DE3402768C2

DE3402768C2 - Bistabiles magnetisches Stellglied

Info

Publication number: DE3402768C2
Application number: DE19843402768
Authority: DE
Inventors: Klaus-Dieter Dr.-Ing. 5840 Schwerte Huebner; Wolfram Dr.-Ing. 4600 Dortmund Stanek
Original assignee: Thyssen Edelstahlwerke AG
Current assignee: Thyssen Stahl AG
Priority date: 1984-01-27
Filing date: 1984-01-27
Publication date: 1985-12-19
Also published as: DE3402768A1

Description

Die Erfindung betrifft ein bistabiies magnetisches Antriebs- und Stellglied mit veränderbarer Kraft-Weg-Kennlinie, mit mindestens einem axial magnetisierten Dauermagnetring, mit zwei zu diesem koaxialen, in axialer Richtung benachbarten ringförmigen Polschuhen und mit zwei sich an die Polschuhe axial anschließenden topfförmigen Rückschlußteilen, in die jeweils eine getrennt steuerbare Schaltspule eingesetzt ist und deren Böden Schubhalseinsätze aufweisen, wobei die beiden Rückschlußteile einen axial beweglich gelagerten Betätigungsstößel aus nicht magnetisierbarem Material und einen darauf angeordneten zylinderförmigen Anker aus magnetisierbarem Material, der zwei in koaxialer Richtung zu den Polschuhen versetzt angeordnete Polringe aus magnetisierbarem Material aufweist, umschließen, so daß die Innenflächen der Schubhalseinsätze Anschlagflächen für den Anker in dessen jeweiliger Endstellung bilden.

Ein Stellglied mit den gattungsgemäßen Merkmalen ist aus der DE-PS 12 53 821 bekannt Bei dieser bekannten Magnetanordnung ist ein Stößel bei entsprechender Strombeaufschlagung der elektrischen Spulen aus einer in die andere Endstellung axial verschiebbar.

Bei der aus der GB-PS 8 84 726 bekannten Anordnung eines Stellglieds ist der Anker ebenfalls zwischen zwei stabilen Endlagen verschiebbar. Durch Strombeaufschlagung einer der beiden elektrischen Spulen wird der Fluß eines Dauermagneten an einer Seite abgelenkt bzw. kompensiert und der am anderen Ende wirkende Magnetfluß zieht den Anker aus der einen in die andere Endlage. Dabei sind am Anker zwei Polringe aus magnetisierbarem Material derart angeordnet, daß in jeder der beiden Endstellungen des Ankers jeweils nur einer der beiden Polringe einem entsprechenden Polschuh gegenüberliegt.

Aus dem DE-GM 18 92 313 ist ein magnetisches Stellglied mit drei Raststellungen bekannt. Die Anordnung umfaßt zwei ringförmige Dauermagnete und je zwei koaxial zu den Dauermagneten angeordnete elektrische Spulen. Der Anker ist aus einer Mittenlagc in axialer Richtung in eine Endlage und weiter in die da/u entgegengesetzte Endlage durch entsprechende Siroinbcuufschlagung der elektrischen Spulen verschieb!: :ir. Das Stellglied weist in den Böden von RückschluUleilen Schubhalseinsätze auf, die in axialer Richtung bewegbar sind.

Allen genannten Stellgliedern haftet der Nachteil an. daß die Kraft-Weg-Kennlinie nicht verändert werden kann.

Aus der GB-PS 14 54 857 ist ein weiteres magnetisches Stellglied bekannt das eine um den Anker konzentrisch angeordnete elektrische Spule umfaßt Je nach Flußrichtung des Stroms durch die elektrische Spule wird der Anker in die eine oder entgegengesetzte Endlage geschoben. Durch die unterschiedliche Ausgestaltung eines Polringes kann die Kraft-Weg-Kennlinie an die jeweiligen Erfordernisse angepaßt werden. Während die anderen vorgenannten bekannten Magnetanordnungen mit Dauermagneten ausgestattet sind, die den Anker auch bei Stromunterbrechung in der jeweiligen Endlage fixiereo, ist das zuletzt genannte magnetische Stellglied nur wirksam, solange die elektrische Spule von Strom durchflossen wird.

Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, ein bistabiles magnetisches Antriebs- oder Stellglied der eingangs genannten Gattung derart auszugestalten, daß es neben großen Kräften in den Endstellungen, hohen Losbrechkräften bei minimaler Schaltleistung und kleinstmögiichem Bauraum Mittel aufweist, die es ermöglichen, die Kraft-Weg-Kennlinie schnell vor Ort sich ändernden Prozeßbedingungen anpassen zu können.

Diese Aufgabe wird bei einem gattungsgemäßen Antriebs- oder Stellglied durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs gelöst

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile gegenüber den erwähnten bekannten Antriebs- und Stellgliedern sind:

1. Der Hub bzw. die Kraft-Weg-Kennlinie kann nach Vorgabe des Änderungswertes vor Ort schnell sich ändernden Prozeßbedingungen angepaßt werden.

2. Reduzierung der Schaltleistung zur Erzeugung hoher Losbrechkräfte. Dadurch werden die Kosten

so für den mechanischen Aufbau der Ansteuerelektronik und die Steuerspulen minimiert.

3. Schnellere Schaltzeit, da bremsende Reluktanzkräfte in der Umschaltphase minimiert werden.

4. Durch die verstellbaren Schubhalseinsätze bzw. Polringe braucht man sich kein ganzes Sortiment von kompletten Stell- und Antriebsgliedern auf Lager zu halten, um schnell auf sich ändernde Prozeßbedingungen reagieren zu können.

5. Die Einstellung einer zu ändernden Kraft-Weg-Kennlinie kann auch von angelerntem Personal durchgeführt werden.

6. Hohe Haftkräfte können mit minimalem Magnetvolumen erzeugt werden, wobei axial magnetisierte Magnete eingesetzt werden können, die preiswerter sind als radial magnetisierte Magnete.

Der prinzipielle Aufbau des Antriebs- oder Stellglieds und dessen Wirkungsweise geht aus F i g. 1 hervor.

Ein zylinderförmiger Anker 4 aus magnetisierbarem Material mit definiert versetzten starren oder verstellbaren Polringen 3,3' sitzt auf einem Betätigungsstößel 12 aus nicht-magnetisierbarem Material und ist durch Klebung 14 oder Verstiftung mit diesem fest verbunden. Der Betätigungsstößel 12 mit dem Anker 4 wird von zwei topfförmigen Rückschluß teilen 10, 11 umgeben. Die Rückschlußteile 10, 11 schließen einen axial magnetisierten Dauermagnetring 1 und zwei auf dessen Polflächen aufgesetzte Polschuhe 2, "X ein. In die Rück- to schlußteile 10,11 sind die Schaltspulen 5,6 eingesetzt

In den Boden der topfförmigen Rückschlußteile 10,11 sind Schubhalseinsätze 7, T axial bewegbar eingesetzt, z. B. eingeschraubt Die Innenflächen der Schubhalseinsätze 7, T bilden die Anschlagflächen für den Anker 4 in dessen jeweiliger Endstellung. Der Hub des BetätigungssteSels 12 entspricht dem Abstand zwischen der einen Endfläche des Ankers 4 und der gegenüberliegenden Fläche des Schubhalseinsatzes 7 und ist mit Sdt bezeichnet Durch Herausdrehen oder -schrauben des Schubhalseinsatzes 7 aus dem Rückschlußteö 10 kann der Hub auf den Abstand S_nai vergrößert werden. Hierdurch wird eine Änderung der Kraft-Weg-Kennlinie erreicht

Die versetzte Polstellung zwischen dem Polschuh 2 und dem Polring 3 ist so dimensioniert, daß zusätzlich zu der an der Haftfläche 13 durch den dauermagnetischen Nutzfluß 16 verursachten Haftkraft noch eine zusätzliche Reluktanzkraft die effektive Haftkraft erhöht Die versetzte Polstellung zwischen dem Polschuh 2' und dem Polring 3' ist andererseits so dimensioniert, daß hierüber vom dauermagnetischen Gesamtfluß nur ein vernachlässigbarer Streufluß auftritt

Für die Umschaltphase z. B. von der unteren in die obere Endstellung muß gewährleistet sein, daß der Steuerstrom der Spule 6 den magnetischen Nutzfluß 16 an der Haftfläche 13 exakt kompensiert Diese Forderung wird optimal mit Spannungsüberhöhung und Strombegrenzung e~füllt Da jedoch für hohe Anforderungen exakt in der Umschaltphase die dynamische Losbrechkraft Fo 15 mindestens genauso groß sein soll wie die statische Haltekraft Fu, muß zusätzlich ein den dauermagnetischen Nutzfluß verstärkender Impuls auf die Spule 5 beaufschlagt werden, der am besten mit Spannungsüberhöhung, aber nicht unbedingt mit Strombegrenzung durchgeführt werden kann.

Die Reluktanzkraft kann verändert werden durch Verstellung der Pclringe 3, 3' in axialer Richtung auf dem Anker 4. Es ist aber auch möglich, statt dessen den Anker 4 mit anders angeordneten Polringen auszutausehen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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Claims

Patentanspruch:

Bistabiles magnetisches Antriebs- und Stellglied mit veränderbarer Kraft-Weg-Kennlinie, mit mindestens einem axial magnetisierten Dauermagnetring, mit zwei zu diesem koaxialen, in axialer Richtung benachbarten ringförmigen Polschuhen und mit zwei sich an die Polschuhe axial anschließenden topfförmigen Rückschlußteilen, in die jeweils eine getrennt steuerbare Schaltspule eingesetzt ist und deren Böden Schubhalseinsätze aufweisen, wobei die beiden Rückschlußteile einen axial beweglich gelagerten Betätigungsstößel aus nicht magnetisierbarem Material und einen darauf angeordneten zylinderförmigen Anker aus magnetisierbarem Material, der zwei in koaxialer Richtung zu den Polschuhen versetzt angeordnete Polringe aus magnetisierbarem Material aufweist, umschließen, so daß die Innenflächen der Schübhälseinsätse Anschlagflächen für den Anker in dessen jeweiliger Endstellung bilden, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens einer der Schubhalseinsätze (7,7') und die beiden Polringe (3, 3') in axialer Richtung bewegbar sind, und daß die Polringe (3,3') auf dem Umfang des Ankers (4) so angeordnet sind, daß in jeder der beiden Enstellungen des Ankers (4) jeweils nur einer der beiden Polringe (3 bzw. 3') dem entsprechenden Polschuh (2 bzw. T) gegenüberliegt