DE4224610C1 - Verschwenkbare Hebelanordnung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine schwenkbare Hebelanordnung entsprechend dem Oberbegriff des Patentanspruches 1. Aus der DE-OS 35 24 713 ist eine Bewegungsanordnung bekannt, die für die oben genannte Anwendung geeignet ist. Diese Anordnung dient insbesondere zum Einstellen des Rotors eines Hohlleiterschalters in mindestens zwei Schaltstellungen (Positionen). Der Rotor enthält dabei beispielsweise einen Permanentmagneten. Statorseitig sind zwei Antriebswicklungen auf einem Wicklungsträger befestigt. Mittels Ansteuerung einer dieser Antriebswicklungen wird der Rotor in die Nähe einer der Positionen bewegt. Diese sind durch statorseitige mechanische Anschläge und einen rotorseitigen Ansatz definiert. Mittels je eines beispielsweise permanentmagnetischen Teils am Stator werden Anziehungskräfte zwischen dem Rotor und jeweils einem dieser permanentmagnetischen Teile wirksam, die den Rotor jeweils kurz vor Erreichen der Positionen in die jeweilige Position bewegen. Zur Dämpfung des Einschwingens des Rotors in die gewählte Position ist eine Wirbelstromdämpfungseinrichtung vorgesehen mit Bremswicklungen, die zusätzlich zu den Antriebswicklungen auf dem Stator befestigt sind und die wiederum mit zusätzlichen, auf dem Rotor angeordneten Magnetplatten zusammenwirken und in der Nähe der Positionen wirksam werdend.

Eine solche elektrische Steuerung und die zusätzliche Wirbelstromdämpfungseinrichtung erfordern sowohl stator- als auch rotorseitig elektrische und mechanische Aufwendungen, die insbesondere bei geforderter Einstellung des Rotors in nur zwei Positionen bei gleich bleibenden exakten Gewichts- und damit Drehmomentverhältnissen an der Gesamteinrichtung nicht gerechtfertigt erscheinen.

Solche gleichbleibenden Bedingungen liegen bei Satellitenausrüstungen, beispielsweise beim erforderlichen Verschwenken eines optischen oder optoelektronischen Elementes in eine vorbestimmte Position vor. Dabei sind hohe Geschwindigkeiten sowie Genauigkeiten der Positionierung zu realisieren und versehentliche Zwischenstellungen zu vermeiden.

Die Aufgabe der Erfindung besteht daher in der Schaffung einer schwenkbaren Hebelanordnung, die um einen Winkel von bevorzugt 90° verschwenkbar sein soll, deren beide vorbestimmte Positionen wiederkehrend mit definiert gedämpftem Drehmoment zuverlässig erreicht werden sollen und die in den vorbestimmten Positionen mit hoher Präzision positioniert und sicher festgehalten wird.

Diese Aufgabe wird gelöst durch die schwenkbare Hebelanordnung mit den Merkmalen des Patentanspruches 1. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen angegeben.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand einer mechanischen Flip- Flop-Einrichtung beschrieben, welche die Aufgabe hat, ein mit einer Hebelanordnung verbundenes, optisches oder optoelektronisches Element mit hoher Präzision in eine vorbestimmte Position zu schwenken. Selbstverständlich kann die erfindungsgemäße, schwenkbare Hebelanordnung aber auch für gleichgeartete Bewegungsabläufe, z . B. bei Hohlleiterschaltern Anwendung finden.

In den zugehörigen Zeichnungen stellen dar:

Fig. 1 eine perspektivische Ansicht einer erfindungsgemäß ausgebildeten, schwenkbaren Hebelanordnung,

Fig. 2 die schematische Darstellung einer Wicklungsanordnung am Stator,

Fig. 3 die schematische Darstellung einer Permanentmagnetanordnung am Rotor,

Fig. 4 eine mögliche Anordnung von Permanentmagneten als Halteelemente,

Fig. 5 eine mögliche Anordnung von Permanentmagneten als Drehmomentenerzeuger,

Fig. 6 ein Momentendiagramm zu den in den Fig. 2 und 3 dargestellten Anordnungen,

Fig. 7 ein Momentendiagramm, bewirkt durch die Anordnung nach Fig. 4,

Fig. 8 ein Momentendiagramm, bewirkt durch die Anordnung nach Fig. 5,

Fig. 9 ein resultierendes Momentendiagramm durch Zusammenwirken aller Momente nach den Fig. 6 bis 8.

An einem Hebelarm der Hebelanordnung gemäß Fig. 1 befindet sich ein Spiegel 3 in der Position 2. Er soll um 90° in die Position 1 mit einer Genauigkeit von plus 0,5 Mikrorad schwenkbar sein. In beiden Positionen 1 und 2 muß der Spiegel 3 sicher festgehalten werden. Die erfindungsgemäße, schwenkbare Hebelanordnung ist hierbei koaxial zu einem als Aktuator dienenden Elektromotor für Gleichstrom angeordnet und als konstruktive Einheit mit dessen außenliegende Rotor 4 ausgebildet. Vom Stator ist das Gehäuse 7 erkennbar.

Zur Vermeidung zusätzlich auftretender, undefinierter Momente ist ein dem Spiegel 3 angepaßtes Gegengewicht 9 am Rotor 4 angebracht. Damit sind die Voraussetzungen gegeben, mit möglichst kleinen, aber genau definierten Drehmomenten auszukommen.

Fig. 2 zeigt eine mögliche Ausführungsvariante der im Patentanspruch 1 angegebenen Anordnung von Antriebswicklungen 10 und 11 am Stator 8.

Fig. 3 zeigt auf einem magnetischen Rückschlußring 13 Permanentmagnete 12 die am Rotor 4 vorgesehen sind und mit den Antriebswicklungen 10 und 11 zusammenwirken.

Fig. 5 zeigt einen Querschnitt durch den Rotor und Stator nach Fig. 1. Vom Rotor ist zunächst ein Ausleger 4a zu sehen, dessen freies Ende zusammen mit einem statorseitigen Anschlag 6 ein Anschlagpaar bildet.

In Fig. 4 sind diese Details D vergrößert dargestellt. Damit die Gesamteinrichtung von außen einwirkende Drehbeschleunigungen um die Motorachse aushalten kann, ohne daß der Spiegel 3 aus seiner Position 1 herausschwenkt, sind Permanentmagnete 14 als Halteelemente in der Nähe von Anschlägen 5 und 6 vorgesehen, die eine stark ansteigende Haltemomentenkurve des Rotors 4 bei den Schwenkwinkeln 0° (Position 2) und 90° (Position 1) bewirken (Fig. 7).

Zusätzlich zu den nur in den beiden Positionen 1 und 2 wirksam werdenden Permanentmagneten 14 sind gemäß Fig. 5 mindestens zwei weitere Permanentmagnete 15 am Stator 8 bzw. am Rotor 4 angeordnet, wobei deren magnetisches Zusammenwirken eine Zwischenstellung der Hebelanordnung zwischen den Positionen 1 und 2 durch Erzeugung eines positiven oder negativen Drehmomentes, auch als Detentmoment bezeichnet, unmöglich macht (Fig. 8).

Von der Antriebswicklung 10 des Elektromotors wird ein im wesentlichen konstantes und je nach Ansteuerung der Antriebswicklung 10 in eine Richtung wirkendes Drehmoment geliefert. Um das hohe Haltemoment der Permanentmagnete 14 überwinden zu können, ist je Position 1 bzw. 2 eine weitere Antriebswicklung 11 speziell in diesem Bereich vorgesehen, die ein höheres Drehmoment als die Antriebswicklung 10 erzeugt. In Fig. 2 ist allerdings für jede der dort gezeigten Polteilungen nur eine gegenüber der jeweiligen Antriebswicklungen 10 um etwa 20° versetzte weitere Antriebswicklung 11 gezeigt, die das Haltemoment in einer der Positionen 1 und 2 zu überwinden hilft. Zur Überwindung des Haltemomentes der anderen Positionen wären spiegelbildlich zu den beiden dargestellten Mittellinien weitere Antriebswicklungen 11 erforderlich.

Fig. 6 zeigt die Überlagerung der Antriebsmomente der Antriebswicklungen 10 und 11 nach Fig. 2 im Schwenkbereich von 0 bis 90°. Nach ca. 20° ergibt sich eine Absenkung des Anfangsdrehmomentes und damit der Drehbeschleunigung der in Bewegung gebrachten Hebelanordnung ohne zusätzlichen Einsatz einer die Stromstärke steuernden Steuerelektronik.

Im Winkelbereich von ca. 65° bis 90° beginnt wiederum ohne zusätzliche Steuerung ein gedämpft verlaufender Ausschwingvorgang der Hebelanordnung und des mit dieser verbundenen Spiegels 3 in die gewünschte Position. Nach dem Abschalten wirken nur noch das Antriebsmoment infolge des ausklingenden Stromes in der kurzgeschlossenen Antriebswicklung 10 und das durch die zusammenwirkenden weiteren Permanentmagnete 15 erzeugte Detentmoment und gegen Ende des Ausschwingvorganges das Haltemoment des im jeweiligen Anschlag 5 oder 6 angeordneten Permanentmagneten 14.

In Fig. 9 ist das resultierende Drehmoment dargestellt, das sich durch die in den verschiedenen Winkelbereichen der schwenkbaren Hebelanordnung unterschiedlich wirkenden Drehmomente ergibt. Der gleiche Momentenverlauf ergibt sich auch bei Umkehrung der Drehrichtung. Fig. 6 ist dann spiegelverkehrt zu denken, und in Fig. 2 sind spiegelbildlich bezüglich der beiden Mittellinien weitere Antriebswicklungen als Spiegelbilder der Antriebswicklungen 11 vorzusehen.

Vorteilhaft ist es, die Anschläge 5 und 6 wechselseitig entweder mit einem Permanentmagneten 14 oder mit einem Magnetpolschuh 16 zu versehen, um definierte magnetische Haltemomente in den Positionen 1 und 2 zu garantieren.

In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist bei garantiert gleichen Drehmomentenverhältnissen zur weiteren Vereinfachung der Steuerung eine Stromabschaltung der Antriebswicklung 10 nach Ablauf einer bestimmten Zeiteinheit vorgesehen.

Zur Dämpfung der Schwenkbewegungen sind bekannte Dämpfungsmaßnahmen, z. B. eine Wirbelstrombremse vorgesehen.

Bei der Hebelanordnung nach der Erfindung brauchen die Ströme in den Antriebswicklungen nicht kontinuierlich gesteuert zu werden.

Claims (6)

1. Schwenkbare Hebelanordnung zur Einstellung vorgegebener Positionen mittels des Rotors eines Elektromotors, mit einer elektrisch steuerbaren Antriebswicklung (10), einem Permanentmagneten und mechanischen Anschlägen, durch welche der schwenkbereich der Hebelanordnung in den vorgegebenen Positionen begrenzt ist, dadurch gekennzeichnet, daß eine weitere Antriebswicklung (11) so angeordnet und die Ströme durch die Antriebswicklungen (10, 11) so geschaltet werden, daß nur in unmittelbarer Nähe der vorgegebenen Positionen (1, 2) ein überhöhtes Gesamtantriebsmoment entsteht, daß die Hebelanordnung in den vorgegebenen Positionen durch Permanentmagnete (14) gehalten ist, daß weitere Permanentmagnete (15) am Stator (8) oder am Rotor (4) angeordnet sind, die jeweils über etwa den halben Schwenkbereich ein positives bzw. ein negatives Drehmoment erzeugen.

2. Hebelanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die weitere Antriebswicklung (11) gegenüber der anderen Antriebswicklung (10) um einen Winkel versetzt ist, der insbesondere zwei bis drei Zehntel des Winkels zwischen zwei benachbarten Antriebswicklungen entspricht.

3. Hebelanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die weitere Antriebswicklung (11) ein stärkeres Drehmoment erzeugt als die andere Antriebswicklung (10).

4. Hebelanordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß Anschläge (5, 6) am Rotor (4) und Stator (8) wechselseitig einen Permanentmagneten (14) bzw. einen Magnetpolschuh (16) aufweisen.

5. Hebelanordnung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß elektrische Steuermittel zur Drehbeschleunigungsbegrenzung des Rotors (4) durch Stromabschaltung der Antriebswicklungen (10, 11) nach Erreichen einer vorgegebenen Winkelstellung des Rotors (4) vorgesehen sind.

6. Hebelanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß Mittel zur Drehbeschleunigungsbegrenzung des Rotors (4) durch Stromabschaltungen der Antriebswicklungen (10, 11) nach einer vorgegebenen Zeiteinheit vorgesehen sind.