DE3239418C2

DE3239418C2 - Positionserfassungseinrichtung für den entlang einer Kreisbahn parallel bewegbaren Träger einer Schüttelvorrichtung

Info

Publication number: DE3239418C2
Application number: DE19823239418
Authority: DE
Inventors: Alexander 4103 Bottmingen Hawrylenko
Original assignee: Infors GmbH
Current assignee: Infors GmbH
Priority date: 1982-06-05
Filing date: 1982-10-25
Publication date: 1986-01-09
Also published as: DE3239418A1; CH656811A5

Abstract

Die Schüttelvorrichtung weist ein Gestell, einen entlang einer Kreisbahn bewegbar von diesem gehaltenen Träger und Krafterzeugungsaggregate zum Antreiben des Trägers auf. Eine mit dem Träger in Wirkverbindung stehende Kurbel (5) weist eine Scheibe (9) auf, die an ihrer Umfangsfläche (9a) mit Nocken (9b) und Ausnehmungen (9c) versehen ist. Diese stellen mehrstellige Binärzahlen dar, von denen jede einem Bereich der Kreisbahn zugeordnet ist, der entlang der Träger bewegt wird. Die verschiedenen Stellen der Binärzahl können gleichzeitig mit je einem Leser (71, 73, 75) gelesen werden. Dies ermöglicht, mit einer geringen Anzahl Leser (71, 73, 75) eine verhältnismäßig hohe Auflösung bei der Positionsbestimmung des Trägers zu erzielen.

Description

40

Die Erfindung betrifft eine Positionserfassungseinrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Aus der schweizerischen Patentschrift 5 85 585 ist eine Schüttelvorrichtung mit einem Gestell und einem mit Kurbeln entlang einer Kreisbahn parallel bewegbaren Träger bekannt. Am Gestell sind vier Elektromagnete und am Träger vier Permanentmagnete befestigt. Eine der Kurbeln ist mit einem Kommutator versehen, der durch Bürsten abgetastet wird und die den Elektromagneten zugeführten Gleichströme nach jedem halben Träger-Umlauf umpolt.

Da Schüttelvorrichtungen häufig während großer Zeiträume im Dauerbetrieb oder mit kurzen Unterbrechungen betrieben werden, ist die Steuerung mittels eines Bürsten-Kommutators wegen der Abnutzung der Bürsten unzweckmäßig. Im übrigen kann die Umlaufzahl bei der Verwendung eines derartigen Kommutators nur in verhältnismäßig engen Grenzen verändert werden.

Auf den Markt bekannte Schüttelvorrichtungen sind zum Antrieb des Trägers mit drei Elektromagneten ausgerüstet. Eine der zum Lagern des Trägers dienende Kurbel ist mit einer Scheibe versehen, die zum Auswuchten des Trägers und zur Darstellung von dessen Position dient und zu letzterem Zweck einen Nocken und einen nockenfreien Abschnitt aufweist, wobei der Nocken sich ungefähr entlang eines 120°-Kreissektors erstreckt Am Gestell sind drei um die betreffende Kurbel herum verteilte, induktiv arbeitende Leser angeordnet, die zusammen mit der erwähnten Scheibe eine Positionserfassungseinrichtung bilden und beim Passieren des genannten Nockens elektrische Signale erzeugen und diese einer elektronischen Steuereinrichtung zuführen. Die letztere schaltet jedes Mal, wenn der Nocken einen Leser erreicht vorübergehend den diesem Leser zugeordneten Elektromagneten ein.

Bei diesen Schüttelvorrichtungen wird also die Position des Trägers durch zwei mit den Lesern voneinander unterscheidbaren Zeichen dargestellt nämlich durch den Nocken und den restlichen nockenfreien Umfangsteil der Scheibe. Die momentane Position des Trägers kam also nur auf ungefähr 120° genau festgestellt werden. Diese geringe Auflösung bei der Positionsbestimmung wirkt sich nachteilig auf verschiedene Betriebseigenschaften der Schüttelvorrichtung aus.

Die DE-OS 31 24 080 offenbart eine Positionserfassungs- und Steuereinrichtung für die Steuerung eines bürstenlosen, elektrischen Gleichstrommotors mit einem Läufer und einem mit drei Wicklungen versehenen Stator. Eine drehfest mit dem Läufer verbundene Scheibe weist Positionsmarkierungen in Form von vier magnetischen Polen auf. Am Stator sind drei Hall-Sensoren befestigt und zwar entlang dem Scheibenumfang gegeneinander versetzt angeordnet Die drei Hall-Sensoren erzeugen beim Betrieb Wechselspannungen und führen diese Komparatoren zu, denen auch eine Vergleichsspannung zugeführt wird. Die Ausgänge der Komparatoren sind mit einem Speicher verbunden. Das beim Betrieb im Speicher gespeicherte Signal bezeichnet im Gray-Code den Sektor, in dem sich der Läufer des Motors befindet Das im Speicher gespeicherte Signal wird dann durch weitere Schaltungsmittel in eine andere, für die Steuerung des Motors geeignete Form umgewandelt

Diese Positionserfassungs- und Steuereinrichtung ist also nicht für eine Schüttelvorrichtung, sondern für einen Gleichstrommotor vorgesehen, der keinen als Ganzes ohne Drehung um eine Achse entlang einer Kreisbahn parallel bewegbaren Schüttelgutträger aufweist Abgesehen davon hat diese bekannte Positionserfassungs- und Steuereinrichtung den Nachteil, daß die Hall-Sensoren nicht in einem ganzen Sektor des Läufers das gleiche Signal, sondern eben eine beim Drehen stetig ändernde Wechselspannung erzeugen und daß aus dieser Wechselspannung dann durch zusätzliche Schaltungsmittei Digital-Sigvrale gebildet werden müssen, die je-einen Sektor bezeichnen.

Der Erfindung liegt daher, ausgehend von der Positionserfassungseinrichtung der vorgängig beschriebenen, vom Markt her bekannten Schüttelvorrichtung, die Aufgabe zugrunde, eine Positionserfassungseinrichtung zu schaffen, die mit einer geringen Zahl von Lesern eine verhältnismäßig genaue Positionsbestimmung des Trägers ermöglicht und zwar derart, daß die Leser direkt Signale erzeugen, die vorgegebene Sektoren der Kreisbahn des Trägers identifizieren.

Diese Aufgabe wird durch eine Positionserfassungseinrichtung der einleitend genannten Art mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst Zweckmäßige Ausgestaltungen der Positionserfassungseinrichtung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.

Die Erfindung soll nun anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels einer Positionserfassungseinrichtung für eine Schüttelvorrichtung erläu-

teil werden. In der Zeichnung¹ zeigt

F i g. 1 eine Draufsicht auf eine Schüttelvorrichtung,

Fig.2 einen Schnitt durch die Schüttelvorrichtung entlang der Linie H-II der Fig. 1,

F i g. 3 eine Draufsicht auf die den Träger im mittleren Teil haltende Kurbel, in größerem Maßstab,

Fig.4 einen Schnitt entlang der Linie IV-IV der F i g. 3 und

Fig.5 eine Abwicklung der Umfangsfläche der Scheibe der in den F i g. 3 und 4 dargestellten Kurbel.

Die vereinfacht in den F i g. 1 und 2 dargestellte Schüttelvorrichtung weist ein Gestell 1 und einen Träger 3 auf. Der letztere ist ungefähr in seiner Mitte mit einer Kurbel 5 und in der Nähe von zwei seiner Ecken mit zwei Kurbeln 7 bewegbar im Gestell gehalten. Die Kurbel 5 weist eine Scheibe 9, eine vertikale Welle 11 und einen exzentrischen, vertikalen Zapfen 13 auf. Die Kurbeln "ι weisen je einen etwas elastischen Arm 15, eine vertikale Welle 17 und einen exzentrischen vertikalen Zapfen 19 auf. Die Welle 11 ist mit mindestens einem

Ljdgvi j£i ml wüten ■ gvldgvi I UIiU \it\, it VJiVIi At äiiiw

mit Lagern 23 im Gestell gelagert. Der Kurbri-Zapfen 13 ist mit mindestens einem Lager 25 im Träger 3 gelagert und die Kurbel-Zapfen 19 sind mit Lagern 27 im Träger 3 gelagert. Die Lager 21, 23,25,27 können beispielsweise als Wälzlager ausgebildet sein. Der Träger 3 wird also mit den Kurbeln 5, 7 derart am Gestell 1 gehalten und geführt, daß er entlang einer ebenen, horizontalen, geschlossenen Bahn, nämlich entlang einer Kreisbahn bewegbar ist.

Der Träger 3 weist eine ebene, horizontale Platte 29 auf, die einen Tisch zum Tragen des in einem oder mehreren Behältern untergebrachten Schüttelgutes bildet Die Lager 25,27 können direkt starr mit dieser Platte 29 verbunden sein.

Es wäre jedoch auch möglich, in bekannter Weise zusätzlich zur Platte 29 noch einen separaten, oberhalb von dieser angeordneten, als Auflage für die Schüttelgutbehälter dienenden Tisch vorzusehen, der wahlweise starr oder beweglich mit dem Träger verbunden werden kann. Im Fall der starren Verbindung würde der Tisch beim Betrieb die gleiche Bewegung ausführen wie der Träger. Im andern Fall könnte der Tisch in der Nähe seines einen Randes um eine ortsfeste, vertikale Achse schwenkbar mit dem Gestell verbunden werden. Die bewegliche Verbindung des Tisches mit dem Träger wäre dann derart beschaffen, daß der Tisch während eines vollen Umlaufs des Trägers ein Mal hin- und her verschwenkt wird.

An der Platte 29 sind drei nach unten ragende, gleichmäßig auf einen zum Lager 25 konzentrischen und damit zum Kurbelzapfen 13 koaxialen Kreis verteilte Plättchen 31 starr befestigt. Am Gestell 1 sind drei Elektromagnete 33 starr befestigt, die gleichmäßig auf einen zur Welle 11 koaxialen Kreis verteilt sind und je eine Spule 35 sowie einen Kern 37 mit horizontaler Achse aufweisen. Das eine Ende der Kerne 37 ist je einem der Plättchen 31 zugewandt und bildet also einen Magnetpol. Das dem Plättchen 31 abgewandte Ende der Kerne ist mit einem Körper 39 verbunden, der nach oben bis annähernd zur Platte 29 ragt, so daß er von dieser nur durch einen schmalen Spalt getrennt ist. Die Platte 29, die Plättchen 31, die Kerne 37 und die Körper 39 bestehen aus einem ferromagnetischen, magnetisch weichen Material und können nötigenfalls mit einem als Korrosionsschutz dienenden Oberzug versehen sein. Die Elektromagnete 33 bilder, zusammen mit den Plättchen 31 und den die magnetischen Kreise schließenden Abschnitten der Platte 29 drei Krafterzeugungsaggregate 41,43,45 mit denen zum Antrieb des Trägers 3 parallel zur Bahnebene des Trägers, d. h. horizontal gerichtete Kräfte, und zwar Zugkräfte, erzeugt und auf den Träger ausgeübt werden können.

Die Schüttelvorrichtung weist noch eine Positionserfassungseinrichtung auf, deren Ausbildung nun anhand der Fig.3, 4 und 5 näher erläutert werden soll. Die Umfangsfläche der Scheibe 9 ist im allgemeinen koaxial

ίο zur Drehachse der Welle 11 und die in Drehverbindung mit dem Träger 3 stehende Scheibe 9 dient als Mittel zur Darstellung der momentanen Position des Trägers 3. Die Mantel- oder Umfangsfläche 9a der Scheibe ist hierzu in drei entlang dem Umfang verlaufende, in der Richtung der Drehachse gegeneinander versetzte Ringstreifen 51, 53,55 und in sechs sich je über einen Bogen oder Zentriwinkel von 60° erstreckende Sektoren 57,59,61, 63, 65, 67 unterteilt. Die Umfangsfläche 9a, von der in der F i g. 5 eine Abwicklung dargestellt ist, weist also insgesamt 18 Felder auf. In jedem die.-*r Felder ist entweder ein radial vorstehender sich entfeng einem Boger, ungefähr über einen Zentriwinkel von 60° erstreckender Nocken 9b oder ein nockenfreier Abschnitt, d. h. eine sich entlang einem Bogen ungefähr über einen Zentriwinkel von 60° erstreckende Ausnehmung 9c vorhanden. Dabei hängen benachbarte Nocken 9b ohne sichtbare Grenze zusammen. Desgleichen gehen benachbarte Ausnehmungen 9c o'hne sichtbare Grenzen ineinander über.

Die Nocken 9b und Ausnehmungen 9c stellen zwei Arten voneinander unterscheidbarer Positionsmarkierungen dar. Zum Erfassen und Lesen dieser Markierungen sind drei Leser 71, 73, 75 mit winkelförmigen Haltern lös- und verstellbar, aber starr am Gestell 1 befestigt, wobei die drei Leser entlang der Welle 11 gegeneinander versetzt sind. Der Leser 71 ist derart angeordnet, daß er die sich im obersten Ringstreifen 51 befindenden Markierungen lesen kann. Der Les-jr 73 dient zum Lesen der Markierungen des mittleren Ringstreifens 53 und der Leser 75 zum Lesen der Markierungen des intersten Ringstreifens 55. Die beiden Leser 71 und 73 befinden sich in dem in den F i g. 1 und 3 dargestellten, parallel zur Drehachse der Welle 11 p-ojizierten Grundriß übereinander, d. h. bei der gleichen Radiallinie und Umfangsstelle eines zur Welle 11 konzentrischen Kreises, während der Leser 73 sich bei einer Radiallinie und Umfangsstelle des Kreises befindet, die um 120° gegen die Leser 71 versetzt ist.

Die Scheibe 9 besteht aus einem ferromagnetischen,

so magnetisch weichen Metall, beispielsweise einem gießbaren Metall, etwa Grauguß. Die Leser 71, 73, 75 sind als induktive Näherungsschalter ausgebildet und weisen Spulen auf, deren Induktivität durch das Annähern eines ferromagnetischen Nockens 9b geändert wird. Die Leser können beispielsweise Schwingkreise und ein elektronisches Schaltorgan aufweisen und derart ausgebildet sein, daß ein in die Nähe der Spule eines Lesers gelangender Nocken 9b eine Verstimmung eines Schwingkreises und dadurch eine Änderung des Schaltungstandes des elektronischen Schaltorganes verursacht. Die Schaltorgane können beim Betrieb einen elektrischen Strom oder eine Spannung ein- und ausschalten und beispielsweise während der Dauer, während der sich ein Nocken 9b bei ihnen befindet, einen elektrischen Impuls abgeben, wogegen beim Passieren einer Ausnehmung kein Impuls erzeugt wird.

Die drei Leser 71, 73, 75 lesen bei jeder möglichen Drehstellung der Scheibe 9 gleichzeitig eine Markie-

rung. Man kann nun die drei gleichzeitig gelesenen Markierungen als dreistellige, binäre Zahl auffassen, wobei beispielsweise die sich auf dem Ringstreifen 51 befindende und vom Leser 71 gelesene Markierung die erste Stelle, die auf dem Ringstreifen 53 liegende und vom Leser 73 gelesene Markierung die zweite Stelle und die zum Ringstreifen 55 gehörende und vom Leser 75 gelesene Markierung die dritte Stelle der Zahl bildet.

Eine dreistellige Binärzahl kann an sich acht verschiedene Zahlenwerte darstellen. Wie man aus den F i g. 3,4 und 5 ersehen kann, werden während einer vollen Drehung der Scheibe 9 sechs verschiedene Zahlen gelesen, von denen jede einen 60°-Sektor der Umlaufbahn des Trägers kennzeichnet. Mittels der Scheibe 9 und den drei Lesern 71, 73, 75 kann also elektronisch erfaßt und π dargestellt werden, in welchem 60^J-Sektor der Umlaufbahn bzw. in welchem 60° -Phasenwinkelbereich der Bewegung sich der Träger 3 befindet, wobei diese Positionsbestimmung sowohl bei ruhendem als auch bei bewegtem Träger möglich ist.

Wie bereits erwähnt, sind die beiden Leser 71 und 75 im Grundriß übereinander angeordnet, während der Leser /3 gegen sie um 120° versetzt ist. Dies ermöglicht, die Nocken 9b und Ausnehmungen 9c für die Darstellung von sechs verschiedenen Zahlen derart zu verteilen, daß sich in keinen der sechs Sektoren 57,59, 61, 63, 65, 67 entlang der Welle U gesehen eine Ausnehmung zwischen zwei Nocken befindet. Bei denjenigen Sektoren, bei denen der mittlere Ringstreifen 53 eine Ausnehmung 9c aufweist, ist also höchstens in einem der beiden äußern Ringstreifen 51, 55 ein Nocken 9b vorhanden. Dies ermöglicht, bei der Herstellung der Scheibe 9 durch Gießen alle Nocken und Ausnehmungen unter Verwendung einer verhältnismäßig einfachen, aus zwei in der Richtung der Welle 11 voneinander trennbaren Teilen bestehenden Gießform zu bilden.

Die Vorrichtung iSi rlüch niit einer elektronischen Steuereinrichtung versehen, die auf einer Seite des Gestells 1 an diesem befestigt ist und Anzeigeorgane sowie manuell bedienbare Bedienungsorgane aufweist. Die drei Leser 71, 73, 75 sind über Leiter mit der Steuereinrichtung verbunden.

Beim Betrieb der Schüttelvorrichtung werden durch die Elektromagnete 33 Zugkräfte auf die Plättchen 31 ausgeübt, wodurch der Träger 3 bewegt wird, so daß sich jeder Punkt des Trägers 3 entlang einer Kreisbahn bewegt. Diese Kreisbahnen sind alle gleichartig, d. h. weisen alle den gleichen Durchmesser auf.

Eine die Bewegung des Trägers 3 darstellende Kreisbahn ist in sechs gleich große Sektoren eingeteilt, denen je eine mit den Lesern 71,73,75 lesbare Binärzahl zugeordnet ist. Die Grenzen zwischen den verschiedenen Sektoren, d. h. den verschiedenen Phasenwinkel- oder Bahnbereichen, entsprechen denjenigen Bahnstellen, d. h. Positionen des Trägers 3, bei denen sich die die Nocken 9b und Ausnehmungen 9c gegeneinander abgrenzenden Nockenflanken gerade beim betreffenden Leser 71,73,75 befinden.

Beim Betrieb führen die Leser 71, 73, 75 der Steuereinrichtung elektronische Signale zu, die die erwähnten Binärzahlen darsteilen. Die Steuereinrichtung bewirkt aufgrund dieser Signale, daß den Elektromagneten 33 der Krafterzeugungsaggregate 41,43,45 in bestimmten, gleichmäßig verteilten Phasen- bzw. Bahnbereichen des Trägers 3 dauernd öder intermittierend ein Gleichstrom zugeführt wird.

Die beim Betrieb von den Lesern 71,73,75 erzeugten elektrischen Signale werden auch einem Umlauf-Überwachungsteil der Steuereinrichtung zugeführt. Dieser weist unter anderem einen Impulsformer auf, der beim Bewegen des Trägers bei jeder Sektorgrenze einen elektrischen Impuls erzeugt. Die zeitlichen Abstände dieser Impulse geben ein Maß für die Umlaufzahl, wobei die letztere umgekehrt proportional zu den Impulsabständen ist. Die Umlaufzahl, oder genauer gesagt, deren Istwert, werden beim Betrieb von einem Anzeigeorgan digital angezeigt.

Der Umlauf-Überwachungsteil weist ferner Regelmittel auf, die den momentanen Istwert der Umlaufzahl mit dem mittels eines Einstellorgans eingestellten Sollwert vergleichen und die den Elektromagneten zuzuführende, elektrische Leistung regeln.

Die Schihtelvorrichtungen können in verschiedener Hinsicht modifiziert werden.

Beispielsweise könnte man Krafterzeugungsaggregate vorsehen, die anstelle von Elektromagneten Pneumatik- oder Hydraulikzylinder mit Kolben aufweisen. Diese Zylinder könnten dann analog gesteuert werden wie die Elektromagnete.

Es bestände auch noch die Möglichkeit, anstelle der drei Leser nur zwei Leser oder mehr als drei Leser vorzusehen. Zudem könnte die Vorrichtung statt mit induktiven Lesern mit andern berührungslos arbeitenden Lesern, etwa optischen Lesern, oder sogar mit nicht berührungslos arbeitenden Lesern, etwa Tastschaltern, ausgerüsici werden.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Positionserfassungseinrichtung für den entlang einer Kreisbahn parallel bewegbares Träger (3) einer Schüttelvorrichtung, mit einer in Drehverbindung mit dem Träger (3) stehenden, um eine Drehachse drehbar gelagerten, Positionsmarkierungen (9b, 9c) aufweisenden Scheibe (9) und zum Lesen der Positionsmarkierungen dienenden Lesern (71, 73, 75), dadurch gekennzeichnet, daß die verschiedenen Stellen von eine Zahl darstellenden Markierungen (9b, 9c) auf verschiedenen zur Drehachse koaxialen Ringstreifen (51, 53, 55) der Scheibe (9) dergestalt angeordnet sind, daß die jedem Ringstreifen zugeordneten Leser (71,73, 75) eine der Trägerposition entsprechende, binär codierte Signalkombination direkt erzeugen.

2. Positionserfassungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Markierungen eine dreistellige Binärzahl darstellen und durch radial nach außen vorstehende Nocken (9b) und Ausnehmungen (9c) der einstückigen Scheibe (9) gebildet und auf drei axial gegeneinander versetzten Ringstreifen (51, 53, 55) entsprechend zu einer Anzahl von Kreissektoren (57,59,61,63,65,67) verteilt sind, daß sich jede Markierung (¹Hb, 9c) entlang des zum betreffenden Sektor gehörenden Umfangsabschnittes erstreckt und daß in keinem Sektor (57,59, 61, 63, 65, 67) der Scheibe (9) zwischen zwei in diesem Sektor axial angeordneten Nocken (9b) eine Ausnehmung (9c) vorhanden ist.

3. Positionserfassungiieinrich-.ung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß sich zwei Leser (71, 75) in zur Drehach.; paralleler Projektion bei der gleichen Umfangsstelle eines zur Drehachse konzentrischen Kreise befinden.