DE2145073A1

DE2145073A1 - Positioniervorrichtung mit Linear-Schrittschalt-Motor

Info

Publication number: DE2145073A1
Application number: DE19712145073
Authority: DE
Inventors: Andre Veyrier-Genf Corbaz (Schweiz)
Original assignee: G Billi and C SpA
Current assignee: G Billi and C SpA
Priority date: 1970-09-16
Filing date: 1971-09-06
Publication date: 1972-03-23
Also published as: CH544444A; FR2107736A5

Description

Positioniervorrichtung mit Linear-Schrittschalt-Motor

Die Erfindung betrifft eine Positioniervorrichtung mit Linear-Schrittschaltmotor, di6 dazu bestimmt iät, ein mechanisches Element innerhalb seiner Menge bestimmter, längs einer Geraden angeordneter Stellungen von einer Stellung in eine andere zu verschieben.

Solche Positioniervorrichtungen sind bekannt. Man braucht sie im wesentlichen, um ein mechanisches Element aus einer Stellung in eine andere zu verschieben. Insbesondere benutzt man sie, um hydraulische oder pneumatische Ventile zum Steuern von Signalflügeln zu betätigen, um Maschinenelemente für das Positionieren von Nocken an Werkzeugmaschinen zu steuern usw. In allen diesen Fällen ist man bestrebt, schnell von einer Position in eine andere überzugehen, da die von diesen Vorrichtungen positionierten., mechanischen Elemente dazu bestimmt sind, in der erreichten Position während einer Zeitdauer zu verweilen, die groß im Vergleich zu der Dauer des Übergangs von einer Position in die andere ist. Jedoch wird bei den bekannten Vorrichtungen die Erhaltung des mechanischen Elements in einer dieser Positionen durch ständige Erregung des elektrischen Linearmotors gewährleistet. Da dieser eine sehr schnelle Verstellung des mechanischen Elements sichern muß, muß er mit einer hohen elektrischen Leistung gespeist werden. Die Notwendigkeit, diese ständig zuzuführen, um das mechanische Element in seiner Position zu halten, erfordert also, die Wickelungen des Motors so zu dimensionieren, daß diese ständige Speisung des Motors nicht zu einer übermäßi-

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gen Erwärmung der letzteren führt. Der Linearmotor wird deshalb platzraubend und schwer.

Andererseits wird die von einem Linear-Schrittschalt-Motor ausgeübte Axialkraft Null, sobald die durch seinen Erregungszustand vorgeschriebene Position erreicht ist: Erst, wenn das mechanische Element sich aus dieser Position, z.B. unter der Wirkung einer mechanischen Störung, entfernt, entsteht eine Rückstellkraft, die bestrebt ist, es in die geforderte Position zurückzuführen. Infolgedessen vermögen die bekannten Vorrichtungen nicht, eine rigorose Festlegung des mechanischen Elements in der geforderten Position zu garantieren. Vielmehr wird, wenn das mechanische Element Reibungskräften unterworfen wird, die Positionierung mit einer Utagenauigkeit behaftet, die unzulässig ist, sobald eine solche Vorrichtung zur Ausrüstung von Präzisionsmaschinen dienen soll. Insbesondere eignen sich die bekannten Vorrichtungen nicht zur Positionierung der Nocken gewisser Textilmaschinen, insbesondere der Hebenocken, die die Bewegung der Nadeln von Strickmaschinen steuern.

Zweck der Erfindung ist es, eine Positioniervorrichtung anzugeben, die nicht mit diesen Mangeln behaftet ist und gleichzeitig schnell und kräftig wirksam sowie wenig platzraubend

Der Erfindung liegt demgemäß die Aufgabe zugrunde, eine Positioniervorrichtung mit Linear-Schrittschaltmotor anzugeben, die eine genaue Einhaltung der jeweils geforderten Position des zu verstellenden mechanischen Elements ermöglicht, sich also auch für den Einbau in Präzisionsmaschinen eignet, und trotzdem einen geringen Bedarf an Raum und Gewicht aufweist, ohne daß eine störende Erwärmung der Vorrichtung beim Festhalten des zu verstellenden Elements in einer Position zu befürchten wäre.

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Diese Aufgabe wird durch eine Positioniervorrichtung gelöst, die dadurch gekennzeichnet ist, daß sie umfaßt: einen elektrischen Linearmotor, der einen Stator enthält, welcher mindestens zwei ringförmige, koaxiale Elektromagnete umfaßt, die längs einer mit der erwähnten Geraden zusammenfallenden Achse angeordnet sind, und einen beweglichen, mit dem mechanischen Element verbundenen Anker, der mit mehreren, koaxialen Tauchkernen von mit der Zahl der Elektromagnete übereinstimmender Zahl versehen und so ausgebildet ist, daß er sich längs der Achse im Inneren der Elektromagnete verschieben kann, wobei die Länge der Tauchkerne im wesentlichen gleich der der entsprechenden Elektromagnete ist und die axialen Zwischenräume zwischen aufeinander folgenden Tauchkernen verschieden von den axialen Zwischenräumen zwischen den entsprechenden Elektromagneten sind, so daß die axiale Position des Ankers durch den Erregungszustand der Elektromagnete bestimmt wird; ein Verriegelungsorgan, das befähigt ist, den Anker in der einen oder anderen der Positionen festzulegen; und ein Steuerungsorgan, das befähigt ist, momentan das Verriegelungsorgan jedesmal dann unwirksam zu machen, wenn der Anker seine Positionändern soll; wobei eine Steuereinrichtung zur einzelnen oder gemeinsamen Erregung gemäß den angegebenen Erregungszuständen jedes der Elektromagnete des Schrittschalt-Motors während einer Erregungsdauer vorgesehen ist, die mindestens gleich der Zeit ist, die sein Anker braucht, um von einer früheren in die einem neuen Erregungszustand entsprechende Position überzugehen, und um das Steuerorgan in der Weise zu betätigen, daß die Verriegelungsvorrichtung jedesmal dann unwirksam gemacht wird, wenn ein neuer Erregungszustand erzeugt wird, und vor dem Ablauf der Erregungsdauer wirksam gemacht wird.

Die Zeichnung veranschaulicht beispielsweise und sehr schematisch eine Ausführungsform des Erfindungsgegenstands. Es zeigen:

Fig. 1 einen Längsschnitt derselben;

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Fig. 2a bis 2e schematische Ansichten, die die Wirkungsweise der in Fig. 1 dargestellten Vorrichtung veranschaulichen;

Fig. 3 das Schaltschema eines Speisestromkreises; und

Fig. 4 eine Reihe von Impulsdiagrammen, die die Wirkungsweise des in Fig. 3 veranschaulichten Stromkreises erläutern.

Die in.Fig. 1 dargestellte Vorrichtung umfaßt einen elektrisehen Linearmotor M, der schrittweise arbeitet. Dieser Linearmotor umfaßt einen Stator G und einen beweglichen Anker H, der durch ein Anlenkungsteil 7 mit einem nicht dargestellten, zu positionierenden, mechanischen Element verbunden ist. Der Stator G umfaßt drei ringförmige Elektromagnete A, B und C, von denen jeder von einem magnetischen Körper 1 gebildet wird, der die Form einer zylindrischen Umhüllung hat, dessen beide ebene Stirnflächen in ihrem mittleren Teil mit einer kreisförmigen öffnung o* bzw. e~ versehen sind, und von einer Spule 2, deren Öffnung einen mit dem der Öffnungen e. bzw. e₂ übereinstimmenden Durchmesser hat.

Diese drei Elektromagnete sind längs einer gemeinsamen Achse i - i angeordnet, die mit ihrer Symmetrie-Längsachse zusammenfällt und andererseits diejenige ist, längs der die Positionen angeordnet sind, die das von der Vorrichtung positionierte mechanische Element einnehmen soll; diese Elektromagnete werden voneinander durch einen Zwischenraum^"getrennt. Zwei zu der Achse i - i koaxiale Führungslager P₁ und Pp sind beiderseits der Elektromagnete A, B und C angeordnet; sie führen eine Stange 3, die durch die Axialdurchlässe jedes dieser Elektromagnete hindurchgeht und und drei ferromagnetische Kerne P, Q und R trägt. Jeder dieser Kerne hat die Form eines zylindrischen Körpers, z.B. aus Weicheisen oder Ferrit, dessen Durchmesser etwas kleiner als der der Durchlässe der Elektromagneto ist, so daß der Kern darin gleiten kann, und dessen Länge im we-

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sentlichen gleich der der Durchlässe ist. Die Kerne P, Q, R sind voneinander durch gleichbleibende Zwischenräume £. getrennt, deren Größe kleiner als die der gleichbleibenden Zwischenräume cf ist, die zwei benachbarte Elektromagnete voneinander trennen.

Bei einer nicht dargestellten Ausführungsform könnten die Kerne P, Q und R voneinander durch Zwischenräume £ getrennt sein, deren Größe größer als 6 ist.

Wenn die Stange 3 einen Durchmesser hat, der viel kleiner als der der Kerne P, Q, R ist, kann sie gegebenenfalls aus ferromagnetischem Metall, z.B. aus Stahl, sein. Wenn jedoch der Durchmesser der Stange 3 in die Nähe desjenigen der Kerne P, Q, R kommt, ist es unerläßlich, daß sie aus einem nicht-magnetischen Werkstoff besteht. Das Wesentliche ist, daß der gemeinsame Anker, den die durch die Stange 3 verbundenen Kerne P, Q, R bilden, gut abgegrenzte Zonen umfaßt, die eine sehr schwache magnetische Reluktanz im Vergleich zu der der Zwischenräume £ aufweisen, die sie voneinander trennen; die besondere Struktur dieses Ankers (Länge der Kerne im Verhältnis zu der der Elektromagnete, Durchmesser der letzteren im Verhältnis zu denen der Öffnungen e^, e₂, Größe des diese Kerne voneinander trennenden Zwischenraums £ im Verhältnis zu der Größe des die Elektromagnete voneinander trennenden Zwischenraums Q und Beschaffenheit des die Stange 3 bildenden Werkstoffs) wird wesentlich von der Wirkungsweise dieses Linearmotors und von der Genauigkeit bestimmt, die man für die axialen Verschiebungen, die eriseinem Anker erteilt, anstrebt.

Tatsächlich wird die Axialbewegung dieses Ankers durch die Speisung der einen oder der anderen der zu den Elektromagneten A, B, C gehörenden Spulen 2 mit elektrischem Strom erreicht. Es ist hier daran zu erinnern, daß ein ferromagnetischer Kern unter der Wirkung des von einem Elektromagneten erzeugten Magnetfeldes bestrebt ist, gegenüber diesem Elektromagneten eine Stel-

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lung einzunehmen, die einem minimalen Wert der Reluktanz des Magnetkreises entspricht.

Im Fall beispielsweise des Kerns P ist die Position, in der diese Reluktanz minimal ist, diejenige, die in Fig. 1 dargestellt ist, d.h. diejenige, in der der Kern ganz von der den Elektromagneten A durchsetzenden Öffnung aufgenommen ist.

Es ist bemerkenswert, daß es, wenn die Länge der Kerne P, Q, R gleich der des Axialdurchlasses der Elektromagnete A, B, C gewählt ist, nur eine Axialposition gibt, in der die Reluktanz des entsprechenden Magnetkreises minimal ist. Das wäre nicht der Fall, wenn die Kerne kürzer oder länger wären.

Daraus folgt, daß diese besondere Dimensionierung der Kerne P, Q, R mit Bezug auf die Elektromagnete A, B, C eine besonders genaue Positionierung der Stange 3 zu gewährleisten gestattet, wobei die Genauigkeit der Positionierung dieselbe ist, gleichgültig welche Elektromagnete erregt werden, so daß sie für jede in Betracht kommende "Erregungs-Kombination" immer dieselbe ist.

Die Anzahl der verschiedenen Axialpositionen, die der Anker des Linearmotors einnehmen kann, ist tatsächlich gleich der Anzahl der "Kombinationen", eine zu einer und zwei zu zwei genommen, der Erregungsmöglichkeiten der Elektromagnete A, B und C. Fig. 2 zeigt diese verschiedenen Positionen, wobei die erregten Elektromagnete durch ein eingekreistes Kreuz wiedergegeben sind.

In Fig. 2a ist nur der Elektromagnet A erregt;

in Fig. 2b sind die beiden Elektromagnete A und B erregt;

in Fig, 2c ist nur der Elektromagnet B erregt;

in Fig. 2d s.ind die beiden Elektromagnete B und C erregt;

in Fig. 2e ist nur der Elektromagnet C erregt.

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In der Praxis ist es natürlich möglich, diese "Erregungs-Kombinationen" in einer beliebigen Ordnung, mit oder ohne Auslassung gewisser von ihnen, zu verwirklichen.

Die Axialposition, die der Anker des Linear-Motors einnimmt, ist diejenige, die dem Minimalwert der Summe der Reluktanzen der erregten Elektromagneten entspricht. Um den Anker in dieser Position zu halten, müßten also dauernd der oder die entsprechenden Elektromagneten erregt werden. Das wäre eine aus zwei Gründen unzulässige Lösung; Einerseits würde sie zu einem beträchtlichen Energieverbrauch führen, andererseits würde dieser Energieverbrauch eine Wärmeausbreitung erzeugen, die für die Vorrichtung nur um den Preis einer übermäßigen Dimensionierung ihrer Bauelemente verträglich gemacht werden könnte. Andererseits strebt die elektromagnetische Kraft zum Nullwerden, wenn die Position minimaler Reluktanz erreicht ist, so daß die auf elektromagnetischem Wege aufrechterhaltene Position mit einer Ungenauigkeit behaftet wäre. Deshalb greift die Erfindung auf ein anderes Mittel zurück, um den Anker in der einen oder anderen Position minimaler Reluktanz zu halten.

Dieses Mittel besteht in einem Verriegelungsorgan U, das von einem Steuerorgan S gesteuert wird. Dieses Steuerorgan umfaßt einen HilfiHSlektromagneten V mit Tauchkern, dessen Ausbildung ähnlich der der Elektromagnete A, B, C ist und dessen Verschiebungsachse j - j senkrecht zu der Achse i - i verläuft.

Diese Betätigungsvorrichtung umfaßt einen magnetischen Körper IV in Form einer zylindrischen Umhüllung, deren ebene Stirnflächen durch kreisrunde öffnungen e^, e^ durchbrochen sind, die einen Axialdurchlaß bilden. Der Körper IV enthält eine Wicklung 2V.

In dem Axialdurchlaß des Elektromagneten V gleitet ein Tauchkern W, dessen Länge gleich der des Durchlasses ist.

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Der Tauchkern ¥ ist auf einer Stange 4 befestigt, deren oberes Ende 5 in ein Gleitlager p^ eingreift und deren von einem Gleitlager p. geführtes,unteres Ende 6 als Schrägfläche 17 abgeschnitten ist, die mit dem einen oder dem anderen von fünf Einschnitten 9 zusammenarbeitet, welche in die Stange 3 des Hauptantriebsankers eingearbeitet sind. Eine Feder 10 sichert den Eingriff der Schrägfläche 17 der Stange 4 in die Einschnitte 9. Der HilfsElektromagnet V ist so angeordnet, daß, wenn sich der von der Stange 4 und dem Tauchkern W gebildete Anker in der beschriebe*- nen Stellung befindet, dieser Tauchkern W gegenüber dem Elektromagneten V verschoben ist, wobei die Größe dieser Verschiebung etwas größer als die Tiefe der Einschnitte 9 ist: daraus ergibt sich, daß, wenn der Elektromagnet V erregt ist, der Tauchkern ¥ sich gegenüber dem Körper IV axial zentriert, was die Schrägfläche 17 aus den Einschnitten 9 zurück zieht und den Anker des Hauptantriebs befreit, der sich dann ungehindert verschieben kann.

Im übrigen ist der Abstand zwischen den Einschnitten 9 gleich dem Axialabstand, der die verschiedenen Gleichgewichtsstellungen voneinander trennt, die der Anker des Linearmotors einnehmen kann und die in Fig. 2a bis 2e dargestellt sind.

¥ie ersichtlich, bildet das untere Ende der Stange 4 einen Riegel, der diesen Anker in der einen oder der anderen Position entsprechend den Einschnitten 9 mechanisch festlegt.

Der elektrische Speisestromkreis der vorstehend beschriebenen Vorrichtung, deren Linearmotor drei Elektromagnete umfaßt, was fünf verschiedene Positionen für den gemeinsamen Anker ergibt, ist in Fig. 3 veranschaulicht. Die zur Erregung der ¥icklungen 2A, 2B, 2C der Elektromagnete A, B, C bestimmten Signale a, b, c werden den Eingangsklemmen 19A, 19B, 19C zugeführt und wirken auf die bistabilen Kippschaltungen 2OA, 2OB, 2OC ein, wo sie gespeichert werden. Die Ausgänge 21A, 21B, 21C dieser bistabilen Kippschaltungen sind mit den ¥icklungen 2A, 2B, 2C über

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Tore 22A, 22B, 22C verbunden, deren Ausgänge an die Wicklungen angeschlossen sind. Diese Tore werden gleichzeitig von einem Signal z_ß gesteuert, das ihren Steuereingängen 34A, 34B, 3AC zugeführt und von einer gemeinsamen monostabilen Kippschaltung 23, deren Zeitkonstante einen Wert Tp hat, erzeugt wird. Diese Zeitkonstante ist mindestens gleich der Zeit, die der Anker und das mechanische Element, mit dem er verbunden ist, brauchen, um von einer Position in eine andere überzugehen. Der Eingang der Kippschaltung 23 ist mit dem Ausgang 30 einer UND-Schaltung 24 verbunden, die mit mehreren Eingängen 25A, 25B, 25C versehen ist und deren Zeitkonstante einen Wert T^ hat. Dieser Ausgang ist der"verzögerte" Ausgang der UND-Schaltung 24, d.h. derjenige, der die zweite Kante der Kippung trägt, deren erste Kante an einem "direkten" Ausgang 31 erscheint. Die Eingänge 25A, 25B, 25C der UND-Schaltung 24 sind mit den Ausgängen der bistabilen Kippschaltungen 2OA, 2OB, 2OC verbunden.

Die Nullstelleingänge 26Δ, 26B, 26C der letzteren sind mit dem Ausgang einer ODER-Schaltung 27 verbunden, deren Eingänge 28A, 28B, 28C mit den Eingangsklemmen 19A, 19B, 19C verbunden sind. Verzögerungselemente 29A, 29B, 29C sind zwischen diese Eingangsklemmen und die bistabilen Kippschaltungen 2OA, 2OB, 2OC in der Weise zwischengeschaltet, daß sie das Zurückstellen der letzteren auf Null vor der Speicherung der Signale a, b, c gewährleisten. Diese Verzögerungselemente haben alle dieselbe Zeitkonstante mit dem Wert T .

Die Wicklung 2V des Elektromagneten des Steuerorgans S der Verriegelungsvorrichtung ist mit dem Ausgang einer zweiten monostabilen Kippschaltung 32 verbunden, deren Eingang mit dem "direkten" Ausgang 31 der UND-Schaltung 24 verbunden ist. Die Zeitkonstante dieser zweiten monostabilen Kippschaltung 32 hat einen Wert T,.

Selbstverständlich umfassen sämtliche Tore 22A, 22B, 22C ebenso

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wie die mono stabile Kippschaltung 32 die erforderlichen Verstärkerstufen, um neben den beschriebenen logischen Funktionen die Leistungsversorgung der Wicklungen 2A, 2B, 2C einerseits und 2V andererseits zu gewährleisten.

Die elektrische Arbeitsweise der Speiseschaltung ist folgende. Es seien a, b, c die Signale, die zur Steuerung der Erregung der Elektromagnete A, B, C des Hauptantriebs bestimmt sind. Sie sind in Form sichtbarer Impulse in den drei ersten Diagrammen der Fig. 4 schematisiert. Sie erscheinen zu Zeitpunkten, die ψ von dem Verstellprogramm abhängen, das der bewegliche Anker des Antriebs ausführen soll; gewisse Signale erscheinen isoliert, wie die Signale a₁, bp und c«, während andere gleichzeitig erscheinen, wie die Signale b^ und c. oder a₂ und b,. Die erster en entsprechen der Einnahme der in Fig. 2a, 2c und 2e dargestellten Positionen durch den beweglichen Anker, die zweiten der Einnahme der in Fig. 2d und 2b dargestellten Positionen. Jedes dieser Signale veranlaßt seitens der ODER-Schaltung 27 die Aussendung eines Nullruckstellsignals x, das durch die im vierten Diagramm der Fig. 4 sichtbaren Impulse wiedergegeben wird: X₁ wird veranlaßt durch a^; X₂ durch b^ und C₁; x^ und Χλ durch bp bzw. C₂; X₁- durch a₂ und b-*. Mit einer durch

w die Verzögerungselemente 29A₅ 29B und 29C bewirkten Verzögerung mit dem Wert T veranlassen diese Signale das Kippen der bistabilen Kippschaltungen 2OA, 2OB und 2OC _f welche Kippung sich bis zum Erscheinen eines folgenden Signals a, b oder c aufrechterhält. So hält sich die Kippung mit dem Signal a^ der Kippschaltung 2OA, die mit der Verzögerung mit dem Wert T_Q von dem im Zeitpunkt t^ erschienenen Signal a^ bewirkt wurde, bis zu dem Zeitpunkt t₂ aufrecht, in dem die Signale b^ und C₁ erscheinen, die das Nullrückstell-Signal X₂ erzeugen; die Signale b₁ und C₁ veranlassen mit der Verzögerung des Wertes T_Q die Kippungen mit den Signalen b₁ ^f und C₁ ^f der Kippschaltungen 2OB bzw. 2OC, die sich bis zu dem Zeitpunkt t-, aufrechterhalten, in dem das Signal b₂ erscheint, welches den Nullrückstell-Signalimpuls x, erzeugt. Und so fort, wobei jeder Kippung eine

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Nullstellung vorangeht, die von dem durch die ODER-Schaltung 27 erzeugten Signal χ veranlaßt wird. Man kann also sagen, daß die bistabilen Kippschaltungen dazu führen, daß die Signale gespeichert werden, die an den entsprechenden Eingangsklemmen 19A, 19B, 19C erscheinen, wobei diese Speicherung so lange andauert, als ein folgendes Signal nicht die Position des beweglichen Ankers verändert. Sobald die Signale a¹, b', c^f an den Ausgängen 21A, 21B, 21C erscheinen, veranlassen sie das Kippen der UND-Schaltung 24. Die Vorderkanten-Impulse y dieser Kippungen lösen die monostabile Kippschaltung 32 aus, die infolgedessen die Erregung ζ der Wicklung 2V des das Verriegelungsorgan betätigenden Hilfselektromagneten V veranlaßt, was die Schrägfläche 17 der Stange 4 aus den Einschnitten 9 zieht und den Anker des Linearmotors freigibt. Die Hinterkanten-Impulse der Kippungen der UND-Schaltung 24, die den Vorderkanten-Impulsen mit einer Verzögerung mit dem Wert T₁ folgen, lösen die monostabile Kippschaltung 23 aus, was eines der Tore 22A, 22B, 22C öffnet und den gespeicherten Signalen a', b', c¹ erlaubt, die Erregungen a . b , c der Wicklungen 2A, 2B, 2C der Elektromagnete

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des Linearmotors M zu veranlassen. Die Zeitkonstanten mit den Werten T₁, T₂ und T-, der Kippschaltungen 24, 23 und 32 sind so gewählt, daß sie in der Reihenfolge die folgenden Vorgänge gewährleisten: Entriegelung, Verschieben des Ankers des Linearmotors, Wiederverriegelung desselben, und dies unter Berücksichtigung der Trägheit der zu bewegenden Elemente, insbesondere des von der Vorrichtung zu positionierenden, mechanischen Elements, das mit dem Anlenkungsteil des beweglichen Ankers H des Motors M verbunden ist.

Wie ersichtlich, hängt der Schritt, der die verschiedenen Positionen, die der bewegliche Anker einnehmen kann, voneinander trennt, von den Abständen ο und £, ab.

Bei dem in Fig. 1 dargestellten Beispiel sind die Abstände Q und £ unveränderlich. Die Erfindung sieht aber als Ausführungs-

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variante eine Anordnung vor, bei der der eine oder der andere dieser Abstände nach Wunsch geändert werden kann. Das läßt sich beispielsweise dadurch erreichen, daß die Elektronagnete A und C auf Gleitbahnen montiert werden längs deren sie nach Wunsch beiderseits des Elektromagneten B verschoben und in irgendwelchen Abständen <f befestigt werden können. In ähnlicher ^T/7eise sieht die Erfindung vor, daß die Kerne P und R beiderseits des Kerns Q längs der Stange 3 gleiten können und dort durch irgendein Mittel befestigt werden.

W Bei den oben beschriebenen Beispiel unfaßt die Vorrichtung einen Linearmotor nit drei Elektromagneten, was die Erzielung von fünf verschiedenen Positionen für den beweglichen Ankor erlaubt. Selbstverständlich ist das nicht die einzig mögliche Zahl der Elektronagnete. Die Vorrichtung kann in der Tat jede beliebige Anzahl von Elektromagneten umfassen, vorausgesetzt, daß diese Zahl mindestens gleich zwei ist. T/enn der Linearmotor zwei Elektromagnete und sein Anker zwei Kerne unfaßt, kann die Vorrichtung den letzteren drei verschiedene Stellungen erteilen, entsprechend der Erregung des einen oder des anderen der Elektromagnete und ihrer geneinsamen Erregung. Venn der Linearnotor drei gleich weit voneinander entfernte Slektronagoete enthält, die durch die Abstände oT voneinander getrennt sind, und sein Anker drei gleich weit voneinander entfernte Kerne, die durch Abstände £ voneinander getrennt sind, gibt es fünf Positioniernöglichkeiten, von denen drei der Erregung eines einzigen dieser drei Elektronagnete entsprechen und zwei der gleichzeitigen Erregung von zweien von ihnen; den Fall, in den alle drei Elektronagnete gleichzeitig erregt werden, gibt es nicht, es sei denn, wenn die Elelctronagnete gleiche Abstände voneinander haben ebenso wie die Kerne; in der Tat würde dieser Fall in Hinbliok auf die bei dieser Anordnung gegebene Symmetrie der äußeren Elenente gegnüber den mittleren den der Erregung eines einzigen nittleren Elektronagneten B entsprechen. Es ist benerkenswerty daß die Abstandsgleichheit zwisohen den Elektronagneten ebensowenig wie die zwischen den Kernen uner-

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läßliche Bedingungen darstellen. Tatsächlich führt, da die Größe eines Verstellschrittes von der Differenz cT- t zwischen dem zwei Elektromagnete trennenden Abstand S und dem zwei Kerne trennenden Abstand £ abhängt, die Abstandsgleichheit zwischen den Elektromagneten und die Abstandsgleichheit zwischen den Kernen zu übereinstimmenden Schritten. Wenn man Schritte unterschiedlicher Größen verwirklichen will, muß man von der Abstandsgleichheitsfeedingung, sei es zwischen Elektromagneten^ (unter Aufrechterhaltung der Abstandsgleichheit zwischen Kernen), sei es zwischen Kernen (unter Aufrechterhaltung der Abstandsgleichheit zwischen Elektromagneten), sei es sogar zwischen Elektromagneten und zwischen Kernen, abgehen.

Wie ersichtlich, verfügt der Konstrukteur über einen sehr großen Bereich von Möglichkeiten hinsichtlich der Wahl der Skala der von dem Anker einnehmbaren Positionen und hinsichtlich der Wahl der Größe der diese Positionen voneinander trennenden Stellschritte.

Selbstverständlich müssen die Lagen der Verriegelungs-Einschnitte 9 längs der Stange 3 in Abhängigkeit von der Skala der Positionen gewählt werden, die die gewählte Konstruktion dem beweglichen Anker erteilt, insbesondere in Abhängigkeit von der Größe der Stellschritte.

Schließlich ist die beschriebene Verriegelungseinrichtung nicht die einzig denkbare. Namentlich die Schrägflächenform, die dem unteren Ende 6 der Stange 4 gegeben wurde, verbessert lediglich die Genauigkeit der Positionierung. Falls eine besonders große Genauigkeit nicht erforderlich ist, läßt sich eine ganz gewöhnliche Verriegelung verwenden.

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Claims

Patentansprüche

Positioniervorrichtung mit Linear-Schrittschaltmotor, die dazu bestimmt ist _t ein mechanisches Element innerhalb einer Menge bestimmter, längs einer Geraden angeordneter Stellungen von einer Stellung in eine andere zu verschieben, gekennzeichnet durch einen elektrischen Linearmotor (M), der einen Stator (G) enthält, welcher mindestens zwei ringförmige, koaxiale Elektromagnete (A, B, C) umfaßt, die längs einer mit der Geraden zusammenfallenden Achse (i -i) angeordnet sind, und einen beweglichen, mit dem mechanischen Element verbundenen Anker (H), der mit mehreren, koaxialen Tauchkernen (P, Q, R) von mit der Zahl der Elektromagnete übereinstimmender Zahl versehen und so ausgebildet ist, daß er sich längs der Achse (i -i) im Inneren der Elektromagnete (A, B, C) verschieben kann, wobei die Länge der Tauchkerne im wesentlichen gleich der der entsprechenden Elektromagnete ist und die axialen Zwischenräume (£ ) zwischen aufeinander folgenden Tauchkernen verschieden von den axialen Zwischenräumen (<T ) zwischen den entsprechenden Elektromagneten sind, so daß die axiale Position des Ankers durch den Erregungszustand der Elektromagnete bestimmt wird; ein Verriegelungsorgan (U), das befähigt ist, den Anker in der einen oder anderen der Positionen festzulegen; und ein Steuerungsorgan (S), das befähigt ist, momentan das Verriegelungsorgan Jedesmal dann unwirksam zu machen, wenn der Anker seine Position ändern soll; wobei eine Steuereinrichtung zur einzelnen oder gemeinsamen Erregung gemäß den angegebenen Erregungszuständen jedes der Elektromagnete des Schrittschalt-Motors während einer Erregungsdauer vorgesehen ist, die mindestens gleich der Zeit ist, die sein Anker braucht, um von einer früheren in die einem neuen Erregungszustand entsprechende Position überzugehen, und um das Steuerorgan in der Weise zu betätigen, daß die Verriegelungs-

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vorrichtung jedesmal dann unwirksam gemacht wird, wenn ein neuer Erregungszustand erzeugt wird, und vor dem Ablauf der Erregungsdauer wirksam gemacht wird.
2. Positioniervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß. der Anker (H) mit einer Reihe von Einschnitten (9) versehen ist, die an den von dem Anker einzunehmenden Positionen entsprechenden Stellen angeordnet sind, daß das Verriegelungsorgan (U) einen Riegel (8) umfaßt, der unter der Wirkung einer Feder (10) in die Einschnitte (9) einzugreifen vermag, wobei das Steuerorgan (S) so ausgebildet ist, daß es den Riegel (8) unter der Wirkung einer der von der Feder (10) auf ihn ausgeübten entgegengesetzten Kraft aus den Einschnitten (9) auszuheben vermag.
3. Positioniervorrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Steuerorgan (S) einen Hilfs-Elektromagneten (V) mit einem Tauchkern (W) umfaßt, der mit dem Riegel (8) verbunden ist.
4. Positioniervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuervorrichtung einen elektronischen Stromkreis umfaßt, der eine Gruppe von Steuer-Signalen (a, b, c) entsprechend einem gegebenen Erregungszustand zu speichern vermag, wobei die Speicherung bis zum Erscheinen der Gruppe von Steuer-Signalen entsprechend einem neuen Erregungszustand dauert.
5. Positioniervorrichtung nach Anspruch 1 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß der elektronische Stromkreis eine Gruppe übereinstimmender Kanäle enthält, von denen jeder bei der Speisung eines Elektromagneten des Linearmotors (M) herangezogen wird und mit einem Eingang (19A, 19B, 19C) versehen ist, der zum Empfang eines für den entsprechenden Elektromagneten (A, B, C) bestimmten Steuersignals (a, b, c) dient, sowie mit

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einem mit diesem Elektromagneten verbundenen Ausgang (33A, 33B, 33C), wobei jeder dieser Kanäle eine bistabile Kippschaltung (20Δ, 2OB, 20C) enthält, deren Eingang mit dem Eingang des Kanals unter Zwischenschaltung eines Verzögerungselements (29A, 29B, 29C) verbunden ist und deren Ausgang mit dem Ausgang des Kanals unter Zwischenschaltung eines Tors (22A, 22B, 22C) verbunden ist, und jede Kippschaltung mit einem Hilfs-Eingang bzw. Nullrückstelleingang (26A, 26B, 26C) versehen ist, der mit dem Ausgang einer ODER-Schaltung (27) verbunden ist, deren Eingänge (28A, 28B, 28C) mit den Eingängen der Kanäle verbunden sind, und wobei Hilfs- oder Steuereingänge (34A, 34B, 34C) mit dem Ausgang einer ersten monostabilen Kippschaltung (23) verbunden sind, deren Zeitkonstante einen Wert (T₂) hat, der gleich der Erregungsdauer ist, und wobei der Eingang der monostabilen Kippschaltung (23) mit dem verzögerten Ausgang (30) einer gemeinsamen UND-Schaltung (24) verbunden ist, deren Eingänge (25A, 25B, 25C) mit den Ausgängen (21A, 21B, 21C) der bistabilen Kippschaltungen (2OA, 2OB, 20C) verbunden sind, sowie dadurch, daß der Stromkreis außerdem eine zweite monostabile Kippschaltung (32) umfaßt, deren Eingang mit dem direkten Ausgang (31) der UND-Schaltung (24) verbunden ist und deren Ausgang (33V) mit dem Steuerorgan verbunden ist, wobei der Wert (T,) der Zeitkonstanten der zweiten monostabilen Kippschaltung (32) kleiner als die Erregungsdauer vermehrt um den Wert (T^) der Verzögerung ist, den der verzögerte Ausgang (30) gegenüber dem direkten Ausgang (31) der UND-Schaltung (24) hat.

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