner Luftspalt zwischen dem Spulenträger und dem Gehäusemantel realisiert werden. Entsprechende Nuten können gegebenenfalls auch auf dem äußeren Umfang des Spulenträgers vorgesehen sein.

In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung wiedergegeben, welche nachstehend beschrieben sind. Es zeigen:

Fig. 1 einen Aktuator mit einem aus einem zentralen

Permanentmagneten und außenliegenden Polscheiben bestehenden Magnetmodul in einem schematischen Längsschnitt,

Fig. 2 einen entsprechend Figur 1 mit mehreren Magnetmodulen aufgebauten Aktuator,

Fig. 3 einen Aktuator gemäß Figur 1 mit zusätzlich angeordneten Randmagneten im Längsschnitt,

Fig. 4 einen Schnitt nach Linie IV - IV in Figur 3,

Fig. 5 den Gegenstand der Figur 3 mit einer Anordnung von mehreren Magnetmodulen,

Fig. β eine Ausführungs orm des Aktuators gemäß Figur 3 mit beidseitig offenem Gehäuse und entsprechend angeordneten Klauenpolen sowie mit einer zentralen Polscheibe und außenliegenden Hauptmagneten,

Fig. 7 den Gegenstand der Figur 6 mit einer Anordnung von mehreren Hauptmagneten und Polscheiben, Fig. 8 eine ausschnittsweise Darstellung eines Spulenträgers im Schnitt.

Der aus Figur 1 in einer schematischen Darstellung ersichtliche Aktuator weist ein Gehäuse 10 auf, dessen äußerer Gehäusemantel 11 aus einem magnetisch leitenden Material besteht. Die eine geschlossene Stirnseite 12 des Gehäuses 10 besteht aus noch zu erläuternden Gründen aus einem anderen, nämlich einem magnetisch nichtleitenden Material, während die gegenüberliegende Stirnseite 13 aus magnetisch leitendem Material besteht und eine zentrale Ausnehmung 14 aufweist.

Im Inneren des Gehäuses 10 ist ein zylindrisches Magnetzylinderrohr 15 angeordnet und einseitig mit der geschlossenen Stirnseite 12 des Gehäuses 10 verbunden. Das Magnetzylinderrohr 15 besteht aus einem magnetisch nichtleitenden Material. In seinem Inneren ist in einer mittigen Lage ein Permanentmagnet 16 angeordnet, an dessen beiden Stirnseiten jeweils eine Polscheibe 17 sich befindet. Zwischen der der geschlossenen Stirnseite 12 des Gehäuses 10 benachbarten Polscheibe 17 und der vorgenannten Stirnseite 12 ist zusätzlich ein Distanzstück 18 aus einem magnetisch nichtleitenden Material angeordnet, welches den Zweck hat, in Anbetracht der noch zu erläuternden geometrischen Festlegung der Größenverhältnisse von Permanentmagnet 16 und Polscheibe 17 für einen ausreichenden BewegungsSpielraum des noch zu erläuternden Spulenträgers zu schaffen.

In dem zwischen dem Magnetzylinderrohr 15 und dem äußeren Gehäusemantel 11 bestehenden Ringraum ist ein P cn er N 3 a SI 3 tr ^d p: s: « N Φ Sl P a t i co co co tr¹ CΛ P er W P tr

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Luftspaltinduktion beaufschlagt werden. Um den nicht zur Kraftbildung beitragenden Streufluss möglichst gering zu halten, sind kurze Magnetlängen und kleine Luftspalte anzustreben. Aus diesem Grunde sind, wie in der schematischen Darstellung der Figur 1 nicht zu erkennen, die Größenabmessungen von Permanentmagnet 16 und Polscheiben 17 derart aufeinander abgestimmt, dass die stirnseitige Querschnittsfläche des Permanentmagneten mindestens der Umfangsflache der jeweiligen Polscheibe entspricht. Verkürzt ist dies dann gegeben, wenn die axiale Magnetlänge sowie die axiale Länge der Polscheiben 17 etwa der Hälfte des Durchmessers des Permanentmagneten 16 entsprechen. Längere Polscheiben sind im Rahmen des Erfindungsgedankens durchaus möglich. Weiterhin uss jede der beiden Spulen 23 die Breite der zugeordneten Polscheibe 17 um die Hubamplitude des Spulenträgers 19 überlappen, damit während des gesamten Bewegungsablaufs des Spulenträgers 19 die größtmögliche Kraft erzielt wird. Die beiden Spulen 23 sind durch einen nichtleitenden Distanzbereich 30 des Spulenträgers 19 axial räumlich voneinander getrennt, jedoch elektrisch über den Wicklungsdraht miteinander verbunden. Da die beiden Spulen 23 zudem gegensinnig gewickelt sind, wird eine Gegeninduktivität vermieden.

Soweit zur Vermeidung eines nicht ausnutzbaren Streuflusses auch der zwischen Magnetzylinderrohr 15 und Spulenträger 19 bestehende Luftspalt 24 gering zu halten ist, soll der Luftspalt 24 maximal so breit bemessen sein, dass sich zwischen den Teilen 15, 19 ein laminarer Schmierfilm ohne Verdrängung des den Spulenträger 19 bzw. das Magnetzylinderrohr umgebenden Fluids einstellt. Bei einem in Figur 1 dargestellten Aufbau eines Aktuators mit einem in dem Gehäuse 10 angeordneten Magnetmodul mit dem beschriebenen Aufbau erzeugt der Permanentmagnet 16 im gesamten, zwischen Magnetzylinderrohr 15 und Gehäusemantel 11 bestehenden Luftspalt 24, 25 im Bereich der Spulen 23 ein radial von innen nach außen gerichtetes homogenes Magnetfeld, welches sich gemäß der Flussrichtung 31 über den magnetisch leitenden, ringförmigen Gehäusemantel 11 schließen kann. Die von einem Gleichstrom durchflossenen Spulen 23 sind in einem homogenen Magnetfeld mit einer Kraft proportional dem Spulenstrom, der magnetischen Luftspaltinduktion und der Windungszahl der beiden Spulen 23 quer zur Magnetfeldrichtung ausgelenkt. Hierzu wird den auf dem beweglichen Spulenträger 19 angeordneten Spulen 23 ein Strom durch hochflexible, im einzelnen nicht dargestellte Kabel zugeführt. Eine Auslenkung des Spulenträgers 19 und damit eine axiale Bewegung des Stößels 22 erfolgt solange, wie sich stromdurchflossene Leiter, also die Spulen 23, im Magnetfeld befinden. Erfolgt eine Umschaltung des Stroms, kehrt sich auch die

Bewegungsrichtung des Spulenträgers 19 um, so dass eine hin und her gehende Bewegung des Spulenträgers 19 bzw. des von ihm getragenen Stößels 22 entsprechend Pfeil 32 ergibt. Da die in Figur 1 dargestellte Anordnung magnetisch querkraftfrei ist, kann aufgrund der Einstellung des Luftspaltes 24 auf die Ausbildung eines laminaren Schmierfilms der Spulenträger 19 in der Ausnehmung 14 des Gehäuses 10 ohne eine zusätzliche Lagerung geführt werden, was als besonderer Betriebsvorteil zu werten ist. o d 4-1 to d φ o -d r- 4-1 Φ φ to Φ A Φ -μ

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das entsprechend angeordnete Distanzstück 18 nunmehr aus einem magnetisch leitenden Material bestehen.

Auf der der Stirnseite 12 gegenüberliegenden Stirnseite 13 sind zur Ausbildung einer magnetisch leitenden Verbindung zu dem dort angeordneten Randmagnet 26 radial einwärts springende magnetisch leitende Halter 27 mit daran axial angesetzten Klauenpolen 28 vorgesehen, wobei die Klauenpole 28 zwischen die Speichen 21 des Tragsterns 20 des Spulenträgers 19 greifen (Figur 4) und in Anlage an dem äußeren Randmagneten 26 des Magnetzylinders 15 gelangen. Die magnetisch leitenden Halter 27 können beispielsweise dabei auch als eine umlaufende, mit dem Gehäusemantel 11 verbundene Scheibe ausgebildet sein, von der Klauenpole ihren Ausgang nehmen. Aufgrund der sich einstellenden Magnetkräfte ist somit der Magnetzylinder 15 mit der Stirnwand 12 des Gehäuses 10 einerseits und mit den einen Bestandteil des Gehäuses 10 bildenden Klauenpolen 28 andererseits fest verbunden, so dass sich eine stabile und auch einer größeren Krafteinwirkung widerstehende Konfiguration ergibt. Aus diesem Grund eignen sich insbesondere die Klauenpole 28 dazu, eine Verdrehsicherung für den Tragstern 20 des Spulenträgers 19 mit Stößel 22 zu bilden oder auch als Halterung für den Sensor eines Wegmeßsystems zu dienen.

Wie sich aus Figur 5 ergibt, ist es auch bei einem in den Figuren 3 und 4 dargestellten Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Aktuators möglich, in dem Magnetzylinderrohr 15 eine Abfolge von Permanentmagneten 16 und Polscheiben 17 vorzunehmen, wobei entsprechende Randmagnete 26 vorgesehen sind. Eine weitere Möglichkeit, die Vorteile des in Figuren 3 und 4 dargestellten Aktuators zu nutzen ist in Figur 6 wiedergegeben, bei welchem das Gehäuse 10 beidseitig offen mit entsprechend beidseitig angeordneten Klauenpolen 28 ausgebildet ist, so dass der Spulenträger 19 entsprechend an beiden Stirnseiten über einen Tragstern 20 mit beidseitig aus dem Gehäuse 10 abragenden Stößel 22 versehen sein kann; hiermit ist eine Betätigung von angeschlossenen Aggregaten in beiden Bewegungsrichtungen des Spulenträgers 19 im Gehäuse 10 gegeben. Da wiederum das Magnetzylinderrohr 15 über die beidseitig angeordneten, gehäusefesten Klauenpole 28 fest eingespannt ist, ist die beidseitige Halterung des Magnetzylinderrohres 15 verwirklicht, ohne dass die beidseitige Aktuation über die beidseitigen Stößel 22 behindert ist. Ein weiterer Unterschied zwischen den in Figur 6 und in Figuren 3 bzw. 5 dargestellten Ausführungsbeispielen besteht darin, dass bei der Ausführungsform gemäß Figur 6 eine zentrale Polscheibe 17 angeordnet ist, zu deren beiden Seiten jeweils ein Permanentmagnet 16 in dem Magnetzylinderrohr 15 liegt. Diese außen liegenden Permanentmagneten 16 übernehmen gleichzeitig die Funktion der bei dem Ausführungsbeispiel nach Figuren 3 und 5 noch vorgesehenen Randmagneten, so dass auf diese Randmagneten bei im übrigen gleicher Kraftwirkung verzichtet werden kann. Damit ergibt sich eine Einsparung an Magnetmaterial. Wie aus Figur 7 ersichtlich, ist eine derartige Anordnung auch mit einer Abfolge von mehreren Polscheiben 17 und Permanentmagneten 16 zu verwirklichen. Schließlich ist in Figur 8 noch beispielhaft dargestellt, wie ein Spulenträger 19 ausgebildet sein kann. Zur Aufnahme der Spulen 23 sind bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel in die äußere Oberfläche des Spulenträgers 19 Ausnehmungen 35 eingelassen, in welche die Spulen 23 gewickelt sind. Anschließend werden die Ausnehmungen 35 bzw. Spulen 23 mit einer Schutzschicht 36 überzogen bzw. vergossen, so dass sich ein entsprechend glatter äußerer Umfang für den Spulenträger 19 ergibt, der die Einstellung kleiner Luftspalte 24, 25 ermöglicht.

Die in der vorstehenden Beschreibung, den Patentansprüchen, der Zusammenfassung und der Zeichnung offenbarten Merkmale des Gegenstandes dieser Unterlagen können sowohl einzeln als auch in beliebigen Kombinationen untereinander für die Verwirklichung der Erfindung in ihren verschiedenen Ausführungsformen wesentlich sein.

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e

1. Aktuator zur Betätigung eines Ventils, mit einem aus magnetisch leitendem Material bestehenden Gehäusemantel, einem einen Betätigungsansatz aufweisenden, in dem Gehäusemantel unter Ausbildung eines dazu bestehenden Luftspaltes beweglichen Spulenträger mit wenigstens einer auf dessen Umfang gewickelten, stromdurchflossenen Spule sowie mit einem von dem Spulenträger unter Ausbildung eines Luftspaltes umschlossenen Magnetzylinder mit einer in dessen Innerem axial angeordneten Abfolge von Permanentmagnet und aus einem magnetisch leitenden Material bestehender Polscheibe, wobei die axiale Breite der Spule größer ist als die axiale Erstreckung der der Spule zugeordneten Polscheibe, dadurch gekennzeichnet, dass die Größenabmessungen von Permanentmagnet (16) und Polscheibe (17) derart aufeinander abgestimmt sind, dass die stirnseitige Querschnittsfläche des Permanentmagneten (16) mindestens der Umfangsflache einer benachbarten Polscheibe (17) entspricht und dass die Breite der der Polscheibe (17) zugeordneten Spule (23) die Breite der Polscheibe (17) um die Hubamplitude des Spulenträgers (19) überlappt, und dass der Aktuator zu Betätigung eines in der Fluidtechnik eingerichteten Ventils dadurch eingerichtet ist, dass der Spulenträger (19) in einem fluidischen Medium beweglich und der zwischen Spulenträger (19) und einem den Permanentmagneten (16) und die zugehörige Polscheibe (17) umschließenden Magnetzylinderrohr (15) bestehende Luftspalt (24) maximal so breit bemessen ist, dass sich zwischen den Teilen (15, 19) ein laminarer Schmierfilm ohne Verdrängung des umgebenden Fluids einstellt.

Aktuator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der hülsenförmige Spulenträger (19) an seiner einen Stirnseite mit einem radial einwärts springende Speichen (21) aufweisenden Tragstern (20) versehen ist, in dessen Zentrum ein aus dem Gehäuse (10) vorstehender Stößel (22) als Betätigungsansatz angeschlossen ist.

Aktuator nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Gehäusemantel (11) Bestandteil eines geschlossenen und den beweglichen Spulenträger (19) sowie das Magnetzylinderrohr (15) aufnehmenden Gehäuses (10) ist, wobei der Stößel (22) die zugeordnete Stirnwand (13) des Gehäuses (10) in einer Ausnehmung (14) durchgreift.

Aktuator nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die dem Tragstern (20) des Spulenträgers (19) abgewandte Stirnwand (12) des Gehäuses (10) aus magnetisch leitendem Material besteht und an dem der Stirnwand (12) zugewandten Ende des Magnetzylinderrohres (15) ein Distanzstück (18) aus einem magnetisch nichtleitenden Material angeordnet ist.

Aktuator nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Stirnwand (12) des Gehäuses (10) aus einem magnetisch nichtleitenden Material besteht.

6. Aktuator nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass ein Magnetmodul von einem in dem Magnetzylinderrohr (15) mittig angeordneten Permanentmagneten (16) und von zwei außenseitig angeordneten Polscheiben (17) gebildet ist, wobei im Magnetmodul jeder Polscheibe (17) auf dem Spulenträger

(19) eine Spule (23) zugeordnet ist, wobei die Spulen (23) eines Magnetmoduls gegensinnig gewickelt und miteinander mechanisch und elektrisch verbunden sind.

7. Aktuator nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass innerhalb des Gehäusemantels ( 11) ein Magnetmodul angeordnet ist.

8. Aktuator nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass innerhalb des Gehäusemantels (11) mehrere Magnetmodule axial hintereinander angeordnet sind, wobei sich axial gleiche Pole des Permanentmagneten (16) jedes Magnetmoduls gegenüberliegen.

9. Aktuator nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die außenliegenden Polscheiben (17) eines jeden Magnetmoduls zu einer einstückigen Verbindungspolscheibe zusammengefügt sind.

10. Aktuator nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass an den durch die außenliegenden Polscheiben (17) des Magnetmoduls oder der Magnetmodule gebildeten Enden des Magnetzylinderrohres

(15) jeweils ein in seiner Stärke auf den Ausgleich des an den Enden des Magnetzylinders (15) auftretenden magnetischen Streuflusses abgestimmter Randmagnet (26) angeordnet und mit dem aus magnetisch leitendem Material bestehenden Gehäusemantel (11) verbunden ist.

11. Aktuator zur Betätigung eines Ventils, mit einem aus magnetisch leitendem Material bestehenden Gehäusemantel, einem einen Betätigungsansatz aufweisenden, in dem Gehäusemantel unter Ausbildung eines dazu bestehenden Luftspaltes beweglichen Spulenträger mit wenigstens einer auf dessen Umfang gewickelten, stromdurchflossenen Spule sowie mit einem von dem Spulenträger unter Ausbildung eines Luftspaltes umschlossenen Magnetzylinder mit einer in dessen Innerem axial angeordneten Abfolge von Permanentmagnet und aus einem magnetisch leitenden Material bestehender Polscheibe, wobei die axiale Breite der Spule größer ist als die axiale Erstreckung der der Spule zugeordneten Polscheibe, dadurch gekennzeichnet, daß an den durch die außenliegenden Polscheiben (17) eines aus einem mittig zwischen zwei außenliegenden Polscheiben (17) angeordneten Permanentmagneten (16) bestehenden Magnetmoduls oder mehrerer Magnetmodule gebildeten Enden des Magnetzylinders jeweils ein in seiner Stärke auf den Ausgleich des an den Enden des Magnetzylinders auftretenden magnetischen Streuflusses abgestimmter Randmagnet (26) angeordnet und mit dem aus magnetisch leitendem Material bestehenden Gehäusemantel (11) verbunden ist.

12. Aktuator nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass bei einem im Bereich des Stößels (22) einseitig offenen Gehäuse (10) der auf der geschlossenen Gehäuseseite liegende innere Randmagnet

(26) des Magnetzylinderrohres (15) an der aus magnetisch leitendem Material bestehenden Stirnwand (12) des Gehäuses (10) anliegt.

13. Aktuator nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (10) an seiner offenen Stirnseite (13) radial einwärts springende und axial zwischen die Speichen (21) des Tragsterns (20) des Spulenträgers (19) greifende Klauenpole (28) aus magnetisch leitendem Material aufweist, die in einer magnetisch haftenden Verbindung mit dem zugeordneten Randmagneten (26) des Magnetzylinderrohres (15) stehen.

14. Aktuator nach einem der Ansprüche 10 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Gehäusemantel (11) beidseitig offen mit an seinen beiden Enden ausgebildeten Klauenpolen (28) ausgebildet ist und der in dem Gehäusemantel (11) bewegliche Spulenträger (19) an beiden Stirnseiten jeweils einen Tragstern (20) mit davon abragendem Stößel (22) aufweist.

15. Aktuator nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Klauenpole (28) den zwischen den Speichen (21) des Tragsterns (20) bestehenden Lücken formentsprechend ausgebildet sind.

16. Aktuator nach einem der Ansprüche 13 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Klauenpole (28) eine Verdrehsicherung für den Tragstern (20) mit Stößel

(22) bilden.

17. Aktuator nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Klauenpol (28) einen gegen die zugeordnete Speiche (21) des Tragsterns (20) anliegenden Vorsprung aufweist.

18. Aktuator nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Speiche (21) des Tragsterns (20) einen gegen den zugeordneten Klauenpol (28) anliegenden Vorsprung aufweist.

19. Aktuator nach einem der Ansprüche 13 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass ein Klauenpol (28) und/oder das Magnetzylinderrohr (15) eine Halterung für den Sensor eines Wegmeßsystems ausbilden.

20. Aktuator nach einem der Ansprüche 13 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass ein Magnetmodul von einer in dem Magnetzylinderrohr (15) mittig angeordneten Polscheibe

(17) und von zwei jeweils außenseitig angeordneten Permanentmagneten (16) gebildet ist, wobei sich axial gleiche Pole der Permanentmagneten (16) gegenüberstehen und auf dem Spulenträger (19) eine der mittig angeordneten Polscheibe (17) zugeordnete Spule (23) gewickelt ist.

21. Aktuator nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen zwei außenliegenden Permanentmagneten (16) eine Abfolge von im Wechsel angeordneten Polscheiben (17) und Permanentmagneten (16) angeordnet ist.

22. Aktuator nach einem der Ansprüche 13 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen Tragstern (20) des Spulenträgers (19) und dem stirnseitigen Ende des Magnetzylinderrohres (15) eine vorgespannte Feder zur Beaufschlagung des Stößels (22) in dessen Koppelstellung mit dem an den Aktuator angeschlossenen Ventil angeordnet ist.

23. Aktuator nach einem der Ansprüche 1 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass der Spulenträger (19) Ausnehmungen (35) zur Aufnahme der Spulen (23) aufweist.

24. Aktuator nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, dass die in den Ausnehmungen (35) des Spulenträgers (19) gewickelten Spulen (23) von einer Schutzschicht (36) überlagert sind, so dass der mit Spulen (23) versehene Spulenträger (19) eine glatte Umfangsflache aufweist.

25. Aktuator nach einem der Ansprüche 1 bis 24, dadurch gekennzeichnet, dass auf der Innenseite des Gehäusemantels (11) in dessen Längsrichtung verlaufende Nuten für den Durchtritt des bei der Axialbewegung des Spulenträgers (19) im Gehäusemantel

(11) verdrängten Fluides angeordnet sind.