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Elektromagnetisch angetriebener Verschluß
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Die Erfindung bezieht sich auf einen elektromagnetisch angetriebenen
Verschluß und insbesondere auf einen elektromagnetisch angetriebenen Verschluß,
der so ausgebildet ist, daß er einen Verschluß-Antriebsrotor hat, der sich um die
optische Achse eines Aufnahmeobjektivs dreht.
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Es sind bereits elektromagnetisch angetriebene Verschlüsse bekannt,
die so ausgebildet sind,daß sie einen Verschluß-Antriebsrotor haben, der sich um
die optische Achse eines Aufnahmeobjektivs dreht, wobei ein leitendes Spulenmuster
auf dem Verschluß-Antriebs rotor vorgesehen ist. Derartige elektromagnetisch angetriebene
Verschlüsse schließen einen Typ ein, der einen in Richtung der optischen Achse des
Aufnahmeobjektivs angelegten Magnetfluß hat.Um effektiv ein Antriebsmoment zum Drehen
des Rotors zu erzeugen, ist der Verschluß dieses Typs so angeordnet, daß er einen
elektrischen Stromfluß in Radialrichtung vom Drehmittelpunkt des Rotors hat.
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Der herkömmliche Verschluß-Antriebs rotor mit darauf vorgesehener
leitender Spule, Qie vorstehend erläutert, ist, wie in den Fig. 1 und 2 gezeigt
ausgebildet. Ein Rotor 1 ist so geformt, daß er Umfangsabschnitte la, sich radial
erstreckende Abschnitte Ib und äußere Umfangsabschnitte lc hat-. Auf beiden Seiten
des Rotors ist eine leitende Spule 2 vorgesehen, die sich längs des Umfangs des
Rotors 1 erstreckt. Ferner sind vorgesehen Verschluß-Antriebszapfen 3a, 3b und 3c,
die an dem Rotor 1 befestigt sind. In Fig. 2 ist mit L die Länge des wirksamen Abschnittes
des Magnetflusses bezeichnet, der durch nicht gezeigte Permanentmagnete erzeugt
wird. Die Richtung, in der eine elektromagnetische Kraft F ausgeübt wird, ist mit
einem Pfeil bezeichnet.
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Wie aus diesen Zeichnungen offensichtlich ist, bewirkt die Form der
herkömmlichen leitenden Spule 2, daß ein elektrischer Strom in Radialrichtung von
dem Drehmittelpunkt des Rotors 1 fließt. Deshalb kann die zur Drehung des Rotors
1 benötigte Antriebskraft effektiv erzeugt werden. Andererseits werden entsprechend
der herkömmlichen Anordnung die Umfangsabschnitte 1a des Rotors, in der eine elektromagnetische
Kraft F nicht erzeugt wird, größer. Hierdurch ergibt sich ein Anwachsen des Trägheitsmomentes
des Rotors 1; hieraus wiederum resultieren eine unzureichende Winkelbeschleunigung
und eine schlechte Dynamikcharakteristik. Darüber hinaus werden durch die herkömmliche
Anordnung auch große Abmessungen der leitenden Spule 2 bedingt, wodurch wiederum
der elektrische Widerstand erhöht wird, was auch in elektrischer Hinsicht Probleme
aufwirft.
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Die Erfindung ist auf die Lösung dieser bei herkömmlichen Anordnungen
auftretenden Probleme gerichtet. Es ist Aufgabe der Erfindung, einen elektromagnetisch
angetriebenen Verschluß zu schaffen, bei dem eine leitende Spule so ausgebildet
ist, daß das Trägheitsmoment eines Rotors verringert wird und somit eine hervorragende
Dynamikcharakteristik des Verschlusses sichergestellt wird.
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Die Erfindung wird nachstehend anhand von Ausführungsbeispielen unter
Bezugnahme auf die Zeichnung näher beschrieben. Es zeigen: Fig. 1 eine Aufsicht
eines herkömmlichen Verschluß-Antriebsrotors, Fig. 2 eine Aufsicht des Verschluß-Antriebsrotors
gemäß Fig. 1, wobei die wirksamen Abschnitte des Magnetflusses in die Darstellung
eingeschlossen sind, Fig. 3 eine auseinandergezogene perspektivische Ansicht eines
Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßer elektromagnetisch angetriebenen Verschlusses,
Fig. 4 eine Aufsicht des Verschluß-Antriebsrotors gemäß Fig. 3, Fig. 5 eine Aufsicht
des Verschluß-Antriebsrotors gemäß Fig. 4, wobei die wirksamen Abschnitte des Magnetflusses
in die Darstellung eingeschlossen sind, und
Fig. 6 eine Aufsicht
zum Vergleich des Verschluß-Antriebsrotors gemäß Fig. 1 mit dem Verschluß-Antriebsrotor
gemäß Fig. 4.
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Fig. 3 zeigt auseinandergezogen die Hauptkomponenten des elektromagnetisch
angetriebenen Verschlusses. In Fig.
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3 ist eine erste Grundplatte 11 so angeordnet, daß sie an einem Kamera
körper befestigt wird: Eine zweite Grundplatte 12 ist aus einem magnetischen Material
gefertigt.
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Die erste und die zweite Grundplatte 11 bzw. 12 sind mit Schrauben
13 befestigbar. Zwischen der ersten und der zweiten Grundplatte 11 bzw. 12 sind
nacheinander ein Bestimmungselement 14 für die Verschluß-öffnungsfläche, drei Verschlußlamellen
15, 16 und 17, die aus einem synthetischen Harzmaterial gefertigt sind, eine aus
einem magnetischen Material gefertigte Führungsplatte 18, ein Rotor 19, Permanentmagnete
20a, 20b, 20c und 20d sowie ein Positionierelement 21 vorgesehen. Sowohl die erste
Grundplatte 11, das Bestimmungselement 14, die Führungsplatte 18, der Rotor 19,
das Positionierelement 21 als auch die zweite Grundplatte 12 sind mit einer Öffnung
versehen, um den Lichtdurchgang zu ermöglichen. Die drei Verschlußlamellen 15, 16
und 17 sind zum Zwecke des Sperrens des Lichtdurchgangs vorgesehen und zusammen
mit dem Bestimmungselement 14 angeordnet, das eine Fläche für die Öffnung des Verschlusses
zwischen der Führungsplatte 18 und der ersten Grundplatte 11 definiert. Die Führungsplatte
18 ist mit Abstandshaltern 18a und 18b versehen, die so angeordnet sind, daß sie
einen Bewegungsraum für die Verschlußlamellen und einen Raum bestimmen, in dem die
Bestimmungsplatte 14 angeordnet wird. Um die Öffnung der Führungsplatte 18 sind
Zapfen 18c, 18d und 18e vorgesehen, die als Drehachsen für die Verschlußlamellen
15, 16 und 17 dienen.
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Diese Zapfen 18c, 18d und 18e sind so angeordnet, daß sie die Verschlußlamellen
15, 16 und 17 sowie in dem
Bestimmungselement 14 vorgesehene Löcher
14a, 14b und 14c durchsetzen und dann in Löcher eingesetzt werden, die in der ersten
Grundplatte 11 vorgesehen sind. Die Führungsplatte 18 ist ferner mit Führungslöchern
18f, 18g und 18h versehen, aie so angeordnet sind, daß Verschluß-Antriebszapfen
19a, 19b und 19c in sie eingesetzt werden.
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Diese Verschluß-Antriebszapfen 19a, 19b und 19c, die von dem Rotor
19 kommen, wirken als Antriebswellen für die Verschlußlamellen 15, 16 und 17. Die
Größe der öffnung 14d für den Durchgang des Lichtflusses des Bestimmungselements
14 ist so ausgebildet, daß sie größer als die Öffnung der Blende eines Objektivs
ist. Eine Größe, die gleich oder größer als die Öffnung der Blende ist, genügt für
die öffnung 14d. Das Bestimmungselement 14 ist aus demselben synthetischen Harzmaterial
wie die Verschlußlamellen 15, 16 und 17 hergestellt und schwarz gefärbt.
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Das synthetische Harzmaterial ist vorzugsweise ein wärmeisolierendes
Material, wie Polyester usw. Der Durchmesser der Löcher 14a, 14b und 14c, die in
dem Bestimmungselement 14 vorgesehen sind, ist so bestimmt, daß sich ein geeigneter
Grad an Spiel relativ zu den Zapfen 18c, 18d und 18e ergibt. Das Positionierelement
21 ist wie gezeigt mit Löchern 21a, 21b, 21c und 21d zum Aufnehmen der Permanentmagnete
20a, 20b. 20c und 20d versehen. Ferner sind an dem Positionierelement ein Federstift
21f zum Anbringen einer Feder 21e, die so angeordnet ist, daß sie den Rotor 19 zu
einer Drehung im Uhrzeigersinn beaufschlagt, und ein Lager 21g vorgesehen, das für
den Rotor 19 dient.
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Zum Antrieb der Verschlußlamellen 15, 16 und 17 erzeugen die magnet-ischen
Flüsse der Permahentmagneten 20a, 20b, 20c und 20d, wenn ein Strom zu der Spule
19d auf dem Rotor durch die Verschluß-Antriebszapfen 19b und 10c fließt, eine elektromagnetische
Kraft entsprechend der Flemingschen Linkehandregel. Die elektromagnetische Kraft
bewirkt, daß sich der Rotor 19 entgegen dem Uhrzeigersinn gegen die
Kraft
der Feder 21e dreht.
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Fig. 4 zeigt konkret den Rotor 19; die Spule 19d ist auf dem Rotor
19 vorgesehen und in-der gezeigten Form ausgebildet. Gegenüberliegende Teile der
Spule 19d-:sind so ausgebildet, daß sie grob konzentrisch mit der bereits erwähnten
kreisförmigen Öffnung sind, die in dem Rotor vorgesehen ist. Die anderen Teile der
Spulel9d erstrecken sich von den konzentrischen Teilen in Tangentialrichtung der
konzentrischen oder Umfangsteile. Die Spule 19d ist derart mit diesen Teilen versehen,
daß sie kontinuierlich ineinanderübergehen. Der Rotor 19 ist mit einer angenähert
rhombischen Form versehen, die aus Umfangsteilen 19e, die konzentrisch mit der kreisförmigen
öffnung sind, sowie geraden Teilen besteht, die sich in Tangentialrichtung erstrecken.
Fig. 5 zeigt die Spule 19d, wobei der wirksame magnetische Flußabschnitt L in jedem
der sich tangential erstreckenden Teile dargestellt ist.
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Der Rotor 19, welcher mit der Spule 19d, die entsprechend der Erfindung
wie vorstehend beschrieben ausgebildet ist, versehen ist, wird im folgenden mit
dem herkömmlichen Rotor 1, der mit der herkömmlichen Spule 2 versehen ist, unter
denselben Bedingungen verglichen: Da die Durchmesser D1 der Mittelöffnungen des
Rotors 19 bzw. 1 entsprechend dem Durchmesser des von dem Aufnahmeobjektiv kommenden
Transmissionslichtes bestimmt sind, kann angenommen werden, daß der Durchmesser
des Rotors 19 gleich dem des Rotors 1 ist. Der Durchmesser D2 des kreisförmigen
Mittelabschnittes des Rotors 19 ist ebenfalls gleich dem des Rotors 1, wenn sie
dieselbe effektive Spulenlänge haben. Ferner ist der Durchmesser der Verschluß-Antriebszapfen
19a, 19b und 19c des Rotors 19 gleich dem der Verschlußantriebszapfen 3a, 3b und
3c
des Rotors 1, da die Abmessungen der anzutreibenden Verschlußlamellen
dieselben sind.
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Wenn angenommen wird, daß die Länge des Abschnittes L des tatsächlichen
Magnetflusses der Spule 19d des Rotors 19 dieselbe ist wie die der Spule 2 des Rotors
1, so wird dieselbe elektromagnetische Kraft durch den Rotor 19 bzw. 1 erzeugt,
da die Magnetflußdichte und der Strom gleich sind. Nimmt man jedoch an, daß der
mittlere Abstand vom Drehzentrurn des Rotors zu dem die elektromagnetische Kraft
F erzeugenden Teil gleich R1 bei dem Rotor 19 und gleich R2 im Falle des Rotors
1 ist, so ergibt sich die Beziehung R2 > R1.
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Damit unterscheiden.sich die Werte der Antriebsmomente, die von dem
jeweiligen Rotor ausgeübt werden, voneinander.
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Im Falle des Rotors 1 kann, da die elektromagnetische Kraft F in Tangentialrichtung
relativ zu der Drehrichtung des Rotors 1 ausgeübt wird, das Antriebsmoment T2 ausgedrückt
werden durch: T2 = F R2.
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Nimmt man im Falle des Rotors 1 9 an, daß der durch die Richtung,
in der die elektromagnetische Kraft F ausgeübt wird, und die Tangentialrichtung
relativ zu der Drehrichtung des Rotors 19 bestimmte Winkel e ist, so kann das Antriebsmoment
T1 ausgedrückt werden durch:
T1 = F cose . R1 (0 c cosi 4 1).
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Deshalb besteht zwischen den Antriebsmomenten der beiden die folgende
Beziehung: T1 C T2 ( R1 R2).
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Das von dem Rotor 19 erzeugte Antriebsmoment T1 ist somit kleiner
als das von dem Rotor 1 erzeugte Antriebsmoment T2.
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In Fig. 6 sind der Rotor 1 und der Rotor 19 zum Vergleich unter denselben
Bedingungen und in der entsprechenden Abmessungsanordnung übereinandergelegt. Wie
man aus Fig. 6 sieht, ist der Außedurchmesser D4' des Rotors 1 größer als der Außendurchmesser
D4 des Rotors 19. Nimmt man an, daß sie dieselbe Dicke haben und aus demselben Materials
gefertigt sind, so ergeben die schraffierten Teile in Fiq. 6 den Unterschied zwischen
beiden für das Trägheitsmoment. Insbesondere wirken, wie man aus Fig.
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2 erkennt, die doppelt schraffierten Teile des Roto-rs 1 lediglich
als leitende Teile zum Bilden der Spule und nehmen nicht an der Erzeugung der elektromagnetischen
Kraft teil. Da sie aber den größten Abstand von dem Drehpunkt haben, erhöhen sie
das Trägheitsmoment des Rotors 1 wesentlich.
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Nimmt man an, daß der in Fig. 3 gezeigte Verschluß bei einer Kamera,
die 35 mm Film verwendet, benutzt wird, und so klein wie möglich dadurch ausgebildet
ist, daß die Größe von D1 " 14 mm, D3 = 28 mm, und L = 10 mm oder so etwa qewählt
wird, so besteht zwischen dem Träqheitsmoment I1 des Rotors 19 und dem Träqheitsmoment
I2 des Rotors 1 die folqende Beziehunq: I2 = 2.5 I1.
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Der Rotor 1 hat ein etwa 2,5-mal so großes Trä(lheitsmoment wie der
Rotor 19. Nimmt man ferner an, daß der in Fig. 5 gezeigte Winkel e 450 ist, so ist
die Beziehung zwischen dem Antriebsmoment T1 und T2 des Rotors 19 bzw. 1: T2 = 1.6
T1 Das Antriebsmoment des Rotors 1 ist damit etwa 1,6-mal so groß wie das des Rotors
19. Wenn der Reibungswiderstand beim Rotor 1 und beim Rotor 1 9 etwa gleich groß
ist, so ist die durch die elektromagnetische Kraft beim Rotor 1 bewirkte Winkelbeschleunigung
etwa 1,5-mal so groß wie die Winkelbeschleunigung beim Rotor 1. Deshalb übertrifft
der Rotor 19 deìl Rotor 1 in bezug auf das Ansprechvermögen und ist darnit vorteilhaft
in bezug auf den Reibungswiderstand und den Widerstand gegen die Drehbewegung aufgrund
von durch Wärme etc. bewirkte Verformung.
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Durch den Rotor 19 ergibt sich eine stabilere Qualität des Verschlusses.
Ferner ist ein großer Abschnitt des Rotors 1 entsprechend den doppelt schraffierten
Teilen in Fig. 6 im Vergleich mit der Ausbildung des Rotors 19 entfallen. Da die
wirksamen Abschnitte des Magnetflusses über einen minimalen Abstand im Fall des
Rotors 19 miteinander verbunden sind, kann der Antrieb mit einer geringen Leistung
aufgrund der großen Verringerung des elektrischen Widerstandes erfolgen.
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Bei dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel der Erfindung
ist eine gedruckte Spule verwendet worden; die Erfindung ist jedoch nicht auf eine
derartige Spulenausbildung beschränkt, sie ist vielmehr auf bei Antriebsspulen anwendbar,
die durch Wickeln eines gewöhnlichen Leiters um ein Spulenjoch hergestellt werden.
Die Erfindung ist bei dem vorstehenden-Ausführungsbeispiel
bei
einem Verschluß angewendet worden; es versteht sich jedoch von selbst, daß die Erfindung
auch bei einem elektromagnetisch angetriebenen Verschluß anwendbar ist, der so ausgebildet
ist, daß er kombiniert als Blendenlamellen und Verschluß wirkt.
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Wie vorstehend im einzelnen beschrieben worden ist, wird erfindungsgemäß
das Trägheitsmoment der bewegbaren Teile eines Verschlusses um ein großes Ausmaß
zur Verbesserung der dynamischen Charakteristik des Verschlusses verringert; da
die wirksamen Abschnitte des Magnetflusses über einen minimalen Abstand miteinander
verbunden sind, kann der elektrische Widerstand verringert werden, was einen Antrieb
mit geringer Leistung erlaubt; da der Verschluß mit geringer Größe hergestellt werden
kann, kann er leicht innerhalb einer Kamera angeordnet werden.
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Beschrieben wird ein elektromagnetisch angetriebener Verschluß des
Typs, bei dem ein Verschluß-Antriebsrotor so angeordnet ist, daß er sich um die
optische Achse eines Aufnahmeobjektivs dreht; der Verschluß-Antriebsrotor ist mit
einem kreisförmigen Öffnung versehen und hat eine angenähert rhombische Form, die
aus Umfangsabschnitten, die konzentrisch mit der kreisförmigen Öffnung sind, und
geraden Abschnitten besteht, die sich in Tangentialrichtung zu den Umfangsabschnitten
erstrecken. Eine leitende Spule ist längs des Randes des Verschluß-Antriebsrotors
vorgesehen. Ein Magnetfel<1 ist so ausgebildet, daß es auf die geraden Abschnitte
der Spule wirkt, so daß der Rotor bei Zufuhr von elektrischer Energie gedreht wird.
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