-
Verfahren zur Durchführung eines linearen hin- und herge-
-
henden Hubes eines einseitig belasteten Gegenstandes und Vorrichtung
zur Durchführung des Verfahrens Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Durchführung
eines linearen hin- und hergehenden Hubes eines einseitig belasteten Gegenstandes.
Ferner bezieht sich die Erfindung auf eine Vorrichtung zur Durchführung eines solchen
Verfahrens.
-
Hubantriebsvorrichtungen für linearen hin- und hergehenden Hub, insbesondere
für oszillierende Bewegungen mit mehr oder weniger großen Kräften und Wegen werden
allgemein mit Exzentersteuerungen, Linearmotoren und dergleichen durchgeführt. Diese
Vorrichtungen sind aufwendig und haben erhebliche Nachteile wie große Reibungsverluste,
Geräuschbildung und zum Teil sind sie störanfällig. Der Aufwand verursacht erhebliche
Kosten.
-
Besondere Schwierigkeiten ergeben sich, wenn ein anzutreibender Gegenstand
einseitig belastet ist, beispielsweise ein hängender Bauteil ist, der gegebenenfalls
auch zum Antrieb eines Hebels auf- und abbewegt werden muß.
-
Entsprechend treten Probleme auf, wenn ein einseitig belasteter Gegenstand
hin und her zu bewegen ist, wie bei spielsweise im Schließsinne vorgespannte Türen
oder eine im Schließsinne vorgespannte Abdeckung.
-
Auch andere Anwendungen sind in entsprechendem Sinne denkbar.
-
In diesem.Fall wechseln die Beanspruchungsstärken in den verschiedenen
Richtungen, so daß sich die geschilderten Nachteile vermehren.
-
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Antriebsvorrichtung
der eingangs angegebenen Art zu schaffen, welche eine besondere Kraftwirkung einsetzen
und aber hinsichtlich der Vorrichtung einfach ausgeführt ist, praktisch wartungsfrei
arbeitet, den Einfluß der einseitigen Belastung des anzutreibenden Gegenstandes
praktisch beseitigt und einen guten mechanischen und elektrischen Wirkungsgrad hat.
-
Diese Aufgabe wird in einem Verfahren dadurch gelöst, daß dieser einseitigen
Belastung eine Gegenkraft in einem federnden Verbund entgegengesetzt wird, der sich
bei Hubbewegung entgegen der einseitigen Belastung entspannt und bei Hubbewegung
im Sinne der einseitigen Belastung spannt, wobei die sich jeweils entgegengesetzt
ändernden Kräfte des federnden Verbundes und die einseitige Belastung an einem Magnetanker
eines Umkehrhubmagneten eingesetzt werden und die Gegenkraft so bemessen wird, daß
sie der einseitigen Belastung entspricht und den Magnetanker im erregungsfreien
Zustand in einer Mittelstellung in dem Umkehrhubmagneten hält. Die Mittelstellung
oder mittlere
Lage bezieht sich dabei auch auf die Stellung des
bewegbaren Magnetankers in dem Umkehrhubmagneten.
-
Hierbei ist überraschend, daß eine Ausführung mit bewegbarem Magnetanker
möglich ist, die zuverlässig und auch mit hoher Frequenz einwandfrei, aber gesteuert
arbeitet.
-
Verfahrensmäßig wird dabei die einseitige Belastung des Gegenstandes
auch als Antriebsmittel für eine gleichmäßige lineare hin- und hergehende Hubbewegung
eingesetzt.
-
Diese Aufgabe wird durch eine Hubantriebsvorrichtung gelöst, in welcher
ein bewegbarer Magnetanker in einem Umkehrhubmagneten mechanisch mit einem anzutreibenden
einseitig belasteten Gegenstand verbunden ist und an dem Magnetanker eine Federanordnung
vorgesehen ist, welche in bezug zum anzutreibenden Gegenstand vorgespannt ist und
diesen in einer mittleren Lage hält. Die Federanordnung ist dabei eine Ausführung
des genannten federnden Verbundes.
-
Es werden die oben genannten Vorteile erreicht.
-
Dabei ist an sich davon auszugehen, daß bei üblichen Elektro-Gleichstrom-Magneten
jeweils am Anfang einer Hubbewegung aus einer Einstellung durch den dann vorliegenden
großen
Luftspalt die Zugkraft verhältnismäßig klein ist. Dabei ist
auch zu berücksichtigen, daß im Zusammenhang mit dem Luftspalt normalerweise auch
die Hublänge begrenzt ist.
-
Überraschenderweise läßt sich aber ein solcher Elektro-Gleichstrom-Magnet
in der Ausführung als Umkehrhubmagnet in Verbindung mit der Federanordnung einsetzen.
Diese gewährleistet durch ihre Vorspannung die Einstellung des einseitig belasteten
pendlungsfähigen Gegenstandes in einer mittleren Lage, wenn die Hubantriebsvorrichtung
von der Erregung abgeschaltet ist. In der mittleren Lage befinden sich aber die
Endstücke des Magnetankers jeweils bereits in einer Stellung zum zugeordneten Stirnwandteil
des Magnetgehäuses, in welcher der Luftspalt weitaus gerinaer ist als er an einem
Ende des Magnetankers wäre, wenn sich dieser in der anderen Endstellung befindet.
Wenn daher in dieser Ausgangsstellung eine Magnetwirkung des Umkehrhubmagneten eingeschaltet
wird, ist ein genügender magnetischer Rückschluß vorhanden, um einen ausreichenden
Antriebs impuls zu vermitteln, durch welchen zugleich die Federanordnung eine von
der eingestellten Vorspannung abweichende Vorspannung in dem Sinne erfährt, daß
sie bestrebt ist, gegen die Bewegung des Magnetankers zu arbeiten.
-
Bei Umschaltung der Erregungen des Umkehrhubmagneten überwindet dabei
die sich entspannende Feder zunächst den Bereich mit verhältnismäßig großem Luftspalt
bezüglich der jetzt wirkenden Erregungswicklung, so daß die in der Feder vorhandene
kinetische Energie die an sich magnetisch unter geringer magnetischer Zugkraft stehende
Bewegungsstrecke
überbrückt. Bei Bewegung des Magnetankers in die
andere Endstellung unter voller Ausnutzung der Magnetwirkung ergibt sich dann der
Durchgang der Federanordnung durch die mittlere neutralisierte vorgespannte Stellung
und eine erneute Einstellung einer von dieser eingestellten Vorspannung sich vergrößerndenabweichendenVorspannung
in dem Richtungssinne, daß wiederum bei Umschaltung die Rückbewegung in die andere
Endstellung unterstützt wird.
-
Durch die Einbindung der Federanordnung auch in die Bewegungsgrenzen
des Umkehrhubmagneten wird ein definierter oszillierender Arbeitstakt erreicht,
der die Überwindung größerer Kräfte und größerer Bewegungsstrecken zuläßt als mit
normalen Elektrogleichstrom-Magneten vergleichbarer Größenordnung zu erreichen sind.
Hierbei kommt es auch darauf an, eine freie Schwingung der Feder zu vermeiden, um
definierte Antriebsbedingungen einzuhalten. Die freie Schwingbarkeit könnte insbesondere
an Antriebsvorrichtungen mit einstellbaren Frequenzen zu unübersichtlichen Resonanzerscheinungen
führen. Auch in diesem Zusammenhang ist die Vorspannung der Federanordnung wesentlich.
-
In einer bevorzugten Ausführungsform besteht die Federanordnung aus
einer mechanischen Feder, insbesondere Schraubenfeder, die mit ihren Enden an Widerlagern
festgelegt ist, die zueinander einstellbar sind. Ein Widerlager ist dabei auf einer
mit dem Magnetanker in Verbindung stehenden und in seiner Bewegungsrichtung geführten
Magnetankerstange angeordnet.
-
Die mechanische Feder stellt eine einfache Lösung dar. Die zueinander
einstellbaren Widerlager gestatten eine Anpassung
der Vorspannung,
wobei zugleich die Verbindung mit dem Magnetanker durch die Magnetankerstange gegeben
ist. Vorteilhaft ist dabei ein einstellbares Widerlager auf der Magnetankerstange
verstellbar angeordnet.
-
Wenn auch Zugfedern einbezogen werden, dann liegt eine zweckmäßige
Ausgestaltung in der Ausführung der Feder als Druckfeder, die einerseits am Magnetgehäuse
als festem Widerlager und andererseits an einem einstellbaren Widerlager-Teller
an der Magnetankerstange abgestützt ist. Da durch wird zugleich eine besonders günstige
Ausführung des sogenannten festen Widerlagers geschaffen. Die Druckfeder braucht
nur abgestützt zu werden. Bei Verwendung einer Zugfeder sind deren Enden in den
zueinander einstellbaren Widerlagern verankert, so daß diese Enden zur Einstellung
einer Vorspannung auseinander gezogen werden können.
-
In einer anderen vorteilhaften Ausführung als mit einer mechanischen
Feder ist die Federanordnung als Luftkissenfeder ausgeführt, welche zwei Kompressionsräume
beiderseits eines Kolbens aufweist, der mit der Magnetankerstange verbunden ist,
wobei in den Kompressionsräumen eine entsprechende Vorkomprimierung eingestellt
ist. Dieses wird als Beispiel dafür gebracht, daß keine Beschränkung auf eine x
Druckfeder, insbesondere Schraubenfeder vorliegt. Verschiedene Federanordnungen
und Federgestaltungen können eingesetzt werden. Dabei ist lediglich die unmittelbare
Anordnung der Federn an dem Magnetanker bzw. einer Magnetankerstange eine besonders
günstige Ausbildung der Erfindung, weil hierdurch Begrenzungen unmittelbar eingeführt
werden.
-
x = mechanische
"Unmittelbar" bedeutet, daß die Magnetankerstange
vorteilhaft unmittelbar eine Führungseinrichtung für einen oszillierenden auf- und
ab- bzw. hin- und herbewegbaren Gegenstand ist. Einbezogen wird dabei, daß die Magnetankerstange
zweckmäßig eine Kolbenstange zum Antrieb eines Kolbens ist.
-
Hierbei können Kompresserantriebe einbezogen werden.
-
Auch im Hinblick auf gute Magnetwirkungen und große Wege mit Umschaltmagneten
wird bevorzugt, daß der Magnetanker in an sich bekannter Weise an seinen Enden mit
kegelstumpfförmigen Endstücken ausgeführt ist, für die am Magnetgehäuse entsprechend
geformte Aufnahmeräume in napfartigen Stirnstücken aus magnetisierbarem Material
vorgesehen sind.
-
Ferner ist es bekannt, wird aber in der erfindungsgemäßen Ausbildung
als besonders vorteilhaft hervorgehoben, daß das Magnetgehäuse zwei gegensinnig
erregbare, in Bewegungsrichtung des Magnetankers benachbarte Magnetwicklungen aufweist,
die wechselweise einschaltbar sind und in denen der eine Magnetanker bewegbar ist.
Dadurch ergibt sich auch eine mechanische geschlossene kompakte Ausführungsform
bzw. Baugruppe.
-
Die Erfindung wird im folgenden anhand von Ausführungsbeispielen erläutert,
die in der Zeichnung dargestellt sind.
-
In der Zeichnung zeigen: Fig. 1 eine hängende Ausführung der Antriebsvorrichtung
in Verbindung mit einer Druckfeder im Längsschnitt;
Fig. 2 eine
entsprechende Darstellung einer liegenden Antriebsvorrichtung mit einer Luftkissen-Federanordnung;
Fig. 3 eine schematische Darstellung mit einer insbesondere elektronischen Steuer-
und Leistungseinrichtung zur Umschaltung der Erregungswicklungen des Umkehrhubmagne
ten.
-
In allen Figuren werden gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet.
-
In Fig. 1 ist ein Umkehrhubmagnet 1 gezeigt, in dessen Gehäuse 2,
das zugleich den Magnetrückschluß bildet, zwei Erregungswicklungen 3, 4 angeordnet
sind, die in bekannter Weise einen insgesamt mit einem Zylinder 5 abgeschlossenen
Spulenkörper bilden. Zwischen den beiden Erregungswicklungen 3 und 4 ist ein magnetisch
leitender Flansch 6 angeordnet. Innerhalb des Zylinders 5 ist im Spulenkörper ein
Magnetanker 7 in der Darstellung nach Fig. 1 auf- und abbewegbar gelagert. Dieser
Magnetanker 7 hat kegelstumpfförmige Endstücke 8, 9. Diesen sind im Magnetgehäuse
entsprechend geformte Aufnahmeräume 10, 11 in napfartigen Stirnstücken 12, 13 aus
magnetisierbarem Material zugeordnet.
-
Der Magnetanker ist bei abgeschalteten Erregungswicklungen in Fig.
1 in einer mittleren Stellung gehalten, obwohl er nach oben belastet wird. In dieser
Mittelstellung befinden sich die kegelstumpfförmigen Endstücke 8, 9 mit ihren Enden
praktisch schon in der Eingangsöffnung der Aufnahmeräume 10, 11, so daß bei dieser
Stellung
die Einschaltung einer Erregungswicklung einen erheblichen
magnetischen Rückschluß in dem Kreis des Magnetgehäuses herstellt.
-
An dem senkrecht angeordneten Umkehrhubmagneten 1 befindet sich eine
nach unten aus dem Gehäuse herausgeführte Magnetankerstange 14. Diese ist durch
eine Lagerbuchse 15 im Stirnstück 12 hindurchgeführt.
-
Mit dieser Magnetankerstange 14 wird die Wirkung einer Federanordnung
25 mit einer Feder 16 in der Ausführung als mechanische Schraubenfeder auf den Magnetanker
aufgebracht.
-
Auf der Magnetankerstange 14 befindet sich ein Gewindeabschnitt 17,
auf welchem eine Mutter 18 einstellbar ist. Diese bildet ein Widerlager für einen
Widerlager-Teller 19 eines Endes der Druckfeder, deren anderes Ende an einem durch
eine Führungsstufe gebildeten festen Widerlager 20 am Gehäuse 2 des Umkehrhubmagneten
1 abgestützt ist. Durch die Einstellung des Widerlagers bzw. Widerlager-Tellers
19 wird die Druckfeder 16 vorgespannt. Eine solche Ausführung mit einer Druckfeder
wird dann verwendet, wenn für den Fall, daß die Magnetankerstange 14 auch die Verbindung
zu dem anzutreibenden Gegenstand darstellt, daß ein solcher Gegenstand, der schematisch
mit 21 bezeichnet ist, eine einseitige Belastung entsprechend dem Pfeil 22 nach
obenyaufweist.
-
Hierbei kann es sich um einen aufsteigenden Schwimmer oder dergleichen
handeln, der entgegen seiner Auftriebstendenz hin und her bewegt werden soll, aber
im Ausgangspunkt in einer bestimmten Mittellager gehalten ist. Diese Mittellage
ist durch die Vorspannung der Druckfeder 16 eingestellt, x = (oder bei einem Gewicht
auch nach unten)
indem diese Vorspannung durch Einstellung der
Mutter 18 gerade so bemessen ist, daß die von der Feder 16 nach unten auf die Magnetankerstange
14 ausgeübte Kraft die Belastung entsprechend dem Pfeil 22 ausgleicht.
-
Wenn jetzt eine der Erregungswicklungen 3 oder 4 eingeschaltet wird,
ist in der Mittelstellung an den jeweils in Funktion kommenden Enden der Luftspalt
so gering, daß die Magnetwirkung kraftvoll einsetzt. Dabei wird bei einer Bewegung
nach unten die Vorspannung der Druckfeder 16 vermindert. Bei Erreichen der unteren
Stellung findet im Umkehrhubmagneten 1 in einer an sich bekannten Weise, gegebenenfalls
mit einer kurzen Verzögerung um einige msec.
-
eine Umschaltung zwischen den Erregungswicklungen 3 und 4 statt, so
daß die Erregungswicklung 4 eingeschaltet wird.
-
Dann ist der Luftspalt zwischen dem kegelstumpfförmigen Endstück 9
und dem Aufnahmeraum 11 so erheblich, daß nur eine sehr schwache Zugkraft entsteht.
Hierbei kann aber der Anker nach Freigabe von der ihn zunächst nach unten drückenden
Kraft durch die Einwirkung der dem Gegenstand 21 innewohnenden einseitigen Belastung
22, die stärker als die jetzt geschwächte Vorspannung der Feder 16 ist, hochbewegt
werden, so daß der Bereich des geringen magnetischen Schlusses dadurch überbrückt
wird. Nach Herstellung des magnetischen Rückschlusses bei 9 und 11 überwindet die
magnetische Anzugskraft dann zugleich auch den mittleren Bereich der eingestellten
Vorspannung der Druckfeder 16, so daß diese vermehrt gespannt wird, wenn sich der
Magnetanker 7 in seiner oberen Stellung befindet.
-
In diesem Fall ist die gespeicherte Energie in der Feder größer als
die einseitige Belastung entsprechend dem Pfeil 22 im Gegenstand 21.
-
Bei Umschaltung der Erregungswicklungen von 4 auf 3 überwindet daher
die erhöhte Vorspannung der Druckfeder 16 den Gegendruck entsprechend dem Pfeil
22 und überbrückt damit auch den ersten Teil des Abwärtsweges mit noch geringer
magnetischer Zugkraft.
-
Durch die Einbindung der Feder 16 mit ihren Enden in den beweglichen
Bereich des Magnetankers 7 werden dabei unkontrollierte Schwingungen mit Sicherheit
vermieden, wobei auch aufgrund der besonderen Magnetausgestaltungen des Gleichstrommagneten
Prallschwingungen sowie Überlastungen ausgeschlossen sind.
-
Fig. 2 zeigt eine liegende Anordnung. Dabei ist an jedem Ende des
Magnetankers 7 der beschriebenen Ausführung eine Magnetankerstange 14' und 23 angeordnet.
An ersterer ist die Federanordnung 25' vorgesehen. An letzterer greift der im Sinne
des Pfeils 24 einseitig vorbelastete und anzutreibende Gegenstand an.
-
Die Federanordnung 25' besitzt einen geschlossenen Zylinder 26, gegebenenfalls
mit verschließbaren Nachfüllanschlüssen, die nicht näher gezeigt sind, und einen
Kolben 27, der fest auf der Magnetankerstange 14' angeordnet ist.
-
Die Kompressionsräume 28, 29 beiderseits des Kolbens sind mit kompressiblen
Druckmitteln, beispielsweise Luft, gefüllt. Erkennbar ist, daß der Zylinderraum
29 gegenüber dem
Zylinderraum 28 komprimiert ist. Dabei hat der
Zylinderraum 29 noch eine Hubtiefe für den Kolben 27, die die Bewegungsmöglichkeit
des Magnetankers 7 aus der gezeigten Mittelstellung in die rechte Endstellung aufnimmt,
wobei noch ein genügender Restraum für das komprimierte Druckmittel verbleibt.
-
Der Zylinderraum 28 hat etwa drei- bis vierfache Größe gegenüber dem
Zylinderraum 29.
-
Auf den Kolben 27 in der vorgespannten Federanordnung 25' wirkt ein
Druck entsprechend dem Pfeil 30 nach links, um die Vorbelastung des Gegenstandes
entsprechend dem Pfeil 24 auszugleichen, damit der keinem Magnetfeld ausgesetzte
Magnetanker 7 in der Mitte verbleibt.
-
Es ist ersichtlich, daß jetzt bei Einschaltung und Umschaltungen zwischen
den Erregungswicklungen 3 und 4 sich gleiche Arbeitsspiele urter Unterstützung aus
der Federanordnung 25' ergeben, wie oben beschrieben ist.
-
In Fig. 3 ist in Anlehnung an Fig. 1 der Umkehrhubmagnet 1 mit den
Erregungswicklungen 3, 4 und dem nur schematisch angedeuteten Magnetanker 7 gezeigt.
Dabei ist erkennbar, daß diese Erregungswicklungen 3, 4 über Zuleitungen 31, 32
mit einer elektronischen Steuer- und Leistungseinheit 33 verbunden sind, die in
Abhängigkeit von einem Programm, welches von einem Funktionseingang 34 auch von
außen gespeist oder übersteuert sein kann, die Umschaltung zwischen den beiden Erregungswicklungen
3, 4 vornimmt.
-
im Zusammenhang mit dem Beispiel nach Fig. 1 wirkt auch gemäß Fig.
3 die einseitige Vorbelastung eines Gegenstandes nach oben. In dieser Ausführung
ist die Magnetankerstange 14 mit einem Schwenkhebel 35 verbunden, der beispielsweise
ein federbelastetes Steuerventil 36 einer Anlage antreibt, deren Belastungsfeder
37 bestrebt ist, den Schwenkhebel 35 um sein Schwenklager 38 im Uhrzeigersinne zu
bewegen.