SE515159C2 - System för att axialt manövrera en axel - Google Patents

Description

»asus 10 15 20 25 30 .o . u - u . . u n Q n .Q 2515159 2 Enligt uppfinningen omfattar således systemet funktionsblock som utgör en drivenhet för att driva axeln i en riktning och att bromsa, låsa eller frikoppla axeln i den andra riktningen. Systemet omfattar också funktionsblock som utgör en backspärr, dvs som utlöses när t ex en fjäder på axeln har 'laddatsfl dvs tryckts ihop eller dragits ut av en drivenhet, samt kombinationer av dylika funktionsblock.

En drivenhet för en axel, respektive en backspärr, omfattar en magnetkärna med spole sarnt en rörlig magnetdel som kan inta ett draget läge och ett icke-draget läge.

Altemativt kan endera av magnetdelarna utgöras av en permanentrnagnet. Dessutom innefattas låsmedel för att låsa/frikoppla axeln vid den rörliga magnetdelen.

Enligt en utföringsfonn avser systemet kombinationen av åtminstone en drivenhet, vars rörliga magnetdel flyttas mellan två lägen vid strömmatning, därvid medflyttande en axel i en riktning. Axeln i sin tur utför ett arbete vilket exempelvis kan vara hoptryckande av en fjäder anordnad på axeln. Systemet innefattar dessutom en backspärr som håller fjädern.

Fjäderns hoptryckning stoppas i önskat läge på axeln via en lägesavkännare och fjädern utlöses genom att backspärren magnetiseras och dess låsning fiisläpps. Förloppet är företrädesvis datorstyrt.

Enligt en annan utföringsfonn anordnas två enheter med vardera åtminstone en drivenhet och en backspärr, varvid drivenhetema vardera laddar en fjäder som utlöses av backspärren vid önskat läge på respektive axel. Enhetema är anordnade på ömse sidor om en manöverann för att driva manöverarrnen åt var sitt håll med långsarn laddning via drivenheten och följ ande snabb utlösning av backspärren. Även detta system är företrädesvis datorstyrt. Övriga kännetecken för uppfinningen anges i de åtföljande kraven.

Beskrivning av ritningar Uppfinningen skall nu beskrivas närmare med hjälp av utföringsexempel åskådliggjorda på de åtföljande ritningar-na.

Figur 1 visar schematiskt grundelementen hos systemet enligt uppfinningen; Figur 2 A, B visar exempel på funktionsblock och deras kombination enligt uppfinningen; Figur 3 visar en utföringsform av en drivenhet enligt uppfinningen med fñkopplad axel; Figur 4 visar ett altemativt utförande för läsning av axeln; Figur; 5 A, B visar två altemativa sätt att styra en drivenhet; Figur 6 visar en utföringsfonn av en backspärr enligt uppfinningen; O:\users\KR\SEM DRIVE\case 83t.doc :anno 10 15 20 25 30 I C I I I I O I I I I. 515159 3 Figur 7 visar ett system enligt uppfinningen innefattande laddning och utlösning av en fjäder; Figur 8 visar en applikation enligt uppfinningen innefattande två system enligt vad som visas i figur 7.

Beskrivning av utföringsexempel Figur 1 visar elektromekaniska grundelement som ingår i systemet enligt uppfinningen. En axel 1 är i allmänhet gemensam för en hel systemuppbyggnad. En elektriskt styrd drivenhet 2 är anordnad att driva axeln i endera riktningen. Drivenheten 2 kan vara utförd på olika sätt och flera drivenheter kan kombineras för att få en önskad driveffekt.

Exempelvis kan en drivenhet 2 som driver axeln 1 med stor krafl åt ena hållet kombineras med en eller flera drivenheter 2 som driver axeln med mindre kraft åt det andra hållet. En spärrenhet 3 kan även vara anordnad till axeln l, vilken spärrenhet är elektriskt styrd och kan användas ensam eller i kombination med t ex drivenhet 2. En dator eller annat styrorgan (ej visade på ritningen) är anordnad för att styra de visade enheterna. Förutom de visade enheterna kan även lägesgivare och andra sensorer och element ingå i systemet.

Figur 2 visar exempel på funktionsblock med olika egenskaper som är anordnade på en axel och åstadkommer förflyttning av axeln på olika sätt och med olika karakteristiker.

Figur 2A visar en drivenhet 2 som kan driva axeln 1 i pilens riktning. I figur 2 B visas två kombinerade drivenheter 2 vilka driver axeln 1 i varsin riktning. Förflyttningen sker genom att drivenheterna 2 stegvis matar fram axeln 1. Denna frarmnatriing kan åstadkommas med fasta eller variabla steg beroende på det resultat som önskas. I figur 2 B visas ett exempel där en dator 4 driver de två drivenhetema 2 i en återmatad servokoppling 5 för lägesbestämning.

I systemet enligt uppfinningen kan ytterligare enheter ingå. En mer ingående beskrivning av några funktioner och kombinationsmöj ligheter följ er nedan.

Figur 3 visar ett exempel på den elektromekaniska uppbyggnaden av en drivenhet 2.

En magnetkrets bildas av en kärna 6 som magnetiseras av en lindning 7 och som då påverkar en rörlig magnetdel 8 så att den rörliga delen dras mot kärnan 6, dvs i pilens riktning. Den rörliga magnetdelen är fjäderbelastad ut från käman 6 medelst en fjäder 9. Magnetisk återföring åstadkoms genom ett hölje 10.

Om lindningen 7 matas med pulsad ström kommer den rörliga magnetdelen 8 att växelvis dras mot kärnan 6 av magnetkrafien och växelvis skjutas tillbaka av fjäderkraften.

O:\users\KR\S EM DRIVE\case 83t.doc »anar 10 15 20 25 30 a n - o qo 1515159 4 När den rörliga magnetdelen 8 dras mot käman 6 finns kulor eller rullar ll anordnade för att åstadkomma en låsning mellan en låsdel 12, dvs i detta fall en konforrnad del, hos den rörliga magnetdelen 8, och axeln l och ett stopp 13, anslutet till höljet 10, som stoppar kuloma eller rullama 11. Vid en åstadkommen låsning förflyttas axeln 1 med den rörliga magnetdelen 8 då denna dras mot den magnetiserade kärnan 6. Genom att den rörliga delen 8 är tjäderbelastad och kuloma eller rullama ll stoppas mot stoppet 13 kommer axeln 1 att normalt vara frikopplad när den rörliga magnetdelen 8 inte dras mot kärnan 6, dvs då kärnan inte är magnetiserad av ström, såsom visas i figur 3.

Magnetkretsen kan naturligtvis vara utformad på annat sätt. Exempelvis kan permanentmagneter med eller utan spole användas och den rörliga magnetdelen kan utgöras av en permanentmagnet.

Fjädem kan även ersättas av en 'magnetisk kraft' och kulorna eller rullarna kant ex utgöras av kilfonniga element el. dyl. med därtill anpassad låsdel.

Drivenheten 1 kan kombineras med en vanlig friktionsbroms som bromsar axelns rörelse då axeln är frikopplad från låsdelen.

I stället för den i figur 3 visade läsningen med kulor eller rullar ll och konformad låsdel 12 kan andra alternativa låsningsariordningar anordnas, se figur 4.

Figur 4 visar en alternativ låsning av axeln 1 gentemot den rörliga magnetdelen 8 medelst en klaff 14 som är försedd med ett hål med en diameter som är något större än diametern på axeln 1. Klaffen 14 är lagrad i en punkt A och pressas mot axeln med en tjäderkrafi B. På detta sätt fås en spärr- eller låsverkan. Om lagringspunkten A utsätts för en kraft i riktningen för pilen C så kommer axeln 1 att följa med. Klaffen 14 har ett viloläge som avlastar fiäderkraften B så att en frikoppling erhålls på ett liknande sätt som vid utförandet med kulor enligt figur 3.

Genom att kombinera en magnetkrets enligt figur 3 med en låsning enligt figur 4 erhålls en mycket enkel och prisvärd lösning.

Figur 5 A visar exempel på drivenhetens styrelektronik. Figur 5 A visar hur en enkel pulsgenerator 15 med fast eller föränderlig frekvens driver magnetkretsen direkt, utan återmatning. Detta ger en mycket enkel och kostnadseffektiv lösning för enkla applikationer.

Figur 5 B visar hur en återmatning av den rörliga magnetdelens läge, detekterat av en sensor 16, åstadkommer en ”mekanisk oscillator”. Den rörliga magnetdelen 8 bringas att röra sig mellan sina ändlägen, enligt den visade dubbelpilen, med största möjliga hastighet. I detta altemativ finns möjlighet att styra hur långt den rörliga delen skall 'släppas tillbaka' innan den återigen dras mot kärnan. Genom att på så sätt styra lufigapet i magnetkretsen kan en O:\users\KR\SEM DRIVE\case 83t.doc ~ . n man; nu. min: 100 10 15 20 25 30 I a o . ~ | v . n n o' 515159 5 ”elektronisk växellåda” erhållas. Om nämligen luftgapet i magnetkretsen är litet är dragkrafien stor och vice versa.

Figur 6 visar den mekaniska uppbyggnaden av en spärrenhet. Spärrenheten fungerar som en elektriskt styrd backspärr för axeln 1. Den ersätter fiiktionkopplingen som nämnts ovan. Funktionen är följ ande.

Om vi antar att axeln 1 är utsatt för ett fjädertryck i riktningen för pilen A så kommer kulor eller andra låselement 17 att spärra axeln 1 genom en låsdel 18 som är fast förankrad.

En svag fjäder 19 ser till att kuloma hålls på plats. I detta tillstånd utgör spärrenheten en backspärr för axeln 1 som alltså kan drivas i riktningen för pilen B även om pilen A representerar en fjäderkrafi. Den rörliga magnetdelen 20 med en rörforrnig förlängning 21, vilken förlängning utgör ett rör som är placerat mellan axeln 1 och den rörformiga magnetkäman 22 och sträcker sig från den rörliga magnetdelen 20 på ena sidan om käman 22 till kuloma 17 som är belägna på den andra sidan om kärnan, är anordnad att påverka kulorna 17, då den rörliga magnetdelen genom magnetisering dras mot kärnan 22. På detta sätt upphör kulomas 17 anliggning mot läsdelen 18, låsfunktionen upphör och axeln l kan röra sig fritt.

Pilen A representerar en fjäder som tryckts ihop av axeln, 1, dvs axeln 1 har laddat fjädern genom att flyttas i riktningen för pilen B i det visade exemplet. Fjädern utlöses genom att backspärren matas med ström så att den rörforrniga förlängningsdelen 21 påverkar kulomas 17 anliggning mot låsdelen 18.

Givetvis kan magnetkrets och fjädrar vara arrangerade så att förhållandet blir motsatt och ström krävs för att spärr-funktionen skall finnas och spärrenheten utlöses av att strömmatningen upphör.

Naturligtvis kan spärrenheten utföras med klafflåsning enligt figur 4 i stället för kulor eller rullar eller andra låselement.

Figur 7 visar en applikation i samband med växellådor där behovet av snabba rörelser finns, vilka rörelser övervakas av lägesavkärming. I det visade exemplet finns en växelförare, dvs axeln 1, som kan inta fyra eller fler altemativa lägen 1-4. I allmänhet finns relativt stora kraftbehov. Detta kan givetvis åstadkommas på konventionellt sätt med servomotor med de traditionella problemen med accelerationstider och översväng, och ger i allmänhet komplicerade och dyra lösningar. Genom att kombinera enheter ur systemet enligt uppfinningen ges möjlighet till en enkel lösning som har stor snabbhet.

En drivenhet 23, t ex såsom den enligt figur 3, laddar en fjäder 24 som hålls av en spärrenhet 25, såsom den enligt figur 6. Läget för axeln 1 övervakas av en lägeskärmare 26, t ex en potentiometer, vilken kan stoppa axeln i önskat läge. I figuren har lägena m angivits O:\users\KR\SEM DRIVE\case 83t.doc 10 15 515159 6 men givetvis kan även kontinuerliga lägen erhållas. Eventuellt kan en stötdämpande anordning 27 ingå i systemet för att reducera rörelsens hastighet.

Den i figur 7 visade kombinationen ger ett system där rörelsen för axeln är mycket snabb åt det håll där fjäder löser ut, dvs åt vänster i figur 7, medan där det krävs mer tid för att ladda tjädem, dvs flytta axeln ät höger i figur 7.

Figur 8 visar en tillämpning av systemet visat i figur 7. I figur 8 visas sålunda två åt olika håll verkande anordningar 28, 29, vilka kan vara utförda enligt figur 7. Med denna uppbyggnad erhålls en mycket snabb inställning av exempelvis en växelvälj are. Enheterna 28, 29 har normalt ett ”hemmaläge” med laddad fjäder på respektive axlar 1. När datorn 30 ger signal för förändring till en lägesgivare 31 för ändring av en manöverarms 32 läge, t ex från 3 till i så kommer spärrenheten 29 till höger i figuren att ”lösa ut” sin fjäder till önskat läge och föra med sig manöverarmen 32 för att sedan direkt återgå till sitt ”hemmaläge” och därvid även ladda fiädern.

Det är uppenbart för fackmannen att de här beskrivna utföringsexemplen endast skall betraktas som exempel och att systemet enligt uppfinningen kan varieras på många olika sätt inom uppfinningens område.

O:\users\KR\SEM DRIVEÅcase 83t.doc

Claims (7)

10 15 20 25 30 515 159 7 PATENTKRAV

1. System för att axialt manövrera en axel (1), t ex en växelväljaraxel i en växellåda, vilket system omfattar: - minst en elektromagnetisk drivenhet (23) med medel för att låsa axeln för medrörelse med drivenheten med variabla steg, variabel hastighet och variabel krafi i en riktning, och frikoppla axeln från drivenheten i den andra riktningen, samt - minst en elektromagnetisk backspärrenhet (25) med låsmedel för att spärra axeln i den motsatta riktningen, k ä n n et e c k n a t a v att axeln (1) är anordnad att drivas i nämnda ena riktning till ett visst läge medelst en drivenhet (23), varvid axeln (1) är anordnad att trycka ihop (ladda) en fjäder (A, 24), vilken fjäder hålls i sitt läge av backspärrenheten (25), varefter fjädern (A, 24) utlöses genom att backspärrenheten (25) magnetiseras varvid dess låsmedel fiisläpps och axeln' snabbt återgår till önskat läge.

2. System enligt krav 1, k ä n n e t e c k n at a v att medlen hos drivenheten för att låsa axeln (1) innefattar en spärrdel med en klaff (14) som är anordnad att pressas mot axeln så att axeln följer med klaffen då denna flyttas med en viss kraft och fiikopplas om flyttkraften upphör. (Figur 4)

3. System enligt krav 1, k ä n n e t e c k n at a v att medlen hos drivenheten för att låsa axeln (1) innefattar rullar eller kilfonnade element som kläms fast mellan en låsdel (12) och axeln. (Figur 3)

4. System enligt krav 1, k ä n n e t e c k n at a v att medlen hos drivenheten för att låsa axeln innefattar en friktionsbroms ansluten mellan drivanordningen och axeln.

5. System enligt något föregående krav, k ä n n e t e c k n a t a v att strömmen till de elektromagnetiska enheterna styrs av en dator (4).

6. System enligt något föregående krav, k ä n n e t e c k n a t a v att axelns (1) position detekteras med en sensor (16) vars resultat återmatas via en dator och styr systemets strömmatning. (Figur 5 B) \\PDC\SPB_DOKUMEN'l'\Patent\l 100-\1 1001 5500se\0l 0l23hav.doc i 51 s 159 z

7. System enligt något föregående krav, k ä n n e t e c k n at a v två enheter (28, 29) med vardera åtminstone en drivenhet och en backspärr, varvid drivenhetema vardera laddar en fjäder som utlöses vid önskat läge på axeln, vilka enheter är anordnade på ömse sidor om en manöverami (32) för att driva manöverarmen åt motsatta håll med långsam laddning och följ ande snabb utlösning. (Figur 8) \\PDC\SPB_DOKUMEN'I\Patcnt\l 100-\l 1001 5500se\0l 01 23krav.doc