Impulszähler mit Schrittmotor Es sind Impulszähler bekannt, die elektromagnetisch
nach dem Stoßklinken-, Zugrechen- oder Ankergangprinzip arbeiten. Hiermit lassen
sich im Normalfall Zählgeschwindigkeiten bis zu zehn Impulsen in der Sekunde erreichen.
Solche Zähler sind aber verhältnismäßig nachteilig, da ihre Lebensdauer von der
Gesamtimpulszahl abhängig ist und mit steigender Zählgeschwindigkeit geringer wird.
Bedingt durch das Fortschaltungsprinzip sind sie sehr stark einem mechanischen Verschleiß
unterworfen. Dies gilt besonders für Spezialausführungen, die eine über der genannten
Impulsfrequenz liegende Impulszahl verarbeiten können. Bei diesen Impulszählern
ist ferner unvorteilhaft, daß sie normalerweise in horizontaler Lage eingebaut werden
müssen. Vielfach ist dabei auch zu beachten5 daß der Einbau so erfolgt, daß auf
den Impulszähler keine Stoß- oder Schwingungsbeanspruchungen übertragen werden.
Hinzu kommt, daß die erwähnten Impulszähler ein erhebliches Geräusch verursachen,
was sehr störend ist.Pulse counter with stepper motor Pulse counters are known which are electromagnetic
work according to the ratchet, pull rake or anchor gear principle. Leave with this
Normally, counting speeds of up to ten pulses per second can be achieved.
Such counters are relatively disadvantageous because their service life depends on the
Total number of pulses is dependent and decreases with increasing counting speed.
Due to the incremental principle, they are very subject to mechanical wear
subject. This is especially true for special designs that have one above the mentioned
Pulse frequency can process a number of pulses. With these pulse counters
it is also disadvantageous that they are normally installed in a horizontal position
have to. In many cases it should also be noted5 that the installation is carried out in such a way that on
no shock or vibration loads are transmitted to the pulse counter.
In addition, the pulse counters mentioned make a considerable amount of noise,
which is very annoying.
Bei Impulszählern, die zum Umsetzen von elektrischen Impulsen in eine
Drehbewegung einen Motor verwenden, werden zwar verschiedene der erwähnten Mängel
vermieden, jedoch haben diese sogenannten Schrittmotore den Nachteil, daß ihre Zählfrequenz
auch verhältnismäßig niedrig ist.In the case of pulse counters, which are used to convert electrical pulses into a
Rotary motion using a motor will have several of the shortcomings mentioned
avoided, but these so-called stepper motors have the disadvantage that their counting frequency
is also relatively low.
In den F i g. 1 und 2 der Zeichnung sind bekannte Schrittmotore dargestellt.In the F i g. 1 and 2 of the drawing are known stepper motors.
Bei der Anordnung nach F i g. 1 handelt es sich um einen Motor, der
aus einem runden, lamellierten Stator 1 mit vier Polen 2 besteht: Die Statorpole
tragen Wicklungen, von denen jeweils zwei gegenüberliegende zu Spulenpaaren 3 und
4 hintereinandergeschaltet sind. Der Anker 5 des Motors ist S-förmig ausgebildet
und besteht entweder aus Weicheisen oder aus einem axial magnetisierten Permanentmagneten,
an dem beidseitig je ein zweiteiliger Polschuh aus magnetisch weichem Material angebracht
ist. Bei der Weicheisenausführung des Ankers hat der Motor keine Haltekraft, so
daß immer ein Spulenpaar Strom führen muß, bei einem als Permanentmagnet ausgebildeten
Anker hingegen ist auch bei Spannungslosigkeit eine Haltekraft vorhanden. Die Drehbewegung
des Ankers wird .durch Umschaltung der Spulenpaare 3, 4 erreicht. Infolge seiner
unsymmetrischen Ausführung folgt der Anker .der Umschaltung der Pole jeweils immer
in der gleichen Richtung.In the arrangement according to FIG. 1 is a motor that
consists of a round, laminated stator 1 with four poles 2: The stator poles
carry windings, two of which are opposite to coil pairs 3 and
4 are connected in series. The armature 5 of the motor is S-shaped
and consists either of soft iron or of an axially magnetized permanent magnet,
A two-part pole piece made of magnetically soft material is attached to each of the two sides
is. With the soft iron version of the armature, the motor has no holding force, see above
that a pair of coils must always carry current, in the case of one designed as a permanent magnet
Anchor, on the other hand, has a holding force even when there is no tension. The rotary motion
of the armature is achieved by switching the coil pairs 3, 4. As a result of his
The armature always follows the asymmetrical design, always switching the poles
in the same direction.
Bei der Anordnung nach F i g. 2 a, 2 b handelt es sich um einen zehnpoligen
Schrittmotor, der in F i g. 2 b gemäß der Linie A-B nach F i g. 2 a geschnitten
ist. Dieser Motor arbeitet im Prinzip wie der nach F i g. 1, er weicht nur im Aufbau
von diesem ab. Als Wicklung wird hier eine Spule 6 verwendet, die auf einem zweiteiligen
Stator 7 aufgebracht ist. Der Anker besteht aus einem axial magnetisierten Permanentmagneten
8, der seitlich aufgesetzte Polschuhe 9 besitzt. Eine Vorzugsrichtung für die Drehbewegung
wird hier durch unsymmetrische Ausbildung der Statorpole gewährleistet. Die Anordnung
befindet sich in einem Motorgehäuse 10, aus dem lediglich die Achse 11 herausragt.In the arrangement according to FIG. 2 a, 2 b is a ten-pole stepper motor that is shown in FIG. 2 b according to the line AB according to FIG. 2 a is cut. This motor works in principle like that according to FIG. 1, it only differs from this in structure. A coil 6, which is applied to a two-part stator 7, is used here as the winding. The armature consists of an axially magnetized permanent magnet 8, which has pole pieces 9 attached to the side. A preferred direction for the rotary movement is ensured here by the asymmetrical design of the stator poles. The arrangement is located in a motor housing 10 from which only the axis 11 protrudes.
Die Zählfrequenz dieser Schrittmotore ist, wie erwähnt, gering. Sie
läßt sich zwar durch Dämpfung des Motorläufers erhöhen, aber die bei Schrittmotoren
bisher verwendeten Dämpfungseinrichtungen sind auch mit Nachteilen behaftet. Bei
Verwendung einer mechanischen Dämpfung erhält man ein konstantes Reibungsmoment,
das auch im Stillstand vorhanden ist .und daher den Anlauf erschwert. Außerdem ist
der Motor mit einer mechanischen Dämpfung einem starken Verschleiß unterworfen.
.Bei Verwendung einer Luftdämpfung ist ein umfangreicher mechan scher Aufbau erforderlich,
der das Trägheitsmoment des Ankers stark erhöht und damit der Dämpfung entgegenwirkt.
Eine Flüssigkeitsdämpfung läßt sich zwar auf kleinerem Raum unterbringen, jedoch
ist auch hierbei wegen der erforderlichen Dichtheit ein komplizierter mechanischer
Aufbau nötig.As mentioned, the counting frequency of these stepper motors is low. she
can be increased by damping the motor rotor, but that of stepper motors
Damping devices used up to now also have disadvantages. at
Using mechanical damping results in a constant frictional torque,
which is also available at standstill. and therefore makes start-up difficult. Also is
the motor with mechanical damping is subject to severe wear.
When using air cushioning, an extensive mechanical structure is required,
which greatly increases the armature's moment of inertia and thus counteracts damping.
A liquid damping can be accommodated in a smaller space, but
is a complicated mechanical one because of the tightness required
Construction necessary.
Die Erfindung bezweckt, einen Impulszähler mit einem Schrittmotor
zu schaffen, bei dem die erwähnten Nachteile vermieden sind. Erfindungsgemäß ist
die Rotorwelle des Schnittmotors mit einer Wirbelstrombremse verbunden, deren Bremsmoment
nach dem Ende des elektrischen Fortschaltimpulses die Pendelschwingungen des Ankers
dämpft und so eine Erhöhung der Arbeitsgeschwindigkeit des Schrittmotors bewirkt.
Zweckmäßigerweise wird die Wirbelstromdämpfung mit einem zehnpoligen Motor kombiniert,
der direkt mit der letzten Zahlenrolle des von
ihm betriebenen Zählwerkes
gekoppelt ist. Die letzte Zahlenrolle sitzt also ohne Zwischenräder direkt auf der
Motorachse und macht somit bei zehn Fortschaltungen des Ankers einen Umlauf. Die
Wirbelstromdämpfung wird durch eine auf der Motorachse angebrachte, zwischen zwei
Magnetpaaren befindliche Scheibe bewirkt, deren Durchmesser etwa dem Motordurchmesser
entspricht. Die Scheibe besteht aus Aluminium und ihre Dicke liegt in der Größe
zwischen 0,5 und 1,2 mm. Zum Zwecke der Verdoppelung der Impulsfrequenz kann der
Schrittmotor in bekannter Weise mittels einer vorgeschalteten bistabilen Kippstufe
gesteuert werden.The invention aims to provide a pulse counter with a stepping motor
to create in which the disadvantages mentioned are avoided. Is according to the invention
the rotor shaft of the cutting motor is connected to an eddy current brake, its braking torque
after the end of the electrical stepping pulse, the pendulum oscillations of the armature
dampens and thus causes an increase in the working speed of the stepper motor.
The eddy current damping is expediently combined with a ten-pole motor,
the one directly with the last number roll of the from
operated counter
is coupled. The last number roll sits directly on the without idler wheels
Motor axis and thus makes one revolution when the armature is advanced ten times. the
Eddy current damping is provided by a mounted on the motor axis, between two
Magnet pairs located disc causes the diameter of about the motor diameter
is equivalent to. The disc is made of aluminum and its thickness is in the size
between 0.5 and 1.2 mm. For the purpose of doubling the pulse frequency, the
Stepper motor in a known manner by means of an upstream bistable multivibrator
being controlled.
In F i g. 3 der Zeichnung ist der erfindungsgemäße Impulszähler dargestellt.
Er besteht aus dem zehnpoligen Schrittmotor 12, dessen Achse 13 auf beiden Seiten
des Gehäuses herausragt und an der e3.nen Seite eine zwischen Magnetpolpaaren 15,
16 laufende Aluminiumscheibe 14 trägt. Auf der anderen Seite sitzt unmittelbar die
letzte Zahlenrolle 17 des Impulszählwerkes 18. Die Dämpfungsanordnung 14, 15, 16
besitzt eine optimale Dimensionierung. Diese Dimensionierung läßt sich, ausgehend
von der Formel für die Dämpfung, durch folgende Überlegungen finden: Für die Dämpfung
b gilt die Beziehung:
wobei sich die Bremskonstante Kb aus dem Bremsmoment M des Motors und der Winkelgeschwindigkeit
(o durch die Beziehung
ergibt. x ist dabei die Leitfähigkeit der Scheibe, r ihr Radius und b die Dicke.
Mit l ist der Luftspalt der Magnetanordnung bezeichnet, der sich auch durch b -I-
d ausdrücken läßt, wobei d der Abstand der Scheibe zu den beiden Magnetpolen ist.
O ist das Trägheitsmoment von Motor und Scheibe. O = 0Mot + Oceheibe. DasTrägheitsmomentderScheibe
ist proportional y - b - r4, wobei y das spezifische Gewicht der Scheibe
darstellt.In Fig. 3 of the drawing shows the pulse counter according to the invention. It consists of the ten-pole stepper motor 12, the axis 13 of which protrudes on both sides of the housing and on the third side carries an aluminum disc 14 running between pairs of magnetic poles 15, 16. The last number roller 17 of the pulse counter 18 sits directly on the other side. The damping arrangement 14, 15, 16 is optimally dimensioned. Based on the formula for the damping, this dimensioning can be found through the following considerations: For the damping b, the relationship applies: where the braking constant Kb is derived from the braking torque M of the motor and the angular velocity (o by the relationship results. x is the conductivity of the disk, r is its radius and b is its thickness. The air gap of the magnet arrangement is designated by l, which can also be expressed by b -I- d, where d is the distance between the disk and the two magnetic poles. O is the moment of inertia of the motor and pulley. O = 0Mot + Oceheibe. The moment of inertia of the disk is proportional to y - b - r4, where y is the specific gravity of the disk.
Setzt man alles in die Formel für ö ein, so ergibt sich
In diesem Ausdruck sind als Veränderliche die Scheibendicke, der Scheibenradius
und das Scheibenmaterial zu betrachten. Eine Diskussion der Formel zeigt, daß sich
bei einem Scheibendurchmesser, der etwa dem Motordurchmesser entspricht, für die
Dämpfung ö in Abhängigkeit von r ein Maximum ergibt. Aus der Formel für b kann auch
abgelesen werden, daß die Verwendung von Aluminium für die Scheibe der von Kupfer
vorzuziehen ist, denn der Erhöhung der Leitfähigkeit um den Faktor 1,7 bei Kupfer
steht eine Gewichtszunahme von etwa dem dreifachen Wert gegenüber. Als günstigste
Ablesung für die Scheibendicke ergibt sich der angegebene Wert von 0,5 bis 1,2 mm.If you put everything in the formula for ö, the result is In this expression, the disk thickness, the disk radius and the disk material are to be considered as variables. A discussion of the formula shows that with a pulley diameter which corresponds approximately to the motor diameter, there is a maximum for the damping δ as a function of r. From the formula for b it can also be seen that the use of aluminum for the disc is preferable to that of copper, because the increase in conductivity by a factor of 1.7 for copper is offset by a weight increase of about three times the value. The indicated value of 0.5 to 1.2 mm is the most favorable reading for the pane thickness.
Durch die erfindungsgemäße Ausbildung der Dämpfungseinrichtung des
Impulszählers wird eine Anordnung geschaffen, die bei hohen Zählgeschwindigkeiten
die eingangs beschriebenen Nachteile vermeidet und dabei höchste Lebensdauer garantiert.
Der Aufbau ist verschleißfrei und verhältnismäßig einfach.The inventive design of the damping device of the
Pulse counter an arrangement is created that works at high counting speeds
avoids the disadvantages described at the beginning and thereby guarantees maximum service life.
The structure is wear-free and relatively simple.