DE2225345A1

DE2225345A1 - Steuerungsvorrichtung fuer positionierantriebe

Info

Publication number: DE2225345A1
Application number: DE19722225345
Authority: DE
Inventors: Willi Marti
Original assignee: Delmoran AG
Current assignee: Delmoran AG
Priority date: 1971-07-30
Filing date: 1972-05-25
Publication date: 1973-02-15
Also published as: CH539880A; IT964827B; DE2225345B2; FR2149163A5; GB1382626A; DE2225345C3; ES404867A1; NL7208996A

Description

PATENTANWALT DIPL.-ING. GERHARD SCHWAN

BÜRO: 8000 MÜNCHEN 83 · ELEENSTRASSE 32

18. Mai 1972

Delmoran AG, Basel, Barfüsserplatz 6

Steuerungsvorrichtung für Positionierantriebe .

Die Erfindung betrifft eine Steuerungsvorrichtung für Positionierantriebe zum Antreiben einer Arbeitsspindel und Stillsetzen derselben in einer oder mehreren wählbaren Winkelstellungen, bei der als Winkelgeber mindestens eine synchron mit der Arbeitsspindel umlaufende Magnetfeldquelle und mindestens ein damit in Wirkverbindung stehender ortsfester Hallgenerator vorgesehen sind.

Steuerungsvorrichtungen der vorstehend genannten Art sind aus der DT-AS 1 763 657 bekannt. Bei Positionierantrieben stellt sich jedoch häufig das Problem, daß nicht nur die Winkelstellung der Arbeitsspindel, sondern auch deren Drehzahl ermittelt werden muß. Dies ist insbesondere in allen den Fällen erforderlich, in denen eine auf einem Soll-Istwert-Vergleich beruhende Drehzahlregelung vorgenommen wird. Für diese Zwecke wurden bisher stets zwei getrennte Meßsysteme eingesetzt, nämlich ein Winkelgeber und ein unabhängig davon arbeitender Drehzahlmesser (vergleiche z. B. ältere Patentanmeldung P 2O 54 5O1.1-32). Winkelgeber und Drehzahlmesser der bekannten Positionierantriebe bedingen einen verhältnismäßig großen Aufwand. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, diesen Aufwand zu verringern.

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FERNSPRECHER: 0811/6012039 · KABEL: ELECTR1CPATENT MÜNCHEN

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Ausgehend von einer Steuerungsvorrichtung der eingangs genannten Art wird diese Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Magnetfeldquelle als axial magnetisierter, vorzugsweise dauermagnetischer, Ringmagnet mit mindestens einer weichmagnetischen Polscheibe ausgebildet ist, daß zwei Gruppen von mit dem Hallgenerator zusammenwirkenden Polscheibenzähnen vorgesehen sind, daß die eine Gruppe von Zähnen in einer der Erzeugung yon Positionsimpulsen entsprechenden Verteilung angeordnet ist, daß die zweite Gruppe von Zähnen aus einer Mehrzahl von in Umfangsrichtung symmetrisch verteilten Zähnen zur Erzeugung von Drehzahlmeßimpulsen besteht und daß eine Trenneinrichtung zur Unterscheidung zwischen den einerseits von den Positionszähnen und andererseits von den Drehzahlmeßzähnen am Hallgenerator ausgelösten Impulse vorhanden ist.

Die Erfindung ermöglicht es, mittels ein und desselben Systems sowohl vorgegebene Winkelstellungen der Arbeitsspindel als auch die Spindeldrehzahl zu bestimmen. Winkelgeber und Drehzahlmesser bilden baulich und funktionell eine Einheit. Sie können infolgedessen preiswert gefertigt und besonders einfach montiert werden. Gewicht und Raumbedarf sind klein. Bei den Polscheiben handelt es sich um billige Stanzteile.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung können die Positionszähne Teil einer Polscheibe der einen Polarität und die Drehzahlmeßzähne Teil einer Polscheibe der anderen Polarität sein und unterscheidet die Trenneinrichtung die Positionsimpulse von

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den Drehzahlmeßimpulsen auf Grund der unterschiedlichen Polung. Dreht sich die Arbeitsspindel und laufen infolgedessen die Polscheibenzähne an dem Hallgenerator vorbei, gibt dieser für jeden Positionszahn einen Impuls der einen Polarität und für jeden Drehzahlmeßzahn einen Impuls der anderen Polarität ab. Die Trenneinrichtung braucht dann nur noch zwischen den Polaritäten der anfallenden impulse zu unterscheiden,,

Entsprechend einer abgewandelten Ausführungsform der Erfindung t^ägt eine Polscheibe sowohl Drehzahlmeßzähne als auch mindestens einen Positionszahn, besitzen die Positionszähne eine von der Winkelbreite der Drehzahlmeßzähne abweichende Breite und unterscheidet die Trenneinric htung die Positionsimpulse auf Grund der unterschiedlichen ,Impulsbreite von den Drehzahlmeßimpulsen» Diese Ausbildung erlaubt es, einen kombinierten Winkelgeber und Dreh^ahlmesse aus ainer minimaien Anzahl von Bauteilen, nämlich einem Ringmagneten, einer Polscheibe und einem Hallgenerator, aufzubauen.

Zur Erzeugung zusätzlicher Positionsimpulse kann mindestens ein weiterer Hallgenerator vorgesehen sein, der gegenüber dem für die Erzeugung von Drehzahlmeß- und Positionsimpulsen ausgenutzten Hallgenerator in der Drehrichtung des Ringmagneten um einen · vorbestimmten Winkel versetzt angeordnet ist« Dieser Ausführungsform kommt besondere Bedeutung zu, wenn es darum geht, dicht benachbarte Stellungen der Arbeitsspindel auch bei verhältnismäßig hohen Relativgeschwindigkeiten zwischen den PoI-

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scheibenzähnen und den Hallgeneratoren sauber voneinander zu trennen. Bei Verwendung eines einzigen Hallgenerators kann in solchen Fällen die Auflösung für die einzelnen Impulse zu gering werden.

Die Hallgeneratoren können in gleichem radialem Abstand von der Drehachse des Ringmagneten in unterschiedlichen senkrecht zur Drehachse stehenden Ebenen angeordnet sein. Es ist aber auch möglich, die Hallgeneratoren in unterschiedlichen radialen Abständen von der Drehachse des Ringmagneten in derselben senkrecht zur Drehachse stehenden Ebene anzuordnen. Auch eine Kombination der beiden vorgenannten Alternativen ist möglich. Dabei können Positionszähne ein und derselben Polscheibe mit mehreren Hallgeneratoren zusammenwirken.

Noch rm τ Ab¹ in-il .ngsmö jlichkeiter werden erhalten , wenn auf der Arbeitsspindel oder einer synchron damit angetriebenen Welle mehrere Ringmagnete festklemmbar angeordnet werden, deren Pole mittels weichmagnetischer Polscheiben in Form, Zahl und Winkellage variierbar sind. Die Polscheiben können bedarfsweise gegen Polscheiben- mit anderer Zahnverteilung ausgetauscht werden. Auf diese Weise kann wechselnden Betriebserfordernissen rasch und einfach Rechnung getragen werden. Nebeneinanderliegende Ringmagnete können dabei im Bedarfsfall durch Scheiben aus nichtmagnetischem Material voneinander getrennt sein.

Um kurze Impulse und damit hohe Positionsgenauigkeite.n zu er-

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zielen, können die Polscheibenzähne zugespitzt sein.

Die Hallgeneratoren können in ein gemeinsames Kunststoffspritzteil eingesetzt sein. Der umlaufende Teil der Steuerungsvorrichtung kann in dem feststehenden Teil dieser Vorrichtung doppelt gelagert sein, um auch bei Schlagen der die· Magnetfeldquelle tragenden Spindel oder Welle für eine hohe Konstanz der Impulse zu sorgen. Im allgemeinen reicht jedoch eine einfache Lagerung des umlaufenden Teiles der Steuerungsvorrichtung aus. Es braucht nur dafür gesorgt zu sein, daß die Hallgeneratoren beim Vorbeilauf der Polscheibenzähne bis in die Sättigung ausgesteuert werden, um eine genaue Auswertung zu erreichen. Die mit der Erfindung eröffneten Variationsmögiichkeiten erlauben es z. B., die Gruppe der Positionszähne so auszubilden, daß bei Zick-Zack-iSlähmaschinen zwischen Nadelstellung links und Nddelstellun,. rechts ge .teuert werden kann.

Die Erfindung ist im folgenden an Hand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert. Ih den beiliegenden Zeichnungen zeigt:

Figur 1 einen Aufriß der erfindungscjemäßen Steuerungsvorrichtung nach Abnahme der Abdeckung,·

Figur 2 einen Schnitt entlang der Linie ΙΪ-ΙΙ der Figur 1 und

Figur 3 ein Prinzipschaltbild eines mit der Steuerungsvorrichtung nach der Erfindung ausgestatteten Pösitiönierähtriebes.

Die in den Figuren 1 und 2 veränschäulichtei SteUeruhgsvorrich-

tung weist einen Drehkörper 1 auf, der auf das eine Ende der nicht veranschaulichten Arbeitsspindel oder auf eine synchron damit angetriebene Welle aufgesteckt und mittels einer Stellschraube gehalten wird, die in eine Gewindebohrung 2 des Drehkörpers 1 eingeschraubt wird. Auf den in Figur 2 rechten, verringerten Durchmesser aufweisenden Teil 3 des Drehkörpers 1 sind zwei Kugellager 4,5 aufgezogen, deren Außenringe 6,7 in einem stillstehenden Gehäuseteil 8 sitzen. An dem Gehäuseteil 8 ist mittels Schrauben 9 ein Kunststoffspritzteil 1O befestigt, in das zwei Hallgeneratoren 11, 12 eingesetzt äind, die in Drehrichtung des Drehkörpers 1 um einen vorbestimmten Winkel versetzt sind, die in gleichem radialem Abstand von der Drehachse 13 des Drehkörpers 1 liegen (Figur 1 ) und die in unterschiedlichen senkrecht zur Drehachse 13 stehenden Ebenen angeordnet sind (Figur 2)

Der Teil 3 des Drehkörpers 1 trägt auf seinem in Figur 2 rechten Ende eine Muffe 15 mit einem Flansch 16. Auf die Muffe 15 sind sandwichartig eine Polscheibe 17, ein axial magnetisierter dauermagnetischer Ringmagnet 18, eine nichtmagnetische Scheibe 19, eine Polscheibe 20, ein weiterer axial magnetisierter dauermagnetischer Ringmagnet 21 und eine Polscheibe 22 aufgereiht. Mittels einer Schraube 23, die in eine von der Stirnfläche des Teils 3 des Drehkörpers 1 ausgehende Gewindebohrung des Drehkörpers eingeschraubt ist, können die Bauteile 17 bis 21 über ein Klemmstück 24 gegen den Flansch 16 der Muffe 15 angepreßt werden. Dadurch wird gleichzeitig die Muffe 15 gegen den Innenring 25 des Kugellagers 5 gepreßt, der sich seinerseits in

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axialer Richtung über den Innenring 26 des Kugellagers 4 gegen einen Bund 27 des Drehkörpers 1 abstützt. Eine Abdeckung 28 schließt den in Figur 2 rechten Teil der Anordnung ab.

Die Polscheibe 17 ist mit einer Folge von in Umfangsrichtung symmetrisch verteilten Positionszähnen 30 ausgestattet, die (in Umfangsrichtung) gleiche Breite besitzen. Die Polscheibe 17 trägt ferner einen in der Ebene der Drehzahlmeßzähne 30 liegenden Positionszahn 31 sowie einen aus der Ebene der Polscheibe 1 7 abgebogenen Positionszahn 32. Im veranschaulichten Ausführungsbeispiel haben die Positionszähne 31, 32 eine im Vergleich zu den Drehzahlmeßzähnen größere Breite.

Die Polscheibe 2O ist mit einem angespitzten Positionszahn 33 versehen, während die Polscheibe 22 einen abgebogenen Posi'tions-2ahn 34 aufweist, der in Figur 2 gestrichelt nach Drehung in die unterste Stellung angedeutet ist. Der Hallgenerator 11 liegt in der gleichen Radialebene wie die Drehzahlmeßzähne 30 und der Positionszahn 31, während sich der Hallgenerator 12 in der gleichen Radialebene befindet wie die Positionszähne 32, 33 und die Spitze des Positionszahnes 34. Bei der veranschaulichten Ausführungsform bilden die Drehzahlmeßzähne 30 sowie die Positionszahne 31ί 32 und 33 magnetische Nordpole, während der Positionszahn 34 einen magnetischen Südpol darstellt.

Dreht sich die mit dem Drehkörper 1 verbundene Arbeitsspindel und laufen infolgedessen die Polscheibenzähne an den Hallgenera-

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toren 11« 12 vorbei , entstehen am Ausgang der Hallgeneratoren Impulse mit einer von der Polarität der Polscheibenzähne abhängigen Polung und einer von der Breite der Polscheibenzähne abhängigen Impulsdauer.

Gemäß Figur 3 sind die Hallgeneratoren 11, 12 über je einen Verstärker 38 bzw. 39 mit einer Auswertelogik 40 verbunden. An die Auswertelogik 40 ist über einen Soll-Istwert-Vergleicher 41 ein Drehzahlregler 42 für einen Positionierantrieb 43 angeschlossen. Der Positionierantrieb kann beispielsweise in der in der älteren Anmeldung P 20 54 5Ο1.1-32 beschriebenen Weise ausgelegt sein. Mit der Auswertelogik 4O und dem Soll-Istwert-Vergleicher 41 ist ferner eine Positionslogik 44 verbunden, an die positionsabhängig zu steuernde Aggregate angeschlossen sind.

Die Auswertelogik 40 unterscheidet die auf den Vorbeilauf der Drehzahlmeßzähne 30 am Hallgenerator 11 zurückzuführenden Drehzahlmeßimpulse von den vom Hallgenerator 11 abgegebenen Positionsimpulsen auf Grund der unterschiedlichen Dauer dieser Impulse, die ihrerseits auf die unterschiedliche Breite der Drehzahlmeßzähne 3O einerseits und des Positionszahns 31 andererseits zurückzuführen ist. Statt dessen wäre es ohne weiteres auch möglich, den Hallgenerator 11 mit Polscheibenzähnen unterschiedlicher Polarität zusammenwirken zu lassen, wie dies für den zweiten Hallgenerator 12 angedeutet ist, und die Unterscheidung zwischen Drehzahlmeßimpulsen und Positionsimpulsen auf Grund der unterschiedlichen Polarität vorzunehmen.

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An dem Hallgenerator 12 werden zusätzliche Positionszähne vorbeigeführt, die sich sowohl hinsichtlich ihrer Breite (Positionszahn 33 einerseits und Positionszähne 32, 34 andererseits)' als auch hinsichtlich ihrer Polarität (Positionszähne 32 und einerseits sowie Positionszahn 34 andererseits) unterscheiden. Die Auswertelogik 40 und die Positionslogik 43 vermögen an Hand dieser Unterschiede die einzelnen Positionsimpulse ordnungsgemaß zu identifizieren. Es versteht sich, daß die Erfindung auf die veranschaulichte Ausführungsform nicht beschränkt ist. Die mittels ein und desselben Hallgenerators erfaßten Positionen können, falls erwünscht, ausschließlich auf Grund der Zahnbreite oder ausschließlich an Hand der Zahnpolarität unterschieden werden. Zur Unterscheidung auf Grund der Zahnbreite können Zeitglieder vorhanden sein, die zwei oder mehr voneinander abweichende Impulsbreiten trennen können. Die Anzahl der verwendeten Ringmagnete, Polscheiben und Hallgeneratoren kann zur Anpassung an die jeweiligen Betriebserfordernisse ohne weiteres verkleinert oder vergrößert werden.

Anwendungsbeispiele von Positionierantrieben, für die sich die Steuerungsvorrichtung nach der Erfindung eignet, sind Antriebe für Spulen- und Kondensatorwickelmaschinen. Ein bevorzugtes Anwendungsgebiet sind Industrienähantriebe. In einem solchen Falle wird der Drehkörper 1 vorzugsweise auf das eine Ende der Armwelle der Nähmaschine aufgesetzt. Die Positionszähne können herangezogen werden, um die Nähmaschine wahlweise mit der Nadel in der oberen oder der unteren Endstellung stillzusetzen sowie

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um Fadenabschneidsysteme positionsabhängig ein- und auszuschalten. Im Gegensatz zu der bisher üblichen Praxis, das Abschneidsystem positionsabhängig ein-, jedoch durch vom Einschaltimpuls gestartete Zeitglieder auszuschalten, gewährleistet erst die drehzahlunabhängige, positionsbestimmte Ein- und Ausschaltung bei modernen Steppstichmaschinen ein sauberes Abschneiden. Die große Anzahl der möglichen Positionspunkte erlaubt es, beispielsweise bei Zweinadelmaschinen beide Nadeln getrennt zu steuern. Bei Zickzackmaschinen kann die Nadel wahlweise in der Innenoder Außenlage angehalten werden, was für das Korrigieren der Stofflage und das einwandfreie Abschneiden des Fadens von Bedeutung ist. In jedem Falle wird neben den Positionssignalen ohne zusätzlichen Tachogenerator oder dergleichen eine für die Drehzahlregelung geeignete Drehzahlmeßspannung erhalten.

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Claims

Ansprüche

Γλ . ^Steuerungsvorrichtung für Positionierantriebe zum Antreiben einer Arbeitsspindel und Stillsetzen derselben in einer oder mehreren wählbaren Winkelstellungen, bei der als Winkelgeber mindestens eine synchron mit der Arbeitsspindel umlaufende Magnetfeldquelle und., mindestens ein damit in Wirkverbindung stehender ortsfester Hallgenerator vorgesehen sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Magnetfeldquelle als axial raagnetisierter Ringmagnet (18) mit mindestens einer weichmagnetischen Polscheibe (17) ausgebildet ist,-daß zwei Gruppen von mit dem Hallgenerator (11) zusammenwirkenden Polscheibenzähnen (30, 31) vorgesehen sind, daß die eine Gruppe von Zähnen (31) in einer der Erzeugung von Positionsimpulsen entsprechenden Verteilung angeordnet ist, daß die zweite Gruppe von Zähnen aus einer Mehrzahl von in Umfangsrichtung symmetrisch verteilten Zähnen (30) zur Erzeugung von Drehzahlmeßimpulsen besteht und daß eine Trenneinrichtung (4O) zur Unterscheidung zwischen den einerseits von den Positionszähnen (31) und andererseits von den Drehzahlmeßzähnen (3O) am Hallgenerator ausgelösten Impulse vorhanden ist.

2. Steuerungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Positionszähne Teil einer Polscheibe der einen Polari-

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tat und die Drehzahlmeßzähne Teil einer Polscheibe der anderen Polarität sind und daß die Trenneinrichtung die Positionsimpulse von den Drehzahlmeßimpulsen auf Grund der unterschiedlichen Pilung unterscheidet.

3. Steuerungsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine Polscheibe (17) sowohl Drehzahlmeßzähne (3O) als auch mindestens einen Positionszahn (31) trägt, daß die Positionszähne eine von der Winkelbreite der Drehzahlmeßzähne abweichende Breite besitzen und daß die Trenneinrichtung (4O) die Positionsimpulse von den Drehzahlmeßimpulsen auf Grund der unterschiedlichen Impulsbreite unterscheidet.

4. Steuerungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch mindestens einen weiteren, der Erzeugung zusätzlicher Positionsimpulse dienenden Hallgenerator (12), der gegenüber dem für die Erzeugung von Drehzahlmeß- und Positionsimpulsen ausgenutzten Hallgenerator (11) in der Drehrichtung des Ringmagneten (18) um einen vorbestimmten Winkel versetzt angeordnet ist.

5. Steuerungsvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Hallgeneratoren (11, 12) in gleichem radialem Abstand von der Drehachse des Ringmagneten (18) in unterschiedlichen senkrecht zur Drehachse (13) stehenden Ebenen angeordnet sind.

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6. Steuerungsvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Hallgeneratoren in unterschiedlichen radialen Abständen von der Drehachse des Ringmagneten in der gleichen senkrecht zur Drehachse stehenden Ebene angeordnet sind.

7. Steuerungsvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß Positionszähne (31, 32) ein und derselben Polscheibe (17) mit mehreren Hallgeneratoren (11, 12) zusammenwirken.

8. Steuerungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß auf der Arbeitsspindel oder einer synchron damit angetriebenen Welle mehrere Ringmagnete (18, 21) festklemmbar sind, deren Pole (30 bis 34) mittels weichmagnetischer Polscheiben (17, 20, 22) in Form, Zahl und Winkellage variierbar sind.

9. Steuerungsvorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß nebeneinanderliegende Ringmagnete (18, 21) durch Scheiben (19) aus nichtmagnetischem Material voneinander getrennt sind.

10. Steuerungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Polscheibenzähne (33) zugespitzt sind.

. Steuerungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Hallgeneratoren (11, 12) in ein

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- 14 gemeinsames Kunststoffspritzfeil (1O) eingesetzt sind-

12. Steuerungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der umlaufende Teil (1, 15 bis 24) der Steuerungsvorrichtung in dem feststehenden Teil (8) der Steuerungsvorrichtung doppelt gelagert ist.

13. Steuerungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß der umlaufende Teil der Steuerungsvorrichtung in dem feststehenden Teil der Steuerungsvorrichtung einfach gelagert ist.

14. Steuerungsvorrichtung nach eimern der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Gruppe der Positionszähne so ausgebildet ist, daS bei Zick-Zqck-Nähmaschinen zwischen Nadelstellung links und Nadelstellung rechts gesteuert werden kann.

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