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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Ansteuerung eines
elektrischen Schrittmotors, welcher nach Abschaltung des Stroms
seine zuletzt eingenommene Position beibehält, wobei der elektrische
Schrittmotor einen Stator zur Erzeugung eines Drehfelds und einen
Rotor aufweist.
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Für
hochwertige Anwendungen bei Antrieben, bei welchen es auf hochauflösende
und/oder genaue Positionierung oder auch auf eine definierten, präzisen
Gleichlauf ankommt, wird aus Kostengründen statt eines
Servomotors, welcher aus Motor und Winkelgeber mit Endstufe in Regelung
besteht, ein günstigerer Schrittmotor gewählt.
Dabei handelt es sich je nach Güte um 2-, 3-, oder 5-Phasen-Motoren.
Spezifisch für viele Schrittmotoren ist der mechanische
Aufbau. Ein Rotor beinhaltet einen Dauermagneten in Motor-Wellenrichtung,
dessen Pole mechanisch unterteilt sind. Hier hat sich die Polzah1
50 bewährt und wird häufig genutzt. Der Stator
besitzt die gleiche Verzahnung mit 50 Polen und beinhaltet die Wicklungen
des Schrittmotors. Auch andere Aufbauten wie z. B. ein Scheibenmotor
sind denkbar. Bei einem 2-Phasen-Schrittmotor sind die Wicklungen
um 90° gedreht angeordnet. Bei einem 3-Phasen-Schrittmotoren
sind die Wicklungen um 120° gedreht angeordnet. Im Motor
stehen sich 50 Polpaare gegenüber. Jede Wicklung wird synchron
zu der/den anderen aber um den jeweiligen Phasenwinkel versetzt
mit einem gleichen Strom-Zyklus angesteuert.
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Wird
der Strom nur geschaltet, spricht man von Vollschritten, maximal
von Halbschritten. Eine unipolare Endstufe kennt die Werte Strom
0, Strom 1, Strom ½ (Halbschritt). Eine Bipolare Endstufe
kennt die Werte Strom –1, Strom 0 (Halbschritt), Strom
+1.
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Die
beste Auflösung ergäbe eine Sinus-Ansteuerung
für jede Phase, damit würden sich der magnetische
Gesamt-Kraftvektor und damit der Rotor gleichmäßig
drehen.
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Üblich
ist eine Unterteilung in mit Werten von z. B. bis zu 200 unterschiedliche
Konstant-Ströme (100+, 100–) in Form einer gestuften
Sinuskurve. Dieser Stromzyklus durchläuft einmal alle Phasen synchron
und phasenversetzt und bewirkt in einem Schrittmotor mit 50 Polpaaren
eine 1/50 Umdrehung, welches auch Drehfeld (50 Drehfelder pro Umdrehung)
genannt wird. Dieser Schrittmotor würde sich mit 200 Schritten
und 1/50 Umdrehung (1 Drehfeld) somit mit 200 × 50 = 10000
Micro-Schritten eine ganze Umdrehung bewegen.
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Schrittmotoren
kommen in vielen Geräten und Maschinen zum Einsatz, wenn
bestimmte Maschinen- oder Geräteteile insbesondere bei
niedrigen Geschwindigkeiten exakt positioniert werden müssen.
Im Gegensatz zu üblichen Antriebsmotoren arbeiten Schrittmotoren
sehr positionsgenau. Ein derartiger Schrittmotor ist z. B. aus der
Japanischen Patentanmeldung
JP
2002 095 292 bekannt. In dieser Anmeldung verfügt
ein Schrittmotor über eine elektronische Drehwinkelsteuerung
und eine Lageregelung, welche den Drehwinkel oder die gewünschte Position
in Bezug auf eine Anfangsposition einstellen kann, ohne dass ein
Positionssensor erforderlich ist. Der Schrittmotor kann sowohl vorwärts
als auch rückwärts drehen, wobei die Position
des Schrittmotors durch das Messen des Drehwinkels in Bezug auf
einen Referenzwinkel erfolgt. Des Weiteren verfugt der Schrittmotor über
einen Anschlag, über den er nicht hinaus gedreht werden
kann, so dass eine Drehwinkelbegrenzung vorliegt.
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Schrittmotoren
kommen auch in Druckplattenbelichtern zum Einsatz. In Druckplattenbelichtern wird
eine digitalisierte Druckvorlage in Farbauszügen aufgeteilt
mittels einer Laserschreibeinrichtung auf neue Druckplatten aufgebracht.
Dabei müssen für eine Vierfarben-Druckmaschine
vier Druckplatten in einem derartigen Plattenbelichter beschrieben
werden. Um diesen Vorgang zu automatisieren, können entweder
mehrere Druckplatten aus einer Kassette eingezogen werden oder über
einen einzelnen Ladeschlitz eine einzelne Druckplatte eingezogen
werden. Die neuen Druckplatten werden eingeführt und um
einen Druckplattenzylinder gewickelt, welcher die Druckplatte während
des Schreibvorgangs des Lasers positioniert. Da die einzelnen Rasterpunkte,
welche der Laser im Plattenbelichter auf die Druckplatte schreibt,
sehr eng beieinander liegen und sehr klein sind, muss die Druckplatte
während des Schreibvorgangs beim Vorschub exakt positioniert
werden. Aus diesem Grund wird der Druckplattenzylinder im Plattenbelichter
mittels eines exakt arbeitenden Schrittmotors angetrieben. Aus Sicherheitsgründen
wird der Zuführschlitz für die Druckplatten mittels
einer Sicherheitsklappe verschlossen, wobei über Kontakte der
Sicherheitsplatte sichergestellt wird, dass der Schrittmotor im
Inneren des Druckplattenbelichters nur dann arbeitet, wenn die Sicherheitsklappe
geschlossen ist. Beim Öffnen der Sicherheitsklappe wird
der Schrittmotor von der Steuerung des Druckplattenbelichters stromlos
geschaltet, um eine Gefährdung des Benutzers auszuschließen.
Nach dem Schließen der Sicherheitsklappe wird die Stromversorgung
des Schrittmotors automatisch wieder hergestellt. Dabei ist es wichtig,
dass sich die Position des Druckplattenzylinders und damit des Schrittmotors
während der stromlosen Phase nicht verändert, da
sonst bei Wiederaufnahme des Schreibvorgangs mittels des Lasers
im Druckplattenbelichter entweder eine Lücke zu den vorherigen
Bildpunkten entsteht oder bereits beschriebene Bildpunkte nochmals überschrieben
werden.
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Zum
exakten Anfahren der vor der stromlosen Phase vorhandenen Position
wird bei bisher bekannten Schrittmotoren üblicherweise
eine sogenannte Referenzfahrt durchgeführt. Dies bedeutet
z. B., dass die Position vor dem stromlos Schalten des Schrittmotors
abgespeichert wird und nach dem Wiedereinschalten des Schrittmotors
zunächst eine Referenzfahrt gegen einen Anschlag durchgeführt
wird und dann von diesem Anschlag aus die zuvor abgespeicherte Position
sicher wieder angefahren wird.
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Es
ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, derartige zeitaufwendige
Referenzfahrten gegen einen Anschlag zu vermeiden.
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Die
vorliegende Aufgabe wird erfindungsgemäß durch
Patentanspruch 1 gelöst, vorteilhafte Ausgestaltungen der
Erfindung sind den Unteransprüche und den Zeichnungen zu
entnehmen. Der erfindungsgemäße Schrittmotor besteht
aus einem Stator und einem Rotor, wobei der Stator ein Drehfeld
erzeugt. Bei Schrittmotoren weisen Stator und Rotor üblicherweise
eine große Anzahl von Polpaaren auf, um in entsprechend
kleinen Schritten genau positionieren zu können. Die Anzahl
der Schritte kann noch durch eine besondere Ansteuerung des Schrittmotors
erhöht werden, in diesem Zusammenhang spricht man auch
von Halbschritten oder Mikroschritten (micro steps). Um die Referenzfahrt
gemäß dem Stand der Technik beim Wiedereinschalten
des Motorstroms vermeiden zu können, ist erfindungsgemäß vorgesehen,
dass der elektrische Schrittmotor über eine Steuerung verfügt,
welche vor dem Abschalten des Motorstroms den Rotor des elektrischen Schrittmotors
in seiner Lage in Übereinstimmung mit dem Drehfeld des
Stators positioniert. Dadurch, dass der Rotor exakt im Drehfeld
des Stators positioniert wird, wird ein unbeabsichtigtes Weiterdrehen
und damit Verändern der Position des Rotors des Schrittmotors
in der stromlosen Phase vermieden. Es wird daher sichergestellt,
dass der Rotor des Schrittmotors auch nach dem Abschalten des Motorstroms
seine zuvor eingenommene Position beibehält. Dadurch kommt
es beim Wiedereinschalten des Stroms zu keinem Positionsverlust
und eine erneute Referenzfahrt kann entfallen. Dies ist insbesondere
beim Einsatz von Schrittmotoren in Plattenbelichtern wichtig, da
durch eine Referenzfahrt jedesmal entsprechende Betriebszeit verloren
geht. Da aus Sicherheitsgründen bei jedem Öffnen
der Sicherheitsklappe am Plattenbelichter und beim Einführen
einer neuen Druckplatte eine derartige Referenzfahrt notwendig wäre, würde
dadurch die Betriebszeit stark vermindert und der Durchsatz von
Druckplatten pro Stunde entsprechend abgesenkt. Mit der vorliegenden
Erfindung ist es also möglich, den Durchsatz von Druckplatten
gegenüber herkömmlichen Plattenbelichtern zu erhöhen.
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In
einer ersten Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass nach
dem Einschalten des elektrischen Schrittmotors zur Ermittlung der
Position des Drehfelds mittels der Steuerung die Anzahl derjenigen
Schritte ermittelt und abgespeichert wird, welche der Rotor des
elektrischen Schrittmotors auf dem Weg zu einem Referenzelement
zurücklegt. Diese Referenzfahrt wird lediglich einmalig
beim Einschalten des Geräts durchgeführt, so dass
die Steuerung des Schrittmotors die Position des Rotors in Bezug auf
den Stator kennt. Wird während des Betriebs aus Sicherheitsgründen
der Strom zum Schrittmotor unterbrochen, so wird der elektrische
Schrittmotor durch die Steuerung jeweils exakt in Übereinstimmung
mit dem Drehfeld des Stators positioniert und es muss nach dem Wiedereinschalten
des elektrischen Stroms keine erneute Referenzfahrt wie beim Stand
der Technik durchgeführt werden. Würde der Rotor
dagegen außerhalb des Drehfelds positioniert, würde
er wie beim Stand der Technik beim Einschalten zunächst
ins Drehfeld des Stators zurückfallen und seine Position
verändern, dies würde wiederum eine Referenzfahrt
des Rotors erfordern, welche die vorliegende Erfindung vermeidet.
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In
einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist es auch
möglich, diese einmalige Referenzfahrt bei Inbetriebnahme
zu vermeiden, wenn diese einmalige Referenzfahrt stattdessen im
Werk durchgeführt wird, und dann entsprechend in der Steuerung
in einem nicht flüchtigen Speicher abgelegt wird. Es muss
dann lediglich unbedingt sichergestellt werden, dass auch beim Transport
und der Auslieferung der Motor zuverlässig in seinem Drehfeld
positioniert bleibt. Ggf. kann dazu der Schrittmotor mechanisch verriegelt
werden.
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Es
ist des Weiteren vorgesehen, dass das Referenzelement zur Ermittlung
des Drehfelds des Stators am Stator angebracht ist. Dieses Referenzelement
kann ein Sensor sein, welcher eine Markierung auf dem Rotor erfasst
und so die Referenzlage an die Steuerung meldet. Alternativ kann
das Referenzelement auch als Sensor an der Achse des Schrittmotors
angebracht sein und dort eine Markierung auf der Achse des Schrittmotors
erfassen. Sobald das Referenzelement diese Markierung erfasst, ist
die Referenzlage erreicht und der Steuerung bekannt.
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Es
ist des Weiteren vorgesehen, dass vor dem Abschalten des Motors
der Rotor mit Hilfe der abgespeicherten Anzahl der Schritte im Drehfeld
des Stators positioniert wird. Diese Anzahl der Schritte wurde bei
der einmaligen Referenzfahrt erfasst und in der Steuerung abgelegt.
Von dieser einmaligen Referenzfahrt aus ist es nun möglich,
den Motor bei jedem Abschaltvorgang genau im Drehfeld des Stators
zu positionieren.
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Vorteilhafter
Weise ist vorgesehen, dass der elektrische Schrittmotor nach dem
Positionieren des Rotors im Drehfeld des Stators zusätzlich
durch eine Bremse gesperrt wird. Diese Bremse kann mechanisch über
ein Getriebe, hydraulisch oder elektrisch über einen Magneten
oder Ähnliches durch die Steuerung des Schrittmotors betätigt
werden und sorgt dafür, dass auch bei Erschütterung
oder beim Transport des Geräts sich die Position des Rotors
im Verhältnis zum Drehfeld des Stators nicht ändert.
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Besonders
vorteilhafter Weise ist vorgesehen, dass die Steuerung des elektrischen
Schrittmotors ein Signal zur Positionsermittlung des Drehfelds des
Schrittmotors bereithält. In diesem Fall kann auf die Positionsermittlung
des Drehfelds nach dem Einschalten des Geräts verzichtet
werden, da hier direkt auf das Steuersignal der Motorelektronik
des Schrittmotors zurückgegriffen werden kann, so dass
der Steuerung die Lage des Drehfelds bekannt ist.
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Vorteilhafter
Weise ist der elektrische Schrittmotor in einem Druckplattenbelichter
angeordnet und positioniert einen Plattenzylinder zur Aufnahme von Druckplatten
während des Belichtungsvorgangs. In diesem Fall muss bei
jedem Abschalten des Stroms, wenn eine neue Druckplatte für
einen neuen Schreibvorgang eingeführt wird, nicht, wie
beim Stand der Technik, ständig eine Referenzfahrt durchgeführt werden,
sondern der Schrittmotor ist nach dem Einführen der neuen
Druckplatte sofort betriebsbereit und der Schreibvorgang kann unmittelbar
beginnen.
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Vorteilhafter
Weise ist vorgesehen, dass der Druckplattenbelichter eine Schutzklappe
aufweist, welche eine Öffnung zum Zuführen einer
Druckplatte zum Plattenzylinder des Plattenbelichters öffnet
oder verschließt. Diese Schutzklappe verhindert, dass das Bedienpersonal
mit dem drehenden Plattenzylinder in Berührung kommen kann.
Dazu verfügt die Schutzklappe über Kontakte, welche
beim Öffnen der Schutzklappe die Stromzufuhr zum Schrittmotor
unterbrechen und einen Betrieb des Schrittmotors beim Öffnen
der Klappe und beim Einführen einer neuen Druckplatte bzw.
beim Entnehmen einer alten Druckplatte nicht zulassen. Sobald die
Schutzklappe wieder geschlossen ist, wird durch die Kontakte der Schutzklappe
die Stromzufuhr zum Schrittmotor wieder hergestellt und der Schreibvorgang
kann beginnen oder wieder aufgenommen werden. Durch die vorliegende
Erfindung wird sichergestellt, dass auch bei häufigem Öffnen
und Schließen der Schutzklappe so wenig Betriebszeit wie
möglich verloren geht, indem die bei bekannten Schrittmotoren
erforderliche Referenzfahrt nach jeder Abschaltung des Stroms vermieden
wird.
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Die
vorliegende Erfindung wird anhand zweier Figuren näher
beschrieben und erläutert. Es zeigen:
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1 die
schematische Darstellung eines Plattenbelichters,
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2 einen
hochpoligen Schrittmotor mit Stator zur Erzeugung des Drehfelds,
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3 die
Ansteuerung eines 2-phasigen 1-Polpaar-Rotors und
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4 den
Strom-Phasenverlauf in idealer und in tatsächlicher Form
in einem 2-Phasen-Schrittmotor.
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In 1 ist
ein Druckplattenbelichter 1 in schematischer Darstellung
abgebildet, in welchem Druckplatten 3 mittels einer nicht
gezeigten Laserschreibeinrichtung beschrieben werden. Für
jeden Druckauftrag muss bei Offsetdruckmaschinen für jeden
Farbauszug eine Druckplatte 3 beschrieben werden. Dies
führt dazu, dass in einer größeren Druckerei
eine große Anzahl von Druckplatten 3 in möglichst kurzer
Zeit beschrieben werden muss. Aus diesem Grund sind moderne Druckplattenbelichter 1 auf
einen möglichst großen Durchsatz von Druckplatten pro
Stunde ausgelegt. Während des Schreibvorgangs wird die
Druckplatte 3 am nicht gezeigten stationären Laserschreibkopf
Schritt für Schritt, d. h. Zeile für Zeile, vorbeigeführt
und beschrieben. Aus diesem Grund muss der Plattenzylinder 2 mittels
eines Schrittmotors M exakt positioniert werden. Der Schrittmotor
m wird von einer Motorsteuerung 4 angesteuert, welche das
Drehfeld des Schrittmotors M derart steuert, dass die gewünschte
Anzahl von Schritten vollzogen wird.
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Der
Schrittmotor M dreht beispielsweise mit je einem definierten Stromzyklus
in jeder Phase ein Drehfeld (hier 1/50 Umdrehung) und mit jedem
weiteren elektrisch erzeugten Strom-Zyklus ein weiteres Drehfeld.
In einem Drehfeld bei diesem Schrittmotor M gibt es also für
die Motor-Phasen 200 mögliche Strom-Kombinationen, die
dynamisch wie statisch angefahren werden können und welche
sich mit jedem neuen Drehfeld wiederholen. Für eine Umdrehung
des Schrittmotor M ergibt das insgesamt 10000 Micro-Schritte. Eine
Schrittmotorendstufe, die diese Drehfelder erzeugen kann, sieht
wie folgt aus. Benötigt wird je nach Motor-Phasen-Zahl
eine Endstufe mit mind. 2 gleichen Teilen. Ein Teil besteht aus
einem Zähler, vor- und rückwärtszählend,
dessen Ausgänge über einen nachgeschalteten D/A-Wandler eine
Stromquelle für Motorströme bedient. Nach dem Einschalten
bewirkt ein Reset auf den Zähler eine definierte und immer
gleiche Stromkombination. Die Folge ist, dass der Kraft-Vektor und
damit der Rotor 6 beim Einschalten der Endstufe in das
nächstgelegene Drehfeld springen. Dies ist eine definierte
Position innerhalb dieses einen Drehfeldes, welche der Schrittmotor
M durch das Drehmoment des Motors zu erzwingen versucht. Egal ob
im Leerlauf oder unter Last wird dieser Sprung oder Ruckler ausgeführt. Da
der Schrittmotor M ab jetzt Halte- und Drehmoment hat, kann der
Schrittmotor M nun über die Takt/Richtung-Schnittstelle
der Endstufe gedreht oder positioniert werden.
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Im
Plattenbelichter 1 treibt der Schrittmotor M über
ein Riemen-Getriebe den Plattenzylinder 2 an. Nach dem
Einschalten wird in einer Referenz-Fahrt beim Detektieren des Index-Impulses
des Zylinders 2 ein Schrittmotor-Schritt zu Step 0 deklariert.
Ab jetzt kann im bisherigen Maschinen-System mit definierter Taktzahl
(Stegs pro Umdehung und Motor mal Getriebe-Faktor) der Zylinder 2 eine
Umdrehung und mehr gedreht werden. Diese Referenzfahrt sollte möglichst
nur einmal beim ersten Initialisieren des Belichters 1 ausgeführt
werden, weil sie zeitaufwendig ist.
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Um
neue Druckplatten 3 einzuführen und beschriebene
zu entnehmen, verfügt der Druckplattenbelichter 1 über
eine Öffnung mit einer Schutzklappe 9. Zum Einführen
und Entnehmen der Druckplatten 3 muss die Schutzklappe 9 geöffnet
werden. Die Schutzklappe 9 verfügt über
Kontakte, welche beim Öffnen der Schutzklappe 9 die
Stromversorgung zum Schrittmotor M unterbrechen. Dadurch wird sichergestellt,
dass sich bei geöffneter Schutzklappe 9 der Schrittmotor
M nicht weiter drehen kann.
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Für
ein geordnetes, eingeleitetes Klappenöffnen gilt, dass
die spezielle Endstufe dafür sorgt, dass noch vor dem eigentlichen
Moment-Verlust eine mechanische Sicherheitsbremse 7 den
Schrittmotor M in der letzten mit Takten angefahrenen Position hält.
Diese letzte Position kann, abweichend von der Referenz-Position 8 der
Endstufe eine von 199 anderen oder die Referenz-Position 8 selber
in einem beliebigen Drehfeld sein. Beim Wieder-Einschalten der Endstufen-Spannung
springt aber bisher der Rotor 6 ins nächst gelegene
Drehfeld in die Referenz-Position 8. Ziel für
das Wieder-Einschalten der Endstufe ist es aber, den Zylinder 2 wieder
in die letzte vor dem geordneten Abschalten mit Takten gezählte
eindeutige Alt-Position zu bringen, ohne dass der Rotor 6 einen
Sprung oder Ruckler vollführt.
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In 2 ist
das Innere eines mehrpoligen Schrittmotors M abgebildet. Es ist
zu erkennen, dass der Schrittmotor M aus einem Rotor 6 und
einem Stator 5 mit mehreren Polpaaren besteht. Der Stator 5 wird
von der Steuerung 4 derart mit Strom versorgt, dass sich
das gewünschte Drehfeld ausbildet und dass sich der Rotor 6 entsprechend
der gewünschten Anzahl von Schritten und mit der gewünschten
Geschwindigkeit gemäß den Vorgaben der Steuerung 4 des
Druckplatenbelichters 1 dreht und positioniert. Wird nun
durch das Öffnen der Schutzklappe 9 die Stromversorgung
zum Schrittmotor M unterbrochen, so geht beim Stand der Technik
die Information über die zuletzt angefahrene Position verloren.
Dies führt dazu, dass beim Wiedereinschalten des Stroms
die Position des Rotors 6 zunächst nicht bekannt
und somit im Stand der Technik eine Referenzfahrt durchgeführt
werden muss. Gemäß der vorliegenden Erfindung
wird jedoch der Rotor 6 vor dem Abschalten des Stroms exakt
im Drehfeld des Stators 5 positioniert. Wird nun die Stromversorgung
wieder eingeschaltet, so verändert der Rotor 6 seine
Position nicht und fährt genau von der Position weiter,
die er vor dem Abschalten der Stromversorgung eingenommen hat, damit
entsteht kein Zeitverlust. Bei Schrittmotoren beim Stand der Technik,
bei denen der Rotor nicht im Drehfeld positioniert wird, würde
der Rotor 6 beim Wiedereinschalten der Stromversorgung
und damit dem Aufbau des Drehfelds bedingt durch die elektronische
Ansteuerung in Halbschritten oder Mikroschritten zunächst
in sein Drehfeld zurückfallen und damit die Position verlieren.
Dies wird genau dadurch vermieden, dass der Schrittmotor M bereits
vor dem Abschalten des Stroms im Drehfeld positioniert und geparkt
wird, so dass beim Wiedereinschalten des Stroms keine Kräfte
des Drehfelds auf den Rotor 6 einwirken und seine Position
verändern.
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Die
Position des Drehfelds kann die Steuerung 4 direkt der
Steuerelektronik des Schrittmotors M entnehmen, so dass auch hierzu
keine Referenzfahrt notwendig ist. Sollte dieses Signal der Motorsteuerung
des Schrittmotors M nicht zur Verfügung stehen, so muss
zur Bestimmung der Position des Drehfelds beim Einschalten einmalig
zunächst die Anzahl der Schritte ermittelt werden, welche
der Schrittmotor M bei einer Fahrt auf dem Weg zu einem Referenzelement 8 zurücklegt.
Dieses Referenzelement 8 ist in 2 beispielhaft
am Stator 5 angebracht und besteht aus einem optischen
Sensor, welcher eine Markierung auf dem Rotor 6 erfasst.
Sobald der optische Sensor die Markierung erfasst hat, ist die Referenzposition 8 erreicht
und die Anzahl der zurückgelegten Schritte, welche von
der Steuerung 4 ermittelt worden ist, lässt einen
Rückschluss auf die Position des Drehfelds zu. Diese Positionsermittlung des
Drehfelds muss jedoch nur einmalig beim Einschalten des Plattenbelichters 1 vorgenommen
werden und fällt nicht beim Öffnen der Schutzklappe 9 und
Unterbrechen der Stromversorgung des Schrittmotors M an. Deshalb
ergibt sich auch bei dieser Ausführungsform noch ein erheblicher
Zeitgewinn gegenüber herkömmlichen Plattenbelichtern,
bei denen nach jedem stromlos Schalten des Schrittmotors zunächst
eine Referenzfahrt zur Ermittlung der Position des Schrittmotors
durchgeführt werden muss.
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Es
sind verschiedene Verfahren möglich, um die Position des
Rotors 6 festzuhalten. Der Motor M wird geordnet runtergefahren,
er wird mit ergänzenden Takten in die Drehfeldposition
in einem beliebigen Drehfeld gebracht, welche der Referenz-Position entspricht,
also das 0-Position-Drehfeld und gestoppt. Die Fahrt dort hin wird
vor dem Abschalten mit gezählten und gespeicherten Takten
ausgeführt. Jetzt wird die Spannung abgeschaltet, die mechanische
Feststell-Bremse 7 sichert diese Position. Wird die Endstufe
nach dem Schließen der Klappe 9 wieder eingeschaltet,
steht der Rotor-Vektor wieder in der alten Position, der Referenz-Position 8,
welche dem 0-Position-Drehfeldentspricht. Der Motor M hat dann Drehmoment
und die Bremse 7 wird gelöst, der Zylinder 2 bleibt
in der alten Position als neue Startposition für weitere
Bewegungen. Bei dieser Wieder-Inbetriebnahme des Motors M gibt es
keinen Rotorsprung oder Ruckler.
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Es
ist auch möglich, den Motor M in einer beliebigen Position
abzuschalten. Der Motor M wird geordnet ohne ergänzende
Takte heruntergefahren. Er steht also in einem beliebigen Drehfeld
in einer beliebigen Position. Die Fahrt dort hin wurde vor dem Abschalten
mit gezählten und gespeicherten Takten ausgeführt.
Jetzt wird die Spannung abgeschaltet, die mechanische Feststell-Bremse 7 sichert
wieder diese Position. Bei der Wiederinbetriebnahme nach dem Schließen
der Klappe 9 wird die Endstufe wieder eingeschaltet, die
Feststell-Bremse 7 aber noch nicht gelöst. Der
Rotor-Vektor springt aber in die Referenz-Position 8, das
0-Position-Drehfeld, was nicht der letzten angefahrenen Vektor-Position
vor dem Abschalten entspricht. Der Rotor 6 hat sich jedoch noch
nicht bewegt, weil die Bremse 7 ihn noch in der Position
vor dem Abschalten hält. Es können nun während
der Bremswirkung Korrektur-Takte berechnet und ausgegeben werden.
Jetzt stimmt die Vektor- Position mit der Rotor-Sollposition überein.
Der Rotor 6 hat sich immer noch nicht bewegt. Bei Freigabe
der Bremse 7 bleibt der Rotor 6 durch den richtigen
Kraftvektor ohne Sprung und Ruckler in der alten, der Position vor
dem Abschalten, stehen.
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3 zeigt
beispielhaft, wie durch das Umschalten der einzelnen Phasen in einem
2-Phasenmotor M mit 1-Polpaar-Rotor der Rotor 6 des Motors M
bewegt wird. Das Umschalten der Phasen geschieht durch die Endstufe
des Motors M. In 4 sind die idealen sinusförmigen
Phasen in einem 2-Phasenmotor M abgebildet, sowie die tatsächlichen
durch die Endstufen gestellten angenäherten treppenförmigen
Phasenverläufe der Motorspannungen, mit denen hier 10 Schritte
pro Drehfeld gesteuert werden.
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Üblicherweise
beschränken sich handelsübliche Schrittmotor-Endstufen
oder Endstufen-Bausteine auf eigenen Karten darauf, nur den Motor
M zum Drehen zu bringen. Es wäre durchaus denkbar, eine
erweiterte Endstufe zu haben, welche den Zählerstand 0
als Ersatz für den Sensor zur Erfassung der Referenzposition 8 nach
außen meldet.
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Denkbar
wäre auch eine Endstufen-Version, welche den Zählerstand
am D/A-Wandler hält, weil beispielsweise nur die eigentliche
Stromquelle abgeschaltet wird, nicht aber die restliche Elektronik.
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Mit
Hilfe der Feststell-Bremse 7 kann immer dafür
gesorgt, dass die Position des Motor-Rotors 6 beim Abschalten
für das Einschalten erhalten bleibt, ohne das der Rotor 6 eine
(sprunghafte) Differenz-Bewegung ausführt.
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Üblich
ist die einmalige „große” Referenzfahrt:
Der Schrittmotor M dreht vor dem Getriebe n Umdrehungen, um einmal
den Referenzpunkt 8 an dem Zylinder 2 während
der Initialisierung der Maschine als Referenz nutzen zu können.
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Der
Sensor für den Referenzpunkt pro Motorumdrehung könnte
genutzt werden, um aus der „großen” nur
noch eine „kleine” Referenzfahrt zu machen. Die
Position des Zylinders 2 ist durch den Drehgeber am Zylinder 2 bekannt.
Wenn sich der Schrittmotor M nach dem Wieder-Einschalten mit max.
einer Motorumdrehung in den Sensor als Unterreferenz bewegt hat,
kann über Rechnung eine bestimmte Motorumdrehung für
eine Zylinderumdrehung erkannt werden. Ab hier wäre nun
jede gewünschte Motor-Position (auch Zylinder-Position)
auf dem optimal kurzen Drehweg erreichbar. Diese „kleine” Referenzfahrt
kann unter Umständen auf die mechanische Feststell-Bremse 7 verzichten,
wenn nur das Verhindern von Quetschgefahr durch Motordrehmoment
erforderlich ist.
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- 1
- Druckplattenbelichter
- 2
- Plattenzylinder
- 3
- Druckplatte
- 4
- Steuerung
- 5
- Stator
- 6
- Rotor
- 7
- Bremse
- 8
- Referenzposition
- 9
- Schutzklappe
- M
- Motor
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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