DE102009042888A1 - Electromagnetic proportional actuator has anchor which is guided into direction in axially displaceable manner, where direction is directed to pole core with control cone - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft ein elektromagnetisches Proportionalstellglied gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1.The invention relates to an electromagnetic proportional actuator according to the preamble of
Aus der
Aufgabe der Erfindung ist es, ein elektromagnetisches Proportionalstellglied zu schaffen, das auch bei einem größeren Magnethub einen großen Gestaltungsspielraum bei der Magnet-Hubkennlinie – insbesondere mit einem linearen Kraft/Weg-Verlauf – bietet.The object of the invention is to provide an electromagnetic proportional actuator which, even with a larger magnet stroke, offers a large degree of freedom in the magnetic stroke characteristic-in particular with a linear force / displacement curve.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen von Patentanspruch 1 gelöst.This object is achieved with the features of
Erfindungsgemäß wird dazu eine Formgebung des Steuerkonus vorgeschlagen, die einen solchen linearen Kraft/Weg-Verlauf ermöglicht und dennoch technisch zu fertigen ist. So hat sich herausgestellt, dass ein über eine große axiale Länge sehr dünn werdender Steuerkonus einen linearen Kraft/Weg-Verlauf ermöglicht. Ein solcher Steuerkonus ist jedoch mit fertigungstechnischen Nachteilen und Bauraumnachteilen verbunden. Die erfindungsgemäße Formgebung mit einem Endbereich, der sich sowohl am Außendurchmesser als auch am Innendurchmesser wieder aufweitet, hat den gleichen linearen Kraft/Weg-Verlauf. Jedoch ist diese erfindungsgemäße „Trompetenform” herstellbar. So kann der Steuerkonus beispielsweise gedreht, gefräst, quergewalzt oder fließgepresst werden. Zudem kann der Steuerkonus einteilig mit dem Polkern oder zweiteilig aus einem Rohr und einem Ring gefertigt sein.According to the invention a shaping of the control cone is proposed, which allows such a linear force / displacement curve and yet is technically finished. It has thus been found that a control cone which becomes very thin over a large axial length enables a linear force / displacement curve. However, such a control cone is associated with manufacturing disadvantages and space limitations. The shaping according to the invention with an end region which widens again both on the outer diameter and on the inner diameter has the same linear force / displacement profile. However, this "trumpet shape" according to the invention can be produced. For example, the control cone can be turned, milled, cross rolled or extruded. In addition, the control cone can be made in one piece with the pole core or in two parts of a tube and a ring.
Mit der Trompetenform lässt sich eine Kombination aus luftspaltgesteuertem und konusquerschnittgesteuertem Magnetkennfeld verwirklichen. Das heißt, bei der beanspruchten Steuerkonusform wird der Magnetfluss nicht hauptsächlich über die Änderung der Wandstärke des Steuerkonus gesteuert. Stattdessen wird der Magnetfluss über die Breite des Luftspaltes durch den größer werdenden Abstand zwischen Steuerkonus und Anker gesteuert.With the trumpet shape, a combination of air gap controlled and cone cross section controlled magnetic characteristic can be realized. That is, in the claimed control cone shape, the magnetic flux is not controlled mainly by the change of the wall thickness of the control cone. Instead, the magnetic flux across the width of the air gap is controlled by the increasing distance between the control cone and armature.
Mittels dieser trompetenförmigen Steuerkonusform ist es auch bei größeren Magnethüben möglich, verschiedene und dennoch präzise einhaltbare Magnet-Hubkennlinien zu schaffen.By means of this trumpet-shaped control cone shape, it is also possible with larger magnetic strokes to create different yet precisely maintainable magnetic stroke characteristics.
Ein besonders linearer Kraft/Weg-Verlauf lässt sich erreichen, wenn sich der trompetenförmige Endbereich mit zunehmender Steigung aufweitet. Dabei kann die Wandstärke des Endbereiches in besonders vorteilhafter Weise konstant bleiben. In weiteren Ausgestaltungen kann die Wandstärke aber auch abnehmen.A particularly linear force / displacement curve can be achieved when the trumpet-shaped end region expands with increasing slope. The wall thickness of the end region can remain constant in a particularly advantageous manner. In further embodiments, the wall thickness can also decrease.
Der Steuerkonus kann in besonders vorteilhafter Weise Anwendung bei einem elektromagnetischen Proportionalstellglied für einen hydraulischen Aktuator zur Betätigung einer Lamellenkupplung finden, da das elektromagnetische Proportionalstellglied für einen solchen Aktuator zum Aufbringen des Hydraulikdruckes sehr groß und mit einem langen Linearhub dimensioniert sein muss. Anwendungsfälle für solche Lammellenkupplungen sind insbesondere
- – regelbare Querdifferentialsperren,
- – regelbare Längsdifferentialsperren,
- – Torque Vectoring Systeme und
- – die Ankupplung einer zusätzlichen Achse bei einem zuschaltbaren Allradantrieb.
- - adjustable transverse differential locks,
- - adjustable longitudinal differential locks,
- - Torque Vectoring Systems and
- - The coupling of an additional axle in a switchable four-wheel drive.
Solche Anwendungsfälle sind teilweise in der
Dabei sind als Lamellenkupplung auch Lameilenbremsen anzusehen.Here are to be regarded as a multi-plate clutch also Lameilenbremsen.
Zur Kompensation von Leckageverluste des Hydraulikfluids dieser Hydraulikpumpe kann eine entsprechende Einrichtung vorgesehen sein.To compensate for leakage losses of the hydraulic fluid of this hydraulic pump, a corresponding device may be provided.
Weitere Vorteile der Erfindung gehen aus den weiteren Patentansprüchen, der Beschreibung und der Zeichnung vor.Further advantages of the invention will become apparent from the other claims, the description and the drawings.
Die Erfindung ist nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert.The invention is explained in more detail with reference to an embodiment.
Dabei zeigenShow
Das Proportionalstellglied
Die Spule
Durch eine zentrische Ausnehmung
Auf das vordere Ende der Stahlhülse
Der Polkern
In einer Position radial zwischen dem Steuerkonus
Dabei ragt der Kolben
Wie in
Als erste Funktion führt der Führungsring
- – sich einerseits an einer stirnseitig in
den Polkern 18 eingelassenen Ringnut33 und - – sich andererseits an einer stirnseitig in
den Anker 26 eingelassenen Ringnut 34
- - On the one hand on a front side in the
pole core 18 taken inring groove 33 and - - On the other hand, on a front side in the
anchor 26 taken inring groove 34
Als zweite Funktion übernimmt der Führungsring
Als dritte Funktion sorgen Schlitze
Der Kolben
Radial außerhalb des Kolbens
Damit bildet sich ein Überlappungsbereich, der eine ausreichend hohen Anlaufkraft des Ankers
Ausgehend von der Ringscheibe
Mittels dieser besonderen Formgebung wird erreicht, dass die Kraft des Ankers über dessen axialen Verschiebeweg nahezu linear ansteigt.By means of this special shape is achieved that the force of the armature increases almost linearly over the axial displacement.
Die Wandstärke des Endbereiches muss nicht konstant bleiben. Alternativ kann die Steigung des Innendurchmessers im größeren Maße zunehmen, als die Steigung des Außendurchmessers. Eine solche Ausgestaltung hat zur Folge, dass die Wandstärke des sich trompetenförmig aufweitenden Endbereiches
Die aus nicht magnetisierbaren Stahl bestehenden Bauteile können insbesondere aus einem austenitischen Stahl bestehen. Diese Bauteil können jedoch auch aus einem anderen nicht magnetisierbaren Material, wie beispielsweise Messing, hergestellt sein. Auch kann eine reibwertvermindernde Beschichtung bzw. Trennschicht auf dem Kolben und/oder der Innenwand des Polkerns vorgesehen sein. Oder es kann ein Kunststoff verwendet werden.The non-magnetizable steel components may in particular consist of an austenitic steel. However, these components can also be made of another non-magnetizable material, such as brass. Also, a Reibwertvermindernde coating or release layer may be provided on the piston and / or the inner wall of the pole core. Or it can be used a plastic.
Der Kolben kann gegenüber dem Anker auch ausschließlich axialfest sein. D. h. radiale und/oder rotatorische Relativbeweglichkeit wäre möglich. Ein mögliche Verbindung des Kolbens mit dem Anker ist ein Sprengring, der einerseits in eine ausgerundete umlaufende Außenringnut des Kolbens und andererseits in eine ausgerundete umlaufende Innenringnut des Ankers eingreift. Für eine solche Verbindung kann anstelle eines Sprengringes auch eine geschlossen umlaufende Schlauchfeder verwendet werden, wie eine solche bereits von Radialwellendichtringen bekannt ist. Eine solche Schlauchfeder ist erheblich weicher und weniger scharfkantig als ein Sprengring. Somit kann sogar ein Kolben aus einem spröden Material, wie beispielsweise einem duroplastischen Kunststoffverwendet werden, ohne dass bei der Montage die Gefahr eines Abplatzens von Teilen des Kunststoffkolbens besteht. Ein praxistauglicher duroplastischer Kunststoff ist im Handel unter dem Markennamen Vyncolit erhältlich.The piston can also be axially resistant to the armature. Ie. radial and / or rotational relative mobility would be possible. A possible connection of the piston with the armature is a snap ring, which engages on the one hand in a rounded circumferential outer annular groove of the piston and on the other hand in a rounded circumferential inner annular groove of the armature. For such a connection, instead of a snap ring and a closed circumferential hose spring can be used, as such is already known from radial shaft seals. Such a hose spring is considerably softer and less sharp than a snap ring. Thus, even a piston made of a brittle material, such as a thermosetting plastic can be used without the risk of chipping of parts of the plastic piston during assembly. A practical thermoset plastic is commercially available under the brand name Vyncolit.
Der Kolben kann auch als Stößel ausgeführt sein und muss nicht in der Ausnehmung des Polkerns enden sondern kann über den Polkern hinaus stehen.The piston can also be designed as a plunger and does not end in the recess of the pole core but can stand beyond the pole core.
Das elektromagnetische Proportionalstellglied muss nicht einer elektrohydraulischen Einheit zugehörig sein. Es ist auch möglich, mit dem elektromagnetischen Proportionalstellglied einen nichthydraulischen Kolben unmittelbar zu betätigen. Ein solches als Schaltmagnet ausgeführtes elektromagnetisches Proportionalstellglied ist beispielsweise in den
Auch bei der Anwendung des elektromagnetischen Proportionalstellglieds für eine hydraulische Einheit muss diese nicht als Aktuator für eine Lamellenkupplung ausgeführt sein. Es ist auch möglich, das elektromagnetische Proportionalstellglied für ein Ventil, wie beispielsweise Volumenstromregelventil, eine Druckregelventil oder ein Cartridge-Ventil zu verwenden. Ein hydraulisch von einem Ventil zu steuernder Verbraucher ist beispielsweise ein Flügelzellennockenwellenversteller. Also in the application of the electromagnetic proportional actuator for a hydraulic unit, this must not be designed as an actuator for a multi-plate clutch. It is also possible to use the electromagnetic proportional actuator for a valve such as a volumetric flow control valve, a pressure regulating valve or a cartridge valve. For example, a consumer to be hydraulically controlled by a valve is a vane-type camshaft phaser.
Anstelle der Schlitze
Der Polkern muss nicht einteilig gefertigt sein. Er kann insbesondere aus zwei Teilen gefertigt sein, wobei ein eher rohrförmiges Teil in ein eher ringförmiges Teil gesteckt wird. Dies macht eine Nachbearbeitung notwendig.The pole core does not have to be made in one piece. It can be made in particular of two parts, with a rather tubular part is inserted into a rather annular part. This makes a post-processing necessary.
Bei den beschriebenen Ausführungsformen handelt es sich nur um beispielhafte Ausgestaltungen. Eine Kombination der beschriebenen Merkmale für unterschiedliche Ausführungsformen ist ebenfalls möglich. Weitere, insbesondere nicht beschriebene Merkmale der zur Erfindung gehörenden Vorrichtungsteile, sind den in den Zeichnungen dargestellten Geometrien der Vorrichtungsteile zu entnehmen.The described embodiments are only exemplary embodiments. A combination of the described features for different embodiments is also possible. Further, in particular not described features of the device parts belonging to the invention are to be taken from the geometries of the device parts shown in the drawings.
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 11
- Aktuatoractuator
- 22
- SpuleKitchen sink
- 33
- Spulenträgercoil carrier
- 44
- BundFederation
- 55
- Gehäusecasing
- 66
- Polscheibepole disk
- 77
- zylindrischer Bereichcylindrical area
- 88th
- weiterer Bereichanother area
- 99
- Topfbodenpot base
- 1010
- Stahlhülsesteel sleeve
- 1111
- Absatzparagraph
- 1212
- 1313
- Stahlrohrsteel tube
- 1414
- Ringscheibewasher
- 1515
- Steuerkonuscontrol cone
- 1616
- Polkernpole core
- 1717
- O-RingO-ring
- 1818
- Anschlusszapfenconnection thread
- 1919
- Flanschflange
- 2020
- Ausgleichsbohrungcompensating bore
- 2121
- Ausgleichsbohrungcompensating bore
- 2222
- Gussansätzecast approaches
- 2323
- Kolbenpiston
- 2424
- Dichtringseal
- 2525
- VerstärkungsblechbuchseSupport panel socket
- 2626
- Ankeranchor
- 2727
- BundFederation
- 2828
- Ankerraumarmature space
- 2929
- Absatzparagraph
- 3030
- HockdruckbereichHigh pressure area
- 3131
- Mantelflächelateral surface
- 3232
- Bohrungendrilling
- 3333
- stirnseitige Ringnutend-face annular groove
- 3434
- stirnseitige Ringnutend-face annular groove
- 3535
- Schlitzslot
- 3636
- SacklochbohrungBlind hole
- 3737
- Querbohrungcross hole
- 3838
-
Ausnehmung des Polkerns
16 Recess of thepole core 16 - 3939
- Führungsringguide ring
- 4040
- SchraubendruckfederHelical compression spring
- 4141
- Kanalchannel
- 4242
- Innenwandinner wall
- 4343
- Raumroom
- 4444
- Stirnflächeface
- 4545
- Endbereichend
- 4646
- elektromagnetisches Proportionalstellgliedelectromagnetic proportional actuator
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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