DE3543473C2

DE3543473C2 -

Info

Publication number: DE3543473C2
Application number: DE3543473A
Authority: DE
Inventors: Yasuhiro Higashimatsuyama Saitama Jp Hiyama
Original assignee: Diesel Kiki Co Ltd
Current assignee: Bosch Corp
Priority date: 1984-12-15
Filing date: 1985-12-09
Publication date: 1990-06-21
Also published as: JPH0431166B2; DE3543473A1; GB8530330D0; GB2169144A; JPS61142708A; KR860005178A; KR890001018B1; US4708317A; GB2169144B

Description

Die Erfindung betrifft eine elektomagnetische Stell vorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1, die aus der GB 20 98 004 A und auch aus der DE 29 30 692 A1 bekannt ist.

Die FR 7 33 043 und die DE 25 53 757 A1 zeigen elektromagnetische Stellvorrichtungen, bei denen ein fest gelagertes Kernstück eine erste Wicklung und der beweglich gelagerte Anker eine zweite Wicklung trägt.

Aus der US 40 030.3 ist es bekannt, den Anker einer elektromagnetischen Stellvorrichtung in seiner dem Kernstück abgewandten Oberfläche im Bereich zwischen am Anker ausgebildeten Ringschlitzen mit Kerben zu versehen, um so die zu bewegende Ankermasse zu verringern.

Die eingangs genannte elektromagnetische Stellvorrich tung hat den Nachteil, daß die Ansprechgeschwindigkeit nicht immer ausreichend ist.

Der Erfindung liegt damit die Aufgabe zugrunde, eine gattungsgemäße elektromagnetische Stellvorrichtung bezüg lich der Ansprechgeschwindigkeit zu verbessern.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die im kenn zeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Ansprüche 2 bis 4.

Ein Ausführungsbei spiel der Erfindung wird anhand der Zeichnung erläutert. Dabei zeigt

Fig. 1 eine seitliche Querschnittsansicht, die den Aufbau der elek tromagnetischen Stellvorrichtung verdeut licht;

Fig. 2 eine schematische Darstellung, die bei spielhaft die konzentrische Anordnung des in Fig. 1 gezeigten Kernstücks und Ankers verdeutlicht;

Fig. 3(A) ein Beispiel von Wellenformen des dem Kernstück und dem Anker aufgegebenen Erregerstroms, wenn zwischen diesen eine Anziehungskraft erzeugt wird;

Fig. 3(B) eine beispielhafte Darstellung, die das Anziehen verdeutlicht;

Fig. 4(A) beispielhafte Wellenformen des Erreger stroms, der dem Kernstück und dem Anker aufgegeben wird, wenn zwischen diesen eine abstoßende Kraft erzeugt wird; und

Fig. 4(B) eine erklärende Darstellung zur Verdeut lichung des Abstoßens.

Bei dem in Fig. 1 gezeigten Ausführungsbei spiel betätigt die elektromagnetische Stellvorrichtung ein Ventil.

An einer der Stirnseiten eines Gehäuses 13 ist ein aus einem magnetisierbaren Material wie Weicheisen gefertigtes Kernstück 3 in Form einer ersten Kreisscheibe befe stigt. In seiner freien Oberfläche sind vier Ringschlitze 4 a, 4 b, 4 c und 4 d konzentrisch mit gleichem Abstand zueinander ausge bildet. In jedem der Ringschlitze 4 a bis 4 d ist eine erste Wicklung 5 a-5 d mit einer oder mehre ren Windungen über eine Kerbe 4 e, die radial in der Oberfläche 3 a verläuft, eingelegt. Die erste Wicklung 5 a-5 d verläuft dabei in den Schlitzen 4 a bis 4 d so, daß die Stromrichtung in jedem der Ringschlitze 4 a bis 4 d alterniert. In dem gezeigten Ausführungsbeispiel ver laufen die Wicklungsabschnitte 5 a und 5 c jeweils in den Ring schlitzen 4 a und 4 c im Uhrzeigersinn, während die Wick lungsabschnitte 5 b und 5 d in den Ringschlitzen 4 b bzw. 4 d gegen den Uhrzeigersinn verlaufen. Wenn ein Gleichstrom den Anschlüssen A und B der ersten Wicklung 5 a-5 d aufgegeben wird, ist die Stromrichtung in den Wicklungsabschnitten 5 a und 5 c umgekehrt zu der Stromrichtung in den Wick lungsabschnitten 5 b und 5 d. Es werden daher fünf ring förmige Flächen, die auf der Oberfläche 3 a durch die Ringschlitze 4 a bis 4 d abgegrenzt werden, derart, magne tisiert, daß die Polarität alterniert. Im Zentrum des Kernstücks 3 ist eine Bohrung 7 vorgesehen, die ein Stellglied 6 so aufnimmt, daß dieser sich leicht bewe gen kann.

Die elektromagnetische Stellvorrichtung weist einen kreisscheibenförmigen Anker 8 auf, der aus Weicheisen oder einem anderen magne tisierbaren Material besteht. Der Anker 8 hat dem Kernstück 3 zugewandt eine Oberfläche 8 a, in der vier Ringschlitze 9 a, 9 b, 9 c und 9 d konzentrisch in gleichem Abstand zueinander ausgebildet sind. Ihre Posi tionen entsprechen den Ringschlitzen 4 a bis 4 d des Kernstücks 3. Eine zweite Wicklung 10 a-10 d mit einer oder mehreren Windungen liegt in den Ringschlitzen 9 a bis 9 d über eine Kerbe 9 e, die radial in der Oberfläche 8 a ausgebildet ist. Die zweite Wicklung 10 a-10 d liegt in jedem der Ringschlitze 9 a bis 9 d entsprechend der Anordnung der ersten Wicklung 5 a-5 d des Kernstücks 3. Die Wicklungs abschnitte 10 a und 10 c liegen also in den Ringschlitzen 9 a bzw. 9 c im Uhrzeigersinn, während die Wicklungsab schnitte 10 b und 10 d in den Ringschlitzen 9 b bzw. 9 d gegen den Uhrzeigersinn verlaufen. Wenn ein Gleichstrom an die Anschlüsse C und D der zweiten Wicklung 10 a-10 d gelegt wird, wird die Oberfläche 8 a entsprechend dem Kern stück 3 magnetisiert. Um den Anker 8 leicht zu machen, wird dieser so dünn wie möglich ausgebildet unter Er haltung eines magnetischen Flusses. Zu diesem Zweck sind weiter Kerben 11 auf der der Oberfläche 8 a gegen überliegenden Oberfläche 8 b vorgesehen. Der Anker 8 kann so aufgebaut sein, daß die Dicke L ₁ zwischen dem Boden jedes der Ringschlitze 9 a bis 9 d und der Oberfläche 8 b der Hälfte des lichten Abstandes L ₂ zwischen benachbarten Ringschlitzen 9 a bis 9 d entspricht. Der Grund dafür ist darin zu sehen, daß der zwischen dem Boden jedes der Ringschlitze und der Oberfläche 8 b auftretende magnetische Fluß der Hälfte des zwischen den Ringschlitzen auftretenden magnetischen Flusses ent spricht. Jede Kerbe 11 in der Oberfläche 8 b ist derart ausgebildet, daß sie ungefähr in dem Mittelabschnitt zwischen den Ringschlitzen liegt. Die Tiefe der Kerben 11 ist so gewählt, daß der magnetische Fluß nicht sehr beeinflußt wird. In dem Mittelabschnitt des Ankers 8 ist eine Bohrung 12 vorgesehen, die das Stellglied 6 aufnimmt. In den Oberflächen 8 a und 8 b des Ankers 8 sind an den Umfängen der Bohrung 12 Ausnehmungen ausgebildet.

Das Gehäuse 13 hat einen zylindrischen Raum 13 a und kann durch Entfernen eines Deckels geöffnet werden. Das Gehäuse 13 hat eine Ausdehnung, die eine Verschiebung des Ankers 8 ermöglicht. Die Wicklungen 5 a-5 d und 10 a -10 d werden aus dem Gehäuse 13 herausgeführt. Die Wicklung 10 a-10 d des Ankers 8 kann eine Überlänge haben, um die Bewegung des Ankers 8 nicht zu behindern.

An dem Bodenabschnitt des Gehäuses 13 ist ein Ventilab schnitt 14 angeordnet. In dem Ventilabschnitt 14 ist eine Bohrung 15 vorgesehen, die mit den Bohrungen 7 und 12 in dem Kernstück 3 bzw. dem Anker 8 kommuniziert. Das Stellglied 6 verläuft durch die Bohrungen 7, 12 und 15. Er ist mit einem Ventilkopf 16 und Muttern 17, 18 und 19 versehen. Der Ventilkopf 16 ist an dem einen Ende des Stellglieds 6 ausgebildet. Die Bohrung 15 hat einen Ventilsitz für den Ventilkopf 16 in seiner unteren Stellung. Der Ventilkopf 16 schließt oder öffnet den Auslaß des Ventilabschnitts 14 mittels der Auf- und Abbewegung des Stellglieds 6, das fest mit dem Anker 8 mittels der Muttern 17 und 18, die in Ausnehmungen der Oberflächen 8 a bzw. 8 b des Anker 8 ruhen verbunden ist. Die Mutter 19 ist in einem Raum 15 a angeordnet, der an dem unteren Abschnitt der Bohrung 15 ausgebildet ist und einen größeren Durchmesser hat als die Bohrung 15. Die obere Fläche des Raumes 15 a wird durch die untere Fläche des Kern stücks 3 gebildet. Die Mutter 19 wirkt gemeinsam mit dem Raum 15 a als Anschlag für die Auf- und Abbewegung des Ankers 8. Es versteht sich, daß die Länge des Stellglieds 6 so bestimmt ist, daß das Öffnen und Schließen des Ventilkopfs 16 durch die Auf- und Abbewe gung des Ankers 8 durchgeführt wird. Der Ventilab schnitt 14 hat einen Einlaß 20 für ein Fluid. In der gezeigten Ausführungsform wird das Fluid über den Einlaß 20 zu der Bohrung 15 geführt und von dem unteren Abschnitt der Bohrung 15 über den Ventilkopf 16 ausge geben. Das Fluid kann daher in den zylindrischen Raum 13 a, in dem das Kernstück 3 und der Anker 8 gelagert sind, nicht eindringen, so daß der Anker 8 nicht von dem Druck oder dem Widerstand des Fluids beeinflußt wird.

Um den Ventilkopf 16 zu öffnen, werden Erregerströme (a) bzw. (b) in derselben Richtung gleichzeitig auf die Wicklungen 10 a-10 d und 5 a-5 d des Ankers 8 bzw. des Kernstücks 3 aufgegeben, wie dies in Fig. 3(A) gezeigt ist. Der Erregerstrom (a) wird auf die Wicklung 10 a-10 d des Ankers 8 so aufgegeben, daß der Strom von dem Anschluß D zu dem Anschluß C fließt. Der Erregerstrom (b) wird auf die Wicklung 5 a-5 d des Kernstücks 3 aufgegeben, so daß der Strom von dem Anschluß A zu dem Anschluß B fließt. Der Erregerstrom (a) kann jedoch auch so aufge geben werden, daß er von dem Anschluß C zu dem Anschluß d der Wicklung 10 a-10 d des Ankers 8 und der Erreger strom (b) kann entsprechend so aufgegeben werden, daß der Strom von dem Anschluß B zu dem Anschluß A der Wicklung 5 a-5 d des Kernstücks 3 fließt. Entsprechend wird, wie dies in Fig. 3(B) gezeigt ist, die Richtung des durch jeden der Wicklungsabschnitte 5 a bis 5 d, die in den Ringschlitzen 4 a bis 4 d liegen, fließenden Stromes derselbe werden, wie der, der durch die Wick lungsabschnitte 10 a bis 10 d in den Ringschlitzen 9 a bis 9 d fließt. In Fig. 3(B) und Fig. 4(B) wird der Fluß durch die Symbole · bzw. × angegeben. Da die Richtungen der Wicklungsabschnitte 5 a bis 5 d des Kernstücks 3 und der Wicklungsabschnitte 10 a bis 10 d des Ankers 8 fließenden Ströme dieselben sind, ist die Polarität der in jeder der ringförmigen Flächen der Oberfläche 3 a der Polarität der in jeder der entsprechenden Flächen der Oberfläche 8 a entgegegensetzt. Wenn eine ringförmige Fläche der Oberfläche 3a ein Nordpol ist, ist die Rinfläche der Oberfläche 8 a, die der jeweiligen Ringfläche der Oberfläche 3 a gegenüberliegt, ein Südpol. Es entsteht daher eine große magnetische Anziehungskraft zwischen dem Kernstück 3 und dem Anker 8, wodurch der Anker 8 gegen das Kernstück 3 angezogen wird. Das Stellglied 6 bewegt sich daher nach unten, der Ventilkopf 16 wird geöffnet.

Um den Ventilkopf 16 zu schließen, werden Erregerströme (a) bzw. (b) in unterschiedlicher Richtung gleichzeitig auf die Wicklungen 10 a-10 d und 5 a-5 d des Ankers 8 bzw. des Kernstücks 3 aufgegeben. Bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel bleibt die Richtung des Erreger stroms (b) unverändert, während die Richtung des auf den Anker 8 aufgegebenen Erregerstroms gewechselt wird. Es kann jedoch auch die Richtung des Erregerstroms (a) bleiben und die Richtung des dem Kernstück 3 aufgegebe nen Erregerstroms (b) entsprechend geändert werden. Durch Änderung der Richtung des einen Erregerstroms (a) oder des anderen Erregerstroms (b) sind die Richtungen der Stromflüsse durch die Wicklungsabschnitte 5 a bis 5 d und durch die Wicklungsabschnitte 10 a bis 10 d gegenein ander gerichtet, wie dies in Fig. 4(B) gezeigt ist. Die Polarität der in jeder der ringförmigen Flächen der Oberfläche 3 a des Kernstücks 3 erzeugten magnetischen Pole entspricht derjenigen in jeder der entsprechenden ringförmigen Flächen der Oberfläche 8 a des Ankers 8. Es wird daher eine starke, abstoßende Magnetkraft zwischen dem Kernstück 3 und dem Anker 8 erzeugt, wodurch der Anker 8 von dem Kernstück 3 abgestoßen wird.

Claims

1. Elektromagnetische Stellvorrichtung, mit

- einem Gehäuse (13),
- einem an einer Stirnseite des Gehäuses (13) fest gela gerten Kernstück (3) in Form einer ersten Kreisscheibe, in deren dem Gehäuse (13) abgewandten freien Oberfläche (3 a) zueinander konzentrische Ringschlitze (4 a-4 d) vorgesehen sind,
- einer in die Ringschlitze (4 a-4 d) des Kernstücks (3) derart eingesetzten ersten Wicklung (5 a- 5 d), daß ein sie durchfließender Erregerstrom in benach barten Ringschlitzen (4 a-4 d) gegensinnig fließt,
- einem in dem Gehäuse (13) axial an das Kernstück (3) anschließend axial beweglich gelagerten Anker (8) in Form einer zweiten Kreisscheibe, und
- einem mit dem Anker (8) fest verbundenen Stellglied (6),

dadurch gekennzeichnet, daß

- der Anker (8) in seiner dem Kernstück (3) zugewand ten Oberfläche (8 a) mit Ringschlitzen (9 a-9 d) versehen ist, die denjenigen im Kernstück (3) entsprechen und diesen axial gegenüberliegend angeordnet sind und die eine der ersten Wicklung (5 a-5 d) entsprechende zweite Wicklung (10 a-10 d) mit gegensinniger Wicklungsrichtung in einander benachbarten Ringschlitzen (9 a-9 d) aufneh men.

2. Elektromagnetische Stellvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke (L ₁) des Ankers (8) in axialer Richtung im Bereich seiner Ringschlitze (9 a-9 d) etwa der Hälfte des lichten Abstandes (L ₂) zwi schen zwei benachbarten Ringschlitzen (9 a-9 d) ent spricht.

3. Elektromagnetische Stellvorrichtung nach Anspruch 1 und Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß in der dem Kernstück (3) abgewandten Oberfläche (8 b) des Ankers (8) im Bereich zwischen den Ringschlitzen (9 a-9 d) zueinan der konzentrische Kerben (11) eingebracht sind.

4. Elektromagnetische Stellvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die erste und zweite Wicklung (5 a-5 d, 10 a-10 d) seriell miteinander verbunden sind.