DE2225345C3 - Steuerungsvorrichtung für den Antrieb von Arbeitsspindeln und zum Stillsetzen der Arbeitsspindeln in einer oder mehreren wählbaren Winkelstellungen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Steuerungsvorrichtung für den Antrieb von Arbeitsspindeln und zum Stillsetzen der Arbeitsspindeln in einer oder mehreren wählbaren Winkelstellungen, bei der als Winkelgeber mindestens eine drehfest mit der Arbeitsspindel verbundene Magnetfeldquelle vorgesehen ist, die mil mindestens einem ortsfesten Hallgencrator in Wirkverbindung steht, dessen Ausgangssignale elektrischen Auswert- und Verstärkereinrichtungen zuführbar sind.

Steuerungsvorrichtungen der vorstehend genannten Gattung sind aus der deutschen Auslegeschrifl 657 bekannt. Bei Positionierantrieben stell! 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 dener eine auf einem Soll-Istwert-Vergleich beruhend* Drehzahlregelung vorgenommen wird. Für diest Zwecke wurden bisher stets zwei getrennte Meßsy sterne eingesetzt, nämlich ein Winkelgeber und eh unabhängig davon arbeitender Drehzahlmesser. Win kelgeber und Drehzahlmesser der bekannten Positio nierantriebe bedingen jedoch einen verhältnismäßij großen Aufwand.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, diesel Aufwand zu verringern.

Ausgehend von einer Steuerungsvorrichtung de eingangs genannten Gattung ist diese Aufgabe erfin

dungsgemiiß dadurch gelöst, daß die Magnetfeldquclle als asial rnagnetisierter Ringmagnet mit mindestens einer weichmagnetischen Polscheibe ausgebildet ist, daß zwei Gruppen von mit dem Hallgenerator zusammenwirkenden Palscheibenzähnen vorgesehen sind, wobei die eine Gruppe von Zähnen als Positionszähne in einer der Erzeugung von Positionsimpulsen entsprechenden Verteilung angeordnet ist und die zweite Gruppe von Zähnen aus einer Mehrzahl von in Umfangsrichtung symmetrisch verteilten Drehzahlmeßzähnen zur Erzeugung von Drehzahlmeßimpulsen besteht, und daß eine Impuls-Trenneinrichtung zur Unterscheidung zwischen den einerseits von den Positionszähnen und andererseits von den Drehzahlmeßzähnen am Hallgenerator ausgelösten Impulsen 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 einer Polarität und die Drehzahlmeßzähne Teil einer Polschei'oe der anderen Polarität sein und durch die Impuh-Trenneinrichtung die Positionsimpulse von den Drehzahlmeßimpulsen auf Grund der unterschiedlichen Polung unterscheidbar sein. 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 Impuls-Trenneinrichtung braucht dann nur noch zwischen den Polaritäten der aniallenden Impulse zu unterscheiden.

Entsprechend einer abgewandelten Ausführungsform der Erfindung trägt eine Polscheibe sowohl Drehzahlmeßzähne als auch mindestens einen Positionszahn, besitzen die Positionszähne eine von der Winkelbreite der Drehzahlmeßzähne abweichende Breite und unterscheidet die Trenneinrichtung die Positionsimpulse auf Grund der unterschiedlichen Impulsbreite von den Drehzahlmeßimpulsen. Diese Ausbildung erlaubt es, einen kombinierten Winkelgeber und Drehzahlmesser aus einer minimalen Anzahl von Bauteilen, nämlich einem Ringmagneten, einer Polscheiue und einem Hallgenerator, aufzubauen.

Zur Erzeugung zusätzlicher Positionsimpulse kann mindestens ein weiterer Hallgenerator vorgesehen sein, der gegenüber dem für die Erzeugung von Drchzahlmeß- und Positionsimpulsen ausgenutzter. 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 Retattvgeschwindigkei ten zwischen den Polscheibenzähnen 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 euch 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 mehr Abwandlungsmöglichkeiten werden er-

halten, 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 Polscbeiben mit anderer Zahnverteilung ausgetauscht werden. Auf diese Weise kann wechselnden Betriebserfordernissen rasch und einfach Rechnung getragen werden. NebeneinanderUegende Ringmagnete können dabei im

Bedarfsfall durch Scheiben aas nichtmagnetischern Material voneinander getrennt» ;n.

Um kurze Impulse und damit Hohe Positionsgenauigkeiten zu erzielen, können die Polscheibenzähne zugespitzt sein.

Die Hallgeneratoren können in ein gemeinsames Kunv.stoffspritzteil eingesetzt sein. Der umlaufende Teil der Steuerungsvorrichtung kann in dem feststehenden Teil dieser Vorrichtung doppelt gelagert sein, um auch bei unrundem Lauf der die Magnetfeldquelle tragenden Spindel oder Welk für eine hohe Konstanz der Impulse zu sorgen. Im allgemeinen reicht jedoch eine einfache Lagerung des umlaufenden Teiles der Steuerungsvorrichtung aus. Es muß nur dafür gesorgt sein, daß die Hallgeneratoren beim Verbeilauf der Polscheibenzähne bis in die Sättigung ausgesteuert werden, um eine genaue Auswertung zu erreichen. Die mit der Erfindung eröffneten Variationsmöglichkeiten erlauben es beispielsweise, die Gruppe der Positionszähne so auszubilden, daß bei

Zick-Zack-Nähmaschinen zwischen Nadclstellung links und Nadelstellung rechts gesteuert werden kann.

Die Erfindung wird im folgenden au Hand eines in der Zeichnung schematisch dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigt

F i g. 1 einen Aufriß der erfindungsgemäßen Steuerungsvorrichtung nach Abnahme der Abdeckung,

F i g. 2 einen Schnitt entlang der Linie H-II der F i g. 1 und

F1 g. 3 ein Prinzipschaltbild eines mit der Steuerungsvorrichtung nach der Erfindung ausgestatteten rositionierantriebea.

Die in den F i g. 1 und 2 veranschaulichte Steuerungsvorrichtung weist einen Drehkörper t auf, der auf das eine Ende der nicht dargestellten Arbeitsspindel oder auf eine synchron damit angetriebene Welle aufgedeckt und mittels einer Stellschraube gehalten wird, die in eine Gewindebohrung 2 des Drehkörpers 1 eingeschraubt wird. Auf den in Fig.2 rechten, verringerten Durchmesser aufweisenden Teil 3 des Drehkörpers 1 sind zVvei Kugellager 4,5 aufgezogen, deren Außenringe 6,7 in einem stillstehenden Gchäuseteil8 sitzen. An dem Gehäuseteil 8 ist mittels Schrauben 9 ein Kunststoffspritzteil 10 befestigt, in das zwei Hallgeneratoren 11, 12 eingesetzt sind, die in Drehrichtung des Drehkörpers 1 um einen vorbestimmten Winkel versetzt sind und die in gleichem radialem Abstand von der Drehachse 13

des Drehkörpers 1 liegen (Fig. 1) und die in unter- Vorbcilauf der Drehzahlmeßzähne 30 am Hallgcncschiedlichcn, senkrecht zur Drehachse 13 stehenden rator 11 zurückzuführenden Drehzahlmeßimpulse Ebenen angeordnet sind (F i g. 2). von den vom Hallgenerator 11 abgegebenen Posi-Der Teil 3 des Drehkörpers 1 trägt auf seinem in tionsimpulsen auf Grund der unterschiedlichen Fig. 2 rechten Ende eine Muffe 15 mit einem 5 Dauer dieser Impulse, die ihrerseits auf die unter-Flansch 16. Auf die Muffe 15 sind sandwichartig schicdliche Breite der Drchzahlmcßzähne 30 eincrcine Polschcibe 17, ein axial magnetisierter, dauer- scits und des Positionszahns 31 andererseits zurückmagnetischer Ringmagnet 18, eine nichtmagnctisdie zuführen ist. Statt dessen wäre es ohne weiteres auch Scheibe 19, eine Polscheibe 20, ein weiterer axial möglich, den Ilallgencralor 11 mit Polscheibcnzähmagnetisierter, dauermagnetischer Ringmagnet 21 to nen unterschiedlicher Polarität zusammenwirken zu und eine Polscheibe 22 aufgereiht. Mittels einer lassen, wie dies für den zweiten Hallgenerator 12 an-Schraube 23, die in eine von der Stirnfläche des gedeutet ist, und die Unterscheidung /wischen Dreh-Teils 3 des Drehkörpers 1 ausgehende Gewindeboh- zahlmeßimpulscn und Positionsimpulsen auf Grund rung des Drehkörpers eingeschraubt ist, können die der unterschiedlichen Polarität vorzunehmen.
Bauteile 17 bis 21 übei ein Klemmstück 24 gegen 15 An dem Hallgenerator 12 werden zusätzliche Posiden Flansch 16 der Muffe 15 gepreßt werden. Da- tionszähne vorbeigeführt, die sich sowohl hinsichtlich durch wird gleichzeitig die Muffe 15 gegen den In- ihrer Breite (Positionszahn 33 einerseits und Posinenring 25 des Kugellagers 5 gepreßt, der sich seiner- tionszähne 32, 34 andererseits) als auch hinsichtlich scits in axialer Richtung über den Innenring 26 des ihrer Polarität (Positionszähne 32 und 33 einerseits Kugellagers 4 gegen einen Bund 27 des Drehkör- 20 sowie Positionszahn 34 andererseits) unterscheiden, pers 1 abstützt. Eine Abdeckung 28 schließt den in Die Auswertlogik 40 und die Posilionslogik 43 ver-F i g. 2 rechten Teil der Anordnung ab. mögen an Hand dieser Unterschiede die einzelnen Die Polscheibe 17 ist mit einer Folge von in Um- Positionsimpulse ordnungsgemäß zu identifizieren, fangsrichtung symmetrisch verteilten Drehzahlmeß- Es versteht sich, daß die mittels ein und desselben zahnen 30 ausgestattet, die (in Utnfangsrichtung) 25 Hallgenerators erfaßten Positionen, falls erwünscht, gleiche Breite besitzen. Die Polscheibe 17 trägt fer- ausschließlich auf Grund der Zahnbreite oder ausner einen in der Ebene der Drehzahlmeßzähne 30 schließlich an Hand der Zahnpolarität unterschieden liegenden Positionszahn 31 sowie einen aus der werden können. Zur Unterscheidung auf Grund der Ebene der Polscheibe 17 abgebogenen Positionszahn Zahnbreite können Zeitglieder vorhanden sein, die 32. Im veranschaulichten Ausführungsbeispiel haben 30 zwei oder mehr voneinander abweichende Impulsdie Positionszähne 31, 32 eine im Vergleich zu den breiten trennen können. Die Anzahl der verwendeten Drehzahlmeßzähnen 30 größere Breite. Ringmagnete, Polscheiben und Hallgeneratoren kann Die Polscheibe 20 ist mit einem angespitzten Posi- zur Anpassung an die jeweiligen Betriebserfordertionszahn 33 versehen, während die Polscheibe 22 nisse ohne weiteres verkleinert oder vergrößert wereinen abgebogenen Positionszahn 34 aufweist, der in 35 den.

F i g. 2 gestrichelt nach Drehung in die unterste Stel- Anwendungsbeispiele von Positionierantrieben, für llung angedeutet ist. Der Hallgenerator 11 liegt in der die sich die Steuerungsvorrichtung nach der Erfingleichen Radialebene wie die Drehzahlmeßzähne 30 dung eignet, sind Antriebe für Spulen- und Konden- und der Positionszahn 31, während sich der Hall- satorwickelmaschinen. Ein bevorzugtes Anwengenerator 12 in der gleichen Radialebene befindet 4= dungsgebiet sind Industrienähantriebe. In einem solwie die Positionszahne 32, 33 und die Spitze des Po- chen Falle wird der Drehkörper 1 vorzugsweise auf sitionszahnes 34. Bei der veranschaulichten Ausfüh- das eine Ende der Armwelle der Nähmaschine aufgerungsform bilden die Drehzahlmeßzähne 30 sowie setzt. Die Positionszähne können herangezogen werdie Position&zähne 31, 32 und 33 magnetische Nord- den, um die Nähmaschine wahlweise mit der Nadel pole, während der Positionszahn 34 einen magneti- 45 in der oberen oder der unteren Endstellung stillzusetschen Südpol darstellt. zen sowie um Fadenabschneidsysteme positionsab-Dreht sich die mit dem Drehkörper 1 verbundene hängig ein- und auszuschalten. Im Gegensatz zu der Arbeitsspindel und laufen infolgedessen die Polschei- bisher üblichen Praxis, das Abschneidsysttm posibenzähne an den Hallgeneratoren 11,12 vorbei, ent- tionsabhängig ein-, jedoch durch vom EinschaUimstehen am Ausgang der HaBgeneratoren Impulse mit 50 puls gestartete Zeitglieder auszuschalten, gewährleieiner von der Polarität der Polscheibenzähne abhän- stet eist die drehzahlunabhängige, positionsbegigen Polung und einer von der Breite der Polschei- stimmte Ein- und Ausschaltung bei modernen Steppbenzähne abhängigen Impulsdauer. Stichmaschinen ein sauberes Absebneiden. Die große Gemäß Fig.3 sind die Hallgeneratoren 11, 12 Anzahl der möglichen Positionspunkte erlaubt es, über je einen Verstärker 38 bzw. 39 mit einer Aus- 55 beispielsweise bei Zweinadelmaschinen beide Nadeln wertlogik 40 verbunden. An die Auswertlogik 40 ist getrennt zu steuern. Bei Zick-Zack-Maschinen kann über einen Soll-Istwert-Vergleicher 41 ein Drehzahl- die Nadel wahlweise in der Innen- oder Außenlage regler 42 für einen Positionierantrieb 43 angeschlos- angehalten werden, was für das Korrigieren dei sen. Mit der Auswertlogik 40 und dem Soll-Ist- Stofflage und das einwandfreie Abschneiden des Fawert-Vergleicher 41 ist ferner eine Positionslogik 44 60 dens von Bedeutung ist In jedem Falle wird neber verbunden, an die positionsabhängig zu steuernde den Positionssignalen ohne zusätzlichen Tachogene-Aggregate angeschlossen sind, rator od. dgl. für die Drehzahlregelung geeignet« Die Auswertlogik 40 unterscheidet die auf den Drehzahlmeßspannung erhalten.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (13)

Patentansprüche:

1. Steuerungsvorrichtung für den Antrieb von Arbeitsspindeln und zum Stillsetzen der Arbeitsspindel in einer oder mehreren wählbaren Win,-keJstellungen, bei der als Winkelgeber mindestens eine drehfest mit der Arbeitsspindel verbundene Magnetteldquelle vorgesehen ist, die mit mindestens einem ortsfesten Hallgenerator in Wirkverbindung steht, dessen Ausgangssignale elektrischen Auswert- und Verstärkereinrichtungen zufßhrbar sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Magnetfeldquelle als axial magnetisiert» Ringmagnet (18) mit mindestens einer weichmagnetischen Polscheibe (17) ausgebildet ist, daß zwei Gruppen von mit dem Hallgenerator (11) zusammenwirkenden Polscheibenzähnen (30, 31; Vorgesehen sind, wobei die eine Gruppe von Zähnen als Positionszähne (31) in einer der Erzeugung von Positionsimpulsen entsprechenden Verteilung angeordnet ist und die zweite Gruppe von Zähnen aus einer Mehrzahl von in Umfangsrichtung symmetrisch verteilten Drehzahlmeßzähnen

(30) zur Erzeugung von Drehzahlmeßimpulsen besteht, und daß eine Impuls-Trenneinrichtung (40) zur Unterscheidung zwischen den einerseits von den Positionszähnen (31) und andererseits von den Drehzzhlmeßzähnen (30) am Hallgenc rator ausgelösten Impulsen vorhanden ist.

2. Steuerungsvorrichtung nach \nspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Positionszähne

(31) Teil einer Polscheibe einer Polarität und die Drehzahlmeßzähne (30) Teil einer Polscheibe der anderen Polarität sind und daß durch die Impuls-Trenneinrichtung (40) die Positionsimpulse von den Drehzahlmeßimpulsen auf Grund der unterschiedlichen Polung unterscheidbar sind.

3. Steuerungsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine Pol· scheibe (17) sowohl Drehzahlmeßzähne (30) als auch mindestens einen Positionszahn (31) trägt, daß die Positionszähne eine von der Winkelbreite der Drehzahlmeßzähne abweichende Breite besitzen und daß durch die Impuls-Trenneinrichtung (40) die Positionsin.pulse von den Drehzahlmeßimpulsen auf Grund der unterschiedlichen Impulsbreite unterscheidbar sind.

4. Steuerungsvorrichtung nach einem der An-Sprüche 1 bis 3, 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 Hallgeneratorcn (11, 12) in gleichem radialem Abstand von der Drehachse des Ringmagneten (18) in unterschiedlichen senkrecht zur Drehachse (13) stehenden Ebenen angeordnet sind.

6. Steuerungsvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Hallgeneratoren (11, 12) in unterschiedlichen radialen Abständen von der Drehachse des Ringmagneten (18) in der gleichen senkrecht zur Drehachse stehenden Ebene angeordnet sind.

7. Steuerungsvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß Positionszühne (31. 32) ein und derselben Polscheibe (17) mit mehreren HaUgeneratoren (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 (IS, 21) festklemrobar sind, deren Pole (30 bis 34) mittels iWeichmagnetischer Polscheiben (17, 20, 22) in Form, Zahl und Winkellage varüerbar sind.

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

10. Steuerungsvorrichtung nach einem tier Ansprüche 4 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Polscheibenzähne (33) zugespitzt sind.

11. Steuerungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Hallgeneratoren (11, H) in ein gemeinsames Kunststoffspritzteil (10) eingesetzt sind.

12. Steuerungsvorrichtung nach eioem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß ihr umlaufender Teil (1,15 bis 24) im feststehenden Teil (8) doppelt gelagert ist.

13. Steuerungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß ihr umlaufender Teil im feststehenden Teil einfach gelagert ist.