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Elektromaqnetischer Drehantrieb und mit diesem versehene Belichtungssteuervorrichtung
mit Blende Die Erfindung bezieht sich allgemein auf einen elektromagnetischen Drehantrieb
und insbesondere auf dessen Anwendung bei einer Belichtungssteuervorrichtung mit
Blende. Der elektromagnetische Drehantrieb weist ein bewegbares Element bzw. eine
bewegbar Einheit auf, die elektromagnetisch über eine Kreisbahn bzw. einen Kreisbahnabschnitt
mit einem Drehmoment bewegt wird, das proportional zu einem dem Antrieb zugeführten
elektrischen Steuersignal ist oder in anderer Beziehung -zu diesem Steuersignal
steht.
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Hin typisches praktisches Anwendungsgebiet des erfindungsgemåssen
elektromagnetischen Drehantriebs sind automatische
Belichtungssteuervorrichtungen
mit Blende für verschiedene optische Geräte wie beispielsweise einen Fotoapparat,
eine Filmkamera oder eine Bildaufnahmeröhre einer Fernsehkamera oder eines Videotelephons.
Die Erfindung bezieht sich somit auch auf eine verbesserte automatische Belichtungssteuervorrichtung
mit Blende, bei der der elektromagnetische Drehantrieb dazu verwendet wird, die
Belichtung in Abhängigkeit von der Helligkeit eines zu fotografierenden oder aufzunehmenden
Objekts zu steuern. Der erfindungsgemässe elektromagnetische Drehantrieb ist jedoch
nicht nur für derartige Belichtungssteuervorrichtungen sondern auch für eine Reihe
anderer praktischer Anwendungsgebiete verwendbar, wie beispielsweise zum Antrieb
bewegbarer Teile von Mess- und Aufzeichnungsgeräten, Für eine herkömmliche Belichtungssteuervorrichtung
mit Blende, die beispielsweise in eine Filmkamera eingebaut ist, werden in der Regel
ein fester Dauermagnet sowie eine darauf drehbare Spule verwendet, deren Welle mit
der Blende der Filmkamera verbunden ist. Die Blende ist mechanisch so beaufschlagt,
dass sie eine Stellung einnimmt, in der die durch die Blendensegiuente gebildete
Öffnung vollständig geöffnet ist.
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Durch die Drehung der Spule auf dem Dauermagneten wird die Blende
so verstellt, dass die freie Fläche der Öffnung der Blende und demzufolge das Ausmass
der Belichtung in der Filmkamera durch die Verdrehung der Spule verändert wird.
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Die Spule ist an eine äussere Steuerschaltung angeschlossen,
die
einen fotoelektrischen Messwandler umfasst, der ein elektrisches Steuersignal erzeugen
kann, das der Helligkeit des aufzunehmenden Objekts entspricht. Somit wird die Spule
durch einen Steuerstrom, derin Beziehung zur Helligkeit des Objekts steht, in der
Weise erregt1 dass die Öffnung in der Blende für die jeweilige Helligkeit des Objekts
optimal ist.
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Zahlreiche Nachteile einer solchen Belichtungsstèuervorrichtung sind
bereits festgestellt worden. Zu diesen Nachteilen gehört die unzureichende Dichte
des magnetischen Flusses, der auf die Spule wirkt, und der begrenzte Spielraum für
die Verdrehung der Spule auf dem Dauermagneten. Urn insbesondere die begrenzte Verdrehung
der Spule auszugleichen,wird das Blendensegment in der Regel an einer Stelle angetrieben,
die verhältnismässig weit entfernt von der Haupt achse eines Linsensystems der Kamera
ist, um die Winkelverdrehung des Blendensegments zu verstärken. Dies führt unweigerlich
zu einer unstetigen und unausgeglichenen Bewegung des Blendensegmens und zu einem
übermässig starken Bremsmoment auf die Blendensegmente, wenn diese angehalten werden.
Ferner treten bei der vollsindigen Einschliessung einer herkömmlichen Belichtungssteuervorrichtung
von dem beschriebenen allgemeinen Aufbau Schwierigkeiten auf, so dass der Dauermagnet
dem Einfluss äusserer magnetischer Felder unterliegt, sofern solche vorhanden sind,
und so dass ein Findringen von Staub und Feuchtigkeit, die die Leistung der Belichtungsteuervorrichtung
beeintråchtigen, nicht vollständig verhindert werden kann.
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Für die Bildaufnahmeröhre einer Fernsehkamera oder eines Videotclephons
wird eine Signalplatte aus einem dünnen, lichtempfindlichen Film verwendet, der
empfindlich gegen mechanische Stösse und Berührung ist, so dass die an der Bildaufnahmeröhre
angebrachte Blende so betrieben werden können sollte, dass sie nicht nur den Lichteintritt
in die Röhre steuert, sondern auch die Signalplatte während des Betriebs der Kamera
vor mechanischen Stössen und Berührungen schützt. In der automatischen Belichtungssteuervorrichtung
mit Blende wird in der Regel ein Servomotor verwendet, dessen Drehbewegung auf die
Blende übertragen wird. Aufgrund des besonderen Aufbaus und Funktionsprinzips des
Servomotors ist es jedoch praktisch unmöglich, die Drehbewegung des Servomotors
unmittelbar auf die Blende ohne Zwischenschaltung eines Untersetzungsgetriebes oder
einer anderen mechanischen Ubertraungscinrichtung zu übertragen. Eine solche mechanische
Übertrayungseinrichtung und auch die erforderliche, verhältnismässig komplizierte
elektrische Steuer einrichtung für den Servomotor stehen nicht nur einer Verminderung
der Gesamtabmessungen der Belichtungssteuervorrichtung entgegen, sondern sind auch
die Ursache für störende Reibung und störendes Spiel, die für die unzureichende
Reaktion der Belichtungsteuervorrichtung auf ein elektrisches Eingangssignal verantwortlich
sind. Ein weiterer Nachteil einer Belichtungssteuervorrichtung mit einem Servomotor
besteht darin, dass die 1)drehachse des Servomotors nicht mit der Ilauptachse des
Linsensystems der Fernsehkamera oder des Videotelephons
fluchtet,
so dass sich ähnlich wie bei der Belichtungssteuervorrichtung für eine Filmkamera
oder einen Fotoapparat eine unstetige und unausgeglichene Bewegung des Blendensegments
bzw. der Blendensegmente ergibt. Ferner ist aufgrund des besonderen Aufbaus der
Belichtungssteuervorrichtung mit einem Servomotor die Möglichkeit begrenzt, ausreichend
starke und gleichförmige magnetische Flüsse zu erreichen, so dass der Servomotor
nur ein begrenztes Antriebsmoment liefern kann.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen elektromagnetischen
Drehantrieb zu schaffen, der vorteilhaft bei einer automatischen Belichtungssteuervorrichtung
mit Blende für eines der erwähnten optischen Geräte eingesetzt werden kann und die
Nachteile der bekannten Belichtungssteuervorrichtungen vermeidet.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss gelöst durch einen örtlich polarisierten,
ringförmigen Dauermagneten mit abwechselnd auf seinem Umfang angeordneten, in Umfangsrichtung
Abstand voneinander aufweisenden N-Polen und S-Polen, eine ringförmige Kernhalterung,
die im wesentlichen konzentrisch zum Dauermagneten und mit Abstand von diesem angeordnet
ist und eine Mehrzahl von Magnetkernen trägt, die in Umfangsrichtung der Exernhalterung
Abstand voneinander haben sowie nahe dem Dauermagneten angeordnete Stirnflächen
aufweisen, und durch auf die Magnetkerne gewickelte Spulen, die im
wesentlichen
quer zur Radialrichtung der Kernhalterung gewickelt sind und im erregten Zustand
die Magnetkerne in der Weise magnetisieren können, dass N-Pole und S-Pole auf dem
Umfang der Kernhalterung örtlich abwechselnd aufeinander folgen, so dass der Dauermagnet
und die Kernhalterung eine Relativdrehung um ihre gemeinsame Achse über einen Winkelbereich
ausführen, der im wesentlichen von einem auf die Spulen gegebenen elektrischen Signal
abhängt. Bei diesem elektrischen Signal handelt es sich vorzugsweise um einen Signalstrom,
der von einer äusseren Steuereinheit erzeugt wird.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt
und werden im folgenden näher erläutert. Es zeigen: Fig. 1 einen Längsschnit durch
ein optisches Gerät mit einem Ausführungsbeispiel der Belichtungssteuervorrichtung;
Fig. 2 eine Draufsicht auf ein erstes Ausführungsbeispiel eines elelrtromagnetischen
Drehantriebs; Figuren 3 bis 7 perspektivische Ansichten verschiedener Ausführungsmöglichkeiten
der Anordnung und Ausbildung von Dauermagnet und Kernhalterung des elektromagnetischen
Drehantriebs
gemäss Fig. 2; Fig. 8 eine perspektivische Ansicht eines zweiten Ausführungstbeispiels
eines elektromagnetischen Drehantriebs, Fig. 9 eine Draufsicht auf ein drittes Ausführungsbeispiel
eines elektromagnetischen Drehantriebs; Fig. 11 eine perspektivische Ansicht eines
Ausschnitts der Kernhalterung des Drehantriebs nach Fig. 9; Fig. 11 eine der Fig.
11 ähnliche Ansicht, wobei eine Spule auf den Magnetkern gewickelt ist; Fig. 12
eine perspektivische Ansicht einer Ausführungsform eines magnetischen Verzweigungsstücks,
das bei dem magnetischen Kern gemäss Fig. 11 verwendbar ist; Fig. 13 eine perspektivische
Ansicht einer weiteren Ausführungsforrn eines magnetischen Verzweigungsstücks, das
bei dem Magnetkern gemäss Fig. 11 verwendbar ist; und Fig. 14 eine perspektivische
Ansicht des magnetischen Verzweigungsstücks gcmäss Fig. 13 zusammen mit einer Spule
für ein Drehantrieb gemäss Fig. 9.
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Obwohl der erfindungsgemässe elektromagnetische Drehantrieb als Bestandteil
einer Belichtungssteuervorrichtung mit einer Blende dargestellt ist und erläutert
wird und obwohl die Belichtungssteuervorrichtung als Teil eines optischen Gerätes
von bestimmtem Aufbau dargestellt ist und beschrieben wird, erfolgt dies lediglich
aus Gründen einer Beispielserläuterung. Der elektromagnetische Drehantrieb kann
auch für jeden anderen Verwendungszweck eingesetzt werden, und die Belichtungssteuervorrichtung
kann auch Bestandteil eines optischen Gerätes von beliebigem anderem Aufbau sein.
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Im folgenden wird zunächst Fig. 1 erläutert. Wie Fig. 1 zeigt umfasst,das
optische Gerät ein erstes Linsensystem 20 und ein zweites Linsensystem 22, wobei
die Hauptachsen der beiden Linsensysteme miteinander fluchten. Das erste Linsensystem
20 ist innerhalb eines ersten, im wesentlichen zylindrischen Gehäuses 24 angeordnet
und wird dort durch einen mit einem Gewinde versehenen äusseren Spannring 26 sowie
einen mit einem Gewinde versehenen innerer Spannring 26' fest in Stellung gehalten.
Die Spannringe 26 und 26' sind an das zylindrische Gehäuse 24 geschraubt. In ähnlicher
Weise ist das zweite I.insensystem 22 in einem zweiten, im wesentlichen zylindrischen
Gehäuse 28 angeordnet und wird dort durch einen inneren Spannring 30 sowie einen
äusseren Spannring
30' in Stellung gehalten. Die Spannringe 30
und 30' sind an das Gehäuse 18 geschraubt. Das erste Gehäuse 24 sowie das zweite
Gehäuse 28 sind mit einem Ringflansch 32 fest verbunden, der zwischen beiden angeordnet
ist. Der Ringflansch 32 ist fest verbunden mit dem zweiten zylindrischen Gehäuse
28 oder damit einstückig ausgebildet und erstreckt sich radial nach innen von dem
entsprechenden Rand des Gehäuses 28, wobei der Innenrand des Ringflansches 32 eine
kreisförmige Öffnung zwischen dem ersten Linsensystem 20 und dem zweiten Linsensystem
22 begrenzt. Eine geeignete Anzahl von Blendensegmenten 34, die sich einander überlappen,
ist mit Hilfe von an dem Ringflansch befestigten Schwenkstiften 36 auf dem Ringflansch
32 drehbar angelenkt. Die Ränder der Blendensegmente 34 sind so ausgebildet, dass
sie zwischen sich eine Öffnung bilden, deren Fläche verändert wird, wenn die Blendensegmente
34 gleichzeitig um ihre jeweiligen Schwenkstifte 36 gedreht werden. Das erste zylindrische
Gehäuse 24 ist mit Langschlitzen versehen, durch die die einzelnen Blendensegmente
34 quer zum Gehäuse 24 ragen, relativ zu dem siebewegbar sind Die Anordnung und
die Ausbildung der Blende für sich sind bekannt, so dass sich hier eine weitere
Erläuterung erübrigt.
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Die in beschriebener Weise ausgebildete optische Einheit wird durch
einen Ring 40 und eine ringförmige Stirnwand 42 in einem zylandrischen Gehäuse 38
gehalten. Der Ring 40 verbindet
den Ringflansch 32 fest mit einer
zylindrischen Wand des Gehäuses 38. Die Stirnwand 32 verbindet das zweite zylindrische
Gehäuse 28 fest mit einem Umfangsrand des Gehäuses 38. Somit bildet das zylindrische
Gehäuse 38 zwischen seiner Innenwand und der Aussenseite des zweiten zylindrischen
Gehäuses 28 eine Ringkammer 38a, die im wesentlichen konzentrisch zu den Linsensystemen
20 und 22 sowie den Gehäusen 24 und 28 ist.
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Die Blendensegmente 34 werden um ihre Schwenkstifte 36 von einem
elektromagnetischen Drehantrieb gedreht, der in Fig. 1 als Ganzes mit 44 bezeichnet
ist.
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Fig. 2 zeigt eine Draufsicht auf ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel
des erfindungsgemässen Drehantriebs. Wie aus Fig. 2 ersichtlich ist, umfasst der
Drehantrieb einen ringförmigen Dauermagneten 46, der Teil einer Rotoreinheit des
Drehantriebs ist, sowie eine im wesentlichen ringförmige Kernhalterung 48, die die
Aussenseite des Dauermagneten konzentrisch umgibt.
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Der Dauermagnet 46 ist örtlich in der Weise polarisiert, dass sich
gleiche Pole diametral gegenüberliegen, so dass unterschiedliche Pole auf dem Umfang
des Dauermagneten 46 abwechselnd auftreten. Der Dauermagnet 46 ist konzentrisch
zur Aussenseite des zweiten zylindrischen Gehäuses 28 angeordnet, wie dies aus Fig.
1 ersichtlich ist, und hat einen Innendurchmesser, der entsprechend grösser als
der Aussendurchmesser
des Gehäuses 28 ist.
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Die Kernhalterung 48 dient als Statoreinheit des Drehantriebs. An
ihr ist eine Mehrzahl von Magnetkernen 50 ausgebildet, die radial in das Innere
der Kernhalterung zum Aussenumfang des Dauermagneten 46 ragen und die entlang dem
Innenumfang der Kernhalterung 48 in gleichem Abstand voneinander angeordnet sind.
Jeder Magnetkern 50 hat einen freien Endabschnitt 52, der auf beiden Seiten des
Magnetkerns entlang der Aussenseite des Dauermagneten 46 vorspringt. Somit liegen
die inneren Stirnflächen der Magnetkerne 50 auf einem Kreis, der einen Durchmesser
hat, der ausreichend grösser als der Aussendurchmesser des Dauermagneten 46 ist.
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Die Anzahl der auf der Kernhalterung 48 ausgebildeten Magnetkerne
50 ist ein Vielfaches von drei. Die Magnetkerne sind jeweils in Gruppen von drei
benachbarten Magnetkernen angeordnet, wobei bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel
vier Gruppen vorgesehen sind. Die benachbarten Magnetkerne einer jeden Gruppe tragen
zwei Spulen 54 in der Weise1 dass eine Spule um die ersten zwei benachbarten Magnetkerne
der Gruppe gewickelt ist und dass die andere Spule um die zweiten zwei benachbarten
Magnetkerne der Gruppe gewickelt ist, so dass der mittlere Magnetkern der Gruppe
beide Spulen trägt, wogegen die zwei Magnetkerne auf den beiden Seiten des mittleren
Magnetkerns jeweils nur eine Spule tragen. Wenn
die zwei von den
drei Magnetkernen getragenen Spulen die gleiche Windungszahl haben, wird der mittlere
Magnetkern im Vergleich mit den anderen beiden Magnetkernen doppelt so stark magnetisiert,
wenn die zwei Spulen erregt sind. Es ist dafür gesorgt, dass die Gruppen aus jeweile
drei benachbarten Magnetkernen jeweils gleichsinnig magnetisiert werden, wobei die
unterschiedlichen Magnetpole auf dem Innenumfang der Kernhalterung 48 abwechselnd
aufeinander folgen, wie dies durch die Zeichen N und S in Fig. 2 dargestellt ist.
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Die Kernhalterung 48 für die Magnetkerne ist innerhalb der Ringkammer
38a des zylindrischen Gehäuses 38 in der Weise angeordnet, dass sie den Dauermagneten
46 im wesentlichen konzentrisch umgibt, der wiederum das zweite zylindrische Gehäuse
28 umgibt. Die Kernhalterung 48 ist mit ihrer Aussenseite an der Innenwand des Gehäuses
38 mittels geeigneter Befestigungsmittel, beispielsweise durch einen Klebstoff befestigt.
Der auf diese Weise konzentrisch zwischen dem Gehäuse 28 und der Kernhalterung 48
angeordnete Dauermagnet 46 wird von einer im wesentlichen ringförmigen Stützplatte
56 aus nichtmagnetischem Meterial gehalten. Diese ringförmige Stützplatte 56 hat
einenkreisförmigen Aussenrand,der in gerillte Ränder einer geeigneten Anzahl von
Rillenrädern 58 eingreift, die am Ringflansch 32 des zweiten zylindrischen Gehäuses
28 auf Achsen drehbar angeordnet sind, die von dem Ringflansch und dem Gehäuse 38
in dargestellter Weise gehalten
werden. Auf diese Weise wird der
ringförmige Dauermagnet 46 von den Rillenrädern 58 über die Stützplatte 56 getragen
und ist auf den Rillenrädern 58 um die Mittelachse des Gehäuses 28 und demzufolge
der Kernhalterung 48 drehbar.
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Am äusseren Randabschnitt der Stützplatte 56 sind Führungsstifte
60 angeordnet, die mit ihrem einen Ende in der Stützplatte 56 befestigt sind und
durch im Ringflansch 32 ausgebildete, gekrümmte Schlitze sowie durch gekrümmte oder
in anderer Form ausgebildete Führungsschlitze in den Blendensegmenten 34 nach oben
ragen. Wenn der Dauermagnet 46 um seine Achse gedreht wird und demzufolge die Führungsstifte
60 durch die Schlitze im Ringflansch 32 und in den Blendensegmenten 34 verschoben
werden, werden demzufolge die Blendensegmente 34 in der Weise angetrieben, dass
sie um ihre jejeweiligen Schwenkstifte 36 schwenken und die freie Fläche der durch
sie gebildeten Öffnung verändern.
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Die Spulen 54 auf den Magnetkernen 50 sind mit einer geeigneten lichtempfindlichen
Steuereinrichtung verbunden, die ein elektrisches Signal erzeugt, das proportional
zur Helligkeit, der die Steuereinrichtung ausgesetzt ist, ist oder in anderer Weise
dazu in Beziehung steht. Eine solche lichtempfindliche Steuereinheit zur Erzeugung
eines Steuersignals kann fotoelektrische Elemente verwenden und einen Ausgangsstrom
erzeugen,
der von der festgestellten helligkeit abhängt.
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Wenn sich nun die Blendensegmente 34 in einer Stellung befinden, die
einer Öffnung entspricht, deren freie Fläche optimal für die durch die Steuereinrichtung
festgestellte Ilelligkeit ist, bleiben die Spulen 54 auf den Magnetkernen 50 enterregt,
so dass der Dauermagnet 46 und demzufolge die Stützplatte 56 in Ruhe bleibt und
die Blendensegmente 34 in dieser Ausgangstellung gehalten werden. Wenn jedoch die
freie Fläche der durch die Blendensegmente 34 gebildeten Öffnung entweder zu gross
oder zu klein für die festgestellte Helligkeit ist, liefert die Steuereinrichtung
einen Steuerstrom von solcher Stärke, dass dadurch der Dauermagnet 46 und demzufolge
die Blendensegmente 34 in Stellungen bewegt werden, die eine optimale Belichtung
für die festgestellte Helligkeit liefern.
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Bei dem beschriebenen Ausführungsbeispiel befindet sich eine Mehrzahl
von in der Regel gleichförmigen Luftspalten zwischen dem ringförmigen Dauermagneten
46 und den Stirnflächen der Magnetkerne 50 auf der Kernhalterung 48, so dass die
auf die Magnetkerne 50 im wesentlichen unter einem rechten Winkel zum Magnetkern
gewickelten Spulen 54 in den Luftspalten magnetische Flüsse erzeugen. Demzufolge
wird der Dauermagnet 46 um seine Achse in einer Richtung gedreht, in der die festen
Pole des Dauermagneten sich denjenigen mittleren Magnetkernen 50 nähern, die eine
den festen Polen entgegengesetzte Polarität haben. Die Drehbewegung des Dauermagneten
46 ist beendet, sobald die optimale freie Fläche der Blendenöffnung erreicht
ist
und demzufolge die Steuereinrichtung kein Steuersignal mehr erzeugt.
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Obwohl bei dem bisher beschriebenen Ausführungsbeispiel angenommen
worden ist, dass der Dauermagnet 46 als Rotoreinheit dient und dass die Kernhalterung
48 als Statoreinheit dient1 können der Dauermagnet und die Kernhalterung auch so
angeordnet sein, dass sie die jeweils andere Funktion haben, nämlich als Statoreinheit
bzw. Rotoreinheit zu dienen, Wenn eine solche Anordnung vorgezogen wird, sollte
der Dauermagnet mit seiner Innenseite am zweiten zylindrischen Gehäuse 28 befestigt
sein und die Kernhalterung 48 konzentrisch um den Dauermagneten bewegbar sowie mit
den Führungsstiften 60 verbunden sein.
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Die Pole des Dauermagneten 46 sind in der Regel so ausgebildet, dass
die in Umfangsrichtung aufeinander folgenden Pole N und S sich im wesentlichen parallel
zur Achse des Dauermagneten 46 erstrecken. In diesem Fall können die Magnetkerne
50 auf der Kernhalterung 48 ebenfalls parallel zur Achse der Kernhalterung 48 und
demzufolge zu den Polen N und s des Dauermagneten ausgerichtet sein, wie dies in
Fig. 3 dargestellt ist. Wenn bd dieser Anordnung die Spulen enterregt und demzufolge
die Magnetkerne 50 entmagnetisiert werden, unterliegt die Kernhalterung 48 noch
dem Magnetfeld des Dauermagneten 46 so dass die Relativbewegung zwischen Dauermagnet
und Kernhalterung
weitergeht, bis die Magnetkerne in ihrer den
festen Polen des Dauermagneten nächsten Lage sind, wenn die Pole des Dauermagneten
zum Zeitpunkt der Enterregung der Spulen zufällig in der Nähe der Zwischenräume
zwischen den Magnetkernen sind. Da jedoch der hier beschriebene elektromagnetische
Drehantrieb hauptsächlich für Stellvorgänge verwendet werden soll und auch geeignet
ist, die ein hohes Mass an Genauigkeit erfordern, ist es erwünscht, die Relativdrehung
zwischen dem Dauermagneten und der Kernhalterung schlagartig in dem Augenblick zu
beenden, wenn die Spulen enterregt werden.
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Um zu ermöglichen, dass der Dauermagnet 46 schlagartig angehalten
wird, wenn die Spulen auf dem Magnetkernen enterregt werden1 können die Magnetkerne
50 im wesentlichen spiralförmig an der Kernhalterung 48 relativ zur Achse derselben
ausgebildet sein, so dass zwei beliebige benachbarte Magnetkerne 50 Stirnflächen
aufweisen, die entlang der Innenfläche der Kernhalterung 48 in gleicher Richtung
verlaufen, wie dies in Fig. 4 gezeigt ist. Auf diese Weise schneiden die Magnetkerne
50 das Magnetfeld des Dauermagneten 46 gleichförmig über den gesamten Umfang der
Kernhalterung 48, so dass der Dauermagnet 46 seine Drehbewegung unabhängig davon,
welche Relativstellung der Dauermagnet bei Beendigung der Erregung der Spulen und
demzufolge der Magnetisierung der Magnetkerne zufällig hat, schlagartig beenden
kann.
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Als Alternative zur spiralförmigen Ausbildung der Magnetkerne kann
der Dauermagnet 46 in der Weise polarisiert sein, dass die in Umfangsrichtung mit
Abstand aufeinander folgenden unterschiedlichen Pole relativ zur Achse des Dauermagneten
46 im wesentlichen spiralförmig ausgebildet sind, während die Magnetkerne 50 auf
der Kernhalterung 48 parallel zur Achse der Kernhalterung verlaufen, wie dies in
Fig, 5 gezeigt ist.
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Wenn der Dauermagnet 46 auf diese Weise polarisiert ist, wird das
dadurch erzeugte magnetische Feld im wesentlichen gleichförmig auf die einzelnen
Magnetkerne 50 entlang der gesamten Innenfläche der Kernhalterung 48 verteilt, so
dass die oben beschriebene Wirkung erreicht wird.
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Die Figuren 6 und 7 zeigen Ausführungsbeispiele einer Anordnung,
bei der der ringförmige Dauermagnet 46 ausserhalb der Kernhalterung 48 konzentrisch
angeordnet ist. Der elektromagnetische Drehantrieb mit dem Aufbau gemäss Fig. 6
und 7 kann vorteilhaft bei der beschriebenen Belichtungsteuervorrichtung mit Blende
verwendet werden; darüber hinaus kann dieser Drehantrieb jedoch selber als neuer
Servomotor mit verbesserten Bremseingenschaften Verwendung finden.
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Bei dem Drehantrieb nach Fig. 6 weist die im wesentlichen ringförmige
Kernhalterung 48 eine Mehrzahl von Magnetkernen 50 auf, die auf dem Umfang der Kernhalterung
48 mit gleichem Abstand voneinander verteilt sind und radial nach aussen zur
Innenseite
des ringförmigen Dauermagneten 46 ragen, der konzentrisch um die Kernhalterung angeordnet
ist. Die einzelnen Magnetkerne 50 sind mit Endabschnitten 52 versehen, die dicht
an der Innenfläche des Dauermagneten 46 angeordnet sind und relativ zur Achse der
Kernhalterung 48 im wesentlichen spiralförmig verlaufen. Um die Magnetkerne 50 sind
jeweils Spulen 54 in der in Fig. 2 dargestellten Weise gewickelt. Mittels einer
Welle 62 ist die Kernhalterung 48 drehbar auf einem nicht dargestellten, geeigneten
Teil gelagert, wenn der dargestellte Drehantrieb als Servomotor verwendet wird.
Die in Umfangsrichtung Abstand voneinander aufweisenden N-Pole und S-Pole des Dauermagneten
46 sind so ausgebildet, dass sie im wesentlichen parallel zur Achse des Dauermagneten
46 verlaufen, wie dies in Fig. 6 durch strichpunktierte Linien wiedergegeben ist.
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Der Drehantrieb nach Fig. 7 weist einen ringförmigen Dauermagneten
46 auf, bei dem die in Umfangsrichtung Abstand voneinander aufweisenden N-Pole und
S-Pole so ausgebildet sind, dass sie relativ zur Achse des Dauermagneten und der
Kernhalterung 48 im wesentlichen spiralförmig verlaufen. Die Kernhalterung 48 ist
im Innern des Dauermagneten 46 konzentrisch angeordnet und weist Magnetkerne auf,
die parallel zur Achse der Kernhalterung 48 verlaufen.
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Bei den bisher beschriebenen Ausführungsbeispielen sind der
Dauermagnet
und die Kernhalterung in radialem Abstand voneinander angeordnet. Sie können jedoch
auch mit axialem Abstand voneinander angeordnet sein; ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel
mit einem solchen Aufbau ist in Fig. 8 dargestellt.
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Bei dem Ausführungsbeispiel gemäss Fig. 8 haben der ringförmige Dauermagnet
46 und die ringförmige Kernhalterung 48 im wesertlichen die gleichen Innen- und
Aussendurchmesser, so dass sie eine gemeinsame Achse haben, wenn sie kpnzentrisch
zueinander angeordnet sind. Der Dauermagnet 46 ist unveränderlich so polarisiert,
dass seine N-Pole und S-Pole sich auf dem Umfang abwechseln und Abstand voneinander
haben. Die Kernhalterung 48 ist mit einer Mehrzahl von Magnetkernen 50 versehen,
die auf dem Umfang der Kernhalterung 48 in-gleichem Abstand voneinander angeordnet
sind und sich von einer Seitenfläche der Kernhalterung 48 in zur Achse der Kernhalterung
paralleler Richtung zu dem benachbarten Dauermagneten 46 erstrecken. Jeder der Magnetkerne
50 hat einen Endabschnitt 52, der in Umfangsrichtung mit Stirnflächenvnrsehen ist,
die gegenüber der radialen Richtung der Kernhalterung 48 so geneigt sind, dass zwei
benachbarte Endabschnitte 52 der Kerne 50 sich entlang dem Umfang der Kernhalterung
mit ihren Enden dberlappen. Wie bei dem Ausführungsbeispiel gemäss Fig. 2 beträgt
die Anzahl der Magnetkerne 50 ein Vielfaches von drei, wobei jeweils drei benachbarte
Magnetkerne eine Gruppe bilden. Jede Gruppe von drei Magnetkernen ist mit zwei Spulen
54 in der
Weise versehen, dass eine Spule gemeinsam um zwei erste
benachbarte Magnetkerne gewickelt ist und dass die andere Spule um zwei zweite benachbarte
Magnetkerne gewickelt ist, wobei der mittlere der drei benachbarten Magnetkerne
von zwei Spulen umwickelt ist. Die Spulen 54 sind so gewickelt und werden so erregt,
dass die einzelnen Gruppen aus drei Magnetkernen entweder im einen Polsinn oder
im anderen Polsinn magnetisiert werden, wobei sich die Pole auf der Kernhalterung
abwechseln, so dass eine Gruppe von Magnetkernen eine Polarität aufweist, die ungleich
der Polarität der zwei angrenzenden Gruppen von Magnetkernen ist. Die Funktion des
anhand von Fig. 8 beschriebenen Drehantriebs ist im wesenlichen die gleiche wie
die des Drehantriebs nach Fig. 2, so dass sich eine Erläuterung erübrigt. Ähnlich
wie bei dem Drehantrieb nach Fig, 2 kann ferner der Dauermagnet als Rotoreinheit
und die Kernhalterung als Statoreinheit eingesetzt werden, wobei jedoch ebensogut
eine umgekehrte Verwendung möglich ist.
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Die Starke der durch die einzelnen Magnetkerne bei Erregung der Spulen
aufgebauten Magnetfelder hängt von der Anzahl der um die Magnetkerne gewickelten
Windungen der Spulen ab. Bei dem zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiel eines Drehantriebs,
bei dem die Magnetkerne in Gruppen von drei benachbarten Magnetkernen zusammengefasst
sind, ist der mittlere Magnetkern jeder Gruppe von drei Magnetkernen durch zwei
Spulen umwickelt, so dass er eine stärkere magnetische Kraft erzeugt,
als
die beiden benachbarten, jeweils nur eine Spule tragenden Magnetkerne. Das durch
drei benachbarte Magnetkerne erzeugte magnetische Feld kann geändert werden, indem
die Anzahl der Wicklungen der von den einzelnen Magnetkernen zu tragenden Spulen
entsprechend gewählt wird. Um eine besonders glatte Relativbewegung zwischen dem
Dauermagneten und der Kernhalterung sowie eine schnelle Beendigung dieser Bewegung
bei Enterregung der Spulen zu erreichen, ist es wünschenswert, dass der Drehantrieb
mit einer verhältnismässig grossen Anzahl von Magnetkernen versehen ist. Eine erhöhte
Anzahl von Magnetkernen führt jedoch zu einer grossen und sperrigen Ausbildung des
Drehantriebs als Ganzem, Dies ist offensichtlich nachteilig im Hinblick auf die
Tatsache, dass der beschriebene Drehantrieb besonders zur genauen Steuerung eines
verhältnismässig kleinen Gerätes geeignet ist. Wenn der Drehantrieb jedoch mit verhältnismässig
vielen Magnetkernen klein ausgeführt wird, lassen sich ein unverhältnismässig grosser
Zeit- und Arbeitsaufwand sowie komplizierte Verfahren beim Wickeln der Spulen auf
die einzelnen Magnetkerne nicht vermeiden, was zu erhöhten Herstellungskosten des
Drehantriebs führen würde. Diese Schwierigkeiten lassen sich teilweise.
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durch die Verwendung einer automatischen Spulenwickelmaschine überwinden.
Eine solche Maschine ist jedoch äusserst kostspielig und kann daher nicht zur Verminderung
der Herstellungskosten des betrachteten Drehantriebs führen.
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In den Figuren 9 bis 12 ist ein Ausführungsbeispiel des elektromagnetischen
Drehantriebs dargestellt, der den Vorteil hat, dass durch ihn die erläuterten Schwierigkeiten
überwunden werden. Bei diesem Drehantrieb ist die Anzahl der Magnetkerne und somit
der zeitaufwändigen Vorgänge beim Wickeln der Spulen auf die Magnetkerne während
des Zusammenbaus des Drehantriebs ohne Funktionseinbussen vermindert.
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Der in Fig. 9 dargestellte Drehantrieb umfasst einen ringförmigen
Dauermagneten 46 sowie eine im wesentlichen ringförmige Kernhalterung 64. In dem
Dauermagneten 46 sind die N-Pole und die S-Pole in der Weise angeordnet, dass sie
sich abwechseln und in Umfangsrichtung des Dauermagneten Abstand voneinander haben1
wie dies durch strichpunktierte Linien dargestellt ist. Die Kernhalterung 64 ist
konzentrisch um den Dauermagneten 46 angeordnet und trägt eine Mehrzahl von Magnetkernen
66. Die Magnetkerne 66 haben in Umfangsrichtung der Kernhalterung 64 im wesentlichen
den gleichen Abstand voneinander und erstrecken sich radial nach innen zum Dauermagneten
46, der konzentrisch im Inneren der Kernhalterung 64 angeordnet ist. An jedem der
Magnetkerne 66 ist an seinem inneren Ende ein radialer Ansatz 66a ausgebildet (Fig.
10) der sich dicht neben der Aussenseite des Dauermagneten 46 befindet und einen
Luftspalt zwischen sich und der Aussenseite des Dauermagneten bildet. Um jeden Magnetkern
66 ist eine Spule 68 in Richtung quer zur Radialrichtung der Kernhalterung 64 gewickelt,
wobei
die Ansätze 66a radial nach innen aus der Spule 68 hervorragen,
wie dies Fig. 11 zeigt Die Spulen 68 können die jeweiligen Magnetkerne 66 in der
Weise magnetisieren, dass abwechselnd N-I3ole und S-Pole mit Abstand voneinander
entlang dem Umfang des Dauermagneten 46 auftreten.
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Auf jedem einzelnen Magnetkern 66 ist ein magnetisches Verzweigungsstück
70 aus-magnetischem Material angeordnet, so dass zusätzliche Luftspalte zwischen
der Aussenseite des Dauermagneten 46 und dem Verzweigungsstück 70 gebildet werden,
wenn die Spulen 68 erregt und demzufolge die Magnetkerne 66 magnetisiert sind. Eine
bevorzugte Auführungsform eines solchen Verzweigungsstücks ist in Fig. 12 dargestellt.
Wie aus Fig 12 ersichtlich ist, hat das magnetische Verzweigungsstück eine Öffnung
72, die darin im wesentlichen zentral ausgebildet ist, sowie ein Paar von Seitenteilen
74 und 74' Das Verzweigungsstück 70 ist fest auf den Magnetkern 66 aufschiebbar,
wobei der Ansatz 66a durch die Öffnung 72 hindurchragt und sich die Seitenteile
74 und 74' nahe der Aussenfläche des Dauermagneten 46 befinden. Wenn die Spulen
68 erregt und demzufolge die Maqnetkerne 66 sowie die Verzweigungsstücke 70 magnetisiert
sind, wobei die Magnetisierung der Verzweigungsstücke 70 schwächer als die der Magnetkerne
66 ist, werden die in Umfangsrichtung Abstand voneinander aufweisenden Pole des
Dauermagneten 46 zu den Magnetkernen und Verzweigungsstücken gezogen, wodurch der
r)auermagnet um seine Achse in eine Stellung gedreht
wird, in
der die Pole des Dauermagneten den Ansätzen 66a der Magnetkerne 66 nahe sind. In
diesem Fall wird angenommen, dass der Dauermagnet 46 als Rotoreinheit wirkt, wenn
es wünschenswert ist, kann jedoch auch der Dauermagnet festgehalten werden, so dass
die Kernhalterung 64, die die Magnetkerne 66 und die Verzweigungsstücke 70 trägt,
als sich um den Dauermagneten drehenden Rotoreinheit dient. In Fig. 9 sind ferner
Zwischenpolstücke 76 aus magnetischem Material dargestellt.
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Die Zwischenpolstücke 76 sind an der Kernhalterung 64 befestigt und
befinden sich zwischen benachbarten Magnetkernen 66, so dass die Pole des Dauermagneten
ausgeglichenen magnetischen Kräften von den Magnetkernen 66 unterliegen, wenn sich
der Dauermagnet relativ dazu bewegt, und so dass der Dauermagnet schnellstmöglich
zum Stillstand kommen kann, wenn die Spulen auf den Magnetkernen enterregt werden.
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Fig. 12 zeigt eine Abwandlung des magnetischen Verzweigungsstücks,
das bei dem Drehantrieb gemäss Fig. 9 verwendbar ist.
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Das abgewandelte Verzweigungsstück 70' umfasst zusätzlich zu den Teilen
des Verzweigungsstücks 70 gemäss Fi, 11 ein Paar von Ansätzen 80 und 80', die von
der Oberkante und der Unterkante des mittleren Absclmitts des Verzweigungsstücks
70' radial nach aussen vom Dauermagneten weq ragen, der im Innern der Kernhalterung
angeordnet ist. Die radialen Ansätze 80 und 80' tragen auf ihren Aussenseiten die
Spule 68, die quer zur Radialrichtung der Kernhalterung gewickelt ist
(Fig.
14) und fest mit der Oberseite und der Unterseite der Magnetkerne 66 verbunden ist,
deren Form bereits in Zusammenhang mit Fig. 10 beschrieben wurde. Die Ansätze 80
und 80t sind an dem Magnetkern 66 mittels geeigneter Befestigungsclemente wie beispielsweise
Bolzen oder Stifte befestigt, die in ein Befestigungsloch 78 ragen, das im Magnetkern
66 ausgebildet ist (Fig. 10). Die Kernhalterung 64 kann einstückig ausgebildet sein
oder aus einer Anzahl verhältnismässig dünner, magnetischer Bleche bestehen, die
in der in den Figuren 10 und 11 dargestellten Weise zusammengelegt sind.
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Die Verzweigungsstücke 70 oder 70' nach den Figuren 12 bzw.
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13 können auch bei einem elektromagneti3chen Drehantrieb verwendet
werden, dessen Dauermagnet konzentrisch um die Kernhalterung herum angeordnet ist,
wie dies bei den Konstruktionen gemäss den Figuren 6 und 7 der Fall ist.
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Aus der voranstehenden Beschreibung ergibt sich, dass der erfindungsgemässe
Drehantrieb zu einer verbesserten Funktion des angetriebenen Teils wie beispielsweise
der Blende einer Belichtungssteuervorrichtung führt, da die Antriebskraft im wesentlichen
direkt vom Rotor des Drehantriebs zum angetriebenen Teil übertragen wird. Da der
erfindungsgemässe Drehantrieb keine mechanischen Vorspann- oder Ausgleichsmittel
wie beispielsweise eine Feder verwendet, spricht er auf äusserst kleine elektrische
Signale an und ist daher in der Lage, ein mechanisches Ausgangssignal zu erzeugen,
das genau dem aufgegebenen
Steuersignal folgt. Die direkte Übertragung
der Antriebskraft auf das angetriebene Teil und das Fehlen einer Feder oder dgl.
führt ferner zu dem Vorteil, dass der Konstruktionsaufwand für die durch den Drehantrieb
anzutreibende Vorrichtung wie beispielsweise eine Belichtungssteuervorrichtung mit
Blende vermindert ist. Wenn der Drehantrieb als Bestandteil einer Belichtungssteuervorrichtung
mit Blende verwendet wird, wird eine wesentlich vereinfachte Konstruktion der Belichtungssteuervorrichtung
erreicht, da die Rotoreinheit und die Statoreinheit des Drehantriebs im wesentlichen
ringförmig sind bzw. einen zylindrischen Aufbau haben und konzentrisch zur Mittelachse
der durch die Belichtungssteuervorrichtung gesteuerten optischen Einheit angeordnet
sind.
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Die hier dargestellten und beschriebenen verschiedenen Ausführungsbeispiele
dienen lediglich der Erläuterung der Erfindung und können vielfach je nach Wunsch
bzw. den speziellen Anwendungsbedingungen des Drehantriebs abgewandelt werden.