DE3919617C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Steuermotor, insbesondere für ein Servoventil gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Ein derartiger Steuermotor ist aus der DE-OS 35 01 836 be­ kannt, wobei ein einfach polarisierter Permanentmagnet benach­ bart zum Anker vorgesehen ist. Vorzugsweise besteht dieser Permanentmagnet aus Kobalt-Samarium-Material. Dieser bekannte Steuermotor ist kompakt, auch für kleine Leistungen geeignet und vermeidet eine ungleichmäßige Erregung durch den Perma­ nentmagneten.

In dem Buch "Der Hydraulik-Trainer" (Band I) der Firma Mannesmann Rexroth ist bereits auf den Seiten 149 und 150 ein elektrischer Steuermotor beschrieben, der zusammen mit einem hydraulischen Verstärker die erste Stufe eines zweistufigen Wegeservoventils bildet. Der Steuermotor (mit Permanentmagnet, Steuerspulen und Anker sowie Prallplatte) wandelt dabei ein kleines Stromsignal in eine proportionale Bewegung der Prall­ platte um. Der Anker und die Prallplatte bilden ein Teil, wel­ ches an einem dünnwandigen elastischen Rohr federnd befestigt ist. Das Rohr dichtet gleichzeitig den Steuermotor gegen den hydraulischen Teil ab, so daß der Steuermotor trocken ist. Durch ein Stromsignal werden die Steuerspulen erregt und der Anker gegen die Federkraft des Rohres ausgelenkt. Die Auslenk­ richtung wird von der Polarität des Eingangsstromes bestimmt.

Aus der DE-OS 24 19 311 ist bereits ein Steuermotor bekannt, bei dem zur Erregung ein doppelt polarisierter Permanentmagnet verwendet wird. Ein solcher Magnet hat den Nachteil, daß er ungleichmäßig magnetisiert sein kann, was ungleichmäßige Wir­ kungen auf den Anker zur Folge hat. Deshalb ist eine Justie­ rung hinsichtlich dieser Ungleichmäßigkeit erforderlich, so daß sich ein zusätzlicher Arbeitsaufwand ergibt.

Bei einem Steuermotor für ein Servoventil mit einem aus einem seltenen Erdmetall bestehenden Permanentmagneten können Prob­ leme insofern auftreten, als bei Anwendung in einem großen Temperaturbereich die sich mit höher werdender Temperatur zei­ gende Schwächung der Magnetkraft nachteilig auswirkt.

Aus der DE-PS 5 28 661 und der GB-PS 2 11 119 ist es bekannt, bei einem Induktionszähler bzw. einem Relais die Verringerung der Magnetkraft bei steigender Temperatur durch einen Neben­ schluß zum Permanentmagneten zu kompensieren. Der Nebenschluß besteht aus einem Legierungsmaterial, dessen Permeabilität einen hohen negativen Temperaturkoeffizienten aufweist.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, bei einem Steuer­ motor nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 Maßnahmen vorzuse­ hen, die Veränderung der Magnetkraft bei Temperaturänderungen zu kompensieren. Diese Kompensation soll über einen großen Temperaturbereich wie beispielsweise zwischen -50°C und +200°C hinweg erreicht werden.

Zur Lösung der Aufgabe sieht die Erfindung bei einem Steuermo­ tor gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 die im kennzeichnen­ den Teil des Anspruchs 1 genannten Maßnahmen vor.

Durch Temperaturkompensationsleitstücke wird bei niedrigeren Temperaturen ein verhältnismäßig großer Teil des Magnetflusses kurzgeschlossen, während sich bei höheren Temperaturen der magnetische Widerstand der Temperaturkompensationsleitstücke erhöht, so daß der sonst kurzgeschlossene Magnetfluß durch die Polstücke laufen wird.

Bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand der Zeich­ nungen näher erläutert; in der Zeichnung zeigt

Fig. 1 einen Längsschnitt I-I in Fig. 2 durch ein Ausführungs­ beispiel eines Steuermotors, dargestellt zusammen mit einem hydraulischen Verstärker;

Fig. 2 einen Teilquerschnitt durch den Steuermotor der Fig. 1 längs der Linie II-II, wobei hier die Verwendung der erfindungsgemäßen Temperaturkompensationsleitstücke gezeigt ist;

Fig. 3 eine Teildraufsicht auf den Steuermotor der Fig. 1, wobei die Abdeckkappe weggeschnitten ist;

Fig. 4 eine Einzelheit der Fig. 2, und zwar eine Magnetanord­ nung gemäß der Erfindung;

Fig. 5 eine verkleinerte, perspektivische Darstellung der Mag­ netanordnung der Fig. 4;

Fig. 6 eine schematische, perspektivische Darstellung eines erfindungsgemäßen Steuermotors, wobei hier eine Magnet­ anordnung ähnlich aber verschieden von der in Fig. 2 gezeigten dargestellt ist.

Anhand der Fig. 1-6 sei ein Ausführungsbeispiel eines Steuer­ motors 150 sowie seiner Magnetanordnung 151 beschrieben.

Der elektrische Steuermotor 150 ist hier (vgl. Fig. 1) zusam­ men mit einem hydraulischen Verstärker 2 dargestellt. Der elektrische Steuermotor 150 selbst weist in bekannter Weise einen einfach polarisierten Permanentmagneten 300 sowie Steu­ erspulen 4 auf, um einen benachbart zu den Steuerspulen 4 so­ wie zum Permanentmagneten 300 angeordneten Anker 5 entspre­ chend der Größe des den Steuerspulen 4 zugeführten Steuersig­ nals oder Steuerstroms zu bewegen. Die Bewegung des Ankers 5 wird von diesem auf ein Prallelement 6 übertragen. Das Prall­ element 6 verläuft innerhalb eines elastischen Rohres 7 und ist mit dem Anker 5 mechanisch gekoppelt, um so die Ankerbewe­ gung zum hydraulischen Verstärker 2 zu übertragen.

Das elastische Rohr 7 bildet mit einer Tragplatte 8 ein Stück. Die Tragplatte 8 ist an einem Gehäuseteil (Grundplatte) 20 be­ festigt. Das in Fig. 1 gezeigte untere Ende des Prallelements 6 liegt zwischen zwei Regeldüsen 10 und 11 des hydraulischen Verstärkers 2, wobei diese Regeldüsen in entsprechenden Boh­ rungen 21 bzw. 22 der Grundplatte 20 untergebracht sind. Ven­ til- oder Verbraucheranschlüsse 23 und 24 sind mit den Düsen 10 bzw. 11 verbunden und ein weiterer Anschluß, nämlich der Tankanschluß 25 stellt die Verbindung zu einem Raum 19 zwi­ schen den Regeldüsen 10 und 11 her.

Die Längsachse des Steuermotors 150 ist mit 28 bezeichnet, und das Gehäuseteil 20 ist von seiner Oberseite her mit einer Axialausnehmung 26 und daran anschließend einer Axialbohrung 27 ausgestattet. Eine Bohrung 32 verbindet die Axialbohrung 27 mit dem Raum 19 und gestattet so den Durchtritt des Prallele­ ments (Prallplatte) 6.

Eine Abdeckkappe 30 umschließt den Steuermotor und ist durch Schrauben 31 am Gehäuseteil 20 befestigt.

Das Tragglied in der Form eines Ringkörpers 33 und ein Fluß­ leitstück 40 sind auf der Oberseite 29 des Gehäuseteils 20 angeordnet und durch Schrauben 37, 38 (vgl. Fig. 2) daran befestigt. Die eigentliche Befestigung des Ringkörpers 33 ist durch zusätzliche Schrauben 39 (Fig. 3) vorgesehen.

Die Schrauben 37, 38 verlaufen durch das Flußleitstück 40, welches sich über die Breite b1 des Ringkörpers 33 erstreckt und auf einer Endseite (Oberseite) 48 mit seiner Unterseite 50 aufliegt. Das Flußleitstück 40 ist bügelförmig und im ganzen als Quader ausgebildet. Seine Länge entspricht in etwa dem Durchmesser bzw. der Breite b1 des Ringkörpers 33. Die Breite B des Flußleitstückes 40 (vgl. dazu Fig. 1) entspricht in etwa dem Abstand der Polflächen 52 und 53 von den in Form von Pol­ stücken, und zwar Polschrauben 35 und 36 ausgebildeten Polmit­ teln. Diese Pole 35, 36 sind an diametral entgegengesetzt lie­ genden Stellen in entsprechende Bohrungen des Ringkörpers 33 eingepreßt, und sie tragen an ihren nach innen ragenden Teilen jeweils die Steuerspulen 4. Die quer zur Längsachse 28 verlau­ fenden Querachsen der Polschuhe sind mit 54 und 55 bezeichnet.

Der Ringkörper 33 ist gemäß Fig. 3 nicht kreisringförmig, son­ dern in etwa quadratisch mit zwei schmäleren Schenkeln 56, 57 (vgl. Fig. 3) und zwei breiteren Schenkeln 58, 59 (vgl. Fig. 2) ausgebildet. Wie man in Fig. 1 und 2 erkennt, hat der Ring­ körper 33 um den gesamten Ringumfang herum vorzugsweise die gleiche Höhe.

Der Permanentmagnet 300, dessen Polarität schematisch in Fig. 2 angedeutet ist, ist an der Unterseite 50 des Flußleitstückes 40 befestigt, beispielsweise angeklebt.

Der Permanentmagnet 300 weist im ganzen quaderförmige Gestalt auf und ist Teil der Magnetanordnung 151. Die beiden Schmal­ seiten des Permanentmagneten sind aufeinander zulaufend abge­ schrägt, wie dies in Fig. 2 gezeigt ist.

Vorzugsweise an diesen beiden Schmalseiten sind Temperaturkom­ pensationsleitmittel in der Form von Temperaturkompensations­ leitstücken 101, 102 entgegengesetzt zueinander liegend ange­ ordnet. Die Leitstücke 101 und 102 besitzen eine an den Magne­ ten 300 (vgl. dessen Seitenflächen 106 und 104 in Fig. 5) an­ gepaßte Form, d. h. sie besitzen schräg verlaufende Seitenflä­ chen 107, 105 (Fig. 5) und ergänzen im übrigen den Magneten 300 wieder zu einem rechtwinkligen Quader.

Die außen liegenden Seitenflächen der Leitstücke 101 und 102 benötigen nur noch einen geringeren Abstand S als dies für die entsprechenden Seitenflächen ohne diese Leitstücke der Fall war. Bei der in Fig. 2 gezeigten Magnetanordnung 151 wird gegenüber der Anordnung ohne die Leitstücke 101, 102 eine ge­ wisse Schwächung der Magnetstärke des Magneten in Kauf genom­ men, die aber dadurch ausgeglichen werden kann, daß man den Magneten 300 dicker macht und in eine nicht gezeigte Ausneh­ mung im Flußleitstück 40 einsetzt.

Im dargestellten Ausführungsbeispiel verläuft die Abschrägung des Magneten 300 von einer Länge A auf eine Länge B, wobei die Länge C des Ankers 62 etwas größer ist als die Länge A des Magneten, aber etwas kleiner als die Länge D der gesamten An­ keranordnung 151.

Die an beiden Seiten des Permanentmagneten 300 angeordneten Leitstücke 101 und 102 sind mit diesem und auch mit dem Fluß­ leitstück 40 magnetschlüssig verbunden. Im dargestellten Aus­ führungsbeispiel bilden die Leitstücke darüber hinaus eine Schwalbenschwanzführung für den Permanentmagneten 300. Dadurch ist es möglich, zunächst die Leitstücke 101, 102 am Flußleitstück 40 zu befestigen, beispielsweise anzuschweißen. Daraufhin kann dann der Permanentmagnet 300 in die sogenannte Schwalben­ schwanzführung eingeschoben werden, und zwar vorzugsweise mit Kleber bestrichen, so daß der Permanentmagnet 300 am Flußleitstück und ggf. auch an den Kompensationsleitstücken 101, 102 ange­ klebt wird.

Die Leitstücke besitzen eine von der Temperatur abhängige Ma­ terialkonstante derart, daß sie bei hoher Temperatur einen hohen magnetischen Widerstand und bei niedriger Temperatur einen kleinen magnetischen Widerstand besitzen. Beispielsweise bestehen die Temperaturleitstücke aus einer 30% Nickel-Eisen-Le­ gierung.

Die Kompensationsleitstücke 101, 102 haben also einen von der Temperatur abhängigen magnetischen Widerstand. Andererseits hat ein aus Seltenerdmetall bestehender Magnet wie der hier gezeigte, vorzugsweise aus SmCo₅ bestehende Magnet 300 eine mit zunehmender Temperatur kleiner werdende reversible magne­ tische Kraft. Durch die Anbringung der Temperaturkompensa­ tionsleitstücke wird erreicht, daß bei geringeren Temperatu­ ren, also niedrigem, magnetischem Widerstand der Kompensa­ tionsleitstücke 101, 102 insbesondere ein Nebenfluß des Mag­ neten 300 weitgehend kurzgeschlossen wird, während das Ausmaß dieses Kurzschlusses durch die Temperaturkompensationsleit­ stücke mit steigender Temperatur sinkt, so daß der sonst kurz­ geschlossene Fluß bei höheren Temperaturen durch die Pole lau­ fen muß. Dadurch wird die mit höherer Temperatur geringer wer­ dende Magnetkraft des Permanentmagneten 300 kompensiert.

Insgesamt muß man gegenüber der Ausführung ohne die Leitstücke 101, 102 den Magneten 300 etwas stärker auslegen, andererseits wird dafür aber seine Temperaturabhängigkeit entsprechend kom­ pensiert, was außerordentlich erwünscht ist.

In Fig. 6 ist ein zweites Ausführungsbeispiel eines Steuermo­ tors 152 mit Magnetanordnung 153 in Anlehnung an Fig. 2 veran­ schaulicht. Hier werden Temperaturkompensationsleitstücke 201 und 202 an den Schmalseiten eines Magneten 203 vorgesehen, wo­ bei die Magnetanordnung 153 insgesamt eine der Länge des Mag­ neten 300 in Fig. 2 entsprechende Länge besitzt. Wenn die Mag­ netanordnung 153 die gleiche Magnetstärke wie der Magnet 300 gemäß Fig. 2 bereitstellen soll, so muß der Magnet 203 etwas dicker ausgebildet werden und vorzugsweise in eine bereits oben erwähnte Ausnehmung des Flußstücks 40 eingefügt werden.

Vorzugsweise sind die Temperaturkompensationsleitstücke an den Schmalseiten der Permanentmagnete 300 und 203 angeordnet. Je nach der gewünschten Kompensation ist es auch denkbar, nur ein Kompensationsleitstück vorzusehen. Es ist ferner möglich, die Kompensationsleitstücke auch alternativ an den Breitseiten der Magnete anzuordnen.

Obwohl die erfindungsgemäße Magnetanordnung mit Vorzug bei einem Steuermotor gemäß Fig. 1-6 verwendet wird, so sei doch bemerkt, daß die Magnetanordnung auch bei anderen Steuermotor­ konstruktionen einsetzbar ist.

Claims (16)

1. Steuermotor, insbesondere für ein Servoventil, wobei fol­ gendes vorgesehen ist:
ein Tragglied (33) geeignet zur Befestigung an einem Ge­ häuseteil (20),
am Tragglied (33) befestigte erste und zweite Polmittel (35, 36),
auf den Polmitteln angeordnete Steuerspulen (4), die mit einem Stromsignal beaufschlagbar sind,
ein aus einem magnetisch weichen Material bestehender Anker (5), der in einem zwischen den entgegengesetzt zueinander liegenden ersten und zweiten Polmitteln gebildeten Ankerraum angeordnet ist,
ein elastisches federnd mit einem Befestigungsende am Gehäuseteil (20) befestigtes Rohr (7), welches an seinem anderen Ende den Anker (5) trägt,
ein im Rohr (7) angeordnetes am Anker (5) befestigtes Prallelement (6), welches am Befestigungsende des Rohres (7) aus dem Rohr (7) heraus zwischen zwei Düsen (10, 11) ragt und bei Bewegung des Ankers (5) mehr zur einen oder zur anderen Düse hin bewegt wird, um so auf den aus den Düsen austretenden Strömungsmittelstrom einzuwirken,
einen benachbart zum Anker (5) angeordneten Permanentmag­ neten (300, 203) zur Erzeugung eines Magnetfeldes im An­ kerraum und den angrenzenden Luftspalten, welches sich dort mit dem durch die Steuerspulen erzeugten Magnetfeld überlagert, um entsprechend dem an die Steuerspulen ange­ legten Steuersignal die Hin- und Herbewegung des Ankers und damit auch des Prallelementes (6) zu bewirken, daß auf einer Endseite des Traggliedes (33) ein den Permanentmag­ neten (300, 203) tragendes Flußleitstück (40) befestigt ist,
dadurch gekennzeichnet, daß der Permanent­ magnet (300, 203) im ganzen quaderförmig ausgebildet ist und daß benachbart zum Flußleitstück (40) und zum Perma­ nentmagneten (300, 203), im Bereich seiner Schmalseiten und einander gegenüberliegend, Temperaturkompensations­ leitstücke (101, 102, 201, 202) angeordnet sind.

2. Steuermotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperaturkompensationsleitstücke (101 . . . 202) am Fluß­ leitstück (40) befestigt sind und eine Führung für den Permanentmagneten (300, 203) bilden, der mit Kleber ver­ sehen in die Führung eingesetzt und in seiner Position zwischen den Temperaturkompensationsleitstücken verklebt wird.

3. Steuermotor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich­ net, daß die Temperaturkompensationsleitstücke (101 . . . 202) mit dem Flußleitstück (40) eine Schwalbenschwanzführung für den Permanentmagneten (300, 203) bilden.

4. Steuermotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß die Temperaturkompensationsleit­ stücke (101 . . . 202) eine von der Temperatur abhängige Ma­ terialkonstante besitzen derart, daß sie bei hoher Tempe­ ratur hohen magnetischen Widerstand und bei niedriger Temperatur kleinen magnetischen Widerstand aufweisen.

5. Steuermotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperaturkompensations­ leitstücke (101 . . . 202) aus einer 30% Nickel-Eisen-Legie­ rung bestehen.

6. Steuermotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß das Tragglied (33) als Ringkör­ per (33) ausgebildet ist, auf dessen einer Endseite das den Permanentmagneten (300, 203) tragende Flußleitstück (40) befestigt ist, und daß die andere Endseite des Ring­ körpers mit dem Gehäuseteil (20) mit einer mittleren Aus­ sparung zur Durchführung des Rohres verbunden ist.

7. Steuermotor nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Flußleitstück (40) quer zur Bewegungsrichtung des An­ kers (5) verläuft.

8. Steuermotor nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeich­ net, daß das Tragglied (33) derart geformt oder ausgebil­ det ist, daß der vom Flußleitstück (40) geleitete Magnet­ fluß des Permanentmagneten (300, 203) zu den Polmitteln (35, 36) gelangt.

9. Steuermotor nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Ringkörper (33) eine geschlossene Seitenwand derart aufweist, daß der Mag­ netfluß vom Flußleitstück (40) in den Ringkörper (33) ein­ tritt, um etwa 90° durch den Ringkörper zu dem einen der Polmittel hinläuft, über einen Luftspalt in den Anker (5) eintritt und von dort über einen weiteren Luftspalt in den Permanentmagneten (300) zurückkehrt.

10. Steuermotor nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Polmittel Pol­ stücke sind und insbesondere durch Polschrauben (35, 36) gebildet werden, die in entsprechende Bohrungen in den Wänden des Ringkörpers eingeschraubt sind.

11. Steuermotor nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Polschrauben von der Innenwand des Ringkörpers aufein­ ander zu ragen und den Anker (5) im wesentlichen sich pa­ rallel zu den Endflächen der Polschrauben erstreckend auf­ nehmen.

12. Steuermotor nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Permanentmagnet (300, 203) am Flußleitstück angeklebt ist.

13. Steuermotor nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuseteil (20) gleichzeitig die aus Ringkörper (33) mit Biegerohr (7), Anker (5) und Prallplatte (6) bestehende Steuerein­ heit (150) aufnimmt.

14. Steuermotor nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Flußleitstück (40) quaderförmig ausgebildet ist.

15. Steuermotor nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß im Flußleitstück (40) eine Vertiefung ausgebildet ist, um für einen dicke­ ren Permanentmagneten Platz zu schaffen.

16. Steuermotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß der Permanentmagnet (300, 203) aus einem seltenen Erdmetall besteht.