DE4424411A1

DE4424411A1 - Motor

Info

Publication number: DE4424411A1
Application number: DE4424411A
Authority: DE
Inventors: Hansjoerg Reick; Stefan Schaefer
Original assignee: S Siedle and Sohne
Current assignee: S Siedle and Sohne
Priority date: 1994-07-12
Filing date: 1994-07-12
Publication date: 1996-01-18

Description

Die Erfindung betrifft einen Motor. Insbesondere be trifft die Erfindung einen Motor, der als Schrittantrieb für Linear- oder Drehbewegungen verwendet werden kann. Solcherlei Motoren können beispielsweise zum Verschwenken vom Kameras in Türlautsprechern Verwendung finden.

Die EP-0 134 827 zeigt einen elektromagnetischen An trieb für fortlaufende und schrittweise Linear- oder Drehbewe gungen. Dabei sind mehrere Magnetspulen vorgesehen, die se quentiell bestromt werden, um ein wanderndes Magnetfeld zu er zeugen, das einen Läufer auf einer parallel zur Magnetanord nung liegenden Bahn bewegt. Der Magnetfluß tritt dabei aus der Polfläche eines ersten Jochschenkels des ersten Elektromagne ten in den Läufer ein und wird innerhalb des Läufers der Pol fläche eines benachbarten zweiten Polschenkels des gleichen Elektromagneten zugeführt. Die im Luftspalt zwischen Joch und Läufer entstehende Magnetkraft bewegt den Läufer derart, daß sich ein minimaler Luftspalt einstellt. Bei der Verwirklichung des vorstehend beschriebenen Prinzips weist nur ein Teil des elektromagnetisch erzeugten Kraftvektors in die gewünschte Be wegungsrichtung, weshalb auch nur ein Teil der elektromagneti schen Kraft für den Antrieb des Läufers genutzt werden kann. Abgesehen davon sind mehrere Magnetanordnungen für die sequen tielle Magnetisierung vorgesehen, von denen immer nur ein ge ringer Teil für die Antriebskrafterzeugung genutzt wird, die übrigen sind nur passiv am Magnetfluß beteiligt.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen Motor anzugeben, dessen Effizienz gegenüber dem Stand der Technik verbessert ist. Insbesondere sollen die zur Verfügung stehenden Kräfte vollständig für den Antrieb ausgenutzt werden. Darüber hinaus soll die Teilezahl minimiert sein.

Erfindungsgemäß wird die gestellte Aufgabe gelöst durch einen Motor zum Bewegen eines Objektes, mit einem An triebselement, einem ersten Stellantrieb zum Bewegen des An triebselements in einer ersten Richtung, einer ersten Rück stelleinrichtung zum Bewegen des Antriebselements in einer der ersten Richtung entgegengesetzten zweiten Richtung und einer steuerbaren Kupplung zum wahlweisen Koppeln des Antriebsele ments mit dem Objekt während der Bewegung des Antriebselements in der ersten Richtung oder in der zweiten Richtung.

Nach der Erfindung kann die von dem Stellantrieb auf das Antriebselement ausgeübte Kraft voll und ganz zum Bewegen des Objektes ausgenutzt werden, weil sie direkt und aus schließlich auf das Antriebselement wirkt und bei Kopplung des Antriebselements mit dem Objekt auch ausschließlich zum Bewe gen des Objektes dient. Darüber hinaus ist nur ein einziger Stellantrieb für die Bewegung in der ersten Richtung erforder lich.

Zur Bewegung des Objektes nicht nur in einer Dimension kann darüber hinaus erfindungsgemäß ein zweiter Stellantrieb zum Bewegen des Antriebselements in einer dritten Richtung vorgesehen sein, die quer zu der ersten und der zweiten Rich tung liegt, wobei dann eine zweite Rückstelleinrichtung zum Bewegen des Antriebselements in einer der dritten Richtung entgegengesetzten vierten Richtung dient. Durch diese Gestal tung kann das Antriebselement beispielsweise längs zweier auf einander senkrecht stehender Achsen bewegt werden, um eine (schrittweise) Bewegung in der von den Achsen aufgespannten Ebene zu erzeugen.

Dabei ist es erfindungsgemäß besonders bevorzugt, daß die erste und die zweite Rückstelleinrichtung von ein und dem selben Bauteil gebildet sind. Dadurch wird die Teilezahl wei ter reduziert.

Nach einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist ein erstes elastisches Element als Rückstellein richtung vorgesehen. Dadurch bedarf es keines zweiten aufwen digen Stellantriebs zur Bewegung in der zweiten bzw. der vier ten Richtung. Vielmehr wird das elastische Element jeweils bei Bewegung in der ersten bzw. dritten Richtung des Antriebsele ments gespannt, und die für das Spannen aufgewendete Energie steht danach zur Rückstellung des Antriebselements in der zweiten bzw. vierten Richtung zur Verfügung.

Selbstverständlich kann die Kupplung beliebig ausge staltet sein. Bevorzugt ist es jedoch erfindungsgemäß, daß die Kupplung von einem Stift an dem Antriebselement gebildet ist, der in einer Stellung mit dem Objekt reibschlüssig und/oder formschlüssig gekoppelt ist und in einer zweiten Stellung von dem Objekt entkoppelt ist, wobei ein dritter Stellantrieb zum Steuern des Stiftes dient. Das Koppeln und Entkoppeln von An triebselement und Objekt miteinander wird dadurch besonders einfach realisiert. Im übrigen folgt diese Realisierung dem ansonsten der Erfindung auch zugrundeliegenden Antriebsprin zip, nämlich des Hin- und Herbewegens eines Elements mittels eines entsprechenden Stellantriebs.

Dabei ist es erfindungsgemäß besonders bevorzugt, daß der dritte Stellantrieb bei Betätigung den Stift gegen die Vorspannkraft eines zweiten elastischen Elements in die zweite Stellung bewegt. Mit anderen Worten ist das Antriebselement bei unbetätigtem dritten Stellantrieb mit dem Objekt gekop pelt, so daß das Objekt in dieser "Ruhestellung" verriegelt ist und sich nicht unbeabsichtigt bewegen kann.

Erfindungsgemäß besonders bevorzugt ist ein Elektroma gnet als Stellantrieb. Dies gilt für alle drei der vorgenann ten Stellantriebe. Dadurch kann der Stellantrieb besonders kleinbauend ausgelegt werden und ist äußerst störunanfällig. Darüber hinaus wird die gesamte in dem Elektromagneten er zeugte Kraft zum Bewegen des Objektes genutzt, was nach dem eingangs beschriebenen Stand der Technik nicht der Fall ist.

Das Antriebselement kann prinzipiell jede beliebige Form haben. Bevorzugt ist jedoch, daß das Antriebselement kreuzförmig ist, wobei der erste und der zweite Stellantrieb an einander benachbarten Schenkeln des Kreuzes vorgesehen sind, während die beiden anderen Schenkel der Führung bei der Bewegung in der ersten bis vierten Richtung dienen. Insbeson dere dann, wenn der erste und der zweite Stellantrieb in Form von Elektromagneten realisiert sind, bei denen ein Weicheisen stab in eine Spule eintaucht, kann jeweils ein Teil der Spu leninnenfläche zur weiteren Führung des Antriebselements die nen.

Wie bereits eingangs ausgeführt, kann der erfindungs gemäße Motor sowohl zur translatorischen als auch zur rotato rischen Bewegung des Objektes dienen. Nach einem Aspekt der Erfindung ist daher das Objekt kardanisch gelagert, wobei die Bewegung des Antriebselements in der ersten bis vierten Rich tung bei Kopplung mit dem Objekt ein Verschwenken des Objekts um den kardanischen Mittelpunkt bewirkt. Dadurch ist ein be liebiges Verschwenken des Objekts möglich.

Schließlich kann das Objekt erfindungsgemäß eine Ka mera sein.

Nachstehend ist die Erfindung anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die Zeichnung mit weiteren Einzelheiten näher erläutert. Dabei zeigen:

Fig. 1 eine Seitenansicht einer Kamera mit einem Mo tor nach einem Ausführungsbeispiel der Erfin dung,

Fig. 2 eine Draufsicht auf den Motor nach Fig. 1,

Fig. 3 und 4 schematisch die Aufhängung der Kamera,

Fig. 5 ein Ausführungsbeispiel einer Kupplung in dem Motor nach Fig. 1 und 2 und

Fig. 6 schematische Seitenansichten der Kamera mit Motor nach den Fig. 1 und 2 in verschiedenen Betriebszuständen.

Nach den Fig. 1 und 2 ist eine Kamera 10 mit einem ka lottenförmigen Gehäuse 12 um einen kardanischen Mittelpunkt 14 um zwei Achsen drehbar gelagert. In Fig. 1 unterhalb des Ge häuses 12 ist ein Antriebselement in Form eines Schiebers 16 angeordnet. An dem Schieber 16 befindet sich ein Kupplungs stift 18, der in eine Kupplungsspule 20 eintaucht. Der Kupp lungsstift 18 ist mittels einer Kupplungsfeder 22 gegen das Gehäuse 12 vorgespannt. Die Innenfläche des Wicklungskörpers der Kupplungsspule 20 dient als Führung für den Kupplungsstift 18.

Wie Fig. 2 zu entnehmen ist, ist der Schieber 16 kreuzförmig ausgestaltet und weist vier Schenkel 24, 26, 28, 30 auf. Die Schenkel 24 und 26 tauchen in Antriebsspulen 32 bzw. 34 ein. Bei Bestromen der Antriebsspulen 32 bzw. 34 wird der zugehörige Schenkel 24 bzw. 26 des aus einem Weicheisen gefertigten Schiebers 16 um einen Hub d ausgelenkt. Dement sprechend ist jeweils ein entsprechendes Spiel S zur seitli chen Auslenkung des Schiebers 16 in der jeweils anderen Spule 34 bzw. 32 vorgesehen. Die dem Spiel S gegenüberliegende Seite des Schenkels 24, 26 liegt an der der Führung dienenden Innen seite der zugehörigen Spule 32 bzw. 34 an. Ferner sind Führun gen 36 und 38 an den beiden anderen Schenkeln 28 bzw. 30 vor gesehen.

Eine Zugfeder 40 dient zur Vorspannung des Antriebs elements 16 gegen die Richtung der Bewegung des Antriebsele ments 16 sowohl bei Bestromen der Spule 32 als auch bei Be stromen der Spule 34. Dementsprechend ist die Kupplungsfeder 40 derart angeordnet, daß ihre Kraftwirkungslinie einen Winkel von 45° mit der Bewegungsrichtung 42, 44 des Antriebsele ments 16 bei Bestromung der Antriebsspulen 32 bzw. 34 bildet.

Die kardanische Aufhängung der Kamera 10 ist in den Fig. 3 und 4 schematisch gezeigt. Die Kamera 10 ist um eine von ortsfesten Aufhängungen 46, 48 gebildete Achse sowie um eine darauf senkrecht stehende Achse verschwenkbar, die von Aufhängungen 50, 52 gebildet ist, wobei die Aufhängungen 50 und 52 an einem Rahmen 54 angeordnet sind, der seinerseits um die von den Aufhängungen 46 und 48 gebildete Achse verschwenk bar ist.

Während Fig. 1 die Kupplung mit dem Kupplungsstift 18, der Kupplungsspule 20 und der Kupplungsfeder 22 schematisch zeigt, ist in Fig. 5 eine Realisierung detailliert darge stellt. Dabei taucht der Kupplungsstift 18 in die Kupplungs spule 20 ein, wobei ein magnetischer Rückschluß 21 gleichzei tig die Halterung der Spule an dem Schieber 16 darstellt. Der Kupplungsstift 18 hat einen etwa flanschartigen Kopf 19, wobei sich die Kupplungsfeder 22 einerseits an dem flanschartigen Kopf 19 und andererseits an dem Schieber 16 abstützt. Zur An kopplung an das kalottenförmige Gehäuse 12 nach Fig. 1 ist der flanschartige Kopf 19 des Kupplungsstifts 18 mit einem Reibbe lag versehen.

Eine nichtmagnetische Schicht 23 dient dazu, ein "Kleben" des Kupplungsstifts 18 an der Innenseite der Kupp lungsspule 20 zu verhindern.

Mit Ausnahme der Teile für den magnetischen Kreis kön nen alle Teile in Spritzgußtechnik aus POM oder ABS herge stellt werden.

In den Fig. 6a) und 6b) ist die Betriebsweise des Mo tors dargestellt. Unterhalb einer schematischen Darstellung des Motors mit darüber befindlicher Kamera ist jeweils der Be stromungszustand einer der Antriebsspulen (A) und der Kupp lungsspule (K) dargestellt.

Gemäß Fig. 6a) ist in einem ersten Schritt die Kupp lungsspule stromlos, wohingegen eine der Antriebsspulen be stromt wird. Dementsprechend erfolgt eine Bewegung des An triebselements 16 in Fig. 6 nach rechts. Da die Kupplungsspule nicht bestromt ist, wird der Kupplungsstift von der Kupplungs feder gegen das kalottenförmige Gehäuse gedrückt, und die Be wegung des Antriebselements bewirkt ein entsprechendes Ver schwenken des Gehäuses mit der Kamera. Im zweiten Schritt wird der Kupplungsstift durch Bestromen der Kupplungsspule gegen die Vorspannkraft der Kupplungsfeder von dem Gehäuse abgeho ben, wobei die Bestromung der Antriebsspule aufrechterhalten bleibt. Im dritten Schritt bleibt der Kupplungsstift durch Be stromung der Kupplungsspule weiterhin von dem Gehäuse abgeho ben, die Antriebsspule wird aber abgeschaltet, woraufhin die Rückstellfeder des Antriebselements das Antriebselement in der Zeichnung nach links zieht. Die Kamera bleibt wegen des abge hobenen Kupplungsstiftes in ihrer Stellung stehen. Sodann wird im vierten Schritt auch die Kupplungsspule abgeschaltet, wo raufhin die Kupplungsfeder den Kupplungsstift wieder gegen das Gehäuse drückt. Damit ist wieder der Ausgangszustand erreicht, in dem die Kamera in ihrem Gehäuse mittels des Kupplungsstif tes verriegelt ist.

An dieser Stelle sei darauf hingewiesen, daß die Ka mera nicht völlig reibungsfrei aufgehängt sein darf, weil sie in dem vorgenannten zweiten und dritten Schritt nicht von dem Kupplungsstift gehalten wird. In diesem Zustand darf nämlich kein unbeabsichtigtes Verschwenken der Kamera erfolgen. Vorteilhafterweise ist die Kamera derart auszugestalten bzw. zu lagern, daß ihr Schwerpunkt mit dem Mittelpunkt der karda nischen Aufhängung zusammenfällt. Auch können andere geeignete Maßnahmen zum Halten der Kamera bei abgehobenem Kupplungsstift vorgesehen sein.

Während Fig. 6a) das Verschwenken der Kamera nach links zeigt, bezieht sich die Fig. 6b) auf das Verschwenken nach rechts. Dazu wird in einem ersten Schritt bei stromloser Antriebsspule die Kupplungsspule bestromt, woraufhin der Kupp lungsstift außer Eingriff mit dem Kameragehäuse kommt. Sodann wird im zweiten Schritt die Antriebsspule bestromt, woraufhin sich das Antriebselement in der Zeichnung nach rechts bewegt. Die Kamera bleibt dabei wegen aufrechterhaltener Bestromung der Kupplungsspule vom Arbeitselement entkoppelt. Im dritten Schritt wird dann der Kupplungsstift durch Abschalten der Kupplungsspule wieder mit dem Gehäuse in Eingriff gebracht. Dabei bleibt die Bestromung der Spule aufrechterhalten. Im vierten Schritt wird dann die Antriebsspule abgeschaltet, wo raufhin die Rückstellfeder die Kamera entsprechend der Rück stellbewegung des Antriebselements mit dem an dem Kamerage häuse anliegenden Stift nach rechts verschwenkt.

Aufgrund der Trägheit der als Feder-Masse-System anzu sehenden Gesamtanordnung sind zwischen den einzelnen Teil schritten Totzeiten zur Berücksichtigung der Zeitkonstanten des Gesamtsystems erforderlich.

Wie insbesondere einer Zusammenschau der Fig. 1 und 5 zu entnehmen ist, ist der von dem Motor hinter der Kamera ein genommene Bauraum nur sehr klein, was den Motor besonders für einen Stellantrieb für Kameras in Türlautsprechergehäusen ge eignet macht, weil die genannten Gehäuse extrem wenig Platz für einen solchen Motor bieten. Der erfindungsgemäße Motor ist darüber hinaus dazu in der Lage, die Kamera um eine beliebige, durch den kardanischen Mittelpunkt verlaufende Achse zu ver schwenken.

Die in der vorstehenden Beschreibung, den Ansprüchen sowie der Zeichnung offenbarten Merkmale der Erfindung können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination für die Ver wirklichung der Erfindung in ihren verschiedenen Ausführungs formen wesentlich sein.

Bezugszeichenliste

10 Kamera
12 Gehäuse
14 kardanischer Mittelpunkt
16 Schieber
18 Kupplungsstift
20 Kupplungsspule
21 Halterung
22 Kupplungsfeder
23 nichtmagnetische Schicht
24 Schenkel
26 Schenkel
28 Schenkel
30 Schenkel
32 Antriebsspule
34 Antriebsspule
36 Führung
38 Führung
40 Rückstellfeder
42 Bewegungsrichtung
44 Bewegungsrichtung
46 Aufhängung
48 Aufhängung
50 Aufhängung
52 Aufhängung
54 Rahmen
d Hub
S Spiel

Claims

1. Motor zum Bewegen eines Objektes (10), mit
einem Antriebselement (16),
einem ersten Stellantrieb (32) zum Bewegen des Antriebselements (16) in einer ersten Richtung,
einer ersten Rückstelleinrichtung (40) zum Bewegen des Antriebselements (16) in einer der ersten Richtung entgegenge setzten zweiten Richtung und
einer steuerbaren Kupplung (18, 20, 22) zum wahlweisen Koppeln des Antriebselements (16) mit dem Objekt (10) während der Bewegung des Antriebselements (16) in der ersten Richtung oder in der zweiten Richtung.

2. Motor nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen zweiten Stellantrieb (34) zum Bewegen des Antriebselements (16) in einer dritten Richtung, die quer zu der ersten und der zweiten Richtung liegt, sowie mit einer zweiten Rückstellein richtung (40) zum Bewegen des Antriebselements (16) in einer der dritten Richtung entgegengesetzten vierten Richtung.

3. Motor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die erste und die zweite Rückstelleinrichtung von ein und demsel ben Bauteil (40) gebildet sind.

4. Motor nach einem der vorangehenden Ansprüche, gekenn zeichnet durch ein erstes elastisches Element (40) als Rück stelleinrichtung.

5. Motor nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Kupplung (18, 20, 22) von einem Stift (18) an dem Antriebselement (16) gebildet ist, der in einer ersten Stellung mit dem Objekt (10) reibschlüssig und/oder formschlüssig gekoppelt ist und in einer zweiten Stellung von dem Objekt (10) entkoppelt ist, wobei ein dritter Stellantrieb (20, 22) zum Steuern des Stiftes (18) dient.

6. Motor nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der dritte Stellantrieb (20, 22) bei Betätigung den Stift (18) ge gen die Vorspannkraft eines zweiten elastischen Elements (22) in die zweite Stellung bewegt.

7. Motor nach einem der vorangehenden Ansprüche, gekenn zeichnet durch einen Elektromagneten (20, 32, 34) als Stellan trieb.

8. Motor nach einem der Ansprüche 2 bis 7, dadurch ge kennzeichnet, daß das Antriebselement (16) kreuzförmig ist, wobei der erste und der zweite Stellantrieb (32, 34) an einan der benachbarten Schenkeln (24, 26) des Kreuzes vorgesehen sind, während die beiden anderen Schenkel (28, 30) der Führung bei der Bewegung in der ersten bis vierten Richtung dienen.

9. Motor nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Objekt (10) kardanisch gelagert ist und die Bewegung des Antriebselements (16) in der ersten bis vierten Richtung bei Kopplung mit dem Objekt (10) ein Ver schwenken des Objekts (10) um den kardanischen Mittelpunkt (14) bewirkt.

10. Motor nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Objekt (10) eine Kamera ist.