DE1563610B2 - Elektromagnetische stelleinrichtung - Google Patents

Description

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Die Erfindung betrifft eine elektromagnetische findung sind die Stangen zur Kopplung von Kolben-Stelleinrichtung zur Umwandlung binärer elektrischer kernen und Ankerkernen benachbarter Stellelemente Eingangssignale in eine lineare diskrete Verschiebung sowie die Stangen zur Kopplung der Ankerkerne einer Ausgangsstellstange entsprechend dem Binär- eines Stellelements untereinander jeweils gleitendem wert, wobei mehrere mit einem Elektromagneten aus- 5 Durchgängen der Ankerkerne bzw. Kolbenkerne gegestattete Stellelemente hintereinander angeordnet führt. Dadurch erhält man einen Aufbau, wo sämtsind und benachbarte Stellelemente mechanisch mit- liehe Stellelemente koaxial hintereinander angeordeinander gekoppelte Kerne aufweisen. net sind.

Die deutsche Patentschrift 646 886 beschreibt be- Weiterhin schlägt die Erfindung vor, daß die Anreits eine elektromagnetische Stelleinrichtung, die aus io schlußklemmen jeweils gleichliegender Wicklungen einzelnen Stellelementen aufgebaut ist und deren der Stellelemente jeweils an die Leitungen gleicher Ausgangsstellstange in eine Mehrzahl diskreter Stel- Wertigkeit der Binärsignale der betreffenden Zifferlungen gebracht werden kann. Die Anzahl der Stell- stellen angeschlossen sind. Bei einer solchen Ausbilelemente ist dabei der Anzahl der gewünschten Ver- dung der Stelleinrichtung kann ein unmittelbarer Anschiebungsschritte gleich. Jedes Stellelement besitzt 15 schluß an eine Leitergruppe erfolgen, auf der Binäreinen Ringmagneten sowie einen Kern, der außerdem zahlen in Parallelform übertragen werden,
in das benachbarte Stellelemente hineinragt und als Bei einer solchen Einrichtung dient der Anker-Anschlag für den Kern desselben dient. Bei dieser be- kern (oder Kolbenkern) des Stellelements an einem kannten Anordnung wird die Ruhelage der Kerne Ende und der Kolbenkem (oder Ankerkern) des durch die Schwerkraft festgelegt. 20 Stellelements am entgegengesetzten Ende als BeAufgabe der Erfindung ist die Bereitstellung einer zugsende bzw. Ausgangsende. Selbstverständlich kön-Stelleinrichtung, die unmittelbar Binärwerte verarbei- nen das Bezugsende und das Ausgangsende sowohl ten kann, wo also jedes Stellelement einer Binär- vom mechanischen als auch vom elektromagnetischen zifferstelle eines Eingangssignals zugeordnet ist. Standpunkt aus miteinander vertauscht werden. Wenn Außerdem soll die Stelleinrichtung unabhängig von 25 man entweder einen Binärwert »1« oder »0« innereiner Vorspannung, beispielsweise mit Hilfe der halb eines binär kodierten Eingangssignals an jedes Schwerkraft, sein. Stellelement in beliebiger Reihenfolge oder gleich-

Diese Aufgabe wird nach der Erfindung dadurch zeitig anlegt und jeweils eine Wicklung jedes Stellgelöst, daß jedes Stellelement einer Binärzifferstelle elements entsprechend dem Wert des betreffenden zugeordnet ist und zwei axial hintereinander angeord- 30 Eingangssignals erregt, führt die Stelleinrichtung nach nete, von je einem Binärwert der betreffenden Ziffer- der Erfindung eine Addition der Binärwerte aus, und stelle beaufschlagte Elektroringmagnete aufweist, daß das Ausgangsende wird innerhalb des Stellbereichs die beiden Elektroringmagnete durch eine nicht- auf eine diskrete Stellung eingestellt,
magnetische Koppelstange in einem festen Abstand Da die hintereinandergeschalteten Stellelemente voneinander gehaltene Ankerkerne aufnehmen und in 35 die verschiedenen Verschiebungsbeträge miteinander dem Bereich zwischen den beiden Ankerkernen ein addieren, verschiebt sich der Kolbenkern jedes an entsprechend der Erregung der Elektroringmagnete einer Zwischenstellung gelegenen Stellelements nicht verschiebbarer magnetischer Kolbenkern zu den nur bis zum Anschlag an einen Ankerkern, sondern Ankerkernen einen Spalt frei läßt, der der Verschie- er verschiebt auch die Ankerkerne des betreffenden bungsgröße der betreffenden Binärzifferstelle ent- 4° Stellelements entsprechend der Hintereinanderschalspricht, und daß der Kolbenkern an eine Stellstange tung der verschiedenen Stellelemente,
angekoppelt ist. Die Verschiebung der Ankerkerne innerhalb jedes

Jedes einzelne Stellelement der Stelleinrichtung Stellelements darf gegenüber den Statorkernen der nach der Erfindung ist ein duales Bauelement, das un- Elektromagnete einen Grenzbetrag nicht überschreimittelbar binäre Ziffersignale verarbeiten kann. Die 45 ten, damit der magnetische Widerstand der Magnet-Anwendung zweier Elektroringmagnete stellt zwei bannen innerhalb jedes Stellelements, d. h. die madiskrete Endlagen für den jeweiligen Kolbenkern gnetische Anziehung zwischen den Ankerkernen und sicher, die willkürlich durch das Eingangssignal fest- dem Kolbenkern, im wesentlichen konstant bleiben, gelegt werden können. Die Ankerkerne eines jeden unabhängig von der jeweiligen "Verschiebung des Stellelements wirken dabei als Statoranschläge, deren 5° Ankerkerns innerhalb des gesamten Stellbereichs.
Stellung durch das benachbarte Stellelement festge- Ein wesentlicher Vorteil der Erfindung liegt in der legt wird. Der Abstand zwischen den Ankerkernen hohen Arbeitsgeschwindigkeit. Dies ist insbesondere und die Länge des-Kolbenkerns bestimmen den je- auf den Aufbau aus Stellelementen mit je zwei Elektroweiligen Spalt und damit den Hubbereich des betref- .magneten zurückzuführen, wo die Kolbenkerne und fenden Stellelements. ■ . 55 die Ankerkerne innerhalb der festsehenden Stell-

In weiterer Ausbildung schlägt die Erfindung vor, elemente verschiebbar sind.?.'■■

daß die Größe des Spaltes (Hubbereich) in auf ein- Ein weiterer wesentlicher. Vorteil liegt darin, daß, anderfolgenden Stellelementen jeweils um einen Fak- je kleiner der Hubbereich gewählt ist, die magnetische tor 2 zunimmt. Damit sind aufeinanderfolgende Stell- Anziehung um so größer gewählt werden kann, woelemente nach der Basis des Binärsystems abgestuft, 60 mit die Arbeitsgeschwindigkeit ansteigt. Infolgedesso daß Binärzahlen unmittelbar verarbeitet werden sen kommt man mit einem wirtschaftlichen Leistungswerden können. Dies bedeutet vor allem bei einer verbrauch aus. Dies bedeutet, daß der Gesamtaufbau Vielzahl der erforderlichen diskreten Verschiebungs- der Stelleinrichtung nach der Erfindung kleinräumig werte eine Verringerung der Anzahl der Stellelemente. erfolgen kann und trotzdem eine hohe Präzision Denn die Hubbereiche benachbarter Stellelemente 65 liefert.

sind nach den Potenzzahlen des Binärsystems 2°, 2¹, Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der

2²... 2""¹ abgestuft. ■ folgenden Beschreibung einiger bevorzugter Ausfüh-

Nach einer bevorzugten Ausführungsform der Er- rungsformen an Hand der Zeichnung. Es stellt dar

F i g. 1 eine schematische Ansicht des Grund- sowie Ankerkerne 15, 15', 25, 25', 35, 35' und 45,

aufbaues eines einzelnen Stellelements nach der Er- 45'. (Die Koppelstangen dieser Einrichtung sind der

findung, ■>., Einfachheit halber weggelassen.) Außerdem ist der

F i g. 2 eine schematische Ansicht einer 4-Ziffer- Kolbenkern jedes Stellelements mit Ausnahme des

Stelleinrichtung nach der Erfindung und 5 linken mit dem rechtsseitigen Ankerkern des benach-

F i g. 3 einen Längsschnitt durch eine 2-Ziffer-Stell- barten Stellelements durch eine nichtmagnetische

einrichtung nach der Erfindung. Koppelstange verbunden. Ein Ende der Ankeranord-

Nach F i g. 1 besteht das Stellelement aus zwei nung des rechtsseitigen Stellelements 10 ist in der Elektromagneten 1,1', zwei Erregerwicklungen 2, 2', dargestellten Weise fest angelenkt, und das links-Statorkernen 3, 3', einem gleitend in dem Mittel- io seitige Ende des Kolbenkerns 44 des linken Stelldurchgang der Statorkerne verschiebbaren Kolben- elements dient als Anschlußpunkt für die Ausgangskern 4 und zwei Ankerkernen 5, 5', die ebenfalls glei- Stellstange.

tend in den genannten Durchgang koaxial zu dem Über Klemmenpaare Wl... W4 werden jeweils Kolbenkern eingepaßt sind und sich auf entgegenge- »1 «-Signale für die jeweils linksseitige Wicklung zusetzten Seiten desselben befinden, wobei sie durch 15 geführt, wogegen Klemmenpaare TF₁... TF₄ zum Aneine Koppelstange 6 aus nichtmagnetischem Stoff mit- legen von »O«-Signale an die jeweils rechten Wickeinander verbunden sind. lungen jedes Stellelements dienen. Es sei angenom-

Der Abschnitt 7 des Koppelstange 6 auf der äußer- men, daß die Hubbereiche S₁... S₄ der Ankeranordsten rechten Seite der Zeichnung kann an einem be- nungen jeweils das 1-, 2-, 4- bzw. 8fache einer Einliebigen festen Punkt zusammen mit den Anker- 20 heitsverschiebung betragen. Dann sind die Maximalkernen 5, 5' angelenkt sein, der als Bezugsende dient, verschiebungen I₁ ... ^ der Ankeranordnungen gewenn das betreffende Stellelement sich am äußersten genüber dem jeweils in gestrichelten Linien einge-Ende einer Stelleinrichtung gegenüber der Ausgangs- tragenen Bezugspunkt (d. h. bei Einspeisung von stellstange befindet. Wenn sich dieses Element im »O«-Signalen in jedes Stellelement) das 0-, 1-, 3- bzw. Mittelbereich der Stelleinrichtung befindet, ist dieser 25 7fache der Einheitsverschiebung.
Punkt an den Kolbenkern des benachbarten Stell- Da jedes Stellelement der Stelleinrichtung einen elements angeschlossen, der als quasifester Punkt auf- Zifferwert »1« oder^O« eines binären Eingangssignals zufassen ist, der sich in einem gewissen Maße ver- verarbeiten kann, stellt sich der Kolbenkern 44 des schieben kann. In jedem Fall dient die Verbindung linksseitigen Stellelements 40 auf eine diskrete Stelzwischen der Stellstange 8 und dem Kolbenkern 4 als 30 lung ein, die der Addition der Zifferwerte des jewei-Ausgangsbezugspunkt des betreffenden Stellelements, ligen Eingangssignals entspricht,
und die Stellstange8 erstreckt sich in axialer Rieh- Fig. 2 zeigt eine Stellung, wo Erregerströme jetung zum Anschluß an den Ankerkern des benach- weils in alle linksseitigen Wicklungen jedes Stellbarten Stellelements, elements geleitet sind und die Ausgangsstellstange

Es sei angenommen, daß der Kolbenkern 4 zuerst 35 ihre maximale Verschiebungsstellung einnimmt,
an den Ankerkern 5 anstößt. Wenn ein Erregerstrom Diskrete Zwischenstellungen der Ausgangswelle in der Wicklung 2 fließt, wird innerhalb des Stator- zwischen den beiden Extremstellungen ergeben sich kerns 3 und des Ankerkerns 5 ein magnetischer Fluß bei Erregung irgendeiner Wicklung jedes Stellerzeugt, und der Kolbenkern 4 wird gegen den Anker- elements in einer entsprechenden Weise. Damit erkern 5 gezogen und schlägt an denselben an. Dadurch 40 möglicht diese Stelleinrichtung eine Einstellung der wird die Stellstange 8 nach links (bezüglich der Zeich- Ausgangswelle auf eine diskrete Stellung entnung) um einen Hubabstand verschoben, der dem an- sprechend einem Verschiebungsbetrag zwischen 0 fänglichen Luftspalt zwischen Kolbenkern 4 und und 15 Einheitsverschiebungen.
Ankerkern 5 gleich ist. F i g. 3 zeigt im Querschnitt eine Ausführungsform

Wenn umgekehrt die Wicklung 2 nicht erregt wird 45 einer 2-Ziffer-Stelleinrichtung. Danach sind die Stell- und die Wicklung 2' erregt wird, wird der Kolben- elemente 50 und 60 fest und in axialer Richtung unkern 4 von dem Ankerkern 5 angezogen und stößt an verschiebbar in eine Gehäuseinnenwandung eingedenselben an. Demzufolge verschiebt sich die Stell- paßt und umfassen jeweils Kolbenkerne 54 und 64 stange 8 nach rechts. sowie Ankeränordnungen 55, 55' und 65, 65'. Die

In jedem Fall bleibt die magnetische Anziehung 50 Koppelstangen 56 und 66 bestehen aus einem nicht-

zwischen Kolbenkern 4 und Ankerkern 5 bzw. 5' im magnetischen Stoff, beispielsweise nichtrostendem

wesentlichen gleich, unbeeinflußt von der jeweiligen Stahl. Die Koppelstange 66 mit den daran angelenk-

Verschiebung der Ankeranordnung, wenn nur der ten Ankerkernen 65 und 65' reicht gleitend durch

Kolbenkern den Abstand zwischen den beiden Stator- eine Durchgangsbohrung des Ankerkerns 55, damit

kernen 3 und 3' überbrückt und sich die Außenenden 55 der Kolbenkern 54 daran angekoppelt werden

der Ankerkerne 5 und 5'außerhalb der entsprechen- kann.

den Stirnflächen der Statorkerne 3 und 3' befinden. Ein Ende des Ankerkerns 55' des rechtsseitigen

Wenn die Ankeranordnung 5, 5' innerhalb des ge- Stellelements besitzt ein Außengewinde und ist in

nannten Bereichs verschoben wird, bleibt die magne- die Seitenwandung des Gehäuses 60 eingeschraubt,

tische Anziehung im wesentlichen unverändert. 60 Dieses Gewinde dient gleichzeitig als Einstell-

Fig. 2 zeigt schematisch den Aufbau einer 4-Ziffer- schraube. Eine nichtmagnetische Koppelstange des

Stelleinrichtung nach der Erfindung, wo die Aus- Kolbenkerns 64 reicht lose durch eine Bohrung des

gangsstellstange sechzehn diskrete Stellungen entspre- Ankerkerns 65 und ist mit der Ausgangsstellstange

chend 0 bis 15 Verschiebungseinheiten einnehmen 68 aus nichtmagnetischem Stoff gekoppelt, die unter

kann, wenn ein 4-Ziffer-Binär-Eingangssignal vorge- 65 Verwendung eines Koppelflansches durch eine öff-

sehen ist. nung des Gehäuses hindurchreicht.

Nach F i g. 2 gehören zu den Stellelementen 10, Man erkennt ferner die Erregerwicklungen 52, 52'

20, 30 und 40 jeweils Kolbenkerne 14, 24, 34 und 44 und 62, 62' der Stellelemente 50 und 60 sowie die

Statorkerne 53 und 63', die fest in die Gehäuseinnenwandung eingepaßt sind.

Bei Erregung der Wicklung 52 (oder 62) durch ein »1 «-Signal wird der Kolbenkern 54 (oder 64) gegen den Ankerkern 55 (oder 65) gezogen und stößt an denselben an. In entsprechender Weise wird der Kolbenkern 54 (oder 64) gegen den Ankerkern 55' (oder 65') gezogen und stößt an denselben an, wenn die Wicklung 52' (oder 62') erregt wird. Wenn also die Hubbereiche S₅ und S₆ der Kolbenkerne 54 und 56 gleich der einfachen bzw. zweifachen Verschiebungseinheit sind, kann die Ausgangswelle 68 in vier diskrete Stellungen innerhalb des Gesamtverschiebungsbereichs eingestellt werden.

F i g. 3 zeigt die Stellung der Stelleinrichtung bei Erregung der jeweils linksseitigen Wicklungen, was einer maximalen Ausgangsverschiebung entsprechend drei Verschiebungseinheiten entspricht. Das Bezugsende der Stelleinrichtung kann durch entsprechende Drehung der Stellschraube (Ankerkern 55') genau eingestellt werden.

Die Erfindung besitzt ein weitreichendes Anwendungsfeld bei Aufnahme und Wiedergabe von Informationen sowie bei automatischen Steuerungen, wo insbesondere hohe Arbeitsgeschwindigkeiten und eine große Genauigkeit erforderlich sind.

Claims (5)

1. Patentansprüche:

   ;: 1. Elektromagnetische Stelleinrichtung zur Um-

   Wandlung binärer elektrischer Eingangssignale in ::.. eine lineare diskrete Verschiebung einer Aus- :;; gangsstellstange entsprechend dem Binärwert, η wobei mehrere mit einem Elektromagneten ausgestattete Stellelemente hintereinander angeord- ;■■■■ net sind und benachbarte Stellelemente mecha-■ nisch miteinander gekoppelte Kerne aufweisen, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Stellelement einer Binärzifferstelle zugeordnet ist und zwei axial hintereinander angeordnete, von je einem Binärwert der betreffenden Zifferstelle beaufschlagte Elektroringmagnete (1, 1') aufweist, daß die beiden Elektroringmagnete (1, 1') durch eine nichtmagnetische Koppelstange (6) in einem festen Abstand voneinander gehaltene Ankerkerne (5, 5') aufnehmen und in dem Bereich zwischen den beiden Ankerkernen ein entsprechend der Erregung der Elektroringmagnete verschiebbarer magnetischer Kolbenkern (4) zu den Ankerkernen einen Spalt frei läßt, der der Verschiebungsgröße der betreffenden Binärzifferstelle entspricht, und daß der Kolbenkern (4) an eine Stellstange (8) angekoppelt ist.
2. 2. Stelleinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils der Kolbenkern (14, 24, 34) eines Stellelements mit den Ankerkernen (25', 35', 45') des benachbarten Stellelements gekoppelt ist.
3. 3. Stelleinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß'die Größe des Spaltes [Hubbereich] (S₁, S₂, S₃, S₄) in aufeinanderfolgenden Stellelementen jeweils um einen Faktor 2 zunimmt.
4. 4. Stelleinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Stangen zur Kopplung von Kolbenkernen und Ankerkernen benachbarter Stellelemente sowie die Stangen zur Kopplung der Ankerkerne eines Stellelements untereinander jeweils gleitend in Durchgängen der Ankerkerne bzw. Kolbenkerne geführt sind.
5. 5. Stelleinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Anschlußklemmen (W₁, W₂, W_z, W₄ bzw. TF₁, TF₂, TF₃, TF₄) jeweils gleichliegender Wicklungen der Stellelemente jeweils an die Leitungen gleicher Wertigkeit (»0«, »1«) der Binärsignale der betreffenden Zifferstellen angeschlossen sind.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen