DE1463262C3 - Anordnung mit impulsgesteuerten Schrittschaltmotoren - Google Patents

Description

3 4

Anordnung mit impulsgesteuerten Schrittschalt- sitzen oder überhaupt aus einem einzigen Element

motoren anzugeben, bei der die verarbeitende bestehen. Bei einer derartigen Anordnung werden

Impulsfolgefrequenz gegenüber den bekannten An- alle η Rotoren bei jedem Schritt gleichzeitig mit-

ordnungen auf ein Mehrfaches erhöht ist, ohne daß einander gedreht, und zwar um einen Winkel, der

das Ausgangsdrehmoment absinkt. Diese Aufgabe s gleich dem w-ten Teil des Winkels ist, um den sich

wird gemäß der Erfindung bei einer Anordnung der Rotor eines einzelnen Schrittschaltmotors bei

mit impulsgesteuerten Schrittschaltmotoren dadurch Weiterschaltung um einen Schritt drehen würde,

gelöst, daß für jede Bewegungsrichtung ein Impuls- Besonders einfach und zweckmäßig ist hierbei

verteiler vorgesehen ist, der eine ihm zugeführte eine Anordnung der Schrittschaltmotoren, bei der

primäre Impulsreihe in η sekundäre Impulsreihen io diese stator- und rotorseitig gleich ausgerichtet sind,

gleicher Frequenz mit zeitlich gegeneinander ver- Dabei treten jedoch Schwankungen im Drehmoment

setzten Impulsen aufteilt, und daß jede sekundäre auf. Vorteilhafterweise können solche Schwankun-

Impulsreihe einen von η gleichartigen Schrittschalt- gen dadurch vermindert bzw. beseitigt werden, daß

motoren steuert, deren Rotoren miteinander und die aufeinanderfolgenden Schrittschaltmotoren bei

mit dem zu bewegenden Teil verbunden sind. 15 gleichausgerichteten Rotoren statorseitig jeweils um

Mit der erfindungsgemäßen Anordnung können einen Winkel von höchstens aln° gegeneinander ver-

die zugeordneten Arbeitsgeräte mit wesentlich setzt sind, wobei α die erzielte Winkelbewegung des

größeren Verstellgeschwindigkeiten betrieben wer- Rotors eines jeden Schrittschaltmotors bei jeder

den, als es mit einem einzigen Schrittschaltmotor Veränderung seines Erregungszustandes ist und η

möglich ist. Dabei entspricht das Drehmoment dem 20 die Anzahl der Schrittmotoren darstellt,

des Einzelmotors. Zweckmäßigerweise sind alle Schrittschaltmotoren

Vorteilhafterweise sind hierbei die Impulse der in einem gemeinsamen Gehäuse untergebracht,

sekundären Impulsreihen um einen zeitlichen Ab- Der Gegenstand der Erfindung ist nachstehend

stand gegeneinander versetzt, der gleich dem zeit- an Hand einiger in den Fig. 1 bis 12 der Zeichnung

liehen Abstand zweier aufeinanderfolgender Sekun- as dargestellter bevorzugter Ausführungsbeispiele näher

därimpulse, geteilt durch die Anzahl der sekundären erläutert. Es zeigt

Impulsreihen, ist. Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Aus-

Die primäre Impulsfrequenz ist hierbei gleich der führungsbeispiels der Erfindung im Blockdiagramm, Frequenz der Schrittfolge am Ausgang der Anord- in Verbindung mit einem Koordinatenschreiber und nung. Da jedoch ein jeder der η Schrittschalt- 30 mit zwei Schrittschaltmotoren für jede Bewegungsmotoren nur mit einer Frequenz weitergeschaltet richtung,

wird, die nur den η-ten Teil der Primärfrequenz F i g. 2 eine schematische Darstellung eines ande-

beträgt und die Erregungszeit unabhängig von der ren Ausfuhrungsbeispiels der Erfindung, ebenfalls

Anzahl der Einzelmotoren bzw. Sekundärreihen ist, im Blockdiagramm in Verbindung mit einem

kann die Primärfrequenz das η-fache der Grenz- 35 Koordinatenschreiber und drei Schrittschaltmotoren,

frequenz der einzelnen Motoren betragen. Durch F i g. 3 eine schematische Darstellung eines wei-

Aufteilung der primären Impulsreihe in beliebig teren Ausführungsbeispiels der Erfindung in Block-

viele sekundäre Impulsreihen kann demnach eine diagrammform mit vier Schrittschaltmotoren,

beliebig hohe Primärfrequenz verwendet und damit F i g. 4 eine graphische Darstellung der verschie-

eine beliebig hohe Arbeitsgeschwindigkeit erzielt 40 denen, bei der Anwendung nach F i g. 3 verwendeten

werden, ohne daß das Drehmoment abfällt. Die Impulsreihen,

Einzelmotoren können hierbei außerordentlich ein- F i g. 5 eine schematische Darstellung der vier

fach ausgebildet sein. Schrittschaltmotoren der Anordnung gemäß F i g. 3

Wenn die primäre Impulsreihe in nur zwei in den verschiedenen aufeinanderfolgenden Stadien

sekundäre Impulsreihen aufgeteilt werden soll, kann 45 der Erregung,

vorteilhafterweise als Impulsverteiler eine Flip- F i g. 6 und 7 je eine schematische Darstellung

Flop-Schaltung verwendet werden. Soll eine Auf- von Verbindungsmöglichkeiten für die Läufer der

teilung in mehr als zwei sekundäre Impulsreihen verschiedenen Stellmotoren,

erfolgen, so kann zweckmäßigerweise als Impuls- F i g. 8 eine schematische Darstellung eines einzel-

verteiler ein Ringzähler verwendet werden. 50 nen Schrittschaltmotors, wie er bei der Anordnung

Die Zusammenfassung der Einzeldrehbewegungen gemäß F i g. 3 verwendet ist,

der Schrittschaltmotoren kann in vorteilhafter Weise F i g. 9 eine schematische Darstellung der ver-

dadurch bewirkt werden, daß die Verbindung der schiedenen Phasen der Erregung des Schrittschalt-

Rotoren miteinander und mit dem zu bewegenden motors gemäß F i g. 8 beim Drehen der Motorwelle

Teil eine mechanische Summiervorrichtung enthält, 55 um eine volle Umdrehung,

die η angetriebene Zahnräder aufweist, von denen Fig. 10 ein weiteres Ausführungsbeispiel der Er-

jedes mit einem der Rotoren der Schrittschalt- findung,

motoren verbunden ist, sowie ein von den Zahn- F i g. 11 ein weiteres Ausführungsbeispiel der Er-

rädern angetriebenes Zahnrad, das mit dem zu findung, bei dem die Rotoren gegeneinander versetzt

verstellenden Teil verbunden ist. Alternativ hierzu 60 angeordnet sind,

kann aber auch zur Verbindung der Rotoren mit- Fig. 12 eine schematische Darstellung von drei einander und mit dem zu bewegenden Teil ein aufeinanderfolgenden Erregungsphasen der Schritt-Differentialgetriebe vorgesehen sein. schaltmotoren in der Anordnung gemäß Fig. 11.

In bevorzugter weiterer Ausbildung der Erfindung F i g. 1 zeigt in Blockdiagrammform eine Anord-

sind die Wellen sämtlicher Schrittschaltmotoren 65 nung mit Schrittschaltmotoren in Verbindung mit

miteinander verbunden, wobei entweder die einzel- einem Koordinatenschreiber, der einen Abszissen-

nen Rotoren durch Kupplungen miteinander ver- wagen 6 und einen Ordinatenwagen 8 aufweist,

bunden sind oder auf einer gemeinsamen Welle welche mittels Leitspindeln 10 und 12 (durch gestri-

5 6

chelte Linien dargestellt) in den entsprechenden und eine oder mehrere Wicklungen auf, wobei das Koordinatenrichtungen in bezug auf eine Schreib- schrittweise Bewegen des Kraftabgabeelements daunterlage bewegbar sind. Die Leitspindel 10 ist durch erreicht wird, daß der Erregungszustand der antriebsmäßig mit einem Positionsmelder 14 und die Wicklungen nacheinander verändert wird. Bei einigen Leitspindel 12 antriebsmäßig mit einem Positions- 5 Schrittschaltmotoren, z. B. mittels eines Elektromelder 16 verbunden. Die Bewegung der Wagen magneten betätigten, können die Steuerimpulse unwird von einem Rechner 18 mit einem Eingabewerk mittelbar in die Wicklungen geleitet werden, so daß 20 gesteuert, das beispielsweise einen Lochstreifen- die Wicklungen nacheinander erregt und stromlos leser aufweisen kann. gemacht werden. Bei anderen Motoren werden die

Es sei angenommen, daß sich der Koordinaten- 10 Steuerimpulse nicht unmittelbar von den Wicklunschreiber in einer Ausgangsstellung befindet, dann gen empfangen, sondern von einer Schaltlogikvorarbeitet das Eingabewerk 20, um den Rechner 18 richtung oder einem Treiber, der wiederum die Ermit Informationen über Abszisse und Ordinate eines regung der Wicklungen nach einem bestimmten anzusteuernden Punktes zu versorgen. Der Rechner Folgeschema in Abhängigkeit von den Steuerimpulvergleicht diese Informationen mit der Ausgangs- 15 sen steuert. In Fig. 1 sind die Motoren beispielsstellung des Abszissenwagens und des Ordinaten- weise mit Schaltlogikvorrichtungen versehen, um die wagens gemäß den Informationen der Positions- Erregung der zugeordneten Wicklungen zu steuern, meider und liefert als Ausgangsinformation zwei wobei die Schaltlogikelemente als Teil zugeordneter primäre Impulsreihen an den Ausgangsleitungen 26 Richtungssteuer- und Verstärkervorrichtungen 36 a und 28. Jeder in der Leitung 26 auftretende Impuls 20 und 38 a anzusehen sind.

entspricht einer vorbestimmten Verschiebung des Angenommen, die Motoren 36 und 38 würden

Abszissenwagens in Richtung der Abszisse. Ebenso eine Anzahl von Wicklungen aufweisen, die von entspricht jeder in der Leitung 28 auftretende Impuls einer Schaltlogik gesteuert werden, dann könnte ihre einer vorbestimmten Bewegung des Ordinatenwagens Drehrichtung durch Veränderung der Reihenfolge, in Richtung der Ordinate. Beim Auftreten von Im- 25 in der ihre Wicklungen angesteuert werden, elektrisch pulsreihen in den Leitungen 26 und 28 erzeugt der umgekehrt werden. Beispielsweise kann jeder Motor Rechner Vorzeichensignale in den zugeordneten Lei- mit vier Wicklungen A, B, C und D versehen sein, tungen 26 a und 28 a, die die (positive bzw. negative) Wenn diese Wicklungen nacheinander in der Reihen-Bewegungsrichtung angeben. folge ABCD erregt werden, läuft der Motor in der Die in den Leitungen 26 und 28 erscheinenden 30 einen Drehrichtung, und wenn sie in der Reihenfolge Impulsreihen werden im folgenden als primäre Im- ADCB erregt werden, läuft er in der anderen Drehpulsreihen bezeichnet und betätigen über eine Ver- richtung. Um die Drehrichtung in dieser Weise steuteilerschaltung Stellmotoren, die die Leitspindeln 10 ern zu können, kann jede der dargestellten Vorrichund"12 antreiben. Jede primäre Impulsreihe wird in tungen 36 a und 38 a auf das in der jeweils zugeordeine Mehrzahl sekundärer Impulsreihen mit gegen- 35 neten Leitung 26 a und 28 a erscheinende Vorzeiüber den primären Impulsreihen niedrigerer Impuls- chensignal ansprechen, so daß die Reihenfolge gefolgefrequenz unterteilt; die sekundären Impulsreihen steuert wird, in der die Wicklungen der zugeordbetätigen eine entsprechende Anzahl von Stellmoto- neten Motoren erregt werden. Wie dargestellt, könren, die ausgangsseitig miteinander verbunden sind, nen die Vorrichtungen 36 a und 38 a auch Leistungsum die zugeordnete Leitspindel anzutreiben. 40 verstärker aufweisen oder mit solchen verbunden In Fig. 1 umfaßt jeder Impulsverteiler zum Tei- sein, damit ihre Ausgangsleistung auf einen Leilen primärer Impulsreihen in sekundäre Impulsreihen stungspegel verstärkt wird, der ausreichend ist, um eine »Halbiervorrichtung« 30, die aus einer Flip- die Stellmotoren anzutreiben. Eine Richtungsände-Flop-Schaltung mit einem Eingang 26 und zwei zu- rung kann alternativ hierzu auch beispielsweise geordneten Ausgangsleitungen 32 und 34 bestehen 45 durch kupplüngsbetätigte Umkehrgetriebe bewirkt kann. Die Arbeitsweise ist hinsichtlich Abszisse und werden.

Ordinate die gleiche. Beispielsweise hinsichtlich der Die in F i g. 2 dargestellte Ausführungsform der

Abszisse ist die Arbeitsweise der Halbiervorrichtung Erfindung ist im wesentlichen identisch mit der in 30 derart, daß die in der Leitung26 erscheinenden Fig. 1 dargestellten, jedoch mit dem Unterschied, Impulse von der Halbiervorrichtung abwechselnd 50 daß eine größere Anzahl von Schrittschaltmotoren auf die Leitungen 32 und 34 übertragen werden, so verwendet wird. Die Anordnung gemäß F i g. 2 weist daß die Impulsfrequenz der in jeder der Leitungen jeweils drei mit der Abszisse und der Ordinate ver-32 und 34 erscheinenden Impulse die Hälfte der Im- bundene Schrittschaltmotoren 35, 37, 39 auf. In diepulsfrequenz der in der Leitung 26 erscheinenden sem Fall sind die Impulsverteiler 30 der F i g. 1 je-Impulse beträgt. Die beiden Ausgangsleitungen 32 55 weils durch Ringzähler 44 ersetzt, die die primären und 34 sind mit Schrittschaltmotoren 36 und 38 ver- Impulsreihen in drei sekundäre Impulsreihen für die bunden, von denen jeder eine rotierende Welle 40 mit den Schrittschaltmotoren 35, 37 und 39 verbunaufweist, die mit entsprechenden Eingangswellen denen Leitungen 45, 46 und 47 aufteilen. So wird im eines Differentialgetriebes 42 verbunden sind, dessen Beispiel der Abszisse bei jeder in der Leitung 26 Ausgangswelle, wie dargestellt, mit der Leitspindel 10 60 erscheinenden Reihe von drei Impulsen der erste verbunden ist. Das Getriebe 42 ist so konstruiert, Impuls vom Ringzähler 44 über die Leitung 45 dem daß die Drehung bzw. der Drehwinkel der Ausgangs- ersten Motor 35, der zweite Impuls über die Leitung welle des Differentialgetriebes der Summe der Ein- 46 dem zweiten Motor 37 und der dritte Impuls über zeldrehungen bzw. -winkel seiner angetriebenen WeI- die Leitung 47 dem dritten Motor 39 zugeleitet. Jedem len entspricht. 65 Schrittschaltmotor ist auch eine Richtungssteuer-,

Der in der Anordnung nach Fig. 1 verwendete Logik- und Verstärkervorrichtung 35α, 37α und Schrittschaltmotor kann verschieden ausgebildet sein. 39 a, ähnlich wie die Vorrichtungen 36 a und 38 a der Er weist in jedem Fall einen Läufer, einen Ständer Fig. 1, zugeordnet. Die einzelnen Motorwellen 40

sind mit einem Differentialgetriebe 48 verbunden, das die drei eingangsseitigen Drehbewegungen zu einer einzigen Drehbewegung für die zugeordnete Leitspindel 10 bzw. 12 am Ausgang summiert.

Wie vorstehend im Zusammenhang mit den Fig. 1 und 2 erwähnt, werden die ausgangsseitigen Drehbewegungen der einzelnen Schrittschaltmotoren je primäre Impulsreihe durch Verwendung eines Differentialantriebs zusammengefaßt, wobei die Läufer

dessen Spitze den Nordpol darstellt. Auch die.ausgeprägten Pole des Ständers sind lediglich durch die Buchstaben N und S bezeichnet, die die magnetische Polarität der Stirnseite der ausgeprägten Pole an-5 geben. Bei Schritt 1 der F i g. 9 wird die Wicklung 128 derart erregt, daß sie an der Stirnseite ihres Ständerpols einen magnetischen Nordpol bildet, während die Wicklung 130 so erregt wird, daß sie an der Stirnseite ihres Ständerpols einen magnetischen Südder Motoren in ihrer Bewegung voneinander unab- io pol erzeugt. Die Wicklungen 129 und 131 sind stromhängig sind. Dies hat gewisse Vorteile sowohl im los. Infolge dieser Magnetisierung des Ständers wird Hinblick auf eine Vereinfachung des zur Steuerung der Läufer in die bei Schritt 1 dargestellte Lage geder Motorerregung erforderlichen logischen Systems zwungen. Bei Schritt 2 sind die Wicklungen 128 und als auch im Hinblick darauf, daß die Motoren nicht 129 beide erregt, so daß sie Nordpole bilden, und aufeinander ausgerichtet werden müssen, um eine 15 die Wicklungen 130 und 131 sind so erregt, daß sie gegenseitige nachteilige Beeinflussung der Motoren zu Südpole bilden mit dem Ergebnis, daß der Läufer verhindern. Differentialantriebe sind aber verhältnis- gezwungen wird, die bei Schritt 2 gezeigte Lage einmäßig kostspielige Vorrichtungen und können in be- zunehmen, die gegenüber der Lage in F i g. 1 um stimmten Fällen durch einfachere Vorrichtungen 45° im Uhrzeigersinn versetzt ist. Aus F i g. 9 ist ersetzt werden, wobei die Läufer der Motoren ge- 20 ferner ersichtlich, daß bei nacheinander erfolgender zwungen werden, sich miteinander zu drehen. Ein Änderung des Erregungszustands der Wicklungen Antrieb mit einer derartigen Vorrichtung ist in in der dargestellten Schrittfolge der Läufer schritt-Fig. 3 dargestellt. weise um jeweils 45° weitergedreht werden kann,

F i g. 3 zeigt in Blockdiagrammform eine Anord- wobei acht Schritte erforderlich sind, um eine volle nung zum Bewegen eines Teils in nur einer Koordi- 25 Umdrehung des Läufers zu erzielen. Es ist auch ohne natenrichtung gegenüber zwei Koordinatenrichtun- weiteres verständlich, daß der Läufer bei Umkehrung gen nach F i g. 1 und 2. Die Anzahl der Schritt- der Schrittreihenfolge in der umgekehrten Drehrichschaltmotoren kann beliebig sein; zum Zwecke der tung, d. h. entgegen dem Uhrzeigersinn, läuft. Erläuterung sind vier derartige Motoren 112a, 112 b, Schrittschaltmotoren der in Fig. 8 dargestellten

112 c und 112 d dargestellt. Die Anordnung weist 30 Art sind in der Technik an sich bekannt, außerdem eine Anzahl Richtungssteuer-, Logik- und Der in F i g. 8 dargestellte vierpolige Schrittschalt-

Verstärkereinheiten 114«, 114 b, 114 c und 114 ei motor ist verhältnismäßig einfach und wurde nur auf, von denen jeweils eine einem Schrittschaltmotor wegen seiner Einfachheit zum Zwecke der Beschreizugeordnet ist. Ferner sind ein Impulsverteiler 116, bung gewählt. Die Anordnung gemäß F i g. 3 ist ein Rechner 118, ein Eingabegerät 120 und ein Posi- 35 jedoch nicht auf diesen Motortyp beschränkt, wobei tionsmelder 122 vorgesehen sowie allgemein mit 124 insbesondere zu beachten ist, daß die tatsächlich bezeichnete Mittel zur getrieblichen Verbindung der verwendeten Schrittschaltmotoren mehr als die in Läufer der Schrittschaltmotoren miteinander und F i g. 8 gezeigten vier Pole aufweisen und dementmit dem anzutreibenden Teil 110. sprechend mehr Schritte benötigen, um eine volle

Ehe auf die Arbeitsweise der Anordnung nach 40 Umdrehung des Läufers zu erzielen. Beispielsweise F i g. 3 im einzelnen eingegangen wird, sei auf können einige zur Verwendung bei der Anordnung F i g. 8 hingewiesen, die in schematischer Darstellung einen einfachen Schrittschaltmotor zeigt, wie er
für die Anordnung nach F i g. 3 verwendet werden
kann, sowie auf F i g. 9, die zeigt, in welcher Weise 45
die Wicklungen eines derartigen Motors nacheinander erregt werden können, um eine Drehung des
Läufers zu bewirken. Der Motor in F i g. 8 hat einen
Ständer 126 mit vier ausgeprägten Polen und diesen
zugeordneten getrennten Wicklungen 128, 129, 130 50 ein Verbindungsmittel 124 getrieblich derart mitein- und 131. Der Läufer 132 ist permanentmagnetisch ander verbunden, daß sie sich im Gleichlauf drehen, und hat einen Nordpol N und einen Südpol S. Durch Ein erstes Zahnrad 134 kämmt mit vier zweiten entsprechende Veränderung des Erregungszustandes Zahnrädern 136 a, 136 b, 136 c und 136 rf, von denen der Wicklungen nach einer von zwei bestimmten jedes über eine Welle oder ein anderes Antriebs-Reihenfolgen wird der Läufer 132 gezwungen, sich 55 element 138 a, 138 b, 138 c und 138 a* mit dem Läuin bezug auf den Ständer im Uhrzeigersinn bzw. ent- fer des entsprechenden Schrittschaltmotors verbungegen dem Uhrzeigersinn zu drehen. Die Erregung den ist. Die Teile 138 a, 138 b, 138 c und 138 d könder Wicklungen 128, 129, 130 und 131 erfolgt durch nen beispielsweise die entsprechenden Motorwellen Gleichstrom, und in Abhängigkeit von der Richtung sein, und die Zahnräder 136 a, 136 b, 136 c und 136 a* dieses Stroms in jeder Wicklung wird der zugeord- 60 können auf diesen Wellen befestigte und mit dem nete Pol des Ständers magnetisiert, so daß eine Zahnrad 134 kämmende Ritzel sein, wobei das Zahn-Stirnseite entweder einen magnetischen Nord- oder
Südpol bildet.

Fi g. 9 zeigt die schrittweise Veränderung des Erregungszustandes der Wicklungen des Schrittschalt- 65 motors nach F i g. 8, um eine volle Umdrehung des Läufers 132 herbeizuführen. In dieser Figur ist der Läufer des Motors durch einen Pfeil gekennzeichnet,

gemäß F i g. 3 verwendbare Schrittschaltmotoren mehr als 200 Schaltschritte benötigen, um eine volle Umdrehung des Läufers zu erreichen.

Die Motoren 112 a, 1126, 112 c und 112 a* der F i g. 3 seien als im wesentlichen denen gemäß F i g. 8 entsprechend anzunehmen. Die Läufer dieser Motoren sind mit 132 a, 1326, 132 c und 132 d bezeichnet. Wie schon erwähnt, sind diese Läufer durch

rad 134 in einem Gehäuse od. dgl. drehbar gelagert ist, an bzw. in welchen die Motoren ebenfalls angeordnet sein können.

Das Zahnrad 134 ist seinerseits über eine Welle oder ein anderes geeignetes Element 140 mit dem anzutreibenden Teil 110 verbunden, so daß dieses in Abhängigkeit von der Drehung des Zahnrades 134

309 510/127

bewegt wird. Der Positionsmelder 122 ist ebenfalls mit dem angetriebenen Teil 110 verbunden und wird in Übereinstimmung mit diesem bewegt, so daß ein Lagesignal erzeugt und zum Rechner 118 zurückgeleitet wird.

Der Rechner 118, der dem Rechner 18 gleicht, erzeugt eine primäre Impulsreihe, in der die Anzahl der Impulse einem gewünschten Verschiebungsweg des angetriebenen Teils 110 entspricht. Jeder Impuls der von dem Rechner 118 ausgehenden primären Impulsreihe kann beispielsweise einer Verstellung des angetriebenen Teils um 0,025 mm entsprechen. Das Eingabegerät 120 kann ein Lochstreifenleser oder eine andere Vorrichtung sein, die den Rechner 118 fortlaufend mit Informationen über die einzelnen anzusteuernden Punkte versorgt. Nachdem Informationen über einen Punkt von dem Eingabegerät 120 in den Rechner 118 eingegeben worden sind, vergleicht der Rechner diese Daten mit dem gegenwärtigen Standort des angetriebenen Teils, wie er von dem Positionsmelder 122 geliefert wird, und erzeugt eine primäre Impulsreihe mit einer Anzahl von Impulsen, die dem gewünschten Verstellweg des Teils, geteilt durch den durch jeden einzelnen Impuls bewirkten Verstellweg, entspricht. Der Rechner 118 erzeugt ferner Richtungssignale, die über eine Leitung 142 gleichzeitig an die Richtungssteuer-, Logik- und Verstärkereinheiten übertragen werden und die Richtungssteuer- und Logikeinheit veranlassen, um die zugeordneten Motorwicklungen in der richtigen Reihenfolge zu erregen.

Die primäre Impulsreihe in der Leitung 144 wird zum Impulsverteiler 116 geleitet, der die primäre Impulsreihe in mehrere sekundäre Impulsreihen gleicher Frequenz mit zeitlich gegeneinander versetzten Impulsen aufteilt, welche jeweils den Logik- und Verstärkereinheiten zugeleitet werden. Die Impulse der sekundären Impulsreihen sind um einen zeitlichen Abstand gegeneinander versetzt, der gleich dem zeitlichen Abstand zweier aufeinanderfolgenden Sekundärimpulse, geteilt durch die Anzahl der sekundären Impulsreihen, ist. Der Impulsformer kann beispielsweise wie in F i g. 2 ein Ringzähler sein, so daß die Anzahl der Impulse jeder sekundären Impulsreihe gleich der Anzahl der Impulse der primären Impulsreihe, geteilt durch die Anzahl der sekundären Impulsreinen, ist.

Ein Zeitdiagramm für die in F i g. 3 dargestellte Anordnung ist in F i g. 4 dargestellt. Aus dieser Figur ist ersichtlich, daß jede der vier sekundären Impulsreihen je einen Impuls von je vier Impulsen der Primärreihe enthält und daß ferner die Impulse der Reihe B um 90°, die Impulse der Reihe C um 180° und die Impulse der Reihe D um 270° gegenüber den Impulsen der Reihet versetzt sind. Die Impulse der verschiedenen Sekundärreihen weisen somit eine Verschiebung von jeweils 90° bzw. ¹U der Periodendauer der Sekundärreihen zueinander auf. Wenn vorausgesetzt wird, daß jede Logik- und Verstärkereinheit nur auf die Anstiegsflanke jedes empfangenen Sekundärimpulses anspricht, dann heißt das, daß die Logik- und Verstärkereinheiten in der Reihenfolge 114«, 114 b, 114 c, 144 rf, 114 α 114 & usw. betätigt werden.

Die einzelnen Logik- und Verstärkereinheiten können aus verschiedenen an sich bekannten Schaltungen bestehen. Die Logik- und Verstärkereinheit 114 a sei nachfolgend lediglich als Beispiel erläutert.

Diese Einheit wird durch die Impulse der Sekundärreihe A betätigt und verändert den Erregungszustand der Wicklungen des zugeordneten Schrittschaltmotors 112a. Angenommen, der Motor 112a entspricht dem in F i g. 8 gezeigten Motor, dann arbeitet die Einheit 114 a so, daß die Wicklungen des Motors in der in F i g. 9 dargestellten Schrittfolge erregt werden. Die Drehrichtung wird durch das in der Leitung 142 erscheinende Richtungssignal gesteuert, so daß die Logikeinheit 114 α die Wicklungen des Motors entweder in der einen oder in der umgekehrten Reihenfolge erregt. Bei jedem Ansprechen auf einen sekundären Impuls ändert die Logik- und Verstärkereinheit 114 α in der vorgesehenen

X5 Reihenfolge den Erregungszustand der Wicklungen des Motors 112 a von einem Zustand zum nächsten. In F i g. 3 sind die Motorwicklungen der Übersichtlichkeit halber fortgelassen worden, doch sollen die vier von jeder Logikeinheit zum Motor führenden Linien die Leitung darstellen, über die die Wicklungen erregt werden.

Aus den vorstehenden Erläuterungen ist ersichtlich, daß nicht nur die Wicklungen eines jeden Motors, sondern auch die Motoren selbst infolge der zeitlichen Verschiebung der Impulse der einzelnen Sekundärreihen in schrittweiser Reihenfolge erregt werden. Daraus und aus der Tatsache, daß die Läufer der Motoren gezwungen sind, sich gleichzeitig miteinander zu drehen, ergibt sich, daß das Zahnrad 134 bei einer der Anzahl der primären Impulse entsprechenden Schrittzahl von jedem Motor mit einer Geschwindigkeit gedreht wird, die nur einem Viertel der Geschwindigkeit entspricht, die erzielt werden würde, wenn nur ein einzelner Schrittschaltmotor unmittelbar durch die primäre Impulsreihe betätigt würde; das auf das Zahnrad 134 übertragene Drehmoment wird dabei um einen Faktor von fast vier vergrößert.

Die Arbeitsweise des Antriebs zeigt F i g. 5, in der die Motoren 112 a, 112 b, 112 c und 112 d gemäß dem Schema in F i g. 9 dargestellt sind. In jeder waagerechten Reihe geben die angezeichneten Pfeile den Zustand der Wicklungen der vier Motoren an. Im Anfangszustand, Schritt 1, werden die Wicklungen so erregt, daß Nord- und Südpole an den (bezogen auf ein Uhrzifferblatt) zwölf und sechs Uhr entsprechenden Punkten eines jeden Motors erzeugt werden, so daß alle Läufer in der durch die Pfeile bezeichneten senkrechten Stellung stehen. Am rechten Rand der Fig. 5 ist ein Schaubild nach ArI eines Vektordiagramms gezeichnet, in dem die kleinen Pfeile jeweils die magnetische Null-Richtung ir jedem der vier Motoren angeben. Die Länge dei kleinen Pfeile entspricht der jeweils auf den Läufe) wirkenden magnetischen »Federkraft«, die das der Läufer in die Null-Richtung zwingende Dreh-. moment pro Radian (Winkelgrad mal 2 π/360) angibt. Der mit R bezeichnete große Pfeil ist die durcl Addition der kleinen Pfeile erhaltende Resultante deren Größe der vektoriellen Summe der der auf di( einzelnen Läufer einwirkenden magnetischen »Feder kräfte« entspricht. Die Richtung des großen Pfeil: zeigt die resultierende tatsächliche Ausrichtung de: starr miteinander verbundenen Läufer. Da be Schritt 1 alle kleinen Pfeile nach unten weisen, is auch die Resultante R nach unten gerichtet. Bei Ein treffen eines nächsten sekundären Impulses wird dl· Wicklung des Motors 112 a auf den zweiten Schrit

geschaltet. Infolgedessen dreht sich die Null-Richtung im Motor 112 a im Uhrzeigersinn in die in Schritt 2 gezeigte Stellung. Da die anderen Motoren in dem dargestellten Erregungszustand bleiben und die Läufer miteinander verbunden sind, dreht sich s der Läufer des Motors 112 a tatsächlich nicht in die bei Schritt 2 dargestellte der Null-Richtung entsprechende Stellung, sondern er legt einen kürzeren Weg zurück und nimmt die Läufer der anderen drei Motoren mit. Alle Läufer werden somit bewegt und erhalten eine neue durch den Pfeil R dargestellte Ausrichtung.

Der nächste Vorgang, Schritt 3, ist der Empfang eines sekundären Impulses durch die Logikeinheit 114 b, die den Zustand der Wicklungen bzw. die Null-Richtung des Motors 1125 in den dargestellten Zustand verändert. Die einzelnen Null-Richtungen summieren sich derart, daß alle vier Läufer im Uhrzeigersinn in die resultierende Stellung R gedreht werden. Bei Weiterverfolgung des Verlaufs nach Fig. 3 wird ersichtlich, daß beim Eintreffen weiterer Sekundärimpulse nacheinander der Erregungszustand der Wicklungen weiter verändert und als Ergebnis jeder Veränderung des Erregungszustands die Läufer gemäß der Resultante R im Uhrzeigersinn einen Schritt weiterbewegt werden. Weiterhin ist aus F i g. 5 ersichtlich, daß bei der dargestellten Anordnung acht Schritte erforderlich sind, um die Läufer eine Viertelumdrehung ausführen zu lassen und daß deshalb insgesamt 32 Schritte für eine volle Umdrehung der Läufer erforderlich sind, im Gegensatz zu Fig. 9, wo nur acht Schritte für eine volle Umdrehung der Welle eines einzelnen für sich allein arbeitenden Schrittschaltmotors erforderlich sind. Dies ist insofern von beträchtlicher Wichtigkeit, als die Impulsfolgefrequenz, mit der jeder einzelne Stellmotor betrieben werden kann, begrenzt ist. Deshalb kann bei dem dargestellten Antrieb eine primäre Impulsreihe mit einer Frequenz verwendet werden, die viermal höher ist als die Grenzfrequenz jedes einzelnen Motors. Bei Hinzufügung weiterer Schrittschaltmotoren in Übereinstimmung mit dem Schema nach F i g. 3 können entsprechend höhere Impulsfrequenzen verwendet werden.

Ein weiterer Vorteil des in Fig. 3 dargestellten Schrittschaltwerks besteht darin, daß Schrittschaltmotoren konventioneller Standardausführung als Motoren 112 a, 112 b, 112 c und 112 d verwendet werden können. Die Läufer bzw. Wellen der einzelnen Motoren können auch anders als durch die in F i g. 3 gezeigten Zahnräder miteinander verbunden werden. Wie aus F i g. 6 ersichtlich ist, kann beispielsweise eine Anzahl von Schrittschaltmotoren ohne weiteres durch Zusammenkuppeln der aufeinander ausgerichteten Wellen der einzelnen Motoren verbunden werden. In F i g. 6 sind vier Stellmotoren 150 mit ihren Wellen 152 und diese verbindenden Kupplungen 154 dargestellt. Eine andere Art, die Läufer zu verbinden, ist in F i g. 7 dargestellt, in der die Läufer 156 auf einer gemeinsamen Welle sitzen und mit vier zugeordneten Ständern 160 zusammenarbeiten. Bei dieser Anordnung können, falls erwünscht, alle Läufer und Ständer in einem gemeinsamen Gehäuse untergebracht sein. Ohne Rücksicht so anzuordnen und die Läufer so miteinander zu beachten, daß es wichtig ist, die Ständer und Läufer so anzuordnen und die Läufer so miteinander zu kuppeln, daß alle Läufer im wesentlichen die gleiche Lage gegenüber ihren Ständern einnehmen, d. h., wenn beispielsweise die Wicklungen aller Motoren in der gleichen Weise wie bei Schritt 1 oder 5 in F i g. 5 erregt sind, müssen alle Läufer in Richtung der Null-Richtung ihrer zugeordneten Ständer ausgerichtet sein. Aus F i g. 7 läßt sich weiter ersehen, daß falls erwünscht, die einzelnen Läufer 126 wie in F i g. 10 durch einen einzigen länglich ausgebildeten Läufer 162 ersetzt werden können, dessen axiale Länge so bemessen ist, daß er gleichzeitig mit jeder der vier ringförmigen Reihen von Ständerpolen 166, die von den vier Ständern 164 gebildet werden, zusammenarbeiten kann. Die Ständer 164 sind in einem gemeinsamen Gehäuse 168 untergebracht, in dem auch die Läuferwelle 170 drehbar gelagert ist, so daß die vier Ständer 164 und der Läufer 162 praktisch einen einzigen Motor bilden. Es ist auch ersichtlich, daß bei den in Fig. 7 und 10 dargestellten Schrittschaltmotoren die Ständerpole nicht wie dargestellt von einer Anzahl getrennter, axial im Abstand angeordneter Ständer gebildet werden müssen, sondern auch von einem einstückigen Ständer gebildet werden können oder von einem Ständer, der weniger Einzelabschnitte aufweist als Ständerpolreihen.

Bei den Motoren der Fig. 7 und 10 sind die Läuferpole und Ständerpole so angeordnet, daß, wenn eine entsprechende Anzahl zugeordneter Läuferpole in Richtung von zwei bzw. mehr Polen einer ringförmigen Ständerpolreihe ausgerichtet ist, dasselbe auch bei den anderen Ständerpolreihen der Fall ist. F i g. 5 zeigt die einzelnen Schritte bei der Erregung der Wicklungen eines derartigen Gesamtmotors in bestimmter Reihenfolge; aus dem Vektordiagramm am rechten Rand von F i g. 5 ist ersichtlich, daß die Resultante R, deren Länge der zwischen Läufer- und Ständerpolen sich ergebenden magnetischen Anziehungskraft entspricht, sich von einem Schritt zum anderen verändert. Diese Änderung verursacht Schwankungen im Ausgangsdrehmoment.

Diese Schwankungen im Drehmoment können vermindert — und, falls erwünscht, vollständig beseitigt — werden, wenn die Ständer- und Läuferpole derart angeordnet werden, daß die einzelnen Läuferpole jeweils um einen unterschiedlichen Winkel in bezug auf eine vollständige Ausrichtung mit den ihnen zugeordneten Ständerpolen versetzt sind (Fig. 11). Dieser Unterschied in der Versetzung der Pole kann erreicht werden, indem entweder die Winkelausrichtung der Ständerpole untereinander beibehalten wird und die Läuferpole im Winkel gegeneinander versetzt angeordnet werden oder indem die Winkelausrichtung der Läuferpole beibehalten wird und die Ständerpole im Winkel gegeneinander versetzt werden. Als dritte Möglichkeit bietet sich an, daß sowohl die Ständerpole als auch die Läuferpole in bezug auf ihre Winkelausrichtung nichtfluchtend angeordnet sind. Fig. 11 zeigt die Endansicht eines Schrittschaltmotors, der dem in F i g. 7 dargestellten entspricht, jedoch mit der Ausnahme, daß die Läufer 156 a, 156 b, 156 c und 156 d im Winkel zueinander versetzt auf ihrer Welle 158 angeordnet sind.

Der Betrag der Winkelverschiebung zwischen den aufeinanderfolgenden Polsätzen hängt von der Anzahl der Polsätze ab, ferner von der Größe des Drehwinkels der Läuferwelle bei jedem Schritt bzw. jeder Veränderung des Erregungszustands der Wicklungen, wenn eine Wicklung unabhängig von den

13 14

anderen Wicklungen erregt wird, sowie von dem ge- Fig. 11 dargestellt. Das Schaubild der Fig. 12 wünschten Maß an Gleichmäßigkeit im Dreh- entspricht im wesentlichen dem der Fig. 5, nur daß moment. Wenn das Drehmoment auf einen genau die Pfeile in den Kreisen der Fig. 12 die jeweilige gleichbleibenden Wert gehalten werden soll, muß der Stellung der Läufer 156 a, 1566, 156 c und 156 d zwischen den einzelnen Sätzen von Läuferpolen be- s angeben und nicht die Null-Richtungen. In den Vekstehende Unterschied im Winkelabstand gleich a/n, tordiagrammen am rechten Rand der Figur stellen d. h. gleich der Größe α der Winkelbewegung bei die Pfeile a, b, c und d die auf die einzelnen Läufer einem Wechsel des Erregungszustandes einer einzel- wirkenden magnetischen Kräfte dar. Die Läufer nen Wicklung und alleinigem Arbeiten dieser Wick- 156 α und 156 d in Schritt 1 liegen in einem größeren lung, geteilt durch die Anzahl η der Ständerpolreihen, io Abstand von den durch die zugeordneten Statorpole sein. Der in F i g. 11 dargestellte Motor ist beispiels- erzeugten Null-Richtungen als die Läufer 156 b und weise von der Art, daß, wie in bezug auf Fig. 8 156c und stehen deshalb unter einem geringeren und 9 erläutert wurde, bei jedem Schrittwechsel in Einfluß der magnetischen Kraft als die letzteren der Erregung einer für sich selbst und allein arbei- Läufer. Bei der Weiterverfolgung von Schritt 1 über tende Wicklung der Läufer 158 um 45° gedreht 15 Schritt 2 zu Schritt 3 wird ersichtlich, daß lediglich wurde. Da vier Ständerpolreihen vorhanden sind, eine Drehung der Resultante R ohne Veränderung muß der Winkelabstand zwischen den aufeinander- ihrer Länge erfolgt und somit auch das der Läuferfolgenden Läuferpolen 45°/4 = 11¹A Grad betragen, welle aufgedrückte Drehmoment nicht verändert wie in F i g. 11 dargestellt ist, damit das Dreh- wird. Wenn der Winkelabstand zwischen den aufmoment konstant bleibt. 20 einanderfolgenden Polsätzen auf einen Wert ver-Die Wirkung dieser Verteilung der Läufer- und ändert wird, der größer ist als der Wert α/η, ver-Ständerpole ist in Fig. 12 an Hand von drei Er- ändert sich das resultierende Drehmoment wieder regungsschritten der Wicklungen des Motors nach von Schritt zu Schritt.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (11)

. die aufeinanderfolgenden Schrittschaltmotoren Patentansprüche: bei gleichausgerichteten Rotoren statorseitig jeweils um einen Winkel von höchstens a/n°

1. Anordnung mit impulsgesteuerten Schritt- gegeneinander versetzt sind, wobei α die erzielte schaltmotoren zur vorprogrammierten Weg- 5 Winkelbewegung des Rotors eines jeden Schrittsteuerung von Arbeitsgeräten, dadurchge- schaltmotors bei jeder Veränderung seines Erkennzeichnet, daß für jede Bewegungs- regungszustandes ist und η die Anzahl^ der richtung ein Impulsverteiler (116) vorgesehen ist, ^v Schrittschaltmotoren darstellt.

der eine ihm zugeführte primäre Impulsreihe in 12. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 η sekundäre Impulsreihen gleicher Frequenz mit io bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß alle Schrittzeitlich gegeneinander versetzten Impulsen auf- schaltmotoren in einem gemeinsamen Gehäuse teilt, und daß jede sekundäre Impulsreihe einen (168) untergebracht sind,
von η gleichartigen Schrittschaltmotoren (112 a _v
bis d) steuert, deren Rotoren miteinander und . .

mit dem zu bewegenden Teil (110) verbunden 15

sind. .

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Impulse der sekundären Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung Impulsreihen um einen zeitlichen Abstand gegen- mit impulsgesteuerten Schrittschaltmotoren zur voreinander versetzt sind, der gleich dem zeitlichen 20 programmierten Wegsteuerung von Arbeitsgeräten. Abstand zweier aufeinanderfolgender Sekundär- Es ist bekannt, einen Schrittschaltmotor bei einem impulse, geteilt durch die Anzahl der sekundären Kurvenschreiber oder einer anderen Vorrichtung zu Impulsreihen, ist. - verwenden, um ein Teil dieser Vorrichtung gegen-

3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, da- über einer Schreibunterlage, einem Werkstück oder durch gekennzeichnet, daß bei Aufteilung der 25 einem anderen Teil der Vorrichtung in einer vorprimären Impulsreihe in zwei sekundäre Impuls- bestimmten Koordinatenrichtung zu bewegen. Derreihen als Impulsverteiler eine Flip-Flop-Schal- artige Schrittschaltmotoren sprechen auf Stromtung (30) verwendet ist. impulse an und verdrehen ihre Welle für jeden

4. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, da- empfangenen Impuls um einen genauen Winkelwert, durch gekennzeichnet, daß bei Aufteilung der 30 Die Anwendung dieser Motoren ist bei vielen Vorprimären Impulsreihe in mehr als zwei sekundäre richtungen insbesondere deshalb von Vorteil, weil Impulsreihen als Impulsverteiler ein Ringzähler sie in einfacher Weise durch eine Anzahl von Ein-(44) verwendet ist. gangsimpulsen betätigt werden können, so daß sie

5. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 das zugeordnete Teil eine genau vorbestimmte bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbin- 35 Strecke weit bewegen können. Ein Hauptnachteil dung (124) der Rotoren (132a bis 132d) mitein- der bekannten Stellmotoren ist darin zu sehen, daß ander und mit dem zu bewegenden Teil (110) ihre Arbeitsgeschwindigkeit auf Grund ihrer niedeine mechanische Summiervorrichtung enthält, rigen Grenzfrequenz verhältnismäßig niedrig ist, die η angetriebene Zahnräder (136α bis 136a") auf- d. h., daß sie nur mit einer verhältnismäßig niedrigen weist, von denen jedes mit einem der Rotoren 40 Impulsfolgefrequenz gegebene Impulse aufnehmen (132 a bis 132 d) der Schrittschaltmotoren (112 a können, wenn das Drehmoment an ihrer Welle nicht bis 112 d) verbunden ist, sowie tin von den Zahn- unter einen bestimmten, nicht mehr zu verwendenrädern (136 a bis 136 d) angetriebenes Zahnrad den Wert sinken soll.

(134), das mit dem zu verstellenden Teil (110) Es ist auch ein eine gute Stellgenauigkeit und

verbunden ist (F i g. 3). 45 eine große Anzahl von Einzelschritten pro Um-

6. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 drehung besitzender Schrittschaltmotor bekannt bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß zur Verbin- (Werkstattstechnik 49. Jahrg. (1959), H. 5, S. 237 dung der Rotoren miteinander und mit dem zu bis 241), der mehrere hintereinander angeordnete bewegenden Teil ein Differentialgetriebe (42, 48) Ständerpolringe und auf einer gemeinsamen Welle vorgesehen ist. 50 angeordnete, gegeneinander versetzte Läuferpol-

7. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 ringe aufweist, wobei die Versetzung der Einzelpole bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Wellen der Läuferpolringe jeweils den /j-ten Teil einer sämtlicher Schrittschaltmotoren durch Kupp- Polteilung der Ständerpolringe beträgt, wobei η lungen miteinander verbunden sind. gleich der Anzahl der Ständer- bzw. Läuferpolringe

8. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 55 ist; eine Weiterschaltung erfolgt durch schrittweise bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Rotoren bzw. phasenverschobene Erregung der Wicklungen sämtlicher Schrittschaltmotoren auf einer ge- der Ständerpolringe nacheinander. Jedoch weist meinsamen Welle befestigt sind. auch dieser Schrittschaltmotor den Nachteil auf,

9. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 daß sich weder die Anzahl der Einzelschritte pro bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Rotoren 60 Umdrehung noch die Grenzfrequenz des Motors sämtlicher Schrittschaltmotoren aus einem einzi- durch Vergrößerung der Anzahl von Ständer- und gen Element bestehen. Läuferpolringen oder der Polzahl pro Polring be-

10. Anordnung nach einem der Ansprüche I liebig erhöhen läßt, da bei diesem Motor jeweils bis 4 oder 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß nur die Wicklungen eines Polringes zur gleichen die Schrittschaltrriotoren .stator- und rotorseitig 65 Zeit erregt sein dürfen und durch die Aneinandergleich ausgerichtet sind. reihung einer größeren Anzahl von Polringen die

11. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 Erregungszeiten zu gering werden.

bis oder 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine