DE2901287A1 - Elektrodynamischer antrieb - Google Patents

Elektrodynamischer antrieb

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    • B41J19/30Electromagnetically-operated mechanisms
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Description

  • "Elektrodynamischer Antrieb"
  • Die Erfindung richtet sich auf einen elektrodynamischen Antrieb zur Steuerung von Bewegungen einer Läufereinrichtung von einem beliebigen Koordinatenpunkt einer Ebene zu einem beliebigen anderen.
  • In sehr unterschiedlichen Bereichen der Forschung und Technik besteht das Problem, eine mit Beobachtungs-, Aufzeichnungs- und Schreibinstrumenten verbundene Läufereinrichtung in einer Ebene definiert zu bewegen. Es ist hier zu denken an Auf zeichnungsgeräte für zwei unterschiedliche Meßgrößen, die in Abhängigkeit voneinander aufgetragen werden sollen, sogenannte X-Y-Schreiber, an Magnetköpfe zum Ablesen von auf ebenen Informationsträgern gespeicherten Magnetdaten und an Beobachtungseinrichtungen zur Verfolgung von Vorgängen an bestimmten Stellen der Beobachtungsfläche kernwissenschaftlicher Blasenkammern. Bereits aus diesen wenigen, aus einer Vielzahl weiterer herausgegriffenen Anwendungsbeispielen wird die grundsätzliche Bedeutung eines derartigen Antriebs deutlich. Trotz der Verschiedenartigkeit der Anwendungsmöglichkeiten sind die Anforderungen an einen derartigen Antrieb im wesentlichen stets die gleichen. Im Vordergrund steht hierbei vor allem eine hohe Arbeitsgeschwindigkeit, d.h. eine schnell arbeitende Steuerung und hohe Beschleunigungs- bzw. Bremswerte der Läufereinrichtung. Dabei sollen selbstverständlich die Kosten in einem vertretbaren Rahmen gehalten werden. Aus beiden vorstehenden Notwendigkeiten ergibt sich, daß bei der Konstruktion des Antriebs weitgehend auf komplizierte mechanische Teile verzichtet werden soll.
  • Gerade der letzten Anforderung werden aber die vorbekannten Antriebseinrichtungen nicht gerecht. Darüber hinaus machen sie häufig eine aufwendige Leistungselektronik erforderlich. -Schließlich können die bekannten Antriebseinrichtungen nur durch Analogsignale /in gesteuert werden, was aber im Hinblick auf dieXalle Bereiche der Technik immer stärker eingreifende Computer-Steuerung einen wesentlichen Mangel darstellt.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die genannten Nachteile des bekannten Stands der Technik zu vermeiden und einen elektrodynamischen Antrieb zu schaffen, der sich vor allem durch hohe Steuer- und Einstellgeschwindigkeit und leichte Anpassbarkeit an den jeweiligen Verwendungszweck auszeichnet.
  • Dieses Ziel wird erfindungsgemäß bei einem elektrodynamischen Antrieb der eingangs genannten Art erreicht durch eine wenigstens zwei zueinander nicht parallele Leiterbahnen tragende, in einem rasterartigen, Rasterbereiche mit unterschiedlichen Vorzeichen der Magnetisierungsrichtung aufweisenden Magnetfeld, in einer Ebene beweglich gelagerte Läufereinrichtung, wobei die Leiterbahnen von einer Steuereinrichtung mit Strom bzw. Stromimpulsen versorgt werden.
  • Im Gegensatz zu vorbekannten vergleichbaren Einrichtungen, die jeweils für die Bewegung in X- bzw. Y-Richtung einen separaten Stellmotor, z.B. einen Scheibenläufermotor, verwenden, ist bei der erfindungsgemäßen Konzeption ein integraler elektrodynamischer Antrieb vorgesehen. Die durch den rasterartigen Aufbau des Magnetfelds vorgegebenen definierten Ruhepositionen der Läufereinrichtung ermöglichen eine unmittelbare digitale Steuerung der Anordnung. Da die Läufereinrichtung selbst keine Magneten oder Eisenkerne oder mechanischen Bauteile wie ZahnräderDrahtführungen od.
  • dgl. zu tragen braucht, kann sie entsprechend leicht gebaut werden und mit auf elektrodynamischem Wege erzeugbaren Kräften sehr stark beschleunigt werden Die Bewegung der Läufereinrichtung erfolgt aufgrund des an sich bekannten elektromotorischen Prinzips, wonach auf einen stromdurchflossenen Leiter in einem Magnetfeld mit einer Komponente senkrecht zur Stromrichtung eine Kraft wirkt, die ihrerseits senkrecht zu Strom und Magnetfeidkomponente gerichtet ist.
  • Demnach bewegt sich also die Läufereinrichtung in einer Ebene senkrecht zum Magnetfeld. Die Bewegungsrichtung wird bestimmt durch die Längsrichtung der Strombahnen und die Orientierung des Stroms bzw. des Magnetfelds. Insbesondere durch Anderung der Richtung des die Leiterbahnen durchfließenden Stroms läßt sich somit die Bewegungsrichtung der Läufereinrichtung steuern.
  • Mit besonderem Vorteil ist vorgesehen, daß die Läufereinrichtung zwei zueinander nicht parallele Sätze aus zueinander jeweils parallelen, in Reihe geschalteten Leiterbahnen umfaßt. Hieraus ergibt sich nach dem oben dargelegten Prinzip, das als sogenannte "Drei-Finger-Regel" bekannt ist, daß Bewegungen sowohl mit X- als mit Y-Komponente möglich sind, wobei durch die zueinander parallelen, in Reihe geschalteten Leiterbahnen die Kraft in der jeweiligen Richtung entsprechend der Zahl der Leiterbahnen vervielfacht wird.
  • Vorzugsweise wird die Erfindung so verwirklicht, daß die Mittelpunkte der Rasterbereiche des Magnetfelds Punkten eines kartesischen Koordinatensystems entsprechen, zwei längs der Koordinatenachsen jeweils benachbarte, magnetisierte Rasterbereiche gleiche und diagonal benachbarte unterschiedliche Magnetisierungsrichtungen aufweisen und durch einen der dreifachen Breite der magnetisierten Bereiche etwa entsprechenden, zumindest relativ- feldfreien Bereich getrennt sind und die Läufereinrichtung zwei z#ueinander senkrechte Gruppen von Leiterstrecken umfaßt, wobei jede Gruppe aus zwei Untergruppen zueinander paralleler, durch die Steuereinrichtung einzeln ansteuerbarer Leiterstrecken besteht, wobei die Leiterstrecken jeder Untergruppe in Reihe geschaltet und die Leiterstrecken so angeordnet sind, daß auf eine Leiterstrecke der einen Untergruppe jeweils eine solche der anderen folgt und deren gegenseitiger Abstand der Breite eines Rasterbereichs entspricht.
  • Mit dieser Anordnung kann die Läufereinrichtung durch entsprechende Steuerung des Stromflusses in den einzelnen Leiterbahnen an beliebige Koordinatenpunkte eines kartesischen Koordinatensystems dirigiert werden. Die Aufteilung der Leiterbahnen jeder Koordinatenrichtung in jeweils zwei Untergruppen, von denen jeweils die Leiterbahnen einer Untergruppe aufgrund der gewählten Anordnung der Rasterbereiche diese kreuzen, während die Leiterbahnen der anderen Untergruppe im zumindest relativ feldfreien Bereich verlaufen, ermöglicht es, durch jeweils einen Stromimpuls die Läufereinz .B.
  • richtung/um einen Rasterschritt in X- bzw. Y-Richtung zu bewegen.
  • Dabei stellen die dadurch erreichten Endpositionen Gleichgewichtslagen dar und sind somit eindeutig definiert. Durch einen weiteren Stromstoß kann je nach dessen Polung die Bewegung in der ursprünglichen Richtung um einen weiteren Schritt fortgesetzt oder wieder rückgängig gemacht werden. Hieraus ist bereits ersichtlich, daß sich mit dem erfindungsgemäßen elektrodynamischen Antrieb eine Vielzahl von Anwendungsvarianten, insbesondere in Verbindung mit einer Computer-Steuerung, ergeben.
  • Zur Erzeugung eines rasterartigen Magnetfelds kann vorgesehen sein, daß oberhalb und unterhalb der Ebene der Läufereinrichtung eine plattenartige Anordnung von stabförmigen, querschnittlich rechteckigen Dauermagneten und jeweils dazwischenliegenden, formgleichen Weicheisenstücken vorgesehen ist, daß die Magnetisierungsrichtung der Magneten senkrecht zu deren Längsrichtung in der Plattenebene liegt, daß die Magnetisierungsrichtung benachbarter Magneten einander entgegengesetzt ist, und daß die Längsrichtung der Magneten oberhalb und unterhalb der Läufereinrichtung um 900 gegeneinander versetzt ist. Durch Uberlagerung der Einzelmagnetfelder der derart zusammengefügten Magneten entsteht im Bereich zwischen den beiden plattenartigen Anordnungen ein rasterartiges Magnetfeld im Sinne der Erfindung, wobei hierdurch hohe Felddichten erreicht werden.
  • Eine weitere Möglichkeit zur Erzeugung eines derartigen Feldes besteht darin, daß in einer Ebene oberhalb und unterhalb der Ebene der Läufereinrichtung eine Vielzahl von Spulen angeordnet ist, deren Längsachse jeweils senkrecht zu dieser Ebene liegt, die nach Wicklungssinn bzw. Stromrichtung so geschaltet sind, daß die Vorzeichen der Magnetisierungsrichtung jeweils in einer Ebene längs der Koordinatenachsen benachbarter Spulen gleich und diagonal benachbarter Spulen unterschiedlich und die der in der jeweils anderen Ebene darunter- bzw. darüberliegenden gleich sind, wobei die Spulen jeder Ebene voneinander um jeweils die dreifache Spulenbreite beabstandet sind Diese Anordnung ermöglicht es, falls dies gewünscht werden sollte, auch das Magnetfeld, d.h. also den die Spulen durchfließenden Strom, zu Steuerzwecken heranzuziehen.
  • Vorteilhafterweise besteht die Läufereinrichtung aus einer beidseitig mit einer Leiterplatte kaschierten Platte aus Isoliermaterial, wobei die Leiterbahnen in den Leiterplatten durch Ätzen ausgebildet sind. Derartige Platten, wie sie in vergleichbarer Form bereits beim Scheibenläufermotor mit großem Erfolg Verwendung finden, können mit einem Gewicht von wenigen Gramm äußerst leicht gebaut sein, so daß nach Newton aus der zur Verfügung stehenden elektrodynamischen Kraft eine sehr hohe Beschleunigung erreicht wird.
  • Die Leiterbahnen sind vorzugsweise flach ausgebildet, so daß eine sehr gute Wärmeabstrahlung erreicht wird, die eine ganz erhebliche, sehr kurzzeitige Strombelastung von bis zu 10 A zuläßt. Hierin liegt ein weiterer Grund für die mit der erfindungsgemäßen Anordnung erreichbaren hohen Arbeitsgeschwindigkeiten. Grundsätzlich sind verschiedene modernere Verfahren zur Herstellung von sogenannten Multi-Layer-Platten für die Läufereinrichtung denkbar.
  • In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß die Läufereinrichtung auf Schlitzkugellagern gelagert ist, die ihrerseits wieder auf hierzu senkrechten Schlitzkugellagern aufsitzen.
  • Derartige in der Feinmechanik an sich bekannte Lager gewährleisten eine äußerst geringe Reibung bei zuverlässiger, spielfreier Führung.
  • Mit besonderem Vorteil ist zur Steuerung der Läufereinrichtung eine digitale Steuereinrichtung mit Ist-Soll-Wert-Kontrolle vorgesehen. Die besondere Eignung des erfindungsgemäßen Antriebs für digitale Steuerungen wurde bereits dargelegt. Somit läßt sich über einen elektronischen Wegaufnehmer durch eine Rechnerschaltung ein Ist-Soll-Wert-Vergleich vornehmen und somit eine exakte Positionierung erzielen. Dabei kann z.B. der Ist-Wert aus der lokalen Veränderung des Magnetfelds entnommen werden.
  • Aus den verschiedenen, dem Fachmann geläufigen Methoden zur digitalen Steuerung von Bewegungsvorgängen eignet sich z.B. besonders zur Steuerung der Läufereinrichtung ein digitales Positionierungssystem nach Commischau und Hangarter. Dieses System (vgl.
  • Elektronik (Franzis-Verlag), Heft 4/70, S. 5), das ursprünglich zur Positionierung eines Kreuztisches mittels zweier Scheibenläufermotoren entwickelt wurde, läßt sich in analoger Weise auf den erfindungsgemäßen Antrieb übertragen.
  • Der Bereich der denkbaren Anwendung wird noch zusätzlich dadurch erweitert, daß die Läufereinrichtung und die zugehörigen Magneteinrichtungen mit einer zweiten Läufereinrichtung verbunden sind, wobei die Bewegungsebene der zweiten Läufereinrichtung senkrecht zu der der ersten liegt.
  • Der erfindungsgemäße elektrodynamische Antrieb läßt sich besonders vorteilhaft z.B. in Schreibmaschinen verwenden. Bei einer computergesteuerten erfindungsgemäßen Läufereinrichtung können nämlich Größe und Form der Schriftzeichen einfach durch entsprechende Umprogrammierung des Computers geändert werden, wobei die Zahl der Schriftzeichen eines bestimmten Programms erheblich größer sein könnte, als diejenige bei konventionellen mechanischen Schreibmaschinen, so daß es denkbar wäre, mit einer derartigen Schreibmaschine z.B. auch chinesische Schriftzeichen zu schreiben.
  • Darüber hinaus würde sich eine derartige Schreibmaschine besonders auch als sogenannter Schreibautomat eignen, d.h. es könnten problemlos ganze Briefteile gespeichert und abgerufen werden. Weiterhin würde eine Vielzahl mechanischer, störungsanfälliger Teile bei diesem neuen Schreibmaschinentyp entfallen, wobei diese Maschine darüber hinaus praktisch geräuschlos arbeiten würde.
  • Andererseits kann die Anwendung des erfindungsgemäßen Antriebs auch für Magnetaufzeichnungs- und Wiedergabegeräte sehr vorteilhaft sein, da auf rotierende Teile verzichtet werden kann und ebene Datenträger Verwendung finden können. Es können hierbei außerordentlich kurze Zugriffszeiten erzielt werden bei hoher Speicherkapazität. Eine ganz außerordentliche hohe Speicherkapazität wird speziell dann erreicht, wenn zwei erfindungsgemäße Antriebssysteme senkrecht zueinander angeordnet werden, so daß die Datenträger dreidimensional angeordnet und in kürzester Zeit abgerufen werden können.
  • Bei Verwendung des erfindungsgemäßen Antriebs für Schreiber, sogenannte Plotter, kann bei der Benutzung von digitalen Meßinstrumenten auf die Verwendung von Digital-Analog-Wandler verzichtet werden, so daß die sich dabei ergebenden Probleme entfallen.
  • Weitere Merkmale, Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform sowie anhand der Zeichnung. Dabei zeigen: Fig. 1 bis schematische Darstellungen von Permanentmagnet-Weicheisenanordnungen zur Veranschaulichung der Entstehung des erfindungsgemäßen rasterförmigen Magnetfelds, Fig. 4 eine schematische Darstellung zweier erfindungsgemäßer plattenförmiger Permanentmagnet-Weicheisenanordnungen, Fig. 5 eine schematische Darstellung verschiedener Positionen der Läufereinrichtung relativ zum rasterförmigen Magnetfeld.
  • Zur Erläuterung der Entstehung des erfindungsgemäßen rasterförmigen Magnetfelds ist in Fig. 1 zunächst der Fall dargestellt, daß zwischen je zwei übereinanderliegenden, quaderförmigen Weicheisenstücken 1,2 bzw. 3,4 zwei ebenfalls quaderförmige Permanentmagnete 5,6 mit geringerer Seitenlänge als die Weicheisenstücke 1,2,3,4, an der Ober- und Unterseite bündig mit diesen schlieBend zwischen diesen angeordnet sind. Die Permanentmagneten 5,6 sind in Richtung parallel zur kürzesten Seitenkante magnetisiert und so angeordnet, daß die Magnetisierungsrichtungen des in Fig. 1 oberen und unteren Permanentmagneten 5,6 zueinander entgegenge setzt sind. Zusammen mit den Weicheisenstücken 1,2,3,4 entsteht ein geschlossener Feldlinienverlauf vom Südpol S des oberen Permanentmagneten 6 zum Nordpol N des unteren Permanentmagneten 5 und von dessen Südpol S wiederum zum Nordpol Ndes oberen Permanentmagneten 6.
  • Werden nun die beiden oberen Weicheisenstücke 3,4 zusammen mit dem zwischen diesen liegenden oberen Permanentmagneten 6 um 900 gedreht, kommen Feldbereiche mit entgegengesetzt orientierten Magnetfeldlinien unmittelbar übereinander zu liegen, d.h. das resultierende Feld wird praktisch 0. Wie aus Fig. 2 und 3 hervorgeht, die jeweils die Situation bei einer Drehung um 900 im oder gegen den Uhrzeigersinn darstellen, entstehen etwa der Breite der Weicheisenstücke 1,2,3,4 entsprechende feldfreie Bereiche 7,8, die von etwa der Breite der Permanentmagneten entsprechenden, ebenfalls feldfreien Bereichen 9,10 von Bereichen 11,12 der Weicheisenstücke 1,2,3,4 getrennt sind, wo diese etwa senkrecht zur ursprünglichen Magnetisierungsrichtung der Permanentmagneten 5,6 in Richtung der darüber- bzw. darunterliegenden anderen beiden Weicheisenstücke 1,2 bzw. 3,4 magnetisiert sind, wobei die beiden hierbei entstehenden, einander diagonal gegenüberliegenden magnetisierten Bereiche11,12 entgegengesetzt parallel magnetisiert sind.
  • Ausgehend vom vorstehend beschriebenen Denkmodell wird es verständlich, daß ein rasterförmiges Magnetfeld entsteht, wenn zwei aus quaderförmigen Permanentmagneten 13 und Weicheisenteilen 14 bestehende plattenförmige Anordnungen 15,16 mit ihrer Längsachse um 900 gegeneinander verdreht übereinander angeordnet werden, wie dies in Fig. 4 dargestellt ist. Dabei folgt auf ein Weicheisenstück 14 ein Permanentmagnet 13, dessen Magnetisierungsrichtung in der Ebene der aufzubauenden Platte 15,16 liegt, auf diesen wiederum ein Weicheisenstück 14, dann wieder ein Permanentmagnet 13, dessen Magnetisierungsrichtung ebenfalls in der Richtung der Plattenebene liegt, aber derjenigEn des vorhergehenden Permanentmagneten 13 entgegengesetzt ist, dann wiederum ein Weicheisenstück 14 usw.
  • Zwischen den beiden Magnet-Weicheisenplatten 15,16 verbleibt ein Spalt 17, der gerade so dimensioniert wird, daß eine freie und ungehinderte Bewegung der Läufereinrichtung 18, die auf in der Zeichnung im einzelnen nicht dargestellten Lagern leicht in einer Ebene X-Y-beweglich gelagert ist, ermöglicht wird. Die Läufereinrichtung 18 besteht z.B. aus einer Pertinax- oder Karbonfaser-Platte 18', die beidseitig mit Kupferplatten kaschiert ist, wobei aus diesen Kupferplatten die Leiterbahnen 19,20,21,22 ausgeätzt sind. Jede Leiterbahn 19,20,21,22 gehört einer mäanderförmigen Untergruppe von Leiterbahnen 19 bzw. 20 bzw. 21 bzw. 22 an.
  • Die Leiterbahnen 19,20 bzw. 21,22 auf der Ober- bzw. Unterseite der Läuferplatte 18' verlaufen zueinander senkrecht. Auf jeder Läuferplattenseite bilden die Leiterbahnen 19,20,21,22 zwei Untergruppen, dieaus zwei übereinander angeordneten, um die Hälfte des gegenseitigen Leiterbahnenabstands gegeneinander verschobenen Mäanderanordnungen bestehen. Die einzelnen Leiterbahnen 19,20 bzw. 21,22 jeder Untergruppe laufen zueinander parallel und nur am Randbereich der Läuferplatte 18' sind jeweils benachbarte Leiterbahnen 19,20,21,22, die der gleichen Untergruppe angehören, verbunden. Die isolierende Uberbrückung der sich kreuzenden Enden der einzelnen Leiterbahnen 19,20,21,22 der verschiedenen Gruppen, die in der Zeichnung im einzelnen nicht dargestellt ist, kann in aus der Technik der gedruckten Schaltungen an sich bekannter Weise erfolgen. Der gegenseitige Abstand d der einzelnen parallelen Leiterbahnen 19 bzw. 20 bzw. 21 bzw. 22 jeder Untergruppe entspricht der doppelten Breite b der Magnet- bzw Weicheisenquader 13,14. Beide Untergruppen der oberen und unteren Leiterbahnen 19,20 bzw. 21,22 sind jeweils für sich mit einer Stromversorgungseinrichtung verbunden, die in jeder der beiden oberen und unteren Leiteruntergruppe unabhängig voneinander den Zustand "Strom" und kein Strom" herstellen kann. Für den Zustand "Strom" ist das Vorzeichen der Stromrichtung wählbar.
  • Die übereinander um 900 gegeneinander verdreht angeordneten Weicheisen-Magnet-Platten 15,16 erzeugen im Spalt 17 zwischen denselben ein rasterförmiges Magnetfeld. Dieses Magnetfeld ist aufgebaut aus einzelnen Bereichen 23,24,25, deren Kantenlänge der Breite b der Magnet- bzw. Weicheisenstücke 13 bzw. 14 entspricht. In Richtung der X- bzw. Y-Koordinate ist jeder magnetisierte Bereich 24,25 vom nächsten durch drei feldfreie Bereiche 23 getrennt. Einander benachbarte magnetisierte Bereiche 24 bzw. 25 weisen gleiches Vorzeichen der Magnetisierungsrichtung auf. In Ausgangsposition liegt die Läuferplatte 18', die zusammen mit einer daran beispielsweise befestigten Schreibeinrichtung 26, die in Fig. 5 nur schematisch dargestellt ist, die Läufereinrichtung 18 bildet, so, daß die Leiterbahnen 19,20 bzw. 21,22 der oberen bzw. unteren Untergruppen in die durch die Kanten der Magnet-Weicheisenplatten 15,16 vorgegebene X- bzw Y-Richtung liegen. Die Kreuzungspunkte 27 der oberen bzw. unteren Strombahnen 19,20 bzw. 21,22 liegen dabei jeweils in der Mitte der Bereiche 23,24,25.
  • In Fig. 5 a - f ist veranschaulicht, wie durch eine Folge von Stromimpulsen auf jeweils eine bestimmte Untergruppe von Leiterbahnen 19,20,21,22 eine gewünschte zweidimensionale Bewegung der Läufereinrichtung 18 erreicht werden kann. Der Stromzustand der einzelnen Leiterbahnengruppen ist durch Pfeile P dargestellt, wobei das Vorhandensein eines Pfeils P bedeutet, daß diese Leitergruppe von einem Stromimpuls beaufschlagt ist und die Pfeilrichtung die Richtung des jeweiligen Stromimpulses angibt. Die nicht ausgefüllten Bereiche sind relativ feldfreie Bereiche 23, bei den magnetischen Bereichen 24,25 ist die Richtung des Magnetfelds in Fig. 5 durch Punkte bzw. Kreuze als aus der Zeichenebene heraus- bzw. in die Zeichenebene hineingehend veranschaulicht.
  • Die Bewegungsrichtung der Läufereinrichtung ergibt sich jeweils als Summe der Kraftwirkung in X- und Y-Richtung, wobei sich die Kraftrichtung, d.h. also deren Vorzeichen, in einer Koordinatenrichtung aus der Dreifingerregel bestimmt, wonach bei zueinander jeweils senkrecht in X-, Y- und Z-Richtung gehaltenem Daumen, Zeigefinger und Mittelfinger der Daumen die Richtung des Magnetfelds (Z-Richtung, der Zeigefinger (X- bzw. Y-Richtung) die Richtung des Stroms und der Mittelfinger die Richtung der Kraft (X- bzw. Y-Richtung} angibt.
  • z B.
  • Durch jeden Stromimpuls wird eine Fortbewegung um/eine Bereichsbreite b in X- bzw. Y-Richtung erzielt, wobei die Endposition definiert ist und eine Weiterbewegung über diese Endposition hinaus dadurch vermieden wird, daß dann die nächste parallele Leiterbahn, z.B. 19, der selben strombeaufschlagten Untergruppe Magnetfeldbereiche 24 bzw. 25 überdecken würde, die eine andere Orientierung aufweisen als diejenigen, die zur ursprünglichen Bewegung Anlaß gaben, was aber nach der Dreifingerregel unmittelbar eine der ursprünglichen Kraft entgegengesetzt gerichtete Kraft zur Folge hat. Zur Fortsetzung der Bewegung in die gleiche Richtung um einen weiteren Schritt müssen die Leiterbahnen, z.B. 20, der jeweils anderen Untergruppe einen Stromimpuls in die entgegengesetzte Richtung erhalten. Die beiden Untergruppen jeder Plattenseite erhalten also für die Bewegung längs einer Koordinatenachse abwechselnd Stromimpulse, wobei durch die Stromrichtung dieser Impulse die Bewegungsrichtung bestimmt wird. Die Steuerung kann aber auch in kleineren Schritten als die dem Raster entsprechenden vorgenommen werden.
  • Grundsätzlich ist es für bestimmte Anwendungszwecke auch vorstellbar, verschiedene Läufereinrichtungen parallel übereinander anzuordnen.
  • Schließlich ist es auch vorstellbar, als Läufereinrichtung nicht eine starre Scheibe, sondern ein flexibles Band od.dgl. zu verwenden.
  • Leerseite

Claims (10)

  1. Patentansprüche Elektrodynamischer Antrieb zur Steuerung von Bewegungen einer Läufereinrichtung von einem beliebigen Koordinatenpunkt einer Ebene zu einem beliebigen anderen, gekennzeichnet durch eine wenigstens zwei zueinander nicht parallele Leiterbahnen (19,29 bzw. 21,22) tragende, in einem rasterartigen, Rasterbereiche (24,25) mit unterschiedlichem Vorzeichen der Magnetisierungsrichtung aufweisenden Magnetfeld in einer Ebene beweglich gelagerte Läufereinrichtung (18), wobei die Leiterbahnen (19,20, 21,22) von einer Steuereinrichtung mit Strom bzw. Stromimpulsen versorgt werden.
  2. 2. Elektrodynamischer Antrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Läufereinrichtung (18) zwei zueinander nicht parallele Gruppen aus zueinander jeweils parallelen, in Reihe geschalteten Leiterbahnen (19,20 bzw. 21,22) umfaßt.
  3. 3. Elektrodynamischer Antrieb nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittelpunkte M der Rasterbereiche (24,25) den Punkten eines kartesischen Koordinatensystems entsprechen, zwei längs der Koordinatenachsen X,Y jeweils benachbarte, magnetisierte Rasterbereiche (24,25)gleiche und diagonal benachbarte Bereiche (24,25) unterschiedliche Magnetisierungsrichtungen aufweisen und durch einen etwa der dreifachen Breite b der magnetisierten Bereiche (24,25) entsprechenden,zumindest relativ feldfreien Bereich (23) getrennt sind und die Läufereinrichtung (18) zwei zueinander senkrechte Gruppen von Leiterbahnen (19,20,21,22) umfaßt, wobei jede Gruppe aus zwei Untergruppen zueinander paralleler, durch die Steuereinrichtung einzeln ansteuerbarer Leiterbahnen (19,20 bzw. 21,22) besteht, wobei die Leiterbahnen (19,20,21,22) jeder Untergruppe in Reihe geschaltet und die Leiterbahnen (19,20,21,22) so angeordnet sind, daß auf eine Leiterbahn (19,20) der einen Untergruppe jeweils eine solche (21,22) der anderen folgt und deren gegenseitiger Abstand der Breite b eines Rasterbereichs (23,24, 25) entspricht.
  4. 4. Elektrodynamischer Antrieb nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß oberhalb und unterhalb der Ebene der Läufereinrichtung (18) eine Plattenanordnung (15,16) von stabförmigen, querschnittlich rechteckigen Dauermagneten (13) und jeweils dazwischenliegenden, formgleichen Weicheisen-Stücken (14) vorgesehen ist, daß die Magnetisierungsrichtung der Magneten (13) senkrecht zu deren Längsrichtung in der Plattenebene liegt, daß die Magnetisierungsrichtung benachbarter Magneten einander entgegengesetzt ist, und daß die Längsrichtung der Magneten (13) oberhalb und unterhalb der Läufereinrichtung (18) um 900 gegeneinander versetzt ist.
  5. 5. Elektrodynamischer Antrieb nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß in einer Ebene oberhalb und unterhalb der Ebene der Läufereinrichtung (18) eine Vielzahl von Spulen angeordnet ist, deren Längsachse jeweils senkrecht zu dieser Ebene liegt, die nach Wicklungssinn bzw. Stromrichtung so geschaltet sind,. daß die Vorzeichen der Magnetisierungsrichtung jeweils in einer Ebene längs der Koordinatenachsen X,Y benachbarter Spulen gleich und diagonal benachbarter Spulen unterschiedlich, und die der in der jeweils anderen Ebene darunter- bzw. darüberliegenden gleich sind, wobei die Spulen jeder Ebene voneinander um jeweils die dreifache Spulenbreite beabstandet sind.
  6. 6. Elektrodynamischer Antrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Läufereinrichtung (18) aus einer beidseitig mit einer Leiterplatte kaschierten Platte (18') aus Isoliermaterial besteht, wobei die Leiterbahnen (19,20,21, 22) in den Leiterplatten durch ätzen ausgebildet sind.
  7. 7. Elektrodynamischer Antrieb nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Läufereinrichtung (18) auf Schlitzkugellagern gelagert ist, die ihrerseits wieder auf hierzu senkrechten Schlitzkugellagern aufsitzen.
  8. 8. Elektrodynamischer Antrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß zur Steuerung der Läufereinrichtung (18) eine digitale Steuereinrichtung mit Ist-Soll-Wert-Kontrolle vorgesehen ist.
  9. 9. Elektrodynamischer Antrieb nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß zur Steuerung der Läufereinrichtung (18) ein programmierbares digitales Positionierungssystem nach Commischau und Hangarter vorgesehen ist.
  10. 10. Elektrodynamischer Antrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Läufereinrichtung (18) und die zugehörigen Magneteinrichtungen mit einer zweiten Läufereinrichtung verbunden sind, wobei die Bewegungsebene der zweiten Läufereinrichtung senkrecht zu der der ersten liegt.
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