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Die vorliegende Erfindung betrifft einen linearen Stellantrieb in Form eines Umkehr-Hubmagneten gemäss Oberbegriff von Anspruch 1.
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Bei der Fertigung industrieller Produkte werden Industrie-Roboter verwendet, deren Manipulatoren in der Regel mittels Druckluftantrieben (Pneumatik-Zylinder) betätigt werden und wie sie in zahlreichen pneumatischen Prozessen ihre Anwendung finden, insbesondere in der Förder-, Handhabungs- und Antriebstechnik oder in Spritzgießwerkzeugen und wie sie bspw. in der
EP-0264682 beschrieben sind. Für die Steuerung der reziprozierende Betätigung dieser Druckluftantriebe weisen diese in der Regel kontaktlose Endschalter auf, insbesondere einen Magnetschalter.
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Um die Abfolge der Kolbenbewegungen zu beschleunigen wurde in der
EP-0417024 vorgeschlagen, für die Steuerung der Kolbenbewegung zwei hintereinander angeordnete Magnetschalter zu verwenden, wobei der erste Magnetschalter die Kolbenbewegungsumkehr einleitet und der zweite Magnetschalter die Umkehrbewegung startet. Anstelle der üblichen Magnetschalter können dazu auch Hall-Sensoren verwendet werden.
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Leider weisen Druckluftzylinder generell einen unerwünscht hohen mechanischen Verschleiss (Abrieb an den Dichtungen) und Energieverbrauch (hohe Wärmeverluste) auf und sollen mit Blick auf die derzeitige Energiekrise durch effizientere Antriebe ersetzt werden. Es ist deshalb der Wunsch der heutigen Industrie mit der Verwendung von Elektroantrieben, insbesondere mit Elektrozylindern bei der Fertigung wesentliche Energieeinsparungen zu erzielen.
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In der Fachwelt sind deshalb auch elektrisch angetrieben Vorrichtungen für die Erzeugung einer reziprozierende Bewegung bekannt geworden. So wird in der
EP-2075656 als Ersatz für einen Druckluftzylinder ein elektrischer Stellantrieb beschrieben, dessen Kolbenstange mittels einer elektromotorisch angetriebenen Spindel bewegt wird. Die Position der Kolbenstange wird mit Hilfe einer Motorsteuerschaltung kontrolliert.
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In der
EP-0671070 wird ein in Form eines Elektromotors ausgebildeter Drehzylinder beschrieben, welcher in seinem Innern über ein Gewinde eine Antriebsstange hin und her bewegt. Die jeweilige Position dieser Antriebsstange wird mit Hilfe eines optischen Drehpositions-Erfassungsmittels bestimmt.
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Leider erweisen sich diese Linear-Antriebe als unerwünscht langsam für die industrielle Verwendung. Darüber hinaus erfordern optische Detektoren zusätzlichen Platz, was der angestrebten Minimalisierung dieser Antriebe entgegensteht.
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Es ist deshalb Aufgabe der vorliegenden Erfindung einen linearen Stellantrieb zu schaffen, mit welchem die Nachteile der bekannten Stellantriebe überwunden werden und insbesondere einen elektrisch angetriebenen Stellantrieb zu schaffen, welcher schnelle und vor allem präzise Hubbewegungen ermöglicht, geringe Energie- und Wärmeverluste und keinen nennenswerten Verschleiss aufweist, insbesondere wartungsfrei ist und einen robusten, d.h. kompakten Aufbau unter Verwendung von Standard-Bauteilen zulässt.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss mit einem linearen Stellantrieb gemäss Anspruch 1 gelöst und insbesondere mit Hilfe eines elektrischen Umkehr-Hubmagneten bekannter Art, welcher ein zylindrisches Metall-Gehäuse aufweist, in welchem zwei Magnetspulen eingebracht sind. In diesen Magnetspulen ist ein axial verschiebbares Ankerelement gelagert, welches zwischen einer ersten Endposition (ausgestossen) und einer zweiten Endposition (eingezogenen) bewegbar ist.
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Stirnseitig ist dieses Metall-Gehäuse jeweils mit einem metallischen, typischerweise ferromagnetischen ersten und zweiten Shunt-Element abgeschlossen. Ein mit diesem Ankerelement zentral angeordneter und damit fest verbundener Antriebsstift ragt arbeitsseitig durch das erste Shunt-Element hindurch aus dem Metall-Gehäuse hinaus, um ein daran angekoppeltes Arbeitselement bewegen zu können. Für die mechanische Stabilisierung des Ankerelements ist ein zentrales Führungselement vorgesehen ist, welches einerseits in das Ankerelement axial verschiebbar eingreift und andererseits mit dem zweiten basisseitig angeordneten Shunt-Element fest verankert ist. Eine Leiterplatte für die elektronische Steuerung ist in einem auf dem Metall-Gehäuse angebrachten Zusatzgehäuse untergebracht und weist für die Stromversorgung der Magnetspulen und die Übertragung der Steuersignale für elektronische Steuerungen vorzugsweise ein in der Maschinenindustrie gängiges 8-poliges Stecker-Element auf. Im Besonderen umfasst diese Leiterplatte einen Mikroprozessor, mit welchem alle betriebsrelevanten Signale verarbeitet und weitergeleitet werden, bspw. für die mit der Endlagendetektion, für die Ansteuerung der Spulen oder für die Aktivierung, resp. Deaktivierung der LEDs oder für die Versorgung anderer digitaler Ein- und Ausgänge, wie für externe Steuerungen. So erlauben die auf der vorliegenden Leiterplatte angebrachten Steuerungen bspw. die Magnetspulen digital anzusteuern, d.h. energiesparend zu betreiben, statt diese wie üblich über deren angelegte Versorgungsspannung direkt zu schalten. Diese elektronische Steuerung des Spulenstroms erlaubt es dem Fachmann kundenspezifische Sonderfunktionen (Haltekraft oder -zeit) in einfacher Weise zu realisieren, vermindert den Energieverbrauch und die Wärmeentwicklung der Spulen bei Betrieb.
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Um den vorliegenden Stellantrieb kompakt gestalten zu können sind in der Gehäusemitte des Metall-Gehäuses, d.h. im Bereich zwischen den Magnetspulen zwei in der Transversalebene und in unterschiedlichen Radialrichtungen angeordnete Hall-Sensoren integriert, derart dass diese in unmittelbarer Nähe des bewegbaren Ankerelements zu liegen kommen. Zwei auf der Leiterplatte angeordnete LEDs sind mit diesen Hall-Sensoren elektronisch verschaltet und visualisieren die von den Hall-Sensoren detektierten ersten und zweiten Endpositionen des Ankerelements. Schliesslich weist das Zusatzgehäuse zwei Leuchtelemente auf, welche in Form von Lichtleiter-Elementen das Licht der LEDs für jedermann sichtbar auch nach aussen leiten.
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Bei Betrieb dieses Stellantriebs liegt in der ersten Endposition (Stoss) des Ankerelements ein erstes im Ankerelement in einer ersten Radialrichtung eingepasstes permanentmagnetisches Magnetelement benachbart zu einem in dieser ersten Radialrichtung angeordneten ersten dieser beiden Hall-Sensoren, um derart ein erstes Detektorpaar für die Erzeugung eines erstes Schaltsignals zu bilden und eine erste LED zu aktivieren. In der zweiten Endposition (Zug) des Ankerelementes liegt ein zweites, im Ankerelement magnetisch isoliertes und in einer zweiten Radialrichtung eingepasstes permanentmagnetisches Magnetelement zu einem in dieser zweiten Radialrichtung angeordneten zweiten dieser beiden Hall-Sensoren benachbart, um derart ein zweites Detektorpaar für die Erzeugung eines zweites Schaltsignals zu bilden und eine zweite LED zu aktivieren.
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Es versteht sich, dass diese permanentmagnetischen Magnetelemente im Ankerelement in einer nicht-magnetischen Halterung integriert, insbesondere eingebettet sind, um das Magnetfeld dieser Permanentmagneten nicht kurzzuschliessen. Um ein Verdrehen des Ankerelementes zu vermeiden greift ein im Metall-Gehäuse geführter Gewindestift in eine Längsnut dieses Ankerelementes.
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Bevorzugt werden für den Aufbau des vorliegenden Stellantriebs Standard-Bauteile verwendet, wie bspw. ein 8-poliges Stecker-Element für die Stromversorgung und Übertragung von Steuersignalen oder ein robustes Gehäuse, wie es in der fertigenden Industrie üblicherweise zum Einsatz kommt. Eine bevorzugte Hublänge zwischen der ersten und der zweiten Endposition des Ankerelements beträgt 20 mm und kann je nach Verwendung auch 40 mm, 60 mm oder mehr sein. Bei einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemässen Stellantriebs ist dieser Umkehr-Hubmagnet für eine Gleichstrom-Nennspannung von 24 VDC ausgelegt und liegen die Radialrichtungen, in denen die Hallsensoren angeordnet sind, jeweils in einem Winkel von α = 24° zur Sagittalebene des Magnet-Gehäuses geneigt.
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In einer ersten Weiterbildung dieses Stellantriebs weist das zweite Shunt-Element aussenseitig ein Adapterstück auf, mit welchem der erfindungsgemässe Stellantrieb an bestehende Roboter angeschlossen werden kann, um deren Druckluftantrieb in einfacher Weise zu ersetzen.
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In einer besonderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist die Stellgenauigkeit der Endpositionen des Ankerelementes maximiert. Dazu ist die Lage der einander zugeordneten Elemente der jeweiligen Detektorpaare, d.h. die Positionierung und Ausrichtung der jeweiligen Magnetelemente und Hallsensoren einzeln und zueinander justiert, um insbesondere die Feldlinienstreuung im Bereich der Hallsensoren zu minimieren, d.h. die Verteilung der Feldliniendichte von Nutzfeld und Störfeld in diesem Bereich zu optimieren. Bei einer bevorzugten Konfiguration der vorliegenden Vorrichtung sind die intrinsische Polarisationsrichtung des Magnetelementes und die Orthogonalität des dazugehörigen Hallsensors jeweils aufeinander abgestimmt, um damit deren Geometrie- und Orthogonalitätsfehler (u.a. Fertigungstoleranzen) zu eliminieren. Diese Fehlerelimination führt zu einer deutlichen Steigerung der Steilheit (Signalsteilheit) des Ausgangssignals der Hallsensoren im Bereich ihrer Signalsprungstelle und erlaubt damit eine wesentliche Steigerung der Schaltgenauigkeit und damit der Stellgenauigkeit der jeweiligen Endpositionen des Ankerelementes. Bei diesem kontaktlosen, auf dem Halleffekt basierenden Endlagenbestimmungssystem wird zur besonderen Präzisierung desselben erfindungsgemäss nicht nur auf die kartesische (x, y, z) Positionierung (kartesische Koordinaten), d.h. die Abstände zwischen Magnetelement und Hallsensor sowie deren seitliche Anordnung in ihren jeweiligen Einbettungen, sondern auch auf deren räumliche Ausrichtung (Kugelkoordinaten) im magnetischen Feld geachtet.
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In einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemässen Stellantriebs sind die permanentmagnetischen Elemente aus einem Kunststoff, bspw. aus PANiCNQ gefertigt.
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Im Folgenden wird der hier verwendete Begriff "Sagitallebene", wie er aus der Medizin hinreichend bekannt ist, im gleichen Sinn verwendet, d.h. definiert eine Ebene, welche die Hauptachse umfasst und im Sinne eines Längsschnitts durch die Vorder- und Rückseite, resp. Ober- und Unterseite des Stellantriebs führt. Ebenso wird hier der Begriff "Transversalebene" in der Medizin hinreichend bekannten Weise verwendet, d.h. definiert dieser Begriff eine Ebene, welche im Sinne eines Querschnitts senkrecht zur Sagitalebene steht und durch den Bereich der Gehäusemitte führt.
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Mit dem hier verwendeten Begriff "integriert" soll eine Anordnung im Innern des Gehäusematerials verstanden werden.
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Die Bezeichnung "magnetisch isoliert" wird hier verwendet, um ein magnetisch nicht kurzgeschlossenes Magnetelement zu bezeichnen. Um einen magnetischen Kurzschluss zu vermeiden, werden die beiden Magnetpole eines Permanentmagneten in nicht magnetisierbaren Werkstoffen (bspw. Messing, Aluminiun, etc.) eingebaut, d.h. von magnetisierbaren Werkstoffen (bspw. Eisen) getrennt. Darüber hinaus soll der Begriff "Signalsteilheit" in der Bedeutung des von Digitalsignalen bekannten Begriffs "Flankensteilheit" verwendet werden, d.h. die Steilheit [V/mm] des Ausgangssignals des Hallsensors bezeichnen, wobei V die Spannungsdifferenz des Ausgangssignals für einen bestimmten Hub des Ankerelements bezeichnet.
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Im Folgenden soll die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels und mit Hilfe der Figuren näher erläutert werden. Dabei zeigt:
- Fig. 1:
- Schematischer Längsschnitt (in der Sagittalebene) durch eine bevorzugte Ausführungsform eines erfindungsgemässen Stellantriebs in seiner ersten Endposition;
- Fig. 2:
- schematischer Querschnitt (in der Transversalebene) durch eine bevorzugte Ausführungsform eines erfindungsgemässen Stellantriebs in seiner ersten Endposition;
- Fig. 3:
- den Verlauf eines typischen Ausgangssignals eines Hallsensors entlang der Bewegungsachse.
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Der in Fig. 1 dargestellte Längsschnitt durch eine bevorzugte Ausführungsform eines erfindungsgemässen Umkehr-Hubmagneten (1) macht den prinzipiellen Aufbau desselben deutlich. Dabei umfasst dieser Umkehr-Hubmagnet (1) in bekannter Weise ein zylindrisches Metall-Gehäuse (2), in welchem zwei Magnetspulen (3, 3') eingebracht sind und welches ein entlang seiner zentralen Achse (A) verschiebbares Ankerelement (4) führt. Je nachdem welche der beiden Spulen (3, 3') bestromt ist, bewegt sich das Ankerelement (4) in die eine oder andere, d.h. ausgestossene oder eingezogene Endposition. Stirnseitig ist dieses zylindrische Metall-Gehäuse (2) jeweils von einem metallischen ersten (7) und einem zweiten (7') Shunt-Element gedeckelt. Diese metallischen Shunt-Elemente (7, 7') bestehen typischerweise aus einem ferromagnetischen Material. Mit diesem Ankerelement (4) ist ein zentral angeordneter Antriebsstift (5) fest verbunden, bspw. mittels eines Spannstifts (6), wobei der Antriebsstift (5) arbeitsseitig durch das erste Shunt-Element (7) hindurch und aus dem Metall-Gehäuse (2) hinausragt, um ein daran angekoppeltes Arbeitselement bewegen zu können. Die Funktionsweise dieser Art von Umkehr-Hubmagneten ist hinlänglich bekannt und wird hier nicht weiter erläutert. Für die mechanische Stabilisierung des Ankerelements (4) ist ein zentrales Führungselement (8) vorgesehen, welches einerseits mit seinem ersten Ende in das Ankerelement (4) verschiebbar eingreift und andererseits mit seinem anderen Ende im zweiten basisseitigen Shunt-Element (7') fest verankert ist. Um ein Verdrehen des Ankerelementes (4) zu vermeiden, greift ein im Bereich der Gehäusemitte unterseitig angebrachter Gewindestift (10) in eine Längsnut (9) dieses Ankerelements (4). Es versteht sich, dass die gleitenden Bauteile (Antriebsstift (5), Führungselement (8), etc.) je in einem wartungsfreien Lager, bspw. aus Polytetrafluoräthylen (PTFE) geführt sind.
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Eine auf einer Leiterplatte (11) angeordnete elektronische Steuerung ist in einem auf dem Metall-Gehäuse (2) befestigten Zusatzgehäuse (12) untergebracht. An diesem Zusatzgehäuse (12) ist ein Stecker-Element (13) für die Stromversorgung der, vorzugsweise mit einer Spannung von 24 V betriebenen Magnetspulen (3, 3') und für die Übertragung der Steuersignale für die elektronischen Steuerungen, insbesondere für die Steuerung der Halteleistung der Spulen und/oder für die Übertragung von Kommunikationsdaten, bspw. zu einer Maschine oder einem Roboter. Diese elektronische Steuerung umfasst einen Mikroprozessor, dank welchem die Magnetspulen (3, 3') in gewünschter Weise ansteuerbar sind.
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Die Magnetspulen werden hier also nicht direkt über die angelegte Versorgungsspannung (bspw. 24 V) geschaltet (on/off), sondern über die elektronische Steuerung gesteuert. Mit dieser Steuerung wird u.a. auch die Verlustleistung der Magnetspulen elektronisch reduziert, d.h. lässt sich der Energieverlust der Magnetspulen elektronisch reduzieren, womit gleichzeitig auch die Wärmeverluste durch die Magnetspulen reduziert werden. Auf dieser Leiterplatte (11) sind zwei LEDs (14) verschaltet, mittels welcher - wie später mit Hilfe der Fig. 2 näher erläutert wird - die zwei von Hall-Sensoren (15, 15') detektierten Endpositionen des Ankerelements (4) visualisiert werden können. Dazu weist dieses Zusatzgehäuse (12) zwei Leuchtelemente (18) in Form von Lichtleiter-Elementen auf, welche das Licht dieser beiden auf der Leiterplatte (11) angeordneten LEDs (14, 14') an der Aussenseite des Zusatzgehäuses (12) sichtbar werden lassen. Bei der bevorzugten Ausführungsform leuchtet eine der LEDs, wenn die erste Endposition (Hub = 20mm) des ausgestossenen (move-out) Ankerelements (4) erreicht ist und leuchtet eine zweite LED, wenn die zweite Endposition (Hub = 0mm) des eingezogenen (move-in) Ankerelements (4) erreicht ist. Es versteht sich, dass bei diesen Endpositionen keine der Magnetspulen bestromt zu sein braucht, obwohl die entsprechenden LEDs leuchten.
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Fig. 2 macht die erfindungsgemässe Detektion der Endpositionen des Ankerelements (4) mit Hilfe von zwei im Bereich der Gehäusemitte in der Transversalebene T radial zur Zentralachse (A) angeordneter Hall-Sensoren (15) und zwei mit diesen wechselwirkenden Magnetelemente (16) deutlich. Diese Fig. 2 zeigt den erfindungsgemässen Umkehr-Hubmagneten in seiner ersten (move-out) Endposition. Dabei steht ein erstes im Ankerelement (4) radial eingepasstes Magnetelement (16) einem in der Gehäusemitte ebenfalls radial angeordneten Hall-Sensor (15) benachbart gegenüber und erzeugt der Hall-Sensor (15) in dieser Position wegen des Magnetfeldes des permanentmagnetischen Magnetelementes (16) ein elektrisches Schaltsignal. Dieses Signal wird über ein Leiterelement (17) zur Weiterverarbeitung einer auf der Leiterplatte (11) verbauten elektronischen Steuerung und deren Mikroprozessor zugeführt, um eine erste (14) der beiden LEDs zu aktivieren. Dieser Permanentmagnet ist im Ankerelement (4) magnetisch isoliert, bspw. in einer Halterung aus Messing oder Aluminium eingebettet.
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In analoger Weise wird eine zweite LED aktiviert, wenn das Ankerelement (4) in seiner zweiten (move-in) Endposition steht, und gleichzeitig ein in dem Ankerelement (4) radial eingepasstes zweites permanentmagnetisches Magnetelement (Permanentmagnet) bei dieser zweiten Endposition einem zweiten radial angeordneten Hall-Sensor benachbart gegenüberliegt.
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Dabei liegen die zwei im Bereich der Gehäusemitte in der Transversalebene T in unterschiedlichen Radialrichtungen (R1, R2) angeordneten Hall-Sensoren (15, 15') und ihre jeweils damit benachbart angeordneten Magnetelemente (16) in einem Winkel zueinander, welcher dem zur Verfügung stehenden Raum für die erforderlichen Bauteil, insbesondere dem Ankerradius, dem Metallgehäuseradius und den Dimensionen der Halterungen für die Hall-Sensoren und Permanentmagnete angepasst ist. Vorzugsweise liegen die Radialrichtungen (R1, R2), nach denen die Hall-Sensoren (15) und ihre jeweilig benachbart angeordneten Magnetelemente (16) ausgerichtet sind, derart dass diese Radialrichtungen (R1, R2) jeweils in einem Winkel α = 24° zur Sagittalebene S des Magnet-Gehäuses (2) geneigt liegen. Es versteht sich, dass die jeweiligen Leiterelemente (17) vorzugsweise direkt vom jeweiligen Hall-Sensor (15) ins Innere des Zusatzgehäuses (12) führen und dort mit der jeweiligen auf der Leiterplatte (11) angeordneten LED (14) verbunden sind.
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Gemäss vorliegender Erfindung ist darüber hinaus die Stellgenauigkeit der Endpositionen des Ankerelementes maximiert. Dazu ist die Lage, d.h. die kartesische Positionierung (im kartesischen Koordinatensystem) als auch die winkelspezifische Ausrichtung der Magnetelemente (16) und Hallsensoren (15) eines Detektorpaaares zueinander und innerhalb ihrer jeweiligen Einbettung (Abschirmung) auch einzeln justiert, um insbesondere die Feldlinienstreuung im Bereich der jeweiligen Hallsensoren (15) zu minimieren, d.h. die Feldliniendichte von Nutzfeld und Störfeld in diesem Bereich zu optimieren. Bei einer bevorzugten Konfiguration der vorliegenden Vorrichtung sind die intrinsische Polarisationsrichtung des Magnetelementes (16) und die Orthogonalität des dazugehörigen Hallsensors (15) aufeinander abgestimmt, um insbesondere deren Geometrie- und Orthogonalitätsfehler (u.a. Fertigungsfehler) zu eliminieren. Diese Fehlerelimination führt zu einer überraschend deutlichen Steigerung der Steilheit des Ausgangssignals der Hallsensoren im Bereich ihrer Signalsprungstellen und erlaubt damit eine wesentliche Steigerung der Schaltgenauigkeit und damit der Stellgenauigkeit der jeweiligen Endpositionen des Ankerelementes (4).
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Der Verlauf eines typischen Ausgangssignals (AS) des Hallsensors eines justierten Detektorpaares entlang der Bewegungswegs ist aus Fig. 3 ersichtlich. Bei diesem beispielhaften Signalverlauf (AS) ist der erfindungsgemässe Stellantrieb in seiner ersten Endposition (Stoss, ausgefahrene Stellung), d.h. bei 0.0 mm Hub und einer Feldstärke von 0.0 T ausbalanciert. Mit zunehmender Verschiebung des Ankerelementes (4) in Richtung der zweiten Endposition (Zug, eingefahrene Stellung) macht sich das im Ankerelement (4) verlaufende Streufeld des Magnetelementes (16), hier auch Störfeld (f(S)) genannt, bemerkbar und führt in der Anzugsphase vorerst zu einem negativen Ausgangssignal von bspw. -1.7 VDC bei einer Feldstärke von -0.03 T. Im Bereich der zweiten Endposition des Ankerelementes (4) weist das Ausgangssignal (AS) wegen der einander nahestehenden Stellung des Detektorpaares eine Signalsprungstelle auf, um dann bei einem Signalwert des Ausgangssignals von 4.9 VDC zu verharren. In dieser zweiten Endposition macht sich im Wesentlichen das direkte Magnetfeld des Magnetelementes (4), hier auch Nutzfeld (f(N)) bezeichnet, bemerkbar und beträgt 4.9 VDC bei einer Feldstärke von +0.2 T. Dabei weist dieses positionsabhängige Ausgangssignal im Bereich dieser Signalsprungstelle eine Signalsteilheit von mindestens 2.4 VDC [ΔUHALL ] pro 2.5 mm [Verschiebungsweg des Ankerelements] auf. Der Schaltpunkt (SP) für die Steuerung der Magnetspulen (3) ist in diese Signalsprungstelle gelegt. In einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist die Steilheit dieser Signalsprungstelle maximiert, insbesondere um die Schaltgenauigkeit für die Steuerung der Magnetspulen zu verbessern. Diese Präzisierung wird, wie oben näher beschrieben, durch die Justierung der Lage der einzelnen und zusammenwirkenden Elemente jedes Detektorpaares in ihrer jeweiligen Einbettung erzielt. Damit lässt sich die Stellgenauigkeit (g) des Ankerelementes derart präzisieren, dass diese weniger als 1 mm (g < 1 mm), insbesondere weniger als 0.5 mm (g < 0.5 mm) und vorzugsweise weniger als 0.25 mm (g < 0.25 mm) beträgt.
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Es versteht sich, dass das Ausgangssignal des zweiten oder weiteren Detektorpaares einen analogen Verlauf zeigt.
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In einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemässen Stellantriebs (1) sind die permanentmagnetischen Elemente (16) aus einem Kunststoff, bspw. aus PANiCNQ gefertigt.
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Die Vorteile sind dem Fachmann unmittelbar ersichtlich und vorerst in dem wartungsfreien und kompakten Aufbau zu sehen, für welchen im Wesentlichen alles Standard-Bauteile verwendet werden können, bspw. Umkehr-Hubmagnete, Hall-Sensoren, Stecker-Elemente bekannter Art. Die elektronische Steuerung erlaubt nicht nur eine schnelle und präzise Endlagen-Bestimmung, sondern auch eine elektronische Minimierung der Verlustleistung der Magnetspulen und damit auch eine erhebliche Reduktion der Wärmeverluste dieser Magnetspulen bei hoher Haltekraft, d.h. führt zu einer energiesparenden und effizienten Betriebsweise. Darüber hinaus erlauben die radialen Anordnungen der Hall-Sensoren (15, 15') und deren zugeordnete Magnetelemente (16, 16') einen besonders platzsparenden Aufbau. Mit der Verwendung beschichteter Gleitflächen, insbesondere von mit Polytetrafluoräthylen (PTFE) beschichteter Lager, kann der vorliegende Stellantrieb auch langfristig wartungsfrei betrieben werden. Für die, im Vergleich zu bekannten Stellantrieben, verblüffend hohe Präzision der Stellgenauigkeit (g) des Ankerelementes ist die Lage der einzelnen Elemente (15, 16) der jeweiligen Detektorpaare einzeln und zueinander derart justiert, dass die Signalsteilheit an der Signalsprungstelle des Ausgangssignals im Bereich der jeweiligen Endposition maximiert ist, wobei für die Präzisierung der Schaltgenauigkeit ein Schaltpunkt für die Steuerung der Magnetspulen im steilsten Bereich dieser Signalsprungstelle festgelegt ist.
Referenzzeichenliste
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- 1
- linearer Stellantrieb
- 2
- Metall-Gehäuse
- 3, 3'
- Magnetspulen
- 4
- Ankerelement
- 5
- Antriebsstift
- 6
- Spannstift
- 7
- erstes Shunt-Element (arbeitsseitig)
- 7'
- zweites Shunt-Element (basisseitig)
- 8
- Führungselement
- 9
- Längsnut
- 10
- Gewindestift
- 11
- Leiterplatte
- 12
- Zusatzgehäuse
- 13
- Stecker-Element
- 14
- LED
- 15, 15'
- Hall-Sensoren
- 16
- Magnetelement
- 17
- Leiterelement
- 18
- Leuchtelemente
- A
- Zentralachse
- H
- Hublänge
- S
- Sagittalebene
- T
- Transversalebene
- R1, R2
- Radialrichtungen
- AS
- Ausgangssignal
- f(S)
- Ausgangssignal im Bereich des Störfeldes
- f(N)
- Ausgangssignal im Bereich des Nutzfeldes
- SP
- Schaltpunkt im Bereich der Signalsprungstelle