DE1538350C - Hochempfindlicher Lageregler - Google Patents

Description

1 ODO DOU

Die Erfindung betrifft einen Lageregler mit zwei Fühlern zur Erfassung der Abweichung -eines in seiner Lage zu regelnden Teils von dem vorgegebenen. Sollwert und mit zwei den Fühlern zugeordneten, über einen gemeinsamen Antrieb mit dem in seiner Lage zu regelnden Teil gekoppelten elektrischen Stellmotoren mit großem Drehmomentgradienten.

Eine spezielle Anwendung ist beispielsweise die Stabilisierung einer Kreiselebene, eines Richtspiegels oder irdendeiner anderen Einrichtung in bezug auf eine Achse trotz der Bewegungen des Trägers, bei dem es sich beispielsweise um ein Fahrzeug handeln kann, um diese Achse.

Für derartige Lageregler werden gewöhnlich Zweiphasenwechselstrommotore verwendet. Das von einem derartigen Motor erzeugte Drehmoment ist ,proportional zur Regelspannung und nimmt mit der Drehzahl etwa linear ab.

Bei Lagereglern, bei denen das in seiner Lage zu regelnde Teil mit der gleichen Geschwindigkeit verstellt werden soll wie das Führungsglied bzw. wenigstens die gleiche Beschleunigung wie das Führungsglied erhalten soll, muß das Drehmoment des Stellmotors einen hohen Gradienten aufweisen, um eine lineare Verstellung im Stellbereich eines derartigen Reglers zu erreichen.

Bei einem bekannten Lageregler der eingangs genannten Art (deutsche Patentschrift 275 533) wirken die Stellmotoren zunächst auf ein übliches Differentialgetriebe, ein, dessen Abtriebswelle zum zu regelnden Teil und weiter zu Schaltkontakten für die Stellmotoren führt. Der Nachteil derartiger Lageregler besteht neben dem relativ großen Raumbedarf vor allem darin, daß die Stellmotoren nicht von Anfang an ihr maximales Drehmoment abgeben können, so daß keine den heutigen Anforderungen entsprechend schnelle Lageregelung erzielbar ist.

Die Aufgabe der Erfindung besteht nun darin, einen Lageregler der eingangs genannten Art zu schaffen, welcher bei geringstem Raumbedarf diese Bedingungen erfüllt und durch welchen mit großer Schnelligkeit und Genauigkeit die Stellung eines mit großem Trägheitsmoment behafteten Teils, das drehbar in einem winkelmäßig verstellbaren oder eine Eigendrehung aufweisenden Träger angeordnet ist, geregelt oder in einer vorgegebenen Richtung stabilisiert werden kann.

Zur Lösung der vorstehenden Aufgabe ist der erfindungsgemäße Lageregler dadurch gekennzeichnet, daß der Rotor des von dem ersten Fühler gesteuerten, mit seinem stärksten Drehmoment arbeitenden ersten Stellmotors das in seiner Lage zu regelnde Teil trägt, daß der Stator des ersten Stellmotors in einem unter Vorspannung stehenden Wälzlager axial zu seinem Rotor verdrehbar gelagert ist und einen Zahnkranz trägt, in den ein von dem zweiten Stellmotor angetriebenes Ritzel eingreift, und daß der zweite Stellmotor von dem zweiten Fühler in Abhängigkeit von der Lageabweichung des Stators des ersten Stellmotors steuerbar ist.

infolge dieses Aufbaus des Lagereglers unter Einschaltung eines zweiten Stellmotors arbeitet der erste, direkt mit dem zu regelnden Organ verbundene Motor stets im Anlaßbereich, d. h. ständig mit maximalem Drehmoment, was eine Verkürzung der Steilheit bedeutet. ·

Durch die unter Vorspannung stehende Kugellagerung des ersten Stellmotors läßt sich das Spiel in der Einrichtung weitgehend ausschalten und die Empfindlichkeit verbessern, d. h. die Stellzeit weiterhin verkürzen.

Durch entsprechende Anordnung und Ausbildung der Fühler läßt sich die Lage eines beweglichen Teils gegenüber der seines Trägers regeln oder aber auch die Stellung eines Teils auf eine Bezugsgröße regeln, die von einem an diesem Teil sitzenden

ίο Fühler geliefert wird, wobei dann das Teil drehbar - innerhalb eines eine Eigendrehung vollführenden Trägers angeordnet ist. Hierzu wird auf die Unteransprüche verwiesen. ,

Eine weitere Erläuterung der Erfindung ergibt sich aus der nachstehenden Beschreibung einiger Ausführungsbeispiele an Hand der Zeichnungen. Es . zeigt

F i g. 1 eine schematische Schnittansicht der zwischen einem Träger und einem zu regelnden Teil angeordneten zwei Stellmotoren,

F i g. 2 eine schematische Darstellung der elektrischen und mechanischen Verbindungen eines Reglers mit zwei Stellmotoren gemäß der F i g. 1 und

F i g. 3 ein anderes Ausführungsbeispiel, bei dem die Stabilisierung eines Teils in Abhängigkeit von einem auf dem Teil angeordneten Fühler erfolgt.

Der in den Zeichnungen dargestellte Lageregler enthält einen ersten Stellmotor, dessen Stator 4 einen Zahnkranz 1 mit Außenverzahnung trägt, über welchen er von einem zweiten Stellmotor 2 über ein Ritzel 3 angetrieben wird. Der Stator 4 des ersten Stellmotors liegt einem mit dem in seiner Lage zu regelnden Teil 6 fest verbundenen Rotor 5 gegenüber.

Der Motor 2 sitzt in einem Traggestell 7, in welchem ein Kugellager 8 vorgesehen ist, dessen Innenring den Stator 4 trägt, während der Stator seinerseits in einem Kugellager 9 den Rotor 5 trägt.

Auf der möglichen Schwenkachse X-X' des Rotors 5 ist an dem entgegengesetzten Ende des zu regelnden Teils 6 ein Drucklager vorgesehen. Der Innenring des Wälzlagers 9 ist axial auf einem hier- ~für mit Gewinde versehenen Endstück 9 α des Teils 6 durch eine Mutter und eine Gegenmutter 10 befestigt. Der den Zahnkranz 1 tragende Stator 4 weist einen Ansatz 10 α auf, welcher auf einer inneren Schulter den Innenring des Wälzlagers 8 aufnimmt, dessen Außenring nach innen gedrückt wird, und zwar durch einen eine Mutter bildenden Gewindering 11 und . eine Blockierungsgegenmutter Π α, welche in eine axiale Bohrung des Traggestells 7 eingesetzt sind, wodurch den beiden Wälzlagern 8 und 9 eine axiale Vorspannung erteilt wird.

Bei einer derartigen Vorrichtung kann eine Abweichung der Winkelstellung des Stators 4 des ersten Motors mit seinem Zahnkranz 1 von einer Sollage gegenüber dem Traggestell 7 durch einen Fühler 13 _v festgestellt werden, welcher die Stellgröße nach Verstärkung an den Motor 2 weiterleitet, der dann seinerseits den Zahnkranz 1 ausrichtet, d. h. nachführt. -

Ebenso kann jede Abweichung von der Sollage zwischen dem Teil 6 und dem Stator 4 mittels eines Fühlers 15 in ein Signal umgeformt werden, welches nach Verstärkung dem Stator 4 des das Teil 6 nachdrehenden ersten Motors eingespeist wird.

Gemäß Fig. 2 ist ein Fühler 13 zwischen den mit dem Zahnkranz 1 fest verbundenen Teilen und

dem Traggestell 7 angeordnet und elektrisch mit einem eine der Statorwicklungen des Motors 2 speisenden Verstärker 14 verbunden.

Ferner ist ein weiterer Fühler 15 zwischen den mit dem Zahnkranz 1 fest verbundenen Teilen und dem zu regelnden Teil 6 angeordnet und elektrisch mit einem Verstärker 16 verbunden, welcher eine der Wicklungen des Stators 4 speist.

Bei der Ausführungsform der Fig. 2 stellt der Fühler 13 die Stellungsabweichung des Zahnkranzes 1 und der mit diesem fest verbundenen Teile in bezug auf den Halter 7 nach Größe und Vorzeichen fest. Das von dem Fühler 13 abgegebene Signal in Form einer elektrischen Spannung ist zu der Amplitude der Stellungsabweichung proportional, wobei seine Phase bzw. Polarität durch die Richtung dieser Stellungsabweichung bestimmt ist.

Dieses Signal wird nach Verstärkung in dem Verstärker 14 dem Motor 2 zugeführt, welcher über das Ritzel 3 den Zahnkranz 1 verdreht, bis das Signal zu Null gemacht ist.

Gleichzeitig wird die Stellungsabweichung des zu regelnden Teils 6 gegenüber dem Zahnkranz 1 und den mit diesem fest verbundenen Teilen durch den Fühler 15 festgestellt. Dieses Fehlersignal wird ebenfalls in Form einer elektrischen Spannung geliefert, die der Amplitude dieser Abweichung proportional ist und eine von der Richtung derselben abhängende Polarität oder Phase hat, und nach Verstärkung in dem Verstärker 16 den Klemmen des Stators 4 des Elektromotors zugeführt, der das zu regelnde Teil 6 verstellt, bis das Fehlersignal Null wird. Da die beiden Stellvorgänge gleichzeitig stattfinden, arbeitet der Elektromotor 4,5 stets in seinem Anlaßbereich und liefert sein größtes Moment.

Bei der Ausführungsform der F i g. 1 und 3 ist ein Kreisel oder Beschleunigungsmesser 12 auf dem zu regelnden Teil 6 angeordnet und stellt jede Stellungsabweichung des Teils 6 auf der Achse X-X' in bezug auf eine feste Richtung fest, welche z.B. die Lotrechte sein kann. Der Fühler 12 liefert ein Signal in Form einer elektrischen Spannung, welche zu der Amplitude dieser Stellungsabweichung proportional ist und deren Phase oder Polarität der Richtung dieser Stellungsabweichung entspricht.

Dieses Signal wird nach Verstärkung in einem Verstärker 17 dem Stator 4 des ersten Motors eingespeist, welcher das zu stabilisierende Teil 6 verstellt, bis das Signal gleich Null wird.

¹ Gleichzeitig wird die Stellungsabweichung des Zahnkranzes 1 und der mit diesem fest verbundenen Teile auf der Achse X-X' in bezug auf das zu stabilisierende Teil 6 von einem Fühler 18 festgestellt. Das aus dem Fühler 18 kommende Signal wird in einem Verstärker 19 verstärkt und den entsprechenden Klemmen des Elektromotors 2 zugeführt, welcher über das Ritzel 3 den Zahnkranz 1 bis zur Aufhebung der Regelabweichung verstellt.

Da diese beiden Vorgänge gleichzeitig vor sich gehen, arbeitet der Elektromotor 4, 5 stets in seinem Anlaßbereich mit seinem größten Drehmoment.

t-o Es ist klar, daß die Erfindung auf alle Systeme anwendbar ist, welche eine Präzisionssteuerung mit einem starken Drehmomentgradienten und einer großen Empfindlichkeit verlangen. Die Fühler können magnetisch oder photoelektrisch sein oder auch als Synchronfühler ausgebildet werden.

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Lageregler mit zwei Fühlern zur Erfassung der Abweichung eines ^Jin seiner Lage zu regelnden Teils von dem vorgegebenen Sollwert und mit zwei den Fühlern zugeordneten, über einen gemeinsamen Antrieb mit dem in seiner Lage zu regelnden Teil gekoppelten elektrischen Stellmotoren mit großem Drehmomentgradienten, dadurchgekennzeichnet, daß der Rotor (5) des von dem ersten Fühler (12,15) gesteuerten, mit seinem stärksten Drehmoment arbeitenden ersten Stellmotors (4, 5) das in seiner Lage zu regelnde Teil (6) trägt, daß der Stator (4) des ersten Stellmotors (4, 5) in einem unter Vorspannung stehenden Wälzlager (8) axial zu seinem Rotor (5) verdrehbar gelagert ist und einen Zahnkranz (1) trägt, in den ein von dem zweiten Stellmotor (2) angetriebenes Ritzel (3) eingreift und daß der zweite Stellmotor (2) von dem zweiten Fühler (13,18) in Abhängigkeit von der Lageabweichung des Stators (4) des ersten Stellmotors (4, 5) steuerbar ist.

2. Lageregler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Fühler (15) zwischen dem in seiner Lage zu regelnden Teil (6) und dem Stator (4) des ersten Stellmotors (4,5) und der zweite Fühler (13) zwischen dem Traggestell (7) des zweiten Stellmotors (2) und dem Stator (4) des ersten Motors (4, 5) angeordnet ist.

3. Lageregler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Fühler (12) ein auf dem in seiner Lage zu stabilisierenden Teil (6) angeordneter Kreisel oder Beschleunigungsmesser ist und der zweite Fühler (18) zwischen dem Stator (4) und dem Rotor (5) des ersten Motors angeordnet ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen