Motor zur direkten Erzeugung einer gradlinigen Bewegung Die Erfindung betrifft einen Motor zur direkten Erzeugung einer gradlinigen Bewe gung, bei der elektromagnetisch betätigte Anker mittels einer Reibungskupplung ein i\bertragungsorgan in der Anzugsriehtung des Ankers fortbewegen. Diese Motoren eignen sieh besonders für die Steuerung von Röntgen geräten; sie werden häufig als Schrittmotoren bezeiehnet.
Derartige Motoren eignen sich besonders gut für Regelzwecke, da sie beim Einschalten der Betriebsspannung sofort. anlaufen und beim Abschalten sofort stehenbleiben. In die sen Punkten sind sie besonders den Motoren mit rotierendem Anker überlegen, die eine ge wisse Anlauf- und Auslaufzeit benötigen. Die bisherigen Schrittmotoren konnten sich jedoch nicht durchsetzen, da sie bestimmte Mängel aufweisen. Diese bestellen darin, dass die Über tragungssysteme der bisherigen Schrittmotoren ini Betrieb flatterten und hämmerten, wodurch der Vorschub des Übertragungssystems unsicher und ungenau wurde.
Der neue Sehrittmotor zur direkten Erzeugung einer gradlinigen, gleiehsinni- fortschreitenden Bewegung ent hält Magnetsysteme, bestehend aus Magnet spulen, Magnetkernen und Magnetankern, deren hin und her bewegte Anker (Arbeits anker) über eine Reibungskupplung mit einem als Stange ausgebildeten Übertragungsorgan in Antriebsverbindung stehen. Die Erfindung besteht darin, dass jedes Magnetsystem meh- rere zum Übertragungsorgan symmetrisch an geordnete und mit je einer Reibungskupplung über Arbeitsanker zusammenwirkende Pol flächen der .Magnetkerne aufweist.
Es ist vorteilhaft, die symmetrisch angeordneten Pol flächen der Magnetkerne verschiedenen ma gnetischen Kreisen zuzuordnen und auf je einen Anker wirken zu lassen, wobei die Ma gnetanker von den Magnetkernen getrennt auf dem Übertragungsorgan angeordnet sind. Die symmetrisch zum Übertragungsorgan liegen den Reibungskupplungen sind zweckmässig durch ein Glied miteinander verbunden, das um eine zur Übertragungsriehtung senkrech ten Achse federnd knickbar ist. Die hier durch erreichte Verklemmung kann auch da durch erzielt werden, dass das Übertragungs organ durch den Kreuzungspunkt scherenartig. angeordneter Kupplungshebel mit vier zur Längsachse des Übertragungsorgans symme trischen Druckflächen verläuft, zwischen denen das Übertragungsorgan durch an den Kupp lungshebelenden wirkende Federn eingeklemmt ist.
Inder nachfolgenden Beschreibung werden verschiedene Ausführungsbeispiele der Erfin dung an Hand der beigefügten Figuren er läutert.
In der Fig. 1 ist die Anordnung eines Sehrittmotors mit getrennten magnetischen Kreisen für jeden Anker im Längsschnitt sche matisch dargestellt. Eine ringförmige Magnet- spule 1 ist auf gegenüberliegenden Seiten einer als Übertragungsorgan dienenden Stange von kreisförmigem Querschnitt von zwei huf eisenförmigen Eisenkörpern 3, -1 umgeben, die auf einer CTrundplatte 5 befestigt sind. Die Magnetanker 6, 7 sind in gewissen Grenzen allseitig kippbar auf den Bolzen 8, 9 angeord net, die wiederum an je einem Kupplungsglied 10, 11 starr befestigt sind. Je eine Feder 12, 13 verursacht eine gewisse Reibung in den Ku gelgelenken der Bolzen 8, 9.
Die beiden Kupp lungsglieder 10, 11 weisen verrundete, dem Durchmesser der Stange 2 angepasste Rei bungsflächen auf und sind über eine Blatt feder 14, die mit einer Aussparung für den freien Durchtritt der Stange ? versehen ist, miteinander verbunden. Eine die Stange 2 umfassende Schraubenfeder 15, die sieh ein seitig auf der Grundplatte 5 abstützt, hat. die Aufgabe, nach jedem Anziehen der Magnete den Klemmechanismus mit den Ankern 6, 7 in die Ruhelage zurückzuführen und befindet sich normalerweise im entspannten Zustand.
Wenn die Magnetspule 1 Strom führt, werden die Kupplungsglieder 10 und 11 an die Stange gedrückt, wobei die Blattfeder 14 als Gelenk zwischen ihnen dient und die den Druekkrä.f- ten auf die Stange entsprechende Zugkraft aufzunehmen hat. Wesentlich ist, dass die Feder 14 schon im entspannten Zustand in der Mitte nach oben durchgebogen ist und dadurch die Klemmbacken von vornherein an die Stange drückt. Hierdurch wird verhindert, dass der Klemmechanismus im Moment des Anziehens durchrutscht. Der Klemmechanis mus wird vielmehr von Beginn der Anzugs bewegung der Anker 6, 7 an in deren Anzugs richtung mitgeführt.
Beim Nachlassen der magnetischen Kräfte wird der Klemmechanis mus durch die Feder 15 wieder in die Aus gangslage zurückgeführt, wobei die Klemm backen auf der Stange 2 gleiten, die infolge ihrer Trägheit in ihrer Lage verbleibt. Beim Betrieb der Magnetspule 1 mit Wechselstrom oder mit pulsierendem Gleichstrom wird die Stange 2 daher schrittweise in der Anzugs richtung der Anker 6, 7 fortbewegt. In der Fig. 2 ist ein Schrittmotor im Längs schnitt schematisch dargestellt, der sich von der Anordnung nach der Fig. 1 durch einen verbesserten Klemmechanismus unterscheidet. Die übereinstimmenden Teile der Anord nungen beider Figuren sind mit gleichen Be zugsziffern bezeichnet.
Eines der beiden Kupplungsglieder 16 des Klemmechanismus der Anordnung nach Fig. ? ist in der Fig. 3 in perspektivischer Ansicht dargestellt. Zwei der in der Fig.3 dargestellten Kupplungs glieder 16 sind, wie aus der Fig. J zu ersehen ist, derart ineinandergesehoben, da.ss die Stange an zwei Stellen von je zwei gegenüberliegenden Klemmbacken der beiden Kupplungsglieder 16 umfasst wird.
Die beiden Kupplungsglieder werden durch zwei sogenannte Spreizfedern 14a, lob, die an die Stelle der Blattfeder 1-1 in Fig. 1 treten, an die Stange \? gedrückt. Die Wirkungsweise der Anordnung entspricht der jenigen der Anordnung nach der Fig. 1, nur mit dem Unterschied, dass die Stange jetzt von insgesamt vier Klemmbacken umfasst und fort bewegt wird, wodurch sieh die an jeder Druck stelle auf die Stange ausgeübte Druckkraft (unter sonst gleichen Umständen) auf die Hälfte verringert und somit die Abnützung der Klemmbacken und der Stange vermindert wird.
Ein weiterer Klemmechanismus ist in der Fig. 5 im Längsschnitt schematisch dargestellt. Auf gegenüberliegenden Seiten einer Vier- l:antsta.nge 20 sind je zwei scherenartig mit einander verbundene Kupplungshebel 25, 26 angeordnet, die mit einem Ende gelenkig mit den Ankern 27, 28 verbunden sind. An einan der gegenüberliegenden Kupplungshebelteilen sind vier Klemmbolzen 21, 22, 23, 24 befestigt, die durch die Spreizfedern 29, 30 gegen die Vierkantstange gedrückt. werden.
Beim Anzug der Anker<B>27,</B> '?8 suchen sieh die durch die Kupplungshebel gebildeten Scheren zu schlie ssen, wodurch die Stange 20 zwischen den Klemmbolzen eingeklemmt wird und im wei teren Verlauf der Anzugsbewegung der Anker 27, 28 in Pfeilrichtung fortbewegt wird.
In der Fig. 6 ist, ebenfalls im Längsschnitt. ein Schrittmotor, der für den Betrieb mit pulsierendem Gleichstrom vorgesehen ist, mit einem Klemmechanismus nach der Fig. 5 dar gestellt. Je zwei ringförmige Spulen 31, 32 bzw. 33, 34 sind in den Ausschnitten je zweier Eisenkörper von H-förmigem Querschnitt. 35, 36 bzw. 37, 38 angeordnet. Die Spule 31 dient zur Betätigung der Arbeitsanker 39, 40 für die Bewegung der Vierkantstange 43 in der 1'feilriehtung 44 und die Spule 34 zur Betäti gung der Arbeitsanker 41, 42 für die Bewe gung der Stange 43 in der Pfeilrichtung 45.
Die Halteanker 46,47 sollen ein Durchrutschen der in Pfeilrichtung 44 angetriebenen Stange 43 entgegen ihrer Arbeitsrichtung während d(,r Rückführung der Arbeitsanker 39, 40 in ihre Ausgangslage verhindern. Zu diesem Zweck wird während des Betriebes des Motors in Pfeilrichtung 44 die den Halteankern 46, 47 zugeordnete Spule 33 kontinuierlich von Gleichstrom durchflossen, so dass die Anker 46, 47 ständig angezogen sind. Bei einer Bewe gung der Stange 43 in Pfeilrichtung 45, das beisst entgegen ihrer Arbeitsrichtung, würde sich die von den Halteankern 46, 47 einseitig festgehaltene Schere zu schliessen suchen und daher über ihre Klemmbolzen die Stange 43 festhalten.
Bei der Bewegung der Stange 43 in entgegengesetzter Richtung (Arbeitsrich tung) wird die Schere dagegen geöffnet. und bietet daher dem Antrieb der Stange 43 keinen Widerstand.
Bei dem Antrieb der Stange 43 in der Pfeilrichtung 4.5 wirkt die Schere bei nunmehr ständig angezogenen Halteankern 48, 49 in entsprechender Weise für eine Bewegung der Stange 43 in der Pfeilrichtung 44 hemmend.
Für den Betrieb der Halteanker 46, 47, 48, 49 wird nur ein geringer Luftspalt benötigt, so dass bei geringem Magnetisierungsstrom eine hohe Anzugskraft. erzielt werden kann. Aus diesem Grunde können, wie auch in der Fig. 6 verdeutlicht ist, die Haltespulen kleiner als die Arbeitsspulen sein.
Zur Erregung des Schrittmotors der Fig. 6 mit pulsierendem Gleichstrom kann eine Schal- i ungsanordnung dienen, die nachfolgend an Hand der Fig. 7 erläutert werden soll. Die Spulen 51, 54 bzw. 52, 53 der Fig. 7 entsprechen den Arbeitsspulen 31, 34 bzw. .Haltespulen 32, 33 der Fig.6. Eine Gleich spannungsquelle 55 dient zur Lieferung des Arbeits- und Haltestromes der Spulen 51, 54 und 52, 53.
Durch ein Relais 56 kann die Be wegungsrichtung des Motors umgeschaltet wer den, indem jeweils eine der Haltespulen 53 oder 52 direkt mit der Gleichspannungsquelle 55 und gleichzeitig die entsprechende Arbeits spule 51 oder 54 mit der Anordnung zur Er zeugung von Gleichstromstössenverbunden wer den. Die letztere enthält einen Ladekondensator 65 , der über einen Ladewiderstand 57 ständig mit der Gleichspannungsquelle 55 verbunden ist und sich über die eingeschaltete Arbeits spule 51 bzw. 54 entladen kann, wenn eine im Entladungskreis angeordnete Gastriode 58 zur Zündung gebracht worden ist. Zur Steue rung dieser Gastriode dient die Spannung eines zwischen Gitter und Kathode geschal teten Steuerkondensators 59.
Der Arbeits spule 51 bzw. 54 ist ein Relais 60 parallel ge schaltet, das während jedes Entladungsstosses des Kondensators 56 erregt wird und durch Schliessung seines Kontaktes 61 eine Auf- Ladung des Steuerkondensators 59 über den Widerstand 62 von der Gleichspannungsquelle 63 bewirkt.
Dadurch wird der Steuerkonden sator 59 aufgeladen und damit das Gitter der Gastriode 58 negativ vorgespannt, so dass die Gastriode 58 nach Ablauf der ersten Halb periode der stark gedämpften Entladung des Kondensators 65 wieder so lange gesperrt wird, bis ihr Gitterpotential infolge Entladung des Kondensators 59 über den parallel geschalteten Entladungswiderstand 64 genügend angestiegen ist, woraufhin ein neuer Stromstoss durch die Arbeitsspule erfolgt. Durch Veränderung des Entladungswiderstandes 64 lässt sich die Im pulsfolge und damit die Bewegungsgeschwin digkeit des Übertragungsorgans des Motors in weiten Grenzen regeln. Durch Auftrennen der Kathodenzuleitung der Gasdiode wird der Schrittmotor abgestellt.
Mit einem durch Gleichstromimpulse be triebenen Schrittmotor lassen sich mit Energie quellen geringer Kapazität grosse Zug- oder Schubkräfte, z. B. mit einigen normalen Rund funktrockenbatterien Kräfte bis zu 100 kg er zielen.
Besonders bei den für Gleichstromimpuls betrieb voergesehenen Schrittmotoren wirkt sich eine starre Kupplung des Übertragungs organs mit dem anzutreibenden System wegen der verhältnismässig grossen Einzelschritte der Arbeitsanker ungünstig aus. Es ist daher vor teilhaft, zwischen das Übertragungsorgan (Schubstange) und das anzutreibende Sy stem ein elastisches und dämpfendes Element einzuschalten. Zweckmässige Ausführungsfor men derartiger Dämpfungsglieder sind in den Fig. 8 und 9 dargestellt.
Nach der Fig. 8 ist in einem mit einer Schraubkappe 70 versehenen Gehäuse 71 eine Pufferfeder 72 unter starker Vorspannung zwischen zwei lose in dem Gehäuse gelagerten Scheiben 73, 74 angeordnet. Die Schubstange 75 eines Schrittmotors ist mit zwei Bünden 83, 84 versehen, die innerhalb von Bohrungen im Boden und in der Kappe des Gehäuses 71 angeordnet sind und gegen die durchbohrten Scheiben 73, 74 anliegen. Das anzutreibende System ist mittels der Ansätze 76, 77 des Ge häuses 71 mit diesem starr verbunden. Wird der Schubstange 75 eine langsame kontinuier liche Bewegung erteilt, so erfährt die Puffer feder 72 keine. Verkürzung, solange die Schub kraft die Spannung der Feder 72 nicht über steigt.
Bei stossweiser Bewegung werden die durch die Schubstange 75 in beiden Richtun gen ausgeübten Stosskräfte, die den Betrag der Federkraft übersteigen, von der Feder abgefangen und nach dem Nachlassen der Schubkräfte auf das anzutreibende System übertragen.
Zur Dämpfung der bei der Entspannung der Pufferfeder auftretenden Beschleunigungs kräfte kann eine Luftdämpfung nach Fig. 9 dienen. In der Fig.9 sind für die mit der vorstehend beschriebenen Anordnung überein stimmenden Teile die gleichen Bezugszeiehen wie in Fig.8 gewählt. Die Scheiben 73, 74 der Anordnung nach der Fig. 8 sind durch in das Gehäuse luftdicht eingepasste Kolben 78, 79 ersetzt, zwischen denen wiederum die Pufferfeder 72 mit starker Vorspannung ein gesetzt ist.
Die Schubstange 75 ist in mitt leren Bohrungen der Kolben 78, 79 luftdicht verschiebbar eingepasst. In der Gehäusewand befindet sich ein Auslassventil 80, durch das die Luft im Innern des Gehäuses beim Zu sammendrücken der Pufferfeder 72 durch die Schubstange 75 ungehindert ausgestossen wer den kann, während bei der Ausdehnung der Pufferfeder 72 die Luft durch einen engen Kanal 81, dessen Querschnitt durch eine Schraube 82 veränderbar ist, nur langsam in das Gehäuse eingesaugt werden kann, so da.ss eine plötzliche Entspannung der Pufferfeder 72 verhindert wird.
Besondere Haltemechanismen, die, wie im Falle der Anordnung nach Fig. 6 die Aufgabe haben, ein Durchrutschen des Übertragungs- organs während der Rückführung der Arbeits anker zu verhindern, sind entbehrlich, wenn man bei einem Schrittmotor mehrere Arbeits anker vorsieht, zwischen deren Arbeitstakte Phasenverschiebungen aufrechterhalten wer den. Dieses Prinzip ist bei einem in der Fig. 10 dargestellten Schrittmotor angewandt, dessen il,lagnetsysteme je durch eine der drei Phasen spannungen eines Drehstromnetzes erregt wer den.
Der Aufbau des Klemmechanismus die ses Motors entspricht demjenigen des in der Fig. 6 dargestellten Motors, nur mit dem Un terschied, dass hier alle mit den Kupplungs hebeln verbundenen Anker als Arbeitsanker betrieben werden. Die gegenüber der Anord nung nach der Fig. 6 abweichende Ausbildung der Magnetsysteme, bei der für mehrere Sy steme eine grosse, das Übertragungsorgan um fassende Spule zur Erregung der magneti schen Kräfte dient, während hier für jedes Magnetsystem eine besondere Spule vorge sehen ist, bietet die Vorteile geringerer magne tischer Streuverhiste und geringeren Kupfer aufwandes.
Ferner wird die bei der Anord nung mit einer das Übertragungsorgan um fassenden Spule mögliche Magnetisierung von Bauteilen des Motors (Schubstange, Klemm- mechanismus) sowie die Induktion von Wirbel strömen in diesen Bauteilen vermiede. Die jeweils paarweise parallel geschalteten Spulen 90, 91; 92, 93 und 94, 95 dienen zum Antrieb der Schubstange 96 in der Pfeilrich tung 97 und werden zu diesem Zweck von je einer Phasenspannung R, S, <I>T</I> eines Dreh stromnetzes gespeist, während die Spulen 98, 99; 100, 101 und 102, 103 entsprechend für den Antrieb der Schubstange 96 in der Pfeil richtung 104 dienen.
Da jeder Anker während jeder Weehsel- stromperiode zweimal angezogen wird, so führt der Motor - beim Betrieb mit 50periodigem Wechselstrom - 300 Schritte pro Sekunde aus, wobei eine fast gleichförmige Bewegung des Übertragungsorgans erzielt wird. Ein ein- faehes mechanisches Dämpfungsglied, etwa ein in CTummi gelagerter Bolzen, reicht in diesem Falle aus, um die geringe Ungleichförmigkeit der auf das anzutreibende System übertra genen Bewegung auszugleichen.
Durch die Parallelschaltung der zusammen wirkenden Spulen wird eine weitgehende Sym metrie der magnetischen Kräfte erzwungen, da jede Spule für sich eine der aufgedrüekten Spannung entsprechende EMK liefern muss. Bei der für beide Magnetsysteme gemeinsamen Spule nach Fig. 1 oder 2 verteilt sich dagegen der magnetische Fluss entsprechend den Luft spalten der Anker eventuell unsymmetrisch.
Für einen Motor, der grössere Kräfte zu über tragen hat, ist es notwendig, den Klemmecha nismus in dem Sinne zu verbessern, dass die an jeder Klemmstelle auf das übertragungs- organ ausgeübten Kräfte verringert werden, uni die Abnützung der Klemmteile und des Übertragungsorgans herabzusetzen. In einer in der Fig.11 dargestellten Ausführungs form geschieht dies durch eine Auflösung der Vierkantstange der Fig. 5 in zwei Flachstan gen 1.1.0 und 111, zwischen denen ein mit. den Kupplungshebeln gelenkig verbundenes Druck stück 112 angeordnet. ist.
Auf diese Weise werden insgesamt acht Druckstellen geschaf fen, wodurch sich die an jeder einzelnen Druckstelle übertragene Kraft gegenüber der Anordnung nach der Fig. 5 (unter sonst glei- elien Umständen) auf die Hälfte verringert.
In der Verfolgung dieses Prinzips zur Erzie- hing einer verringerten Druckbeanspruchung der Schubstange kann diese nach Fig.12 durch eine Anzahl in einem Rahmen eingespannter Bänder 113 bis<B>116</B> ersetzt werden, zwischen denen - ähnlich wie bei Lamellenkupplun- gen - vom Anker kraftschlüssig mitgenom mene Drucklamellen 117 bis 119 angeordnet sind. Die Abnützung der Klemmteile und der Schubstangen lässt sich nach Fig.13 weiter herabsetzen, wenn durch auf die Druckbolzen aufgeschobene Gleitschuhe 120, 121 die Druck kräfte auf eine grössere Fläche der Schubstan gen verteilt werden.
Bei den bisher beschriebenen Motoren kann das Übertragungsorgan im stromlosen Zustand des Motors unter Überwindung der durch den Klemmechanismus ausgeübten Reibungskräfte verschoben werden. Dieser Umstand kann bei kleinen Motoren von Vorteil sein, um eine Ver schiebung des Übertragungsorgans auch un mittelbar von Hand durchführen zu können. In vielen Fällen ist es jedoch erwünscht, dass die Schubstange bei ausgeschaltetem Motor gegen Verschiebungen gesperrt ist. Eine der artige Sperrung des Motors lässt sich durch einen Mechanismus erzielen, der an Hand der Fig.14 erläutert werden soll.
Ein Haltestück 130 ist durch den Bolzen 131 raumfest angeordnet und dient zur Füh rung der in zwei Flachstangen 132, 133 auf geteilten Schubstange sowie als Widerlager für einen Klemmechanismus zur Sperrung der Schubstangen.
Dieser Klemmechanismus besteht wieder ähnlich dem Klemmechanismus nach der Fig. 11 aus je zwei zu beiden Seiten der Stan gen 132, 133 angeordnete scherenartig mitein ander verbundene Hebeln 134, 135, die je zwei Druckbolzen 136 bis 139 aufweisen und im Kreuzungspunkt durch ein zwischen den Flachstäben 132, 133 angeordnetes Druck stück 140 verbunden sind. Zwei Spreizfedern 145, 146 dienen dazu, die Druckbolzen mit leichtem Druck gegen die Stangen 132, 133 zu drücken.
Je nach der Richtung der an die Schubstangen angreifenden Kraft stützen sich zwei der an den Hebelenden angeordneten Stützbolzen 141. bis 144 an dem Haltestück 130 ab, wodurch die Schere 134, 135 sich zu schliessen sucht und die Schubstangen 132, 133 sperrt. Der schematisch angedeutete Schritt motor 147 ist lose auf den Schubstangen 132, 133 angeordnet und greift mit den Teilen 148, 149 klammerartig um das Haltestück 130 und die Stützbolzen 141 bis 144.
Wird der Motor im Sinne einer Bewegung der Schub stangen in Pfeilrichtung betrieben, so wird sich der Motor mit dem klammerartigen An satz 148, 149 gegen die Stützbolzen 143, 144 abstützen und den Sperrmechanismus ent- sperren. Werden die Sehubstangen 132, 133 durch eine nach unten gerichtete Kraft be lastet, und soll die Schubstange ebenfalls in dieser Richtung angetrieben werden, so wird sich der Motor gegen die Bolzen 141, 142 ab stützen und den Klemmechanismus entsperren; die Stangen 132, 133 können jedoch durch die angreifende Kraft nicht schneller bewegt wer den, als es der Schubgeschwindigkeit des Mo tors entspricht.
Wegen der vollständig symme trischen Verhältnisse des Klemmechanismus ist seine Funktion bei entgegengesetzter Arbeits richtung des Motors genau die gleiche.
Im folgenden soll an Hand der Fig. 15 bis 21 ein Schrittmotor beschrieben werden, bei dem ähnlich wie bei der Anordnung nach der Fig. 6 Halteanker vorgesehen sind, die jedoch nicht mehr durch einen kontinuierlich flie ssenden Gleichstrom betätigt werden, sondern durch einen -NV echselfluss erregt werden, der gegenüber dem Wechselfloss zur Betätigung der Arbeitsanker phasenverschoben ist.
Das Magnetsystem des Motors ist in den Fig.15 und 16 im Vertikalschnitt und in der Draufsicht dargestellt. Eine ringförmige Spule 150 ist mit vier hufeisenförmigen Eisen körpern 151 bis 154 versehen, von denen zwei einander gegenüberliegende Eisenkörper 153, 154 kupferne Kurzschlussringe 155 bis 158 auf weisen, die eine Phasenversehiebung des ma gnetischen Wechselflusses in den Eisenkörpern 153, 154 bewirken.
Der Klemmechanismus des Motors besteht aus vier gleichen Elementen, von denen eines in den Fig. 17 bis 19 in perspektivischer An sicht, im Schnitt und in der Draufsicht darge- stellt ist. An den Enden eines Klemmbacken hebels 160 nach der Fig. 17 sind mittels der Bolzen 161, 162 ein Halteankerplättchen 1.64 und ein Arbeitsankerplättchen 163 in gewissen Grenzen allseitig kippbar befestigt. Eine er forderliche Reibung in den Kugelgelenken wird im Falle des Halteankerplättchens 164 durch eine den Bolzen 1.61 umgebende Schrau benfeder 16.5 und im Falle des Arbeitsanker p'lättchens 163 durch die aufgebogenen Enden 166,
167 zweier auf dem Plättchen 163 auf genieteter Blattfedern 168, 169 erzielt, deren äussere Enden durch an den Plättchen 163 aus gebildete Gegenlagen 170, 171 leicht vorge spannt sind.
Zwei der in den Fig. 17 bis 19 dargestell ten Elemente werden, wie in Fig.10 darge stellt, ineinandergeschoben, so dass je ein Ar beitsanker und ein Halteanker übereinander zu liegen kommen. Zwei derartige Hebelpaare werden, wie aus der Fig.20 zu ersehen ist, kreuzweise übereinandergelegt, so dass sich je vier Ankerplättchen in einer Ebene be finden, die jeweils zum Betrieb des Motors in einer Arbeitsriehtung bestimmt sind und zu diesem Zweck je einem der in den Fig. 15 und 16 dargestellten Magnetsysteme gegen über angeordnet werden.
Wie aus der Fig.21 zu ersehen ist, sind Spreizfedern 172 zum Auseinanderspreizen des Klemmechanismus im Innern der hohlen Bol zen 161 angeordnet, wodureh sich der Klemm- mechanismus auch durch Abnützung hervor gerufenen Ungleichmässigkeiten des Schub stangendurchmessers stets anpasst.
An den Innenkanten der Arbeitsankerplättehen 163 sind je zwei Bohrungen vorgesehen, in denen Stäbe 173, 174, die die sich in einer Ebene gegenüberliegenden Arbeitsankerplättchen mit einander verbinden, verschiebbar geführt sind, um ein Kippen der Plättchen in der zu den Stabachsen senkrechten Richtung zu verhin dern. Eine Parallelführung der Arbeitsanker in der Richtung der Stäbe 173, 174 wird durch die Blattfedern 168, 169 erzielt, die bei der Anzugsbewegung der Ankerplättchen auf (nicht dargestellte) Justierschrauben stossen, wodurch die erforderliche Ausrichtung der Plättchen erzielt wird.
Im weiteren Verlauf der Anzugsbewegung der Anker wird die Spannung der Blattfedern durch die magneti- sehen Kräfte überwunden. Nach dem Nach lassen der magnetischen Anzugskräfte bewir ken die Blattfedern 168, 169 die parallele Rückführung der Arbeitsanker.
Der durch die Kurzsehlussringe der Halte ankermagnetsysteme hervorgerufene phasen verschobene Fluss ist naturgemäss schwächer als der für die Arbeitsanker wirksame Haupt fluss; daher arbeiten die Halteanker ohne l'uftspalt lediglich in der Weise, die Schub stange während der Rückführung der Arbeits anker festzuhalten, und sind mit keinen Rück liolfedern versehen. Selbstverständlich lassen sich die Halteanker in der vorbeschriebenen Anordnung auch als Arbeitsanker ausbilden, wenn man für eine Verstärkung des phasen verschobenen V@'echselflusses Sorge trägt.
The invention relates to a motor for the direct generation of a rectilinear movement, in which electromagnetically actuated armatures move a transmission element in the tightening device of the armature by means of a friction clutch. These motors are particularly suitable for controlling X-ray machines; they are often referred to as stepper motors.
Such motors are particularly suitable for control purposes, since they are immediately activated when the operating voltage is switched on. start up and stop immediately when switched off. In these respects they are particularly superior to motors with rotating armatures, which require a certain start-up and run-down time. However, the previous stepper motors could not prevail because they have certain shortcomings. These order that the transmission systems of the previous stepper motors fluttered and hammered in operation, making the advance of the transmission system unsafe and imprecise.
The new step motor for the direct generation of a straight-line movement that progresses in the same direction contains magnet systems consisting of magnet coils, magnet cores and magnet armatures, the armatures of which are moved back and forth (working armature) are in drive connection via a friction clutch with a transmission element designed as a rod. The invention consists in that each magnet system has several pole surfaces of the .Magnetic cores which are symmetrically arranged with respect to the transmission element and which each interact with a friction clutch via working anchors.
It is advantageous to assign the symmetrically arranged pole surfaces of the magnetic cores to different ma gnetic circles and to allow each one to act on an armature, the Ma gnetanker are arranged separately from the magnetic cores on the transmission member. The symmetrical to the transmission member are the friction clutches are conveniently connected to each other by a member that is resiliently articulated about an axis perpendicular to the transmission device th. The jamming achieved here can also be achieved because the transmission organ passes through the crossing point like scissors. arranged clutch lever with four symmetrical pressure surfaces to the longitudinal axis of the transmission member runs, between which the transmission member is clamped by springs acting on the coupling lever ends.
In the following description, various exemplary embodiments of the invention are explained using the accompanying figures.
In Fig. 1, the arrangement of a step motor with separate magnetic circuits for each armature in longitudinal section is shown cally. An annular magnetic coil 1 is surrounded on opposite sides of a rod with a circular cross-section serving as a transmission element, and is surrounded by two hoof-iron-shaped iron bodies 3, -1 which are attached to a circular plate 5. The armature 6, 7 are tiltable on all sides on the bolts 8, 9 net angeord, which are in turn rigidly attached to a coupling member 10, 11 within certain limits. A spring 12, 13 each causes a certain amount of friction in the ball joints of the bolts 8, 9.
The two coupling members 10, 11 have rounded, the diameter of the rod 2 adapted Rei environment surfaces and are on a leaf spring 14, which with a recess for the free passage of the rod? is provided, connected to each other. A coil spring 15 comprising the rod 2, which is supported on one side on the base plate 5, has. the task of returning the clamping mechanism with the anchors 6, 7 to the rest position after each tightening of the magnets and is normally in the relaxed state.
When the magnetic coil 1 carries current, the coupling members 10 and 11 are pressed against the rod, the leaf spring 14 serving as a hinge between them and having to absorb the tensile force corresponding to the pressure on the rod. It is essential that the spring 14 is already bent upwards in the center in the relaxed state and thereby presses the clamping jaws against the rod from the outset. This prevents the clamping mechanism from slipping at the moment of tightening. The Klemmechanis mus is rather from the beginning of the tightening movement of the armature 6, 7 carried along in the tightening direction.
When the magnetic forces decrease, the Klemmechanis mus is returned to the starting position by the spring 15, the clamping jaws slide on the rod 2, which remains in position due to its inertia. When operating the solenoid 1 with alternating current or with pulsating direct current, the rod 2 is therefore gradually moved in the direction of attraction of the armature 6, 7. In Fig. 2, a stepper motor in longitudinal section is shown schematically, which differs from the arrangement of FIG. 1 by an improved clamping mechanism. The corresponding parts of the arrangements in both figures are denoted with the same reference numbers.
One of the two coupling members 16 of the clamping mechanism of the arrangement according to FIG. is shown in Fig. 3 in a perspective view. Two of the coupling members 16 shown in FIG. 3 are, as can be seen from FIG. J, lifted into one another in such a way that the rod is encompassed at two points by two opposing clamping jaws of the two coupling members 16.
The two coupling members are attached to the rod by two so-called expanding springs 14a, lob, which take the place of the leaf spring 1-1 in FIG. pressed. The mode of operation of the arrangement corresponds to that of the arrangement according to FIG. 1, with the only difference that the rod is now encompassed by a total of four clamping jaws and moved away, whereby you can see the compressive force exerted on the rod at each pressure point (otherwise the same Circumstances) is reduced by half and thus the wear on the clamping jaws and the rod is reduced.
Another clamping mechanism is shown schematically in FIG. 5 in longitudinal section. On opposite sides of a four-rod rod 20, two coupling levers 25, 26 connected to one another in the manner of scissors are arranged, which are articulated to the anchors 27, 28 at one end. On one of the opposite clutch lever parts four clamping bolts 21, 22, 23, 24 are attached, which are pressed by the expanding springs 29, 30 against the square bar. will.
When the armature <B> 27, </B> '? 8 is tightened, try to close the scissors formed by the clutch lever, whereby the rod 20 is clamped between the clamping bolts and the armature 27, 28 in the further course of the tightening movement Arrow direction is moved.
In Fig. 6 is, also in longitudinal section. a stepper motor, which is provided for operation with pulsating direct current, provided with a clamping mechanism according to FIG. 5 represents. Two ring-shaped coils 31, 32 or 33, 34 are each two iron bodies of H-shaped cross-section in the cutouts. 35, 36 and 37, 38 respectively. The coil 31 is used to actuate the working anchors 39, 40 to move the square rod 43 in the direction of the arrow 44 and the coil 34 to actuate the working anchors 41, 42 to move the rod 43 in the direction of arrow 45.
The retaining anchors 46, 47 are intended to prevent the rod 43 driven in the direction of arrow 44 from slipping against its working direction during the return of the working anchors 39, 40 to their starting position. For this purpose, the retaining anchors 46 , 47 associated with coil 33 continuously flows through with direct current, so that the armatures 46, 47 are constantly attracted. If the rod 43 moves in the direction of arrow 45, that bites against its working direction, the scissors held on one side by the holding anchors 46, 47 would move seek to close and therefore hold the rod 43 with its clamping bolts.
When the rod 43 moves in the opposite direction (work direction) the scissors are opened. and therefore offers no resistance to the drive of the rod 43.
When the rod 43 is driven in the arrow direction 4.5, the scissors act in a corresponding manner to inhibit a movement of the rod 43 in the arrow direction 44 when the holding anchors 48, 49 are now constantly tightened.
Only a small air gap is required for the operation of the holding armatures 46, 47, 48, 49, so that with a low magnetizing current a high attraction force. can be achieved. For this reason, as is also illustrated in FIG. 6, the holding coils can be smaller than the working coils.
A circuit arrangement, which will be explained below with reference to FIG. 7, can serve to excite the stepping motor of FIG. 6 with pulsating direct current. The coils 51, 54 and 52, 53 of FIG. 7 correspond to the work coils 31, 34 and holding coils 32, 33 of FIG. 6. A DC voltage source 55 is used to supply the working and holding current of the coils 51, 54 and 52, 53.
The direction of movement of the motor can be switched by a relay 56 by connecting one of the holding coils 53 or 52 directly to the DC voltage source 55 and at the same time the corresponding work coil 51 or 54 with the arrangement for generating direct current surges. The latter contains a charging capacitor 65, which is continuously connected to the DC voltage source 55 via a charging resistor 57 and can be discharged via the switched-on work coil 51 or 54 when a gastriode 58 arranged in the discharge circuit has been ignited. The voltage of a control capacitor 59 connected between grid and cathode is used to control this gastriode.
The work coil 51 or 54 is a relay 60 connected in parallel, which is energized during each surge of the capacitor 56 and causes the control capacitor 59 to charge the control capacitor 59 through the resistor 62 from the DC voltage source 63 by closing its contact 61.
As a result, the control condenser 59 is charged and thus the grid of the gastriode 58 is negatively biased, so that after the first half period of the strongly damped discharge of the capacitor 65, the gastriode 58 is blocked again until its grid potential is over due to the discharge of the capacitor 59 the parallel-connected discharge resistance 64 has risen sufficiently, whereupon a new current surge occurs through the work coil. By changing the discharge resistance 64, the pulse sequence and thus the speed of movement of the transmission element of the motor can be regulated within wide limits. The stepper motor is switched off by disconnecting the cathode lead of the gas diode.
With a stepper motor operated by direct current pulses, large pulling or pushing forces, eg. B. with some normal round radio dry batteries forces up to 100 kg he aim.
Particularly in the case of the stepper motors intended for direct current pulse operation, a rigid coupling of the transmission organ with the system to be driven has an unfavorable effect because of the relatively large individual steps of the working armature. It is therefore before geous to turn on an elastic and damping element between the transmission element (push rod) and the system to be driven. Appropriate embodiments of such attenuators are shown in FIGS.
According to FIG. 8, in a housing 71 provided with a screw cap 70, a buffer spring 72 is arranged under strong prestress between two disks 73, 74 loosely mounted in the housing. The push rod 75 of a stepping motor is provided with two collars 83, 84 which are arranged within bores in the base and in the cap of the housing 71 and bear against the perforated disks 73, 74. The system to be driven is rigidly connected to the housing 71 by means of the lugs 76, 77 of the Ge. If the push rod 75 is given a slow continuous movement, the buffer spring 72 does not experience any. Shortening as long as the thrust force does not exceed the tension of the spring 72.
In the case of intermittent movement, the shock forces exerted by the push rod 75 in both directions, which exceed the amount of the spring force, are intercepted by the spring and transferred to the system to be driven after the thrust forces have subsided.
Air damping according to FIG. 9 can be used to dampen the acceleration forces occurring when the buffer spring is released. In FIG. 9, the same reference numerals as in FIG. 8 are chosen for the parts that match the arrangement described above. The disks 73, 74 of the arrangement according to FIG. 8 are replaced by pistons 78, 79 fitted airtight into the housing, between which in turn the buffer spring 72 is set with a strong bias.
The push rod 75 is fitted in airtightly displaceable manner in the middle bores of the pistons 78, 79. In the housing wall there is an outlet valve 80 through which the air inside the housing can be expelled unhindered by the push rod 75 when the buffer spring 72 is pressed together, while the air through a narrow channel 81, the cross section of the latter, as the buffer spring 72 expands can be changed by a screw 82, can only be slowly sucked into the housing, so that a sudden relaxation of the buffer spring 72 is prevented.
Special holding mechanisms, which, as in the case of the arrangement according to FIG. 6, have the task of preventing the transmission organ from slipping through during the return of the working armature, are unnecessary if several working armatures are provided in a stepper motor, with phase shifts between their work cycles are maintained. This principle is applied to a stepper motor shown in FIG. 10, whose magnetic systems are each excited by one of the three phase voltages of a three-phase network who the.
The structure of the clamping mechanism of this motor corresponds to that of the motor shown in FIG. 6, only with the difference that here all armatures connected to the clutch levers are operated as working armatures. The opposite to the arrangement according to Fig. 6 deviating training of the magnet systems, in which for several Sy systems a large, the transmission organ around the coil is used to excite the magnetic's forces, while here a special coil is provided for each magnet system, offers the advantages of lower magnetic scattering rates and lower copper consumption.
Furthermore, the possible magnetization of components of the motor (push rod, clamping mechanism) and the induction of eddy currents in these components in the arrangement with a coil encompassing the transmission element is avoided. The coils 90, 91; 92, 93 and 94, 95 are used to drive the push rod 96 in the direction of the arrow 97 and for this purpose are each fed by a phase voltage R, S, <I> T </I> of a three-phase network, while the coils 98, 99 ; 100, 101 and 102, 103 are used to drive the push rod 96 in the direction of arrow 104.
Since each armature is attracted twice during each alternating current period, the motor - when operating with 50-period alternating current - performs 300 steps per second, with an almost uniform movement of the transmission element being achieved. A simple mechanical damping element, for example a bolt mounted in C-rubber, is sufficient in this case to compensate for the slight irregularity of the movement transmitted to the system to be driven.
The parallel connection of the co-operating coils means that the magnetic forces are largely symmetrical, since each coil has to provide an EMF corresponding to the voltage applied. In the case of the coil according to FIG. 1 or 2 that is common to both magnet systems, however, the magnetic flux is distributed asymmetrically according to the air splitting of the armature.
For a motor that has to transmit greater forces, it is necessary to improve the clamping mechanism in the sense that the forces exerted on the transmission element at each clamping point are reduced, and to reduce the wear on the clamping parts and the transmission element. In one embodiment shown in FIG. 11, this is done by dissolving the square bar of FIG. 5 into two Flachstan 1.1.0 and 111, between which one with. the clutch levers articulated pressure piece 112 arranged. is.
In this way, a total of eight pressure points are created, as a result of which the force transmitted at each individual pressure point is reduced by half compared to the arrangement according to FIG. 5 (under otherwise the same circumstances).
In pursuing this principle to achieve a reduced compressive stress on the push rod, it can be replaced according to FIG. 12 by a number of straps 113 to 116 clamped in a frame, between which - similar to multi-plate clutches - From the armature force-locked mitgenom pressure lamellae 117 to 119 are arranged. The wear of the clamping parts and the push rods can be further reduced according to FIG. 13 if the pressure forces are distributed over a larger area of the push rods by sliding shoes 120, 121 pushed onto the pressure bolts.
In the motors described so far, the transmission element can be displaced when the motor is de-energized by overcoming the frictional forces exerted by the clamping mechanism. This fact can be an advantage with small engines in order to be able to shift the transmission organ directly by hand. In many cases, however, it is desirable that the push rod is locked against displacement when the engine is switched off. Such a blocking of the motor can be achieved by a mechanism which is to be explained with reference to FIG.
A holding piece 130 is fixed in space by the bolt 131 and serves to guide the push rod divided into two flat rods 132, 133 and as an abutment for a clamping mechanism for locking the push rods.
This clamping mechanism is again similar to the clamping mechanism according to FIG. 11 of two on both sides of the Stan gene 132, 133 arranged scissor-like mitein other connected levers 134, 135, each having two pressure bolts 136 to 139 and at the intersection by a between the flat bars 132, 133 arranged pressure piece 140 are connected. Two expanding springs 145, 146 are used to press the pressure bolts against the rods 132, 133 with slight pressure.
Depending on the direction of the force acting on the push rods, two of the support bolts 141 to 144 arranged on the lever ends are supported on the holding piece 130, as a result of which the scissors 134, 135 tries to close and the push rods 132, 133 locks. The schematically indicated stepping motor 147 is loosely arranged on the push rods 132, 133 and, with the parts 148, 149, engages around the holding piece 130 and the support bolts 141 to 144 in a clamp-like manner.
If the motor is operated in the sense of a movement of the push rods in the direction of the arrow, the motor will be supported with the clamp-like attachment 148, 149 against the support bolts 143, 144 and will unlock the locking mechanism. If the Sehubstangen 132, 133 are loaded by a downward force, and the push rod is also to be driven in this direction, the motor will be supported against the bolts 141, 142 and unlock the clamping mechanism; However, the rods 132, 133 cannot be moved faster by the acting force than the speed of the motor.
Because the clamping mechanism is completely symmetrical, its function is exactly the same when the motor is working in the opposite direction.
In the following, a stepper motor is to be described with reference to FIGS. 15 to 21, in which, similar to the arrangement according to FIG. 6, retaining armatures are provided, which, however, are no longer operated by a continuously flowing direct current, but by an -NV be excited, which is out of phase with the changeable raft for actuating the working anchors.
The magnet system of the motor is shown in FIGS. 15 and 16 in vertical section and in plan view. An annular coil 150 is provided with four horseshoe-shaped iron bodies 151 to 154, of which two opposing iron bodies 153, 154 have copper short-circuit rings 155 to 158, which cause a phase shift of the magnetic alternating flux in the iron bodies 153, 154.
The clamping mechanism of the motor consists of four identical elements, one of which is shown in FIGS. 17 to 19 in perspective, in section and in plan view. At the ends of a clamping jaw lever 160 according to FIG. 17, a retaining anchor plate 1.64 and a working anchor plate 163 are fastened to be tiltable on all sides within certain limits by means of bolts 161, 162. In the case of the retaining anchor plate 164, the necessary friction in the ball joints is created by a helical spring 16.5 surrounding the bolt 1.61 and in the case of the working anchor plate 163 by the bent ends 166,
167 of two riveted leaf springs 168, 169 on the plate 163, the outer ends of which are slightly pretensioned by counter-layers 170, 171 formed on the plate 163 from.
Two of the elements shown in FIGS. 17 to 19 are pushed into one another, as shown in FIG. 10, so that a working anchor and a retaining anchor come to lie one above the other. Two such pairs of levers are, as can be seen from Figure 20, superimposed crosswise, so that there are four anchor plates in a plane be, which are each intended for the operation of the engine in a working direction and for this purpose each one of the 15 and 16 shown magnet systems are arranged opposite.
As can be seen from FIG. 21, expanding springs 172 for spreading the clamping mechanism apart are arranged inside the hollow bolts 161, whereby the clamping mechanism always adapts to irregularities in the push rod diameter caused by wear.
On the inner edges of the working anchor plates 163, two bores are provided in each of which rods 173, 174, which connect the working anchor plates lying opposite one another in a plane, are displaceably guided in order to prevent the plates from tilting in the direction perpendicular to the rod axes . A parallel guidance of the working anchors in the direction of the rods 173, 174 is achieved by the leaf springs 168, 169, which hit adjusting screws (not shown) during the tightening movement of the anchor plates, whereby the required alignment of the plates is achieved.
In the further course of the tightening movement of the armature, the tension of the leaf springs is overcome by the magnetic forces. After leaving the magnetic attraction forces, the leaf springs 168, 169 bring about the parallel return of the working anchors.
The phase-shifted flux caused by the short-circuit rings of the holding armature magnet systems is naturally weaker than the main flux effective for the working armature; therefore the retaining anchors without air gap only work in such a way as to hold the push rod during the return of the working anchors, and are not provided with any return springs. Of course, the retaining anchors can also be designed as working anchors in the above-described arrangement if care is taken to reinforce the phase-shifted V @ 'flow.