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Dokumentenidentifikation DE3501836C2 22.06.1995
Titel Steuermotor für ein Servoventil
Anmelder Mannesmann Rexroth GmbH, 97816 Lohr, DE
Erfinder Lembke, Herbert, 97816 Lohr, DE
Vertreter Wagner, K., Dipl.-Ing.; Geyer, U., Dipl.-Phys. Dr.rer.nat., Pat.-Anwälte, 80538 München
DE-Anmeldedatum 21.01.1985
DE-Aktenzeichen 3501836
Offenlegungstag 24.07.1986
Veröffentlichungstag der Patenterteilung 22.06.1995
Veröffentlichungstag im Patentblatt 22.06.1995
IPC-Hauptklasse H01F 7/08
IPC-Nebenklasse F15B 13/044   F16K 31/42   

Beschreibung[de]

Die Erfindung bezieht sich auf einen Steuermotor für ein Servoventil nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Steuermotoren dieser Bauart sind beispielsweise bereits aus der DE-OS 24 19 311 bekannt. Bei diesem bekannten Steuermotor wird zur Erregung ein doppelt polarisierter Permanentmagnet verwendet. Ein solcher Magnet hat den Nachteil, daß er ungleichmäßig magnetisiert sein kann, was ungleichmäßige Wirkungen auf den Anker zur Folge hat. Eine Justierung hinsichtlich dieser Ungleichmäßigkeit ist deshalb erforderlich. Dies bedeutet einen zusätzlichen Arbeitsaufwand. Ein weiterer Nachteil der bekannten Konstruktion besteht darin, daß im Betrieb eine Ent-Magnetisierung (Entladung) auftreten kann. Übliche Magnete, wie z. B. AlNiCo-Magnete werden durch externe Felder geschwächt. Auch kann bei einem Auseinandernehmen des Motors gegebenenfalls aber auch schon beim Entnehmen des Magneten aus der Magnetisierungsvorrichtung, eine unerwünschte Änderung und Schwächung des Magnetfeldes hervorgerufen werden.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen kompakten, auch für kleine Leistungen geeigneten Steuermotor vorzusehen, der eine ungleichmäßige Erregung durch den Permanentmagneten vermeidet. Weder bei der Montage noch bei dem Auseinandernehmen des Steuermotors sollen unerwünschte Probleme auftreten können.

Zur Lösung dieser Aufgabe sieht die Erfindung bei einem Steuermotor gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 genannten Maßnahmen vor. Bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich insbesondere auch aus den Unteransprüchen.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden anhand der Zeichnung erläutert; in der Zeichnung zeigt:

Fig. 1 einen Schnitt durch ein Servoventil, und zwar längs Linie A-A in Fig. 2;

Fig. 2 eine Draufsicht auf das Servoventil gemäß Fig. 1 (Schnitt B-B in Fig. 1);

Fig. 3 eine Seitenansicht des Servoventils in Fig 1 von rechts.

In den Fig. 1-3 ist ein gemäß der Erfindung ausgebildetes Servoventil 1 dargestellt. Mittels des Servoventils 1 ist es möglich, ein kleines elektrisches Eingangssignal analog in ein hydraulisches Ausgangssignal umzuwandeln.

Im dargestellten Ausführungsbeispiel handelt es sich um ein zweistufiges Wege-Servoventil, welches im wesentlichen aus einer ersten und einer zweiten Stufe aufgebaut ist. Die erste Stufe umfaßt einen elektrischen Steuermotor 2 und einen hydraulischen Verstärker 3. Die zweite Stufe ist nicht näher bezeichnet und ist in Fig. 1 unterhalb des Hydraulikverstärkers 3 angeordnet. Die vorliegende Erfindung bezieht sich insbesondere auf die erste Stufe und hier wiederum auf den elektrischen Steuermotor 2. Der Steuermotor 2 ist ein dauermagnetisch erregter Motor und ist hermetisch gegen den hydraulischen Verstärker 3 abgedichtet.

Der Steuermotor 2 ist auf einer Montagefläche 4 des hydraulischen Verstärkers 3 befestigbar.

Der Steuermotor weist eine Tragplatte 5 auf, die mit ihrer Unterseite auf die Montagefläche 4 aufsetzbar ist. Auf die Oberseite der im ganzen kreisförmigen, einen ebenfalls kreisförmigen, nach oben ragenden Mittelabschnitt 52 aufweisenden Tragplatte sitzt ein erfindungsgemäßes Tragglied 6.

Das noch näher zu beschreibende im ganzen U-förmige Tragglied 6 dient zur Aufnahme von zwei diametral entgegengesetzt angeordneten Polschrauben 61, 62, die in zugehörigen Gewindebohrungen 65, 66 des Tragglieds 6 eingeschraubt sind. Die Polschrauben 61, 62 ihrerseits tragen Spulen 63 bzw. 64.

Das U-förmige Tragglied 6 ist oben mit einer im ganzen rechteckigen Verschlußplatte 7 abgeschlossen. An der Unterseite der Verschlußplatte 7 ist mittig ein Permanentmagnet 71 angeklebt, an dessen Unterseite wiederum ein Flußleitstück 72 angeklebt ist.

Der Steuermotor 2 wird durch einen im Bereich der Polschrauben 61, 62 angeordneten Anker 8 vervollständigt. Der Anker 8 wird an einem Ende eines elastischen Rohrs 9 getragen, welches mit seinem anderen Ende an der Tragplatte 5 befestigt ist.

Das U-förmige Tragglied 6 besteht vorzugsweise aus hysteresearmem Weicheisen und ist an der Tragplatte 5 des Steuermotors befestigt, und zwar durch Schrauben 51 (Fig. 2, 3).

Das U-förmige Tragglied 6 ist einstückig ausgebildet und besitzt zwei mit Abstand angeordnete Seitenwände 60, 80, die durch ein Verbindungsstück 70 miteinander verbunden sind. Mittig im Verbindungsstück 70 ist eine Ausnehmung 67 ausgebildet, um so einen Paßsitz mit dem Mittelabschnitt 52 der Tragplatte 5 zu ermöglichen.

Das Tragglied 6 kann beispielsweise aus einem zylindrischen Metallteil in der Weise hergestellt werden, daß man die zwischen den beiden Seitenwänden 60, 80 gebildete Ausnehmung ausfräst, um schließlich die in Fig. 2 und 3 gezeigten Auflageflächen 53, 54 für die Schrauben 51 zu bilden.

Etwa in halber Höhe der Seitenwände 60, 80 sind die bereits erwähnten diametral entgegengesetzt angeordneten Gewindebohrungen 65, 66 vorgesehen, in die die Polschrauben 61, 62 einschraubbar sind. Die beiden Polschrauben 61, 62 sind identisch ausgebildet und weisen jeweils einen mit Gewinde versehenen Kopf mit größerem Durchmesser und einen einen geringeren Durchmesser aufweisenden Tragteil auf, auf dem die zugehörige Spule 63 bzw. 64 anzuordnen ist. Der Tragteil ist im Querschnitt kreisförmig und hat einen Durchmesser, der in etwa der Höhe des noch näher zu beschreibenden Ankers 8 entspricht.

Jede der Spulen 63, 64 sitzt auf einem zugehörigen Isolierkörper 68, 69. Jeder der Isolierkörper 68, 69 sitzt mit seiner kreisförmigen Innenbohrung auf dem zugehörigen Tragteil der Polschrauben 61, 62. Der Außenumfang der Isolierkörper 68, 69 ist jedoch quadratisch, so daß sie verdrehungssicher in dem Tragglied 6 sitzen können. Von oben her werden die Isolierkörper 68, 69 durch die Unterseite der Verschlußplatte 7 gehalten, die ihrerseits mittels Schrauben 73 an den Schenkeln 60, 80 befestigt ist.

Zwischen den Polschrauben 61, 62 und den Spulen 63, 64 wird ein Ankerraum 82 (vgl. Fig. 1) gebildet. Im Ankerraum 82 befindet sich mittig angeordnet im Bereich der zum Ankerraum 82 hinweisenden Enden der Polschrauben 61, 62 der aus Weicheisen bestehende Anker 8. Der Anker 8 bildet mit den zugehörigen Polschrauben 61, 62 Luftspalte 83 bzw. 84.

Der Anker 8 ist im wesentlichen quaderförmig. Seine größeren rechteckförmigen Flächen weisen auf die innenflächen der Polschrauben 61, 62 hin. Die Längserstreckung dieser Rechtecke - vgl. Fig. 2 - ist größer als der Durchmesser der Tragteile der Polschrauben 61, 62, wobei der Aufbau aber insgesamt symmetrisch ist. Die durch den Anker 8 gebildete, nach oben zur Verschlußplatte 7 weisende Rechteckfläche bildet mit der nach unten weisenden Fläche des Flußleitstücks 72 einen Luftspalt 85. Die nach oben weisende Rechteckfläche des Ankers 8 ist vorzugsweise kleiner als die die Luftspalte 83, 84 bildenden Rechteckflächen.

Der vorzugsweise aus Samarium/Kobalt-Material bestehende Permanentmagnet 71 sowie das daran angeklebte Flußleitstück 72 haben im wesentlichen zum Luftspalt 85 hinweisende Flächen von gleicher Größe wie die entsprechende gegenüberliegende Fläche des Ankers 8.

Wie bereits erwähnt, wird der Anker 8 von einem elastischen Rohr 9 getragen. Das Rohr 9 besitzt eine obere Rohrverdickung 91, daran anschließend eine Rohrverjüngung 92 und wiederum daran anschließend eine untere Rohrverdickung 93. Mit der unteren Rohrverdickung 93 ist das Rohr 9 durch Festsitz in einer Mittelbohrung im Mittelabschnitt 52 der Tragplatte 5 des Steuermotors 2 befestigt. Der Mittelabschnitt 52 ragt von der Tragplatte 5 weg und sitzt in einer Bohrung 41 des hydraulischen Verstärkers 3.

Der Anker 8 ist mittig von unten her mit einer Sackbohrung ausgestattet und ist durch Festsitz an der oberen Rohrverdickung 91 befestigt. In bekannter Weise werden die Bewegungen des Ankers 8 auf ein Prallelement 81 übertragen, welches nach unten aus dem elastischen Rohr 9 herausragt, und zwar in den Bereich zwischen zwei Festdüsen 31 hinein. Die Beeinflussung der Wirkungsweise dieser Festdüsen 31 bei Bewegung des Prallelements 81 ist wohlbekannt, ebenso die dadurch hervorgerufene Rückwirkung auf die zweite Stufe des Servoventils 1.

Das Prallelement 81 verläuft innerhalb des Rohres 9 nach oben und ist durch Festsitz in nicht näher gezeigter Weise in etwa im Bereich der oberen Rohrverdickung 91 befestigt.

Ein durch Schrauben 11 an der Montagefläche 4 befestigtes Gehäuse 10 dient zum Schutz der Bauteile des Steuermotors 2. Zwischen dem Gehäuse 10 und der Montagefläche 4 ist eine Dichtung 12 vorgesehen und zwischen dem Mittelabschnitt 52 und der Bohrung 41 im die Montagefläche 4 aufweisenden Teil ist eine Dichtung 13 vorgesehen.

Wenn beispielsweise der Permanentmagnet 71 seinen Nordpol N am oberen und seinen Südpol S am unteren Ende besitzt, so kommt es bei Erregung der Spulen 63, 64 zu einem Ausschlag des zwischen den Festdüsen 31, 31 befindlichen Prallelements 81. Wird die Spule 63 derart erregt, daß - wie angedeutet - zum Anker hin ein Nordpol und entgegengesetzt dazu ein Südpol entsteht, während gleichzeitig die Spule 64 derart erregt ist, daß zum Anker hin ein Südpol und entgegengesetzt dazu ein Nordpol (ebenfalls dargestellt) entsteht, so erfolgt die Auslenkung des Ankers 8 und des daran befestigten Prallelements 81 in der einen Richtung, während für die in Klammern angegebenen Polaritäten die Bewegung in der anderen Richtung erfolgt.

Der erfindungsgemäße Steuermotor 2 ist insbesondere für kleine Leistungen geeignet. Seine Bauweise ist außerordentlich kompakt. Der Anker 8 kann eine geringe Masse besitzen, was einen höheren Frequenzgang zur Folge hat.

Erfindungsgemäß kann durch Verdrehen der Polschrauben 61, 62 die auf den Anker 8 einwirkende Magnetkraft eingestellt werden. Dadurch, daß die Spulen 63, 64 direkt auf den zugehörigen Polschrauben 61, 62 sitzen, ergibt sich ein kleinerer Streufaktor und somit geringere Verluste. Bislang war es so, daß die Spule die Bewegung der am Anker angeordneten Flügel gestatten mußte.

Der gemäß der Erfindung ausgebildete Steuermotor 2 hat einen formstabilen Aufbau und benötigt weniger Bauteile als herkömmliche Steuermotoren. Der Motor schrumpft praktisch auf eine kreiszylindrische Form zusammen.

Es sei darauf hingewiesen, daß die Erfindung im Gegensatz zum Stand der Technik einen einfach polarisierten Dauer- oder Permanentmagnet 71 verwendet. Dieser Permanentmagnet 71 ist an einem Flußelement, vorzugsweise in der Form der Verschlußplatte 7 befestigt. Der Permanentmagnet 71 besteht vorzugsweise aus Kobalt-Samarium und hat vorzugsweise quaderförmige Gestalt. Vorzugsweise ist der Permanentmagnet 71 an die Verschlußplatte 7 angeklebt.

Es ist auch denkbar - obwohl dies eine größere Beschleunigungsmasse bedeuten würde - den Permanentmagneten 71 oben am Anker 8 zu befestigen.

Es sei bemerkt, daß das in der Zeichnung dargestellte Flußleitstück 72 auch wegfallen kann, so daß der Permanentmagnet 71 direkt an den Luftspalt 85 angrenzt.


Anspruch[de]
  1. 1. Steuermotor für ein Servoventil, mit Steuerspulen (63, 64) tragenden Polmitteln, einem aus magnetisch weichem Material bestehenden Anker (8), der an einem dünnwandigen Rohr (9) federnd befestigt ist und in einem von den Polmitteln gebildeten Ankerraum (82) bewegbar angeordnet ist, und mit zur Erregung dienenden benachbart zum Anker (8) vorgesehenen Permanentmagnetmitteln, dadurch gekennzeichnet, daß die Permanentmagnetmittel einen einfach polarisierten Permanentmagnet (71) aufweisen, der an einem Flußelement in der Form einer Verschlußplatte (7) befestigt ist.
  2. 2. Steuermotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Permanentmagnet (71) aus Kobalt-Samarium-Material besteht.
  3. 3. Steuermotor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Permanentmagnet (71) quaderförmig ist.
  4. 4. Steuermotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Anker (8) mit seinen beiden Breitseiten zu den diametral angeordneten Polmitteln hin Luftspalte (83, 84) definiert.
  5. 5. Steuermotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Permanentmagnet (71) benachbart zur Oberseite des Ankers (8) angeordnet ist und einen Luftspalt (85) definiert.
  6. 6. Steuermotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Polmittel Polschrauben (61, 62) aufweisen.
  7. 7. Steuermotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Polschrauben (61, 62) in einem einstückigen Tragglied (6) angeordnet sind.
  8. 8. Steuermotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Polmittel in der Form eines U-förmigen Tragglieds (6) ausgebildet sind, welches zwei diametral entgegengesetzt liegende Seitenwände (60, 80) besitzt zwischen denen die Spulen (68, 69) mit dazwischen angeordnetem Anker (8) untergebracht sind.
  9. 9. Steuermotor nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß in Seitenwänden (60, 80) des Tragglieds (6) diametral verlaufende Gewindebohrungen (65, 66) ausgebildet sind, in welche die Polschrauben (61, 62) eingeschraubt sind.
  10. 10. Steuermotor nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Polschrauben (61, 62) mit Außengewinde versehene Köpfe aufweisen, an die sich nach innen zum Steuermotor hin Tragteile mit geringerem Durchmesser anschließen, auf denen die jeweils zugehörige Spule (63, 64) sitzt.
  11. 11. Steuermotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Permanentmagnet (71) an die Verschlußplatte (7) angeklebt ist, welche zwischen den freien Enden der Seitenwände (60, 80) verläuft.
  12. 12. Steuermotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß auf dem Permanentmagnet (71) auf seiner zum Anker (8) hin weisenden Seite ein Flußstück (72) befestigt, vorzugsweise angeklebt ist.






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