(19) |
![](https://data.epo.org/publication-server/img/EPO_BL_WORD.jpg) |
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(11) |
EP 0 594 870 B1 |
(12) |
EUROPÄISCHE PATENTSCHRIFT |
(45) |
Hinweis auf die Patenterteilung: |
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04.12.1996 Patentblatt 1996/49 |
(22) |
Anmeldetag: 18.09.1992 |
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Internationale Patentklassifikation (IPC)6: H01F 7/14 |
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(54) |
Steuermotor
Driving motor
Moteur de commande
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(84) |
Benannte Vertragsstaaten: |
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DE |
(43) |
Veröffentlichungstag der Anmeldung: |
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04.05.1994 Patentblatt 1994/18 |
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Patentinhaber: MOOG GmbH |
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D-71034 Böblingen (DE) |
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Erfinder: |
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- Teutsch, Hansklaus
W-7030 Böblingen (DE)
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Vertreter: Grünecker, Kinkeldey,
Stockmair & Schwanhäusser
Anwaltssozietät |
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Maximilianstrasse 58 80538 München 80538 München (DE) |
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Entgegenhaltungen: :
EP-A- 0 375 093 DE-A- 3 501 836 US-A- 1 825 482 US-A- 3 435 393 US-A- 3 571 769
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DE-A- 3 207 619 DE-B- 1 282 402 US-A- 3 323 090 US-A- 3 533 032 US-A- 4 560 969
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Anmerkung: Innerhalb von neun Monaten nach der Bekanntmachung des Hinweises auf die
Erteilung des europäischen Patents kann jedermann beim Europäischen Patentamt gegen
das erteilte europäischen Patent Einspruch einlegen. Der Einspruch ist schriftlich
einzureichen und zu begründen. Er gilt erst als eingelegt, wenn die Einspruchsgebühr
entrichtet worden ist. (Art. 99(1) Europäisches Patentübereinkommen). |
[0001] Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Steuermotor, insbesondere für Servoventile,
gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
[0002] Ein solcher gattungsbildender Steuermotor ist beispielsweise aus der DE-A-3501836
bekannt und wird vorzugsweise zur Betätigung einer hydraulischen Vorsteuerstufe eines
Servoventils eingesetzt. Der Steuermotor umfaßt einen zwischen zwei Polmitteln bewegbaren
Anker. Die Polmittel tragen elektrische Steuerspulen zur Beeinflussung des durch einen
Permanentmagneten erzeugten magnetischen Feldes im Ankerraum. Es wird bei diesem Steuermotor
als nachteilig angesehen, daß zwei Steuerspulen zur Bewegung des Ankers benötigt werden.
Zum einen muß eine Steuerschaltung für die Erregung der Spulen vorgesehen werden,
was zu einem erhöhten Platzbedarf führt, zum anderen besteht dieser Steuermotor aus
vielen Teilen, ist kompliziert aufgebaut und im Betrieb unzuverlässig, da der Ausfall
einer Komponente bereits zu einer Fehlfunktion des Gesamtsystems führen kann.
[0003] Aus der DE-B-1 282 402 ist ein Magnetventil mit einem axial zwischen zwei Betriebstellungen
durch Magnetkraft verschiebbaren Kolben bekannt. Das Ventil besitzt zwei Außenschenkel,
welche Permanentmagnete tragen und eine, zwischen den Schenkeln angeordnete elektromagnetische
Steuerspule.
[0004] Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Steuermotor anzugeben,
der einfach aufgebaut und im Betrieb zuverlässig ist.
[0005] Diese Aufgabe wird gemäß der vorliegenden Erfindung von einem Steuermotor mit den
Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.
[0006] Bei dem Steuermotor gemäß der vorliegenden Erfindung sind die Polmittel so angeordnet,
daß die ersten Polmittel, zwischen denen der verschwenkbare Anker federzentriert gehalten
ist, die Permanentmagneten tragen. Das zweite Polmittel ist mit wenigstens einer Steuerspule
versehen, so daß der Aufbau des Steuermotors sehr einfach ist. Weiter ist durch die
erfindungsgemäße Anordnung von Polmitteln und Steuerspulen die Bewegung des Ankers
genau und mit einer höheren Frequenz steuerbar als dies bei den Steuermotoren im Stand
der Technik möglich war, weil der Anker eine kleinere Masse aufweist als bei herkömmlichen
Steuermotoren. Mit dem gemäß der Erfindung aufgebauten Steuermotor können auch Ventile
mit höherer Dynamik gesteuert werden.
[0007] Weiterhin sind die Seitenwände querverschieblich auf dem Grundkörper befestigbar.
Durch Verschieben der Seitenwände können auf einfache Art und Weise die Arbeitsluftspalte
zwischen den ersten Polmitteln und dem Anker eingestellt werden können.
[0008] In einer bevorzugten Ausgestaltung weisen die Fußteile wenigstens eine senkrechte
Durchgangsbohrung auf, durch die jeweils eine Befestigungsschraube durchgeführt und
in den Grundkörper eingeschraubt ist. Dabei weist die Durchgangsbohrung einen größeren
Durchmesser auf als der Durchmesser der Befestigungsschraube, so daß sich die L-förmigen
Seitenwände innerhalb des Spiels zwischen Durchgangsbohrung und Befestigungsschraube
verschieben lassen. Bei einer solchen Konstruktion ist eine Grobjustierung der Arbeitsluftspalte
konstruktiv vorgegeben und eine Feinjustierung kann nachträglich besonders einfach
erfolgen.
[0009] Vorzugsweise sind die oberen Enden der beiden Seitenwände über ein T-förmiges Verschlußteil
miteinander verbunden, so daß der mit wenigstens einer Spule versehene senkrechte
Mittelbalken des Verschlußteils der oberen Fläche des Ankers zugewandt ist. Zwischen
dem T-förmigen Verschlußteil und dem Anker ist ein sogenannter Konstruktionsluftspalt
ausgebildet. Der Konstruktionsluftspalt ermöglicht dem Anker die freie Schwenkbewegung
innerhalb der Arbeitsluftspalte. Über das Verschlußteil für die beiden Seitenwände
bildet sich ein geschlossener magnetischer Kreis aus, was zu einer Verstärkung des
von den Permanentmagneten erzeugten magnetischen Feldes in den Arbeitsluftspalten
führt. Über den senkrechten Mittelbalken wird das von den zweiten Polmitteln elektromagnetisch
erzeugte Magnetfeld in diesen magnetischen Kreis zusätzlich eingekoppelt.
[0010] In einer vorteilhaften Ausgestaltung weisen die beiden äußeren Enden des Verschlußteils
senkrechte Durchgangsbohrungen oder Schlitze auf, durch die jeweils eine Befestigungsschraube
durchgeführt und in die Seitenwand eingeschraubt ist. Die Durchgangsbohrungen besitzen
wiederum einen größeren Durchmesser als der Durchmesser der Befestigungsschraube.
In analoger Weise zur Querverschieblichkeit der L-förmigen Seitenwände ist auch das
T-förmige Verschlußteil in dieser Ausgestaltung sehr einfach zu justieren, indem es
sich seitlich verschieben läßt.
[0011] In einer vorteilhaften Ausbildung befinden sich zwischen den beiden äußeren Enden
des Verschlußteils und den oberen Enden der Seitenwände Distanzplättchen zur Einstellung
des Konstruktionsluftspaltes zwischen dem T-förmigen Verschlußteil und dem Anker in
vertikaler Richtung. Bei einer Verwendung von verschieden großen Distanzplättchen
unterschiedlicher Dicke wird das T-förmige Verschlußteil in der Höhe verstellt, wodurch
auch der Konstruktionsluftspalt entsprechend verringert oder vergrößert wird.
[0012] Gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel weisen die Permanentmagnete auf den dem
Anker zugewandten Stirnflächen Polschuhe aus einem magnetisierbaren Material auf.
Die Polschuhe richten und verstärken in vorteilhafter Weise das magnetische Feld im
Arbeitsluftspalt.
[0013] In einer vorteilhaften Ausgestaltung sind die Permanentmagnete horizontal magnetisiert
und bestehen aus einem Material hoher magnetischer Remanenz, vorzugsweise Neodym-Eisen
oder Samarium-Kobalt. Die erstgenannte Legierung mit hohem Eisengehalt ist billig
herzustellen und besitzt eine besonders hohe magnetische Remanenz. Dadurch kann in
dem Steuermotor ein Permanentmagnet mit kleinen Abmessungen mit daraus resultierenden
geringen Kosten und Platzersparnis verwendet werden.
[0014] In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des Steuermotors besitzen die Fußteile
der L-förmigen Seitenwände und gegebenenfalls auch die Permanentmagnete und die Polschuhe
horizontale Durchgangspaßbohrungen, durch die schraubenförmige, in einer Richtung
quer zu den Seitenwänden verschiebbare Anschläge geführt sind. Die Anschläge verhindern
einen direkten Berührungskontakt zwischen dem Anker und den Permanentmagneten bzw.
Polschuhen, wodurch bei maximaler Auslenkung ein "Festkleben" des Ankers erfolgen
könnte. Eine Justierung der Anschläge zur Einstellung des erforderlichen Hubes des
Ankers kann von außen auch nach der Inbetriebnahme des Steuermotors erfolgen.
[0015] Vorzugsweise sind die Anschläge aus einem nicht magnetischen Material hergestellt.
Dadurch wird sichergestellt, daß es zu keinen Feldverzerrungen im Arbeitsluftspalt
kommt.
[0016] Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel ist die horizontale Durchgangsbohrung des
Fußteils der Seitenwände mit einem Innengewinde versehen, so daß ein mit einem entsprechenden
Außengewinde versehener Anschlag von außen in das Fußteil eingeschraubt werden kann.
Bei dieser Ausführungsform ist eine besonders einfache und sichere Einstellung der
maximal zulässigen Auslenkung des Ankers möglich.
[0017] In einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel weist der senkrechte Mittelbalken
des T-förmigen Verschlußteils eine Durchgangsbohrung in axialer Richtung auf, durch
die ein Federstab durchgeführt ist, dessen eines Ende mit dem Anker verbunden ist.
Dadurch ist es möglich, auf die Nullpunktjustierung und die Dynamik des Ankers Einfluß
zu nehmen.
[0018] Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform ist das andere Ende des Federstabs über
eine einstellbare Klemmvorrichtung an dem T-förmigen Verschlußteil festgelegt. Dadurch
ergibt sich eine einstellbare Nullpunktjustierung des Ankers, auch wird dadurch die
Dynamik des Steuermotors erheblich verbessert, da der elastische Federstab auf den
ausgelenkten Anker ein mechanisches Rückstellmoment ausübt.
[0019] In einer Variante ist das andere Ende des Federstabs mit einer verschiebbaren Betätigungsvorrichtung
verbunden. Dabei ergibt sich eine mechanische Steuerungsmöglichkeit für den Steuermotor,
zum Beispiel für den Fall, daß die elektromagnetische Steuerung infolge eines Defekts
ausfällt.
[0020] In einer vorteilhaften Ausgestaltung ist der Anker mit zwei senkrechten, parallel
zueinander geführten Biegebalken am Grundkörper festgelegt. Bei dieser Parallelhalterung
ist die Schwenkbewegung des Ankers nur in der bevorzugten Ebene möglich.
[0021] Gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist in den Anker ein Steuerrohr eingepreßt,
an dessen unterem Ende eine Strahldüse ausgebildet ist. Das Steuerrohr folgt den Bewegungen
des Ankers und steuert die Richtung des aus der Düse austretenden Ölstrahls.
[0022] In einer vorteilhaften Ausführung ist eine flexible Rohrdruckleitung mit dem Steuerrohr
an einer Stelle nahe des Drehpunkts des Ankers verbunden. Wird eine Kraft, welche
zum Beispiel durch die Trägheit der Hydraulikflüssigkeit erzeugt wird, in der Rohrdruckleitung
auf den Anker übertragen, so ist das resultierende Drehmoment an der Stelle nahe des
Drehpunkts des Ankers sehr gering. Infolgedessen vermindert sich der Einfluß solcher
Störungen, die andernfalls zu einer fehlerhaften Bewegung des Ankers führen würden.
[0023] In einer bevorzugten Ausgestaltung ist das Steuerrohr mittels eines O-Rings, der
sich etwa im Drehpunkt des Ankers befindet, abgedichtet. Der O-Ring verhindert das
Austreten von Hydraulikflüssigkeit und gewährt dennoch durch seine Anordnung in der
Nähe des Drehpunkts des Ankers diesem eine ausreichende Bewegungsfreiheit.
[0024] Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden
Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele anhand der beigefügten Zeichnungen,
welche zeigen:
Figur 1 zeigt einen Längsschnitt durch einen Steuermotor nach einem ersten Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung;
Figur 2 zeigt einen Schnitt durch den Steuermotor, welcher in Figur 1 dargestellt
ist entlang der Linie A-A;
Figur 3 zeigt einen Schnitt durch den Steuermotor, welcher in Figur 1 gezeigt ist,
entlang der Linie B-B;
Figur 4 zeigt einen Längsschnitt des Steuermotors nach einem zweiten Ausführungsbeispiel
der Erfindung;
Figur 5 zeigt einen Längsschnitt des Steuermotors nach einem dritten Ausführungsbeispiel
der Erfindung; und
Figur 6 zeigt einen Längsschnitt durch den Steuermotor nach dem ersten Ausführungsbeispiel
zur Verdeutlichung der magnetischen Felderverläufe.
[0025] Im folgenden wird zunächst das erste Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung
anhand der Figuren 1 - 3 beschrieben. Figur 1 zeigt den erfindungsgemäßen Steuermotor
mit einem daran angeflanschten Stellglied 1, welches zwei hydraulische Arbeitskanäle
A, B an seiner Unterseite aufweist. Der Steuermotor ist zum Schutz gegen Schmutz und
Feuchtigkeit von einem Gehäuse 2 umgeben. Der Steuermotor selbst ist auf einem Grundkörper
3 mit einem im Querschnitt U-förmigen Rundprofil aufgebaut. Der Grundkörper 3 besitzt
eine zentrierte Durchgangsbohrung in Längsrichtung, in die eine Hülse 4 eingepaßt
ist. Durch die Hülse ist ein Steuerrohr 30 durchgesteckt, dessen unteres Ende in das
Stellglied hineinragt. Die Hülse 4 dient auch als Aufnahme für einen O-Ring 31.
[0026] Das Steuerrohr 30 weist ein im Querschnitt verbreitertes Mittelteil auf. Ein Anker
5 ist mit dem Steuerrohr 30 verbunden und im wesentlichen quaderförmig mit symmetrisch
zur Mitte abgeschrägten Stirnflächen ausgebildet. Wie aus Figur 2 ersichtlich, wird
der Anker zusätzlich von zwei senkrechten parallel zueinander ausgerichteten Biegebalken
6 gehalten. Ebenso ist es denkbar, statt der parallelen Biegebalken ein dünnwandiges
Biegerohr als federnden Ankerfuß vorzusehen, wie dies bei Steuermotoren aus dem Stand
der Technik bekannt ist.
[0027] An dem U-förmigen Grundkörper 3 sind zwei im Querschnitt L-förmige Seitenwände 7,
8 mittels Schraubverbindungen 9 befestigt. Eine Schraubverbindung 9 ist in Figur 1
in einer teilweise gebrochenen Darstellung vollständig dargestellt. Die Fußteile der
L-förmigen Seitenwände weisen senkrechte Durchgangsbohrungen auf, durch die jeweils
eine Schraube 9 durchgesteckt und in die Seitenwand des Grundkörpers 3 hineingedreht
ist.
[0028] An den Stirnflächen der Fußteile der L-förmigen Seitenwände sind einander zugewandte
Permanentmagnete 10, 11 zum Beispiel mittels Kleben befestigt. Die einander zugewandten
Seiten der Permanentmagnete tragen jeweils einen Polschuh 12, 13, zwischen denen sich
der Anker 5 befindet. Zwischen den Polschuhen 12, 13 und den jeweiligen Seitenflächen
des Ankers 5 sind Arbeitsluftspalte 16, 17 ausgebildet. Aus der Figur 3 ist ersichtlich,
daß die Polschuhe an den dem Anker zugewandten Seiten einen verjüngten Querschnitt
aufweisen, so daß die sich gegenüberstehenden Längskanten des Ankers und der Polschuhe
bezüglich ihrer Lage übereinstimmen.
[0029] Die Fußteile der L-förmigen Seitenwände, die Permanentmagneten und die Polschuhe
besitzen eine waagrechte Durchgangsbohrung, in die jeweils ein schraubenförmiger Anschlag
für den Anker durchgeführt ist. Die Anschläge 14, 15 sind aus einem nicht magnetischen
Material hergestellt und soweit durch die waagrechten Durchgangsbohrungen durchgeführt,
daß ihre dem Anker zugewandten Enden über die Polschuhe hinausstehen. In die Anschläge
14, 15 ist ein Außengewinde geschnitten, welches zu einem Innengewinde paßt, das in
einem äußeren Bereich der Fußteile ausgebildet ist.
[0030] Die oberen Enden der L-förmigen Seitenwände (7, 8) sind über ein T-förmiges Verschlußteil
18 miteinander verbunden. Dazu weist das T-förmige Verschlußteil senkrechte Schlitze
oder Durchgangsbohrungen auf, durch die jeweils eine Befestigungsschraube 19 durchgeführt
ist. Die Durchgangsbohrungen in dem T-förmigen Verschlußteil besitzen wiederum einen
etwas größeren Durchmesser als der Außendurchmesser der Schrauben 19. Um den senkrechten
Mittelbalken des T-förmigen Verschlußteils ist eine oder mehrere Steuerspulen 20 gewickelt,
deren nicht gezeigte elektrische Anschlußleitungen nach außen geführt sind. Der Mittelbalken
des T-förmigen Verschlußteils besitzt eine ausreichende Länge, so daß zwischen seinem
unteren Ende und der Oberfläche des Ankers ein Konstruktionsluftspalt 21 ausgebildet
ist. Zwischen den oberen Enden der Seitenwände und dem T-förmigen Verschlußteil sind
Distanzplättchen 22 eingefügt, um den Konstruktionsluftspalt 21 entsprechend zu variieren.
[0031] Gemäß Figur 2 weist das Stellglied 1 einen Hydrauliköldruckversorgungsanschluß P
und einen Rücklaufanschluß R auf. Der Versorgungsanschluß P ist über eine flexible
Druckleitung 24 mit dem in dem Anker 5 eingepreßten Steuerrohr 30 verbunden. Die Verbindung
zwischen der flexiblen Druckleitung 24 und dem Steuerrohr ist in dem mittleren im
Querschnitt vergrößerten Bereich des Steuerrohres 30 vorgesehen. Das Steuerrohr 30
besitzt an seinem unteren Ende eine Düse 25, durch die das Hydrauliköl austritt. Der
austretende Ölstrahl ist auf einen Empfänger 32 nach dem Düse-Strahl-Prinzip gerichtet,
das aus dem Stand der Technik bekannt ist. Das Steuerrohr 30 ist mittels des in der
Nähe des Drehpunkts des Ankers vorgesehenen O-Rings 31 über die Hülse 4 mit dem Grundkörper
3 druckdicht verbunden.
[0032] Im folgenden wird nun die Arbeitsweise des ersten Ausführungsbeispiels der vorliegenden
Erfindung anhand der Figuren 1 bis 3 und 6 erläutert.
[0033] Zunächst wird angenommen, daß sich der Steuermotor im Ruhezustand befindet und die
Steuerspule 20 stromlos ist. Der Anker 5 befindet sich in der Nullstellung in etwa
der Mitte zwischen den beiden Polschuhen 12, 13. Durch die Permanentmagnete 10, 11,
deren Anordnung in Figur 1 gezeigt ist, bildet sich ein magnetischer Fluß aus, welcher
symbolhaft mit durchgezogenen Linien in Figur 6 dargestellt ist.
[0034] In einem von den Permanentmagneten erzeugten magnetischen Kreis 36 gehen die Feldlinien
ausgehend vom Nordpol des in der linken Bildhälfte dargestellten Permanentmagneten
11, über die L-förmige Seitenwand 8, das T-förmige Verschlußteil 18, die L-förmige
Seitenwand 7 zum Südpol des in der rechten Hälfte dargestellten Permanentmagneten
10.
[0035] Vom Nordpol des in der rechten Bildhälfte dargestellten Permanentmagneten 10 bilden
sich Feldlinien über den Polschuh 12, den Luftspalt 16, den Anker 5, den Luftspalt
17, den Polschuh 13 zum Südpol des in der linken Bildhälfte dargestellten Permanentmagneten
11 aus.
[0036] Auf ähnliche Weise schließt sich ein permanentmagnetischer Kreis 35 über den Grundkörper
3. Der permanentmagnetische Kreis 35 kann auch entfallen, wenn der Grundkörper aus
nicht magnetisierbarem Werkstoff ist.
[0037] Aufgrund der magnetischen Felder, welche von den beiden Permanentmagneten 10, 11
hervorgerufen werden, befindet sich in den beiden Luftspalten 16, 17 eine hohe magnetische
Induktion. Diese Induktion ist bei nicht erregter Steuerspule 20 in beiden Luftspalten
gleich groß, so daß der Anker 5 eine Ruhestellung einnimmt, da die auf den Anker einwirkenden
Anziehungskräfte in den beiden Arbeitsluftspalten 16, 17 etwa gleich groß sind.
[0038] Wird nun die Steuerspule 20 von einem elektrischen Strom durchflossen, so bildet
sich ein magnetisches Feld, welches den in der Figur 6 mit 37, 38 gekennzeichneten
Verlauf besitzt. Dadurch entsteht am unteren Ende des senkrechten Mittelbalkens des
T-förmigen Verschlußteils 18 ein magnetischer Nordpol und an seinem oberen Ende ein
dazu entgegengesetzter Südpol (oder umgekehrt). Dadurch erhält der senkrechte Mittelbalken
die Funktion eines Spulenkerns für die Steuerspule 20. Die Richtung dieses elektromagnetischen
Feldes wird von der Richtung des elektrischen Stroms bestimmt.
[0039] In einem ersten von der Steuerspule 20 erzeugten magnetischen Kreis 37, welcher in
Figur 6 in der linken Bildhälfte dargestellt ist, verlaufen die Feldlinien ausgehend
vom magnetischen Nordpol über den Konstruktionsluftspalt 21, den Anker 5, den Arbeitsluftspalt
17, den Polschuh 13, den Permanentmagneten 11, die L-förmige Seitenwand 8 und das
Verschlußteil 18 zum Südpol des Spulenkerns.
[0040] In einem zweiten von der Steuerspule erzeugten magnetischen Kreis 38, der in der
rechten Bildhälfte der Figur 6 dargestellt ist, verlaufen die Feldlinien vom magnetischen
Nordpol des Spulenkerns über den Anker 5, den Luftspalt 16, den Polschuh 12, den Permanentmagneten
10, die L-förmige Seitenwand 7 und das Verschlußteil 18 zum magnetischen Südpol des
Spulenkerns.
[0041] Durch das von der Steuerspule erzeugte magnetische Feld kommt es im Luftspalt 17
zu einer Verstärkung der von den Permanentmagneten erzeugten magnetischen Induktion.
Dagegen führt das magnetische Feld in der rechten Bildhälfte zu einer Schwächung der
permanentmagneterregten magnetischen Induktion im Luftspalt 16. Aufgrund der unterschiedlichen
resultierenden Induktionen entstehen in den Luftspalten 16 und 17 unterschiedliche
Anziehungskräfte, deren Resultante den Anker aus seiner Nullstellung in Pfeilrichtung,
d. h. nach links verschwenkt. Die Auslenkung des Ankers 5 aus seiner Nullstellung
geschieht dabei in Abhängigkeit vom Spulenstrom durch die Steuerspule 20.
[0042] Bei der Auslenkung des Ankers 5 erzeugen die beiden Biegebalken 6 durch ihre Elastizität
eine Rückstellkraft, die der magnetischen Anziehungskraft entgegenwirkt. Der Anker
5 wird daher nur soweit ausgelenkt, bis die magnetische Anziehungskraft im Gleichgewicht
mit der Rückstellkraft der Biegebalken steht. Wenn die magnetische Anzugskraft größer
als die Rückstellkraft bei maximaler Auslenkung des Ankers ist, schlägt der Anker
am mechanischen Anschlag 14 oder 15 an. Durch den Anschlag ist sichergestellt, daß
der Anker nicht am Polschuh "festklebt", sondern unmittelbar nach einer Rücknahme
des Spulenstroms in seine Nullstellung zurückkehrt.
[0043] Es ist für den Fachmann klar, daß in Abhängigkeit von der Größe des verwendeten Ankers
5 und der Steuerspule 20 ein optimaler Luftspalt zwischen dem Anker 5 und den Polschuhen
12, 13 eingestellt werden muß. Die Größe des Ankerraums bzw. die Breite der Luftspalte
16, 17 läßt sich durch Querverschieben der L-förmigen Seitenwände bei gelösten Befestigungsschrauben
9, 19 entsprechend verändern. Die Größe des Ankerraums, d. h. die maximal zulässige
Auslenkung des Ankers ist zusätzlich über die Anschläge 14, 15 einstellbar. Dabei
kann die Justage durch Verdrehen der Anschläge in den Gewindebohrungen der Fußteile
erfolgen.
[0044] Durch seitliches Verschieben des T-förmigen Verschlußteils 18 kann die Induktion
in den Arbeitsluftspalten 16, 17 bei nicht erregter Spule beeinflußt werden. Auf diese
Art läßt sich der Nullpunkt des Ankers einstellen.
[0045] Im Betrieb des Steuermotors wird der in Figur 2 dargestellte Hydraulikölversorgungsanschluß
P mit der Betriebsdruckleitung verbunden. Das unter Druck stehende Öl wird über die
flexible Rohrdruckleitung 24 in das Steuerrohr 30 des Ankers 5 eingeleitet und tritt
durch die Düse 25 am Ende des Steuerrohres wieder aus. Der so erzeugte Ölstrahl folgt
in seiner Richtung der Bewegung des Ankers 5. Ein sich in seiner Richtung verändernder
Ölstrahl wird zur Steuerung des Empfängers 32 des Servoventils verwendet In ähnlicher
Weise kann die Bewegung des Ankers des erfindungsgemäßen Steuermotors auch die Prallplatte
in einem Düse-Prallplatte-System steuern.
[0046] Nachfolgend wird eine zweite Ausführungsform des erfindungsgemäßen Steuermotors an
Hand der Figur 4 beschrieben. Die Merkmale des Steuermotors, welche identisch mit
denen des ersten Ausführungsbeispiels sind, sind in der Figur 4 mit den gleichen Bezugszeichen
gekennzeichnet und werden nicht nochmals beschrieben.
[0047] Im wesentlichen unterscheidet sich das zweite Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen
Steuermotors gegenüber der ersten Ausführungsform dadurch, daß eine zusätzliche Justagemöglichkeit
für den Anker vorgesehen ist. Der senkrechte Mittelbalken des T-förmigen Verschlußteils
18 weist eine zentrierte Durchgangsbohrung in Richtung der Längsachse auf, durch die
ein Federstab 26 durchgesteckt ist. Der Federstab 26 ist an seinem unteren Ende mit
dem Anker 5, z. B. durch Einpressen verbunden. Das obere Ende des Federstabs ist mittels
einer Klemmvorrichtung 27, welche über eine Justierschraube 28 mit dem Verschlußteil
18 verbunden ist, eingespannt. Der Federstab besitzt in der zentrierten Durchgangsbohrung
in dem senkrechten Mittelbalken ausreichend Spiel für eine Bewegung, welche durch
die Auslenkung des Ankers auf den Federstab übertragen wird.
[0048] Gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel besitzt die Rückstellkraft, die auf den ausgelenkten
Anker einwirkt, zwei Komponentenanteile. Die erste Komponente wird von der elastischen
Biegebalken 6 erzeugt, wie dies bereits bei dem ersten Ausführungsbeispiel der Fall
war. Eine zweite Komponente wird von dem elastischen Federstab 26 bei einer Auslenkung
des Ankers aus der Nullpunktlage heraus erzeugt. Da die beiden Komponenten der Rückstellkraft
sich addieren, erhöht sich die Dynamik der Ankers, d. h. die Gesamtsteifigkeit des
Feder-Massesystems Biegebalken-Anker erhöht sich, demzufolge erhöht sich auch die
Eigenfrequenz.
[0049] Weiterhin kann gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel die Nullstellungslage des Ankers
verändert bzw. eingestellt werden. Dazu wird die Justierschraube 28 an dem T-förmigen
Verschlußteil gelöst und der Federstab in seine gewünschte Position gebracht. Danach
erfolgt durch Anziehen der Justierschraube eine Arretierung. Diese nachträgliche Justagemöglichkeit
für den Anker ist bei diesem bevorzugten Ausführungsbeispiel von Vorteil.
[0050] Eine dritte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Steuermotors ist in Figur 5 dargestellt.
Die dritte Ausführungsform unterscheidet sich von der zweiten Ausführungsform dahingehend,
daß keine Klemmvorrichtung für den Federstab 26, sondern statt dessen eine Betätigungsvorrichtung
29 zur mechanischen Betätigung des Federstabs 26 vorgesehen ist. Damit werden Bewegungen
der Betätigungseinrichtung direkt über den Federstab 25 auf den Anker 5 übertragen.
Bei dieser Ausführungsform ist die oftmals geforderte Not-Handbedienung die bei einem
Ausfall der elektromagnetischen Steuerung eingreift, verwirklicht. Als Alternative
dazu läßt sich auch eine mechanische Rückkoppelung realisieren.
[0051] Es ist für den Fachmann klar, daß Abweichungen von den oben beschriebenen Ausführungsbeispielen
gemacht werden können, ohne dabei von der Erfindung abzuweichen. So ist es zum Beispiel
möglich, anstatt einer Steuerspule mehrere Steuerspulen vorzusehen.
1. Steuermotor, insbesondere für Servoventile, mit einem im Querschnitt U-förmigen Grundkörper
(3) aus magnetisierbarem Material, wenigstens zwei darauf befestigten Seitenwänden
(7, 8) zwischen denen erste Polmittel (10-13) angeordnet sind und einem zwischen den
ersten Polmitteln verschwenkbaren Anker (5), wobei der Anker federzentriert zwischen
den Polmitteln in einer neutralen Mittelstellung gehalten ist,
dadurch gekennzeichnet, daß
die Seitenwände (7, 8) quer verschieblich auf dem Grundkörper (3) angeordnet sind
und die ersten Polmittel Permanentmagnete (10, 11) aufweisen,
daß ein zweites, mit wenigstens einer Steuerspule (20) versehenes Polmittel (18) im
Bereich zwischen den Seitenwänden (7, 8) angeordnet ist,
und daß im Ansprechen auf das Aktivieren der Steuerspule der Anker proportional zu
dem Steuersignal aus der Mittelstellung ausgelenkt wird und im nicht aktiven Zustand
der Spule der Anker selbsttätig in die Mittelstellung zurückkehrt.
2. Steuermotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Seitenwände (7, 8) im Querschnitt L-förmig ausgebildet sind, und jeweils
ein Fußteil aufweisen, die sich einander zugewandt sind, und daß die ersten Polmittel
(10-13) an den sich einander zugewandten Stirnflächen der Fußteile angeordnet sind.
3. Steuermotor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Fußteile wenigstens eine senkrechte Durchgangsbohrung aufweisen, durch die
jeweils eine Befestigungsschraube (9) durchgeführt und in den Grundkörper (3) eingeschraubt
ist, wobei die Durchgangsbohrung einen größeren Durchmesser aufweist als der Durchmesser
der Befestigungsschraube (9).
4. Steuermotor nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die oberen Enden der beiden Seitenwände (7, 8) über ein T-förmiges Verschlußteil
(18) miteinander verbunden sind und daß mindestens eine Spule (20) um den senkrechten
Mittelbalken des T-förmigen Verschlußteils (18) angeordnet ist.
5. Steuermotor nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden äußeren Enden des Verschlußteils (18) senkrechte Durchgangsbohrungen
oder längliche Schlitze aufweisen, durch die jeweils eine Befestigungsschraube (19)
durchgeführt und in die Seitenwand (7, 8) eingeschraubt ist, wobei die Durchgangsbohrungen
einen größeren Durchmesser aufweisen als der Durchmesser der Befestigungsschrauben
(19).
6. Steuermotor nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß sich zwischen den äußeren Enden des Verschlußteils (18) und den oberen Enden
der Seitenwände (7, 8) Distanzplättchen (22) befinden.
7. Steuermotor nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Permanentmagnete (10, 11) auf den dem Anker (5) zugewandten Stirnflächen
Polschuhe (12, 13) aus einem magnetisierbaren Material aufweisen.
8. Steuermotor nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Permanentmagnete (10, 11) horizontal magnetisiert sind und aus einem
Material hoher magnetischer Remanenz, vorzugsweise Neodym-Eisen oder Samarium-Kobalt
bestehen.
9. Steuermotor nach wenigstens einem der Ansprüche 2 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Fußteile der L-förmigen Seitenwände (7, 8) und gegebenenfalls auch die Permanentmagneten
(10, 11) und Polschuhe (12, 13) horizontale Durchgangspaßbohrungen aufweisen, durch
die schraubenförmige, in einer Richtung quer zu den Seitenwänden verschiebbare Anschläge
(14, 15) geführt sind.
10. Steuermotor nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Anschläge (14, 15) aus einem nicht magnetisierbaren Material bestehen.
11. Steuermotor nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß die horizontale Durchgangsbohrung des Fußteils der Seitenwände (7, 8) ein Innengewinde
aufweist, so daß ein mit einem entsprechenden Außengewinde versehener Anschlag (14,
15) von außen in das Fußteil einschraubbar ist.
12. Steuermotor nach wenigstens einem der Ansprüche 4 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß der senkrechte Mittelbalken des T-förmigen Verschlußteils (18) eine Durchgangsbohrung
in axialer Richtung aufweist, durch die ein Federstab (26) durchgeführt ist, wobei
das untere Ende des Federstabs mit dem Anker verbunden ist.
13. Steuermotor nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß das obere Ende des Federstabs (26) über eine einstellbare Klemmvorrichtung (27)
an dem T-förmigen Verschlußteil (18) festgelegt ist.
14. Steuermotor nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß das obere Ende des Federstabs (26) mit einer verschiebbaren Betätigungseinrichtung
(29) verbunden ist.
15. Steuermotor nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß der Anker (5) mittels zweier senkrechter und parallel zueinander geführter Biegebalken
(6) federzentriert gehalten ist und in einer bevorzugten Richtung schwenkbar ist.
16. Steuermotor nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß in den Anker ein Steuerrohr (30) eingepreßt ist, an dessem unterem Ende eine
Strahldüse (25) ausgebildet ist.
17. Steuermotor nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß eine flexible Rohrdruckleitung (24) an einer Stelle vorzugsweise nahe des Drehpunkts
(23) des Ankers (5) mit dem Steuerrohr (30) verbunden ist.
18. Steuermotor nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß das Steuerrohr (30) mittels eines O-Rings (31), der sich etwa im Drehpunkt des
Ankers (5) befindet, abgedichtet ist.
1. Pilot motor, in particular for servo-valves, having a basic body (3) which is U-shaped
in cross section and made of magnetizable material, at least two side walls (7, 8)
which are fastened to the basic body and between which first pole means (10-13) are
disposed, and an armature (5) capable of swivelling between the first pole means,
the armature being held in a spring-centred manner in a neutral middle position between
the pole means,
characterized in that
the side walls (7, 8) are disposed so as to be transversely displaceable on the basic
body (3) and the first pole means comprise permanent magnets (10, 11),
that a second pole means (18) provided with at least one control coil (20) is disposed
in the region between the side walls (7, 8),
and that in response to the activating of the control coil the armature is deflected
proportionally to the control signal out of the middle position and in the non-active
state of the coil the armature automatically returns into the middle position.
2. Pilot motor according to claim 1, characterized in that the side walls (7, 8) are L-shaped in cross section and each comprise a base
part, said base parts being directed towards one another, and that the first pole
means (10-13) are disposed at the opposing end faces of the base parts.
3. Pilot motor according to claim 2, characterized in that the base parts have at least one vertical through-hole, through which in each
case one fastening screw (9) is passed and screwed into the basic body (3), the through-hole
having a larger diameter than the diameter of the fastening screw (9).
4. Pilot motor according to at least one of claims 1 to 3, characterized in that the top ends of the two side walls (7, 8) are connected to one another by a
T-shaped closure part (18) and that at least one coil (20) is disposed around the
vertical middle beam of the T-shaped closure part (18).
5. Pilot motor according to claim 4, characterized in that the two outer ends of the closure part (18) have vertical through-holes or elongated
slots, through which in each case one fastening screw (19) is passed and screwed into
the side wall (7, 8), the through-holes having a larger diameter than the diameter
of the fastening screws (19).
6. Pilot motor according to claim 4 or 5, characterized in that small distance plates (22) are situated between the outer ends of the closure
part (18) and the top ends of the side walls (7, 8).
7. Pilot motor according to at least one of claims 1 to 6, characterized in that the permanent magnets (10, 11) on the end faces directed towards the armature
(5) comprise pole shoes (12, 13) made of a magnetizable material.
8. Pilot motor according to at least one of claims 1 to 7, characterized in that the two permanent magnets (10, 11) are horizontally magnetized and are made
of a material of high magnetic remanence, preferably neodymium iron or samarium cobalt.
9. Pilot motor according to at least one of claims 2 to 8, characterized in that the base parts of the L-shaped side walls (7, 8) and optionally also the permanent
magnets (10, 11) and pole shoes (12, 13) have horizontal fitting through-holes, through
which are passed helical stops (14, 15) which are displaceable in a direction at right
angles to the side walls.
10. Pilot motor according to claim 9, characterized in that the stops (14, 15) are made of a non-magnetizable material.
11. Pilot motor according to claim 9 or 10, characterized in that the horizontal through-hole of the base part of the side walls (7, 8) has an
internal thread so that a stop (14, 15) provided with a corresponding external thread
may be screwed from the outside into the base part.
12. Pilot motor according to at least one of claims 4 to 11, characterized in that the vertical middle beam of the T-shaped closure part (18) has a through-hole
in an axial direction, through which a spring bar (26) is passed, the bottom end of
the spring bar being connected to the armature.
13. Pilot motor according to claim 12, characterized in that the top end of the spring bar (26) is fixed by means of an adjustable clamping
device (27) to the T-shaped closure part (18).
14. Pilot motor according to claim 12, characterized in that the top end of the spring bar (26) is connected to a displaceable operating
device (29).
15. Pilot motor according to at least one of claims 1 to 14, characterized in that the armature (5) is held in a spring-centred manner by means of two vertical
bending beams (6), which extend parallel to one another, and is capable of swivelling
in a preferred direction.
16. Pilot motor according to at least one of claims 1 to 15, characterized in that pressed into the armature is a control pipe (30), at the bottom end of which
a nozzle (25) is formed.
17. Pilot motor according to at least one of claims 1 to 16, characterized in that a flexible pressure line (24) is connected to the control pipe (30) at a point
preferably close to the centre of rotation (23) of the armature (5).
18. Pilot motor according to claim 17, characterized in that the control pipe (30) is sealed by means of an O-ring (31) which is situated
approximately in the centre of rotation of the armature (5).
1. Moteur de commande, notamment pour servosoupapes, comportant un corps de base (3)
de section transversale en forme de U en un matériau aimantable, au moins deux parois
latérales (7, 8) fixées sur celui-ci entre lesquelles des premiers moyens polaires
(10-13) sont disposés et un induit (5) orientable entre les premiers moyens polaires,
l'induit étant maintenu centré par un ressort dans une position médiane neutre entre
les moyens polaires,
caractérisé en ce que,
les parois latérales (7, 8) sont disposées de manière à pouvoir être déplacées transversalement
sur le corps de base (3) et en ce que les premiers moyens polaires comportent des
aimants permanents (10, 11),
en ce que un second moyen polaire (18) pourvu au moins d'une bobine de commande (20) est disposé
dans la zone se trouvant entre les parois latérales (7, 8)
et en ce que en réponse à l'activation de la bobine de commande, l'induit est dévié de sa position
médiane proportionnellement au signal de commande et revient automatiquement dans
sa position médiane lorsque la bobine n'est pas activée.
2. Moteur de commande selon la revendication 1, caractérisé en ce que les parois latérales (7, 8) présentent une section transversale en forme de L et
comportent chacune une embase tournée l'une vers l'autre, et en ce que les premiers
moyens polaires (10-13) sont disposés sur les faces avant tournées l'une vers l'autre
des embases.
3. Moteur de commande selon la revendication 2, caractérisé en ce que les embases comportent au moins un alésage traversant vertical à travers lequel
une vis de fixation (9) est conduite et vissée dans le corps de base (3), l'alésage
traversant présentant un diamètre supérieur à celui de la vis de fixation (9).
4. Moteur de commande selon au moins une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que les extrémités supérieures des deux parois latérales (7, 8) sont interconnectées
par une pièce de fermeture en forme de T (18) et en ce que au moins une bobine (20)
est disposée autour de la barre médiane verticale de la pièce de fermeture en forme
de T(18).
5. Moteur de commande selon la revendication 4, caractérisé en ce que les deux extrémités extérieures de la pièce de fermeture (18) comportent des alésages
traversant verticaux ou des fentes longitudinales, à travers chacune desquelles une
vis de fixation (19) est conduite et vissée dans la paroi latérale (7, 8), les alésages
traversant présentant un diamètre supérieur à celui des vis de fixation (19).
6. Moteur de commande selon la revendication 4 ou 5, caractérisé en ce que des plaquettes entretoises (22) se trouvent entre les extrémités extérieures de la
pièce de fermeture (18) et les extrémités supérieures des parois latérales (7, 8).
7. Moteur de commande selon au moins une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que les aimants permanents (10, 11) comportent sur leur face avant tournée vers l'induit
(5) des pièces polaires (12, 13) en un matériau aimantable.
8. Moteur de commande selon au moins une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que les deux aimants permanents (10, 11) sont aimantés horizontalement et sont constitués
d'un matériau à haute rémanence magnétique, de préférence du néodyme et du fer ou
du samarium et du cobalt.
9. Moteur de commande selon au moins une des revendications 2 à 8, caractérisé en ce que les embases des parois latérales en forme de L (7, 8) et le cas échéant les aimants
permanents (10, 11) et les pièces polaires (12, 13) également présentent des alésages
d'ajustage traversant horizontaux, à travers lesquels les butées (14, 15) hélicoïdales
sont guidées dans un sens transversalement aux parois latérales.
10. Moteur de commande selon la revendication 9, caractérisé en ce que les butées (14, 15) sont constituées d'un matériau non aimantable.
11. Moteur de commande selon la revendication 9 ou 10, caractérisé en ce que l'alésage traversant horizontal de l'embase des parois latérales (7, 8) présente
un filet femelle, si bien qu'une butée (14, 15) pourvue d'un filet mâle correspondant
peut être vissée de l'extérieur dans l'embase.
12. Moteur de commande selon au moins l'une des revendications 4 à 11, caractérisé en ce que la barre médiane verticale de la pièce de fermeture en forme de T (18) présente un
alésage traversant dans le sens axial, à travers lequel est guidée une barrette à
ressort (26), l'extrémité inférieure de la barrette à ressort étant raccordée à l'induit.
13. Moteur de commande selon la revendication 12, caractérisé en ce que l'extrémité supérieure de la barrette à ressort (26) est fixée à la pièce de fermeture
en forme de T (18) par un dispositif de serrage (27) réglable.
14. Moteur de commande selon la revendication 12, caractérisé en ce que l'extrémité supérieure de la barrette à ressort (26) est reliée à un dispositif de
commande (29) déplaçable.
15. Moteur de commande selon au moins une des revendications 1 à 14, caractérisé en ce que l'induit (5) est maintenu centré par un ressort au moyen de deux barres pliantes
(6) verticales guidées parallèlement l'une à l'autre, et est orientable dans une direction
préférée.
16. Moteur de commande selon au moins une des revendications 1 à 15, caractérisé en ce que un tube de commande (30) à l'extrémité inférieure duquel est formé un injecteur (25),
est inséré dans l'induit.
17. Moteur de commande selon au moins l'une des revendications 1 à 16, caractérisé en ce que une conduite forcée flexible (24) est reliée au tube de commande (30) en un point
de l'induit (5) situé de préférence à proximité du centre de rotation.
18. Moteur de commande selon la revendication 17, caractérisé en ce que le tube de commande (30) est étanché par un anneau torique (31) qui se trouve approximativement
au centre de rotation de l'induit (5).