DE3301547A1

DE3301547A1 - Schwingungserzeuger

Info

Publication number: DE3301547A1
Application number: DE19833301547
Authority: DE
Inventors: Albrecht 6000 Frankfurt Hartig
Original assignee: Nord Micro Elektronik Feinmechanik AG
Current assignee: Nord Micro Elektronik Feinmechanik AG
Priority date: 1983-01-19
Filing date: 1983-01-19
Publication date: 1984-07-19

Description

"Schwingungserzeuger"
Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Erzeugen einer Kippschwingung eines Körpers um eine feststehende Achse, wobei an einem von der Achse entfernten Ende des Körpers ein erstes Mitnahme element und an einer ortsfesten Antriebsvorrichtung ein zweites Mitnahmeelement angeordnet ist und beide Mitnahmeelemente zum Erzeugen der Kippschwingung zusammenarbeiten.
Bekannte Vorrichtungen der vorstehend genannten Art weisen Mitnahmeelemente auf, die Bestandteile eines Hebel- oder Kurbelgetriebes sind. Das Mitnahmeelement der Antriebsvorrichtung ist dabei entweder ein zu der Antriebsachse exzentrisch angeordneter Kurbelzapfen oder ein an einem hin- und hergehenden Gleitstück befestigter Zapfen, der über ein geeignetes Koppelelement das Mitnahme element des angetriebenen Körpers antreibt.
Die von solchen bekannten Getrieben erzeugte Kippschwingung kann, Je nach der Getriebegestaltung im zeitlichen und räume lichen Verlauf vorgegebene Kippschwingungen erzeugen. Wegen der Fertigungstoleranzen entsteht jedoch zwischen dem ersten und dem zweiten Mitnahmeelement ein Spiel, welches sich insbesondere nahe den Endlagen der Kippschwingungen nachteilig auswirken kann.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art so zu gestalten, daß sie-spielfrei arbeitet, daß die Antriebsvorrichtung selbst möglichst keine Eigenschwingungen auf den anzutreibenden Körper überträgt und daß eine räumlich möglichst kompakte Bauweise möglich wird.
Zur Lösung dieser Aufgabenstellung geht die Erfindung von einer Vorrichtung der eingangs genannten Art aus und sieht dabei vor, daß eines der Mitnahmeelemente mit mindestens einem Magneten und das andere der Mitnahmeelemente mit einer Anordnung von mehreren Magneten versehen ist. Alternativ hierzu kann auch vorgesehen sein, daß eines der Mitnahmeelemente mit mindestens einem Magneten und das andere der Mitnahmeelemente mit mindestens einem Kern aus einem magnetisierbaren Werkstoff versehen ist.
Die vorgesehene magnetische Kopplung der Antriebsvorrichtung mit dem anzutreibenden Körper läßt sich völlig spielfrei gestalten, wobei die Bauweise sehr kompakt gehalten werden kann und Eigenschwingungen der Antriebsvorrichtung wegen fehlender hin- und hergehender mechanischer Teile nicht auf den angetriebenen Körper übertragen werden können. Es besteht erfindungsgemäß keine formschlüssige sondern vielmehr eine kraftschlüssige Kopplung der Mitnahmeelemente.
Vorteilhafte,zum Teil erfinderische weitere Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprechen und sind zum Teil in der folgenden Beschreibung erläutert.
Die Erfindung ist im folgenden anhand der Zeichnungen beispielsweise näher beschrieben, und zwar zeigt: Fig. 1: eine Schnittansicht eines ersten Ausführungsbeispiels, Fig. 2: eine stirnseitige Draufsicht auf das AusfUhrungsbeispiel nach Fig. 1, Fig. 3: eine Stirnansicht der Mitnahmeelemente eines zweiten Ausführungsbeispiels und Fig. 4t einen Längsschnitt eines dritten Ausführungsbeispiels und Fig. 5: eine Stirnansicht eines Mitnahmeelements des Beispiels nach Fig. 4.
In Fig. 1 ist ein zylindrischer Körper 1 dargestellt, der um eine Achse 2 in Kippschwingungen zu versetzen ist. Ein Anwendungsbeispiel hierfür ist z.B. die Ablenkung eines Lichtstrahles mittels eines am Boden des Körpers 1 angeordneten optisch aktiven Elementes, z.B. eines Spiegels 3.
Die gegenüberliegende Stirnfläche 4 ist bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel als konvexe Kugelkalotte ausgebildet. Der Körper ist um die Achse 2 genau ausgewuchtet.
Zur Erzeugung der Kippschwingungen des Körpers 1 dient die nachstehend beschriebene Anordnung.
Ein in mehreren Geschwindigkeitsstufen betreibbarer Elektromotor 5 ist mittels Flanschen 6 ortsfest gehalten ebenso wie die die Kippachse 2 enthaltende Welle des Körpers 1.
Die Abtriebswelle 7 des Elektromotors treibt einen Mitnehmer 8 an, der eine kalottenartig konkav gewölbte Oberfläche 9 aufweist, die der konvex gewölbten Oberfläche 4 des Körpers 1 mit geringem Luftspalt gegenUberliegt.
In die Oberfläche 9 des Mitnehmers 8 ist ein Permanentmagnet 1o vertieft eingebettet, der als Mitnahmeelement dient.
In dem gegenüberliegenden Bodenteil 11 des Körpers 1 sind fächerartig angeordnete Elemente 12 eingebettet, die aus einem magnetisierbaren Werkstoff, z.B. Weicheisen bestehen. Diese Elemente 12 dienen als Mitnahmeelemente für den Körper 1 Infolge der magnetischen Kraftwirkung, die von dem Magneten 8 ausgeht, wird bei der Rotation des Mitnehmers 8 in Richtung der Pfeile 13 der Körper 1 in Kippschwingungen um die Achse 2 versetzt.
Es sei an dieser Stelle erwähnt, daß der maximale Kippwinkel für einen erfindungsgemäßen Schwingungserzeuger um die Achse 2 etwa + 20 betragen kann, was einer maximalen Auslenkung am Scheitelpunkt des Körpers 1 von beispielsweise etwa 6 mm entsprechen kann.
Die Form und die Anzahl der Mitnahmeelemente 12 können in Abhängigkeit von der Stärke des Magneten 8 empirisch bestimmt werden. Es ist ersichtlich, daß die magnetische Anordnung einer Art von Zahnradübertragung entspricht, wobei zwar geringe Positionsfehler möglich sind, jedoch, wenn ein Grenzmoment nicht überschritten wird, eine schlupffreie Ubertragung des magnetischen Moments erfolgt. Positionsfehler können sich bei dieser beschriebenen Anordnung nicht addieren.
Um die Variationen erreichen zu können, ist es denkbar, anstatt des Permanentmagneten einen Elektromagneten zu verwenden, und ggfs. die mitgenommenen Kerne 12 als Permanentmagnete auszubilden.
Während bei dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel der Mitnehmer 8 in einer Drehbewegung angetrieben wird, ist bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 3 eine andere Antriebsweise gewählt. Hierbei wird ein zylindrischer Körper 20 um eine Achse 21 in hin- und hergehenden Schwingungen angetrieben. Der Antrieb umfaßt ein Element 21, welches undrehbar ist und ortsfest gehalten ist. Der Antrieb umfaßt ferner eine im Ganzen mit 22 bezeichnete Treiberschaltung für zwei Elektromagnete 23 und 24, die abwechselnd mehr oder weniger stark und ggfs. in umgekehrter Richtung über die Treiberschaltung 2 erregt werden, und die die eigentlichen Mitnahmeelemente der Antriebsseite bilden. Die Oberflächengestaltung kann die gleiche sein wie bei dem AusfUhrungsbeispiel nach Fig. 1 Es ist jedoch auch denkbar, die Ob-erflächenwölbung nur in einer Ebene vorzusehen. In dem gewölbten Boden 25 des Körpers 20 sind mindestens zwei Permanentmagnete 26 und 27 eingebettet.
Je nach Stärke und Richtung des Feldes der Elektromagneten 23 und 24 werden diese von diesen angezogen bzw. abgestoßen, so daß eine Kippschwingung des Körpers 2c um die Achse 21 etwa bis zu der in unterbrochenen Linien dargestellten Grenzlage erfolgen kann.
Die 3eweilige Schwenklage des Körpers 20 kann mittels Elementen 28 und 29 eines sogenannten Induktosyn-Systems abgetastet und die Treiberschaltung 22 in Abhängigkeit von dem Meßergebnis gesteuert werden.
Mit diesen Maßnahmen ist es möglich, praktisch jeden beliebigen zeitlichen Verlauf der Kippschwingung zu erzeugen.
Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 4 wird ein Körper 30 um eine Achse 31 in Kippschwingungen versetzt. Ein Mitnehmer 32 enthält eine Anzahl von Elektromagneten 33, die wiederum von einer Treiberschaltung 34 her in der Stärke und Richtung der Erregung gesteuert werden. In einem Bodenteil 35 des Körpers 30 sind mindestens zwei Permanentmagnete 36 angeordnet, die als Mitnahmeelemente den von den Elektromagneten 33 gebildeten Mitnahmeelementen gegenüberliegen. Im übrigen ist die Anordnung ähnlich der des Ausführungsbeispiels nach Fig. 3 getroffen. Mittels einer Steuerschaltung 37 wird ein Drehgeber 38 angesteuert, der eine Kodierscheibe 39 trägt, die von einem Sensor der Treiberschaltung 34 abgetastet wird und somit ein bestimmtes Programm für die zeitliche Steuerung der Elektromagnete 33 ergibt. Durch Austausch der Steuerscheibe 39 können andere Steuerprogramme von der Treiberschaltung 34 abgetastet werden. Es ist selbstverständlich auch denkbar, unterschiedliche Programme für unterschiedliche Kippachwingungen fest verdrahtet vorzugeben.
Eine besondere Ausbildung der Anordnung der Elektromagnete 33 nach Fig. 4 ist in Fig. 5 rein schematisch dargestellt. Diese zeigt eine von einer Treiberschaltung 4c angesteuerte Magnetanordnung 41, bei der eine Vielzahl von Elektromagneten in zwei Reihen 42 und 43 angeordnet sind, wobei die Enden der Reihen von je einem beide Reihen überbrückenden Elektromagneten 44 bzw. 45 geschlossen sind. Diese Anordnung kann als 'linearisierter Schrittmotor angesehen werden, durch den ein gegenUberliegendes magnetisches oder magnetisierbares Element mitgezogen wird. Dieses "Mitziehen" erfolgt nicht wie beim üblichen Schrittmotor in einer Drehbewegung sondern in diesem Falle in einer hin- und hergehenden Bewegung.
Es ist ersichtlich, daß die bei bekannten Schwingungserzeugern auftretenden mechanischen Nachteile mit einer erfindungsgemäßen Anordnung vermieden werden können, zumal die magnetische Kopplung sehr eng gehalten werden kann.

Claims

PatentansprUche: 0 Vorrichtung zum Erzeugen einer Kippschwingung eines Körpers um eine feststehende Achse, wobei an einem von der Achse entfernten Ende des Körpers ein erstes Mitnahmeelement und an einer ortsfesten Antriebsvorrichtung ein zweites Mitnahmeelement angeordnet ist und beide Mitnahmeelemente zum Erzeugen der Kippschwingung zusammenarbeiten, dadurch gekennzeichnet, daß eines der Mitnahmeelemente mit mindestens einem Magneten und das andere der Mitnahmeelemente mit einer Anordnung von mehreren Magneten versehen ist.
2. Vorrichtung zum Erzeugen einer Kippschwingung eines Körpers um eine feststehends Achse, wobei an einem von der Achse entfernten Ende des Körpers ein erstes Mitnahmeelement und an einer ortsfesten Antriebsvorrichtung ein zweites Mitnahmeelement angeordnet ist und beide Mitnahmeelemente zum Erzeugen der Kippschwingung zusammenarbeiten, dadurch gekennzeichnet, daß eines der Mitnahmeelemente mit mindestens einem Magneten und das andere der Mitnahmeelemente mit mindestens einem Kern aus einem magnetisierbaren Werkstoff versehen ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das mit dem anzutreibenden Körper verbundene Mitnahmeelement mindestens einen Magneten und das zweite, mit der Antriebsvorrichtung verbundene Mitnahmeelement eine Anordnung mehrerer Magnete aufweist.
4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das mit dem anzutreibenden Körper verbundene Mitnahmeelement eine Anordnung mehrerer Magnete und das mit der Antriebsvorrichtung verbundene Mitnahmeelement einen Magneten trägt.
5. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das mit der ortsfesten Antriebsvorrichtung verbundene Mitnahmeelement eine konkave Oberfläche besitzt, und daß das mit dem Körper verbundene Mitnahmeelement eine konvexe Oberfläche besitzt und beide Oberflächen konzentrisch zueinander und in kleinem Abstand voneinander angeordnet sind.
6. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Mitnahmeelement der Antriebsvorrichtung in einer Dr Drehbewegung angetrieben ist.
7. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Mitnahmeelement der Antriebsvorrichtung mit seinem bzw. seinen Magneten ein drehendes Magnetfeld erzeugt.
8. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Mitnahmeelement starr an der ortsfesten Antriebsvorrichtung gehalten ist.
9. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Magnet bzw. die Magnete am Mitnahmeelement der Antriebsvorrichtung als Elektromagnete ausgebildet sind.
10. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der oder die Magnete des ersten, mit dem Körper verbundenen Mitnahmeelements als Permanentmagnete ausgebildet sind.
11. Vorrichtung nach Anspruch 5 und 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Magnete des ersten Mitnahmeelements innerhalb der Magnetanordnung nicht alle gleiche Polarisationsrichtung aufweisen.
12. Vorrichtung nach Anspruch 7 oder 1o, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens einer der Elektromagnete im zeitlichen Verlauf nacheinander durch eine Progrwlflt steuervorrichtung mehr oder weniger stark erregbar ist.
13. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine Magnetanordnung zwei nebeneinanderliegende Reihen von Magneten aufweist.
14. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Magnete der beiden Reihen nach Art der Magnete eines Schrittmotors geschaltet sind.