DE4124094A1 - Elektromagnetisches drehstellglied - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein elektromagnetisches Dreh­ stellglied, und insbesondere auf ein Drehstellglied zur Ver­ wendung als ein Stellglied zum Verdrehen einer Steuerstange eines hydraulischen Dämpfers der Bauart mit variabler Dämp­ fungskraft.

In EP-A-03 29 471, veröffentlicht am 23. August 1989, ist ein Drehstellglied der vorstehend genannten Art angegeben. Dieses bekannte Stellglied weist einen Rotor auf, der eine Stützscheibe aus einem nicht-magnetischen Material umfaßt und mit einer Achse senkrecht zu seiner Ebene drehbar ist. Dieser ist an seinem Umfang mit Einsätzen versehen, welche kreissymmetrisch verteilt sind. Diese Einsätze sind aus ei­ nem permanentmagnetischen Material hergestellt und in paral­ leler Zuordnung zur Achse abwechselnd gegensinnig magneti­ siert. Ein Stator umfaßt ein zylindrisches Gehäuse aus einem nicht-magnetischen Material, welches eine erste Stirnwand und eine zweite Stirnwand hat. Die Innenfläche der ersten Stirnwand des Gehäuses ist mit einer ersten, ringförmigen Scheibe aus einem nicht-permanentmagnetischen Material be­ deckt, welches Spulen trägt, die kreissymmetrisch verteilt angeordnet sind. Die Innenfläche der zweiten Stirnwand des Gehäuses ist mit einer zweiten, ringförmigen Scheibe aus magnetischem Material bedeckt. Die Stützscheibe umfaßt ein Mittelnabenteil, das zwischen den ersten und zweiten, ring­ förmigen Scheiben angeordnet und mittels eines ersten Lagers und eines zweiten Lagers drehbeweglich gelagert ist, welche angrenzend an die ersten und zweiten Stirnwände jeweils an­ geordnet sind. Dieses Stellglied ist dahingehend nicht zu­ friedenstellend, daß ein beträchtliches mechanisches Geräusch erzeugt wird, wenn der Rotor durch die Spulen beim Anlegen von elektrischen Wechselimpulsen angezogen wird.

Die Erfindung zielt darauf ab, ein Drehstellglied der gat­ tungsgemäßen Art bereitzustellen, bei dem die Erzeugung von derartigen mechanischen Geräuschen nicht vorhanden ist.

Nach der Erfindung wird ein elektromagnetisches Drehstell­ glied bereitgestellt, welches folgendes aufweist: einen Ro­ tor, der eine Stützscheibe aus nicht-magnetischem Material um­ faßt, mit einer Achse senkrecht zu seiner Ebene drehbar ist und an seinem Umfang mit Einsätzen versehen ist, die in einer kreissymmetrischen Anordnung verteilt vorgesehen sind, wobei die Einsätze aus permanentmagnetischem Material hergestellt sind und in paralleler Zuordnung zur Achse abwechselnd gegen­ sinnig magnetisiert sind; einen Stator, der ein zylindrisches Gehäuse aus nicht-magnetischem Material umfaßt, das eine er­ ste Stirnwand und eine zweite Stirnwand hat, wobei die Innen­ fläche der ersten Stirnwand des Gehäuses mit einer ersten, ringförmigen Scheibe aus nicht-permanentmagnetischem Material bedeckt ist, die Spulen trägt, die kreissymmetrisch verteilt angeordnet sind, wobei die Innenfläche der zweiten Stirnwand des Gehäuses mit einer zweiten, ringförmigen Scheibe aus magnetischem Material bedeckt ist, der Rotor zwischen den er­ sten und zweiten, ringförmigen Scheiben angeordnet und mit Hilfe eines ersten Lagers und eines zweiten Lagers drehbeweg­ lich gelagert ist, welche angrenzend an die ersten und zweiten Stirnwände jeweils angeordnet sind, und eine Einrichtung zum federnd nachgiebigen Vorbelasten des Rotors in Richtung auf das erste Lager und zum Aufheben eines Spiels zwischen dem Rotor und dem ersten Lager.

Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung er­ geben sich aus der nachstehenden Beschreibung von bevorzug­ ten Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung. Darin zeigt:

Fig. 1 eine Axialschnittansicht einer ersten be­ vorzugten Ausführungsform eines elektro­ magnetischen Drehstellglieds nach der Er­ findung,

Fig. 2 eine Radialschnittansicht längs der Linie II-II in Fig. 1,

Fig. 3 und 4 Radialschnittansichten zur Verdeutlichung der Zuordnung zwischen Radialarmen, Kernen und Einsätzen eines Rotors,

Fig. 5 eine perspektivische Ansicht einer federnd nachgiebigen Unterlagsscheibe,

Fig. 6 eine weitere Ausführungsform einer federnd nachgiebigen Unterlagsscheibe, und

Fig. 7 eine Fig. 1 ähnliche Ansicht zur Verdeutli­ chung einer zweiten bevorzugten Ausführungs­ form des elektromagnetischen Drehstellglieds nach der Erfindung.

Das in den Fig. 1 und 2 gezeigte elektromagnetische Dreh­ stellglied umfaßt im wesentlichen einen Stator 30 und einen Rotor 34. Der Rotor 34 wird in einfacher Weise von einer Stützscheibe 44a gebildet, die aus einem gegossenen Kunstharz oder einem anderen nicht-magnetischen Material hergestellt ist. Die Stützscheibe 44a weist ein Mittelnabenteil 44 auf, das mit einer Abtriebswelle 83 senkrecht zur Ebene der Stütz­ scheibe 44a drehbar ist. Das Mittelnabenteil 44 ist passend auf einer Führungshülse 43 angeordnet, deren Enden in einem oberen Lager 40 und einem unteren Lager 39 sich drehen kön­ nen, welche vom Stator 30 getragen werden. Die Abtriebswel­ le 33 bzw. die Abtriebsachse 33 ist in der Führungshülse 43 aufgenommen und mittels eines Splints 33a an dieser festge­ legt.

Die Stützscheibe 44a des Rotors 34 ist mit vier radialen Aus­ nehmungen versehen, welche kreissymmetrisch verteilt ange­ ordnet sind, und welche jeweils mit einem Einsatz aufgefüllt sind, der insgesamt mit dem Bezugszeichen 45 in Fig. 1 ver­ sehen ist. In Fig. 4 sind diese Einsätze mit unterschiedlichen Bezugszeichen 45a, 45b, 45c und 45d bezeichnet. Jeder Einsatz 45a, 45b, 45c und 45d ist trapezförmig ausgelegt und die gro­ ßen und die kleinen Grundseiten sind krummlinig. Die Einsätze 45a, 45b, 45c und 45d, die einteilig an der Stützscheibe 44a angeformt oder fest mit dieser mit Hilfe einer Klebe- oder Schweißverbindung verbunden sind, sind aus einem permanent­ magnetischen Material hergestellt, welches eine anisotrope Struktur aufweist, deren Hauptachse senkrecht zur Ebene der Stützscheibe 44a ist. Diese Einsätze sind in dieser Richtung abwechselnd gegensinnig magnetisiert.

Der Stator 30 wird im wesentlichen von einem zylindrischen Ge­ häuse gebildet, welches aus zwei schalenförmigen Teilen 36, 37 zusammengesetzt ist, welche aus Kunstharz oder einem anderen nicht-magnetischen Material hergestellt sind. Diese Teile 36, 37 sind auf der jeweiligen Seite des Rotors 34 angeordnet, und die Umfangsteile derselben sind passend zueinander ausgelegt. Das schalenförmige Teil 37 oder die untere Schale umfaßt einen zentralen Ringvorsprung 37b mit einer Bohrung 37c, in der die Abtriebswelle bzw. Abtriebsachse 33 angeordnet ist und an dem das zweite oder untere Lager 39 am oberen Ende des zentralen Ringvorsprungs 37b und eine Ringdichtung 38 fest vorgesehen sind, welche in den zentralen Vorsprung 37b und eine dort vor­ gesehene Ausnehmung eingelegt ist. Das schalenförmige Teil 36 oder die obere Schale umfaßt einen Mittelvorsprung und trägt das obere Lager 40. Auf der Innenfläche einer Stirnwand des schalenförmigen Teils 36 ist eine ringförmige Scheibe 31 aus nicht-permanentmagnetischem Material 31 angeordnet, welche sechs Spulen 50c trägt, welche jeweils einen Spulenkörper 50b umgeben, der auf einen Kern 50a aus magnetischem Material auf­ gesetzt ist. Wie in Fig. 4 gezeigt ist, sind sechs Kerne 50a kreissymmetrisch verteilt angeordnet und bilden ein Teil ei­ ner elektromagnetischen Anordnung, die insgesamt mit 50 be­ zeichnet ist. Auf der Innenfläche einer Stirnwand des scha­ lenförmigen Teils 37 ist eine ringförmige Scheibe 46 aus magne­ tischem Material angeordnet. Auf der zweiten, ringförmigen Scheibe 46 ist ein Ring 32 aus magnetischem Material angeordnet. Wie am deutlichsten aus Fig. 3 zu ersehen ist, umfaßt der Ring 32 ein ringförmiges Band 32, welches den Außenumfang bildet und sechs radiale Arme 32a, welche kreissymmetrisch verteilt angeordnet sind. Die Außenumfangsteile der ringförmigen Schei­ be 46 und des Rings 32 sind in einer Ausnehmung des schalen­ förmigen Teils 37 aufgenommen. Die sechs Kerne 50a und die sechs Arme 32a sind kreissymmetrisch verteilt angeordnet und sind auf den jeweils zugeordneten Seiten des Rotors 34 vorge­ sehen.

Aus der vorstehenden Beschreibung ist zu ersehen, daß der Ro­ tor 34 zwischen den ringförmigen Scheiben 31 und 36 angeord­ net ist und mit Hilfe des oberen Lagers 40, das in der Nähe der Stirnwand des schalenförmigen Teils 36 angeordnet ist und mit Hilfe des unteren Lagers 39, das in der Nähe der Stirn­ wand des schalenförmigen Teils 37 angeordnet ist, drehbar ge­ lagert ist. Wie am deutlichsten aus Fig. 1 zu ersehen ist, ist das Mittelnabenteil 44 zwischen den oberen und unteren Lagern 40 und 39 angeordnet und es hat ein oder oberes axia­ les Ende, welches dem Lager 40 gegenüberliegt und ein gegen­ überliegendes, oder unteres axiales Ende, welches dem Lager 39 gegenüberliegt. Zwischen dem Lager 40 und dem benachbar­ ten Ende des Mittelnabenteils 44 ist eine Unterlagscheibe 41 angeordnet. Zwischen dem Lager 39 und dem benachbarten En­ de des Mittelnabenteils 44 ist eine federnd nachgiebige Un­ terlagscheibe 42 angeordnet. Wie am deutlichsten aus Fig. 5 zu ersehen ist, ist die federnd nachgiebige Unterlagscheibe 42 aus einem federnd nachgiebigen Material hergestellt und hat die Form eines Ringkörpers mit Wellungen, um drei Wel­ lenberge 42a und drei Wellentäler 42b zu bilden, die abwech­ selnd und kreissymmetrisch verteilt angeordnet sind. Die fe­ dernd nachgiebige Unterlagscheibe 42 belastet das Mittelna­ benteil 44 in Richtung des oberen Lagers 40 vor. Durch diese Auslegung wird ein Axialspiel zwischen dem oberen Lager 40 und dem benachbarten Ende des Mittelnabenteils 44 vermieden. Der Reaktion durch die federnd nachgiebige Unterlagscheibe 42 wirkt das Gesamtgewicht des Rotors 34 entgegen und diese Reaktions­ wirkung ist größer und es wirkt eine Kraft entgegen, mit der der Rotor 34 die zweite Scheibe 46 und den darauf befindlichen Ring 32 anzieht. Somit wird das erste Lager 40 immer in Kon­ takt mit dem benachbarten Ende des Mittelnabenteils 44 gehalten.

Fig. 6 zeigt eine weitere Ausführungsform einer federnd nach­ giebigen Unterlagscheibe 242. Ähnlich wie bei der in Fig. 5 gezeigten Form ist die federnd nachgiebige Unterlagscheibe 242 aus einem Federmaterial hergestellt und hat die Form eines Ringkörpers mit Wellengestalt, um zwei Wellenberge und zwei Wellentäler zu bilden, welche kreissymmetrisch verteilt ange­ ordnet sind.

Die Spulen 50c werden mit elektrischen Impulsen wechselnder Polarität über eine gedruckte Schaltungsplatte 47 und einen Kabelstrang 48 versorgt, welcher mit der gedruckten Schaltungs­ platte 47 verbunden ist und über eine Durchführungstülle 49 nach außen geführt ist.

Wenn die Spulen 50c mit elektrischen Impulsen wechselnder Po­ larität versorgt werden, wird durch die Wechselwirkung zwi­ schen den Magnetfeldern, welche diese erzeugen und jenen, die durch die Permanentmagnete 45a, 45b, 45c und 45d des Rotors 44 erzeugt werden, eine schrittweise Fortschaltung des letztge­ nannten sichergestellt. Beim Anlegen von elektrischen Impul­ sen wechselnder Polarität wird der Rotor 34 durch die Spulen 50c angezogen und somit wird das Mittelnabenteil 44 des Rotors 34 derart mit einer Druckkraft beaufschlagt, daß es in festen Kontakt mit dem Lager 40 kommt. Da aufgrund der voranstehend beschriebenen Ausführungen kein Axialspiel aufgrund der Vorhan­ denseins der federnd nachgiebigen Unterlagscheibe 42 vorhanden ist, wird kein nennenswertes Geräusch erzeugt, wenn elektrische Impulse wechselnder Polarität angelegt werden.

Wenn keine elektrischen Impulse wechselnder Polarität angelegt werden, liegen die Permanentmagnete 45a, 45b, 45c und 45d auf den radialen Armen 32a auf, da die Kraft, mit der die Magnete 45a, 45b, 45c und 45d die ringförmige Scheibe 46 anzieht, grös­ ser als die Kraft ist, mit der die erstgenannten die Kerne 50a anziehen. Dies resultiert aus der Tatsache, daß die Fläche ei­ ner Oberfläche der ringförmigen Scheibe 46, die den Permanent­ magneten 45a, 45b, 45c und 45d des Rotors 34 gegenüberliegen, größer als die Gesamtfläche der Oberflächen der Kerne 50a ist, welche dem Permanentmagneten des Rotors gegenüberliegen.

In Fig. 7 wird eine zweite bevorzugte Ausführungsform eines Drehstellgliedes nach der Erfindung gezeigt. Diese bevorzugte Ausführungsform stimmt im wesentlichen mit der ersten bevor­ zugten Ausführungsform, abgesehen davon überein, daß hierbei eine gestürzte Anordnung gegenüber der ersten bevorzugten Aus­ führungsform gewählt ist. Die Anordnung zwischen einem Stator 30 und einem Rotor 34 ist dahingehend modifiziert, daß der Ro­ tor 34 mit der Oberseite nach unten weisend zwischen den ring­ förmigen Scheiben 31 und 46 angeordnet ist. In Abweichung von der ersten bevorzugten Ausführungsform ist die ringförmige Scheibe 31 welche die Spulen 50c umfaßt, auf einem unteren, schalenförmigen Teil 37 angeordnet, während die ringförmige Scheibe 46 auf einem oberen, schalenförmigen Teil 36 angeord­ net ist. Bei dieser bevorzugten Ausführungsform ist eine Un­ terlagscheibe 41 zwischen einem unteren Lager 39 und dem be­ nachbarten axialen Ende eines Mittelnabenteils 44 angeordnet, und eine federnd nachgiebige Unterlagscheibe 42 ist zwischen einem oberen Lager 40 und dem benachbarten, axialen Ende des Mittelnabenteils 44 angeordnet. Die federnd nachgiebige Unter­ lagscheibe 42 ist derart gewählt, daß ihre Reaktionskraft die resultierende Kraft, erhalten durch die Subtraktion einer Kraft infogle des Gewichts des Rotors 34 von einer Kraft, mit der die Permanentmagnete 45 die ringförmige Scheibe 46 anziehen, überwindet.

Claims (3)

1. Elektromagnetisches Drehstellglied, gekenn­ zeichnet durch einen Rotor (34), welcher eine Stützscheibe (44a) aus nicht-magnetischem Material um­ faßt, mit einer Achse bzw. Welle (33) senkrecht zu sei­ ner Ebene drehbar ist und an seinem Umfang mit Einsätzen (45; 45a bis 45d) versehen ist, die kreissymmetrisch ver­ teilt sind, wobei die Einsätze (45; 45a bis 45d) aus per­ manentmagnetischem Material hergestellt sind und in pa­ ralleler Zuordnung zur Welle (33) abwechselnd gegensinnig polarisiert sind, einen Stator (30), welcher ein zylindri­ sches Gehäuse (36, 37) aus nicht-magnetischem Material um­ faßt, welches eine erste Stirnwand und eine zweite Stirn­ wand hat, wobei die Innenfläche der ersten Stirnwand des Gehäuses (36, 37) mit einer ersten Ringscheibe (31) aus ei­ nem nicht-permanentmagnetischen Material bedeckt ist, wel­ che Spulen (50c) trägt, welche in kreissymmetrisch verteil­ ter Anordnung vorgesehen sind, wobei die Innenfläche der zweiten Stirnwand des Gehäuses (36, 37) mit einer zweiten, ringförmigen Scheibe (46) aus magnetischem Material bedeckt ist, wobei der Rotor (34) zwischen den ersten und zweiten, ringförmigen Scheiben (31, 46) angeordnet ist und mittels eines ersten Lagers (39) und eines zweiten Lagers (40) ge­ lagert ist, die angrenzend an die ersten und zweiten Stirn­ wände jeweils angeordnet sind, und eine Einrichtung (42) zum federnd nachgiebigen Vorbelasten des Rotors (34) in Rich­ tung zu dem ersten Lager (39) und zur Aufhebung eines Spiels zwischen dem Rotor (34) und des ersten Lagers (39).

2. Elektromagnetisches Drehstellglied nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Stützscheibe (44a) ein Mittelnabenteil (44) umfaßt, welches ein Ende hat, das dem ersten Lager (39) gegenüberliegt, und ein gegenüberliegendes Ende hat, welches dem zweiten Lager (40) gegenüberliegt, und daß die Vorbelastungseinrichtung in Form einer federnd nachgiebigen Unterlagscheibe (42, 41) ausgelegt ist, die zwischen dem gegenüberliegenden Ende des Mittelnabenteils (44) und dem zweiten Lager (40) angeordnet ist.

3. Elektromagnetisches Drehstellglied nach Anspruch 2, dadurch gekennzeÿchnet, daß die federnd nachgiebige Unter­ lagscheibe (42) aus einem federnd nachgiebigen Material her­ gestellt ist und in Form eines Ringkörpers mit Wellen ausge­ legt ist, um Wellenberge (42a) und Wellentäler (42b) zu bil­ den, welche kreissymmetrisch verteilt angeordnet sind.