DE2225345B2 - Steuerungsvorrichtung für den Antrieb von Arbeitsspindeln und zum Stillsetzen der Arbeitsspindeln in einer oder mehreren wählbaren Winkelstellungen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Steuerungsvorrichtung für den Antrieb von Arbeitsspindeln und zum Stillsetzen der Arbeitsspindeln in einer oder mehreren ählbaren Winkelstellungen, bei der als Winkelgeber mindestens eine drehfest mit der Arbeitsspindel verbundene Magnetfeldquelle vorgesehen ist, die mit mindestens einem ortsfesten Hallgenerator in Wirkverbindung steht, dessen Ausgangssignals elektrischen Auswert- und Verstärkereinrichtungen zuführbar sind.

Steuerungsvorrichtungen der vorstehend genannten Gattung sind aus der deutschen Auslegeschrift 657 bekannt. Bei Positionierantrieben stellt sich jedoch häufig das Problem, daß nicht nur die Winkelstellung der Arbeitsspindel, sondern auch deren Drehzahl ermittelt werden muß. Dies ist insbesondere in allen den Fällen erforderlich, in denen eine auf einem Soll-Istwert-Vergleich beruhende Drehzahlregelung vorgenommen wird. Für diese Zwecke wurden bisher stets zwei getrennte Meßsysterne eingesetzt, nämlich ein Winkelgeber und ein unabhängig davon arbeitender Drehzahlmesser. Winkelgeber und Drehzahlmesser der bekannten Positionierantriebe bedingen jedoch einen verhältnismäßig großen Aufwand.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, diesen Aufwand zu verringern.

Ausgehend von einer Steuerungsvorrichtung der eingangs genannten Gattung ist diese Aufgabe erfin-

dungsgemäß dadurch gelöst, daß die Magnetfeldquelle als axial magnetisierter Ringmagnet mit mindestens einer weichmagnetischen Polscheibe ausgebildet ist, daß zwei Gruppen von mit dem Hallgenerator zusammenwirkenden Polscheibenzähnen vorgesehen sind, wobei die eine Gruppe von Zähnen als Positionszähne in einer der Erzeugung von Positionsimpulsen entsprechenden Verteilung angeordnet ist und die zweite Gruppe von Zähnen aus einer Mehrzahl von in Umfangsrichtung symmetrisch verteilten Drehzablrneßzähnen zur Erzeugung von Drehzahlmeßimpulsen besteht, und daß eine Impuls-Trenneinrichtung zur Unterscheidung zwischen den einerseits von den Positionszähnen und andererseits von den Drehzahlmeßzähnen am HaHgenerator ausgelösten Impulsen vorhanden ist.

Die Erfindung ermöglicht es, mittels ein und desselben Systems sowohl vorgegebene Winkelstellungen der Arbeitsspindel als auch die Spindeldrehzahl zu bestimmen. Winkelgeber und Drehzahlmesser bilden baulich und funktionell eine Einheit. Sie können infolgedessen preiswert gefertigt und besonders einfach montiert werden. Gewicht und Raumbedarf sind klein. Bei den Polscheiben handelt es sich um billige Stanzteile.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung können die Positionszähne Teil einer Polscheibe einer Polarität und die Drehzahlmeßzähne Teil einer Polscheibe der anderen Polarität sein und durch die Impuls-Trenneinrichtung die Positionsimpulse vor den Drehzahlmeßimpulsen auf Grund der unterschiedlichen Polung unterscheidbar sein. Dreht sich die Arbeitsspindel und laufen infolgedessen die Polscheibenzähne an dem HaHgenerator vorbei, gibt dieser für jeden Positionszahn einen Impuls der einen Polarität und für jeden Drehzahlmeßzahn einen Impuls der anderen Polarität ab. Die Impuls-Trenneinrichtung braucht dann nur noch zwischen den Polaritäten der anfallenden Impulse zu unterscheiden.

Entsprechend einer abgewandelten Ausführungsform der Erfindung trägt eine Polscheibe sowohl Drehzahlmeßzähne als auch mindestens einen Positionszahn, besitzen die Positionszähne eine von der Winkelbreite der Drehzahlmeßzähne abweichende Breite und unterscheidet die Trenneinrichtung die Positionsimpulse auf Grund der unterschiedlichen Impulsbreite \on den Drehzahlmeßimpulsen. Diese Ausbildung erlaubt es, einen kombinierten Winkelgeber und Drehzahlmesser aus einer minimalen Anzahl von Bauteilen, nämlich einem Ringmagneten, einer Polscheibe und einem HaHgenerator, aufzubauen.

Zur Erzeugung zusätzlicher Positionsimpulse kann mindestens ein weiterer Hallgenerator vorgesehen sein, der gegenüber dem füi die Erzeugung von Drehzahlmeß- und Positionsimpulsen ausgenutzten HaHgenerator in der Drehrichtung des Ringmagneten um einen vorbestimmten Winkel versetzt angeordnet ist. Dieser Ausführungsform kommt besondere Bedeutung zu, wenn es darum geht, dicht benachbarte Stellungen der Arbeitsspindel auch bei verhältnismäßig hohen Relativgeschwindigkeiten zwischen denPol-Scheibenzähnen und den Hallgeneratoren sauber voneinander zu trennen. Bei Verwendung eines einzigen Hallgenerators kann in solchen Fällen die Auflösung für die einzelnen Impulse zu gering werden.

Die Hallgeneratoren können in gleichem radialem Abstand von der Drehachse des Ringmagneten in unterschiedlichen, senkrecht zur Drehachse stehenden Ebenen angeordnet sein. Es ist aber auch möglich, die Hallgeneratoren in unterschiedlichen radialen Abständen von der Drehachse des Ringmagneten in derselben senkrecht zur Drehachse stehenden Ebene anzuordnen. Auch eine Kombination der beiden vorgenannten Alternativen ist möglich. Dabei können Positionszähne ein und derselben Polscheibe mit mehreren Hallgeneratoren zusammenwirken.
Noch mehr Abwandiungsmöglichkeiten werden erhalten, wenn auf der Arbeitsspindel oder einer synchron damit angetriebenen Welle mehrere Ringmagnete festklemmbar angeordnet werden, deren Pole mittels weichmagnetischer Pokcheiben in Form, Zahl und Winkellage variierbar sind. Die Polscheiben können bedarfsweise gegen Polscheiben mit anderer Zahnverteilung ausgetauscht werden. Auf diese Weise kann wechselnden Betriebserfordernissen rasch und einfach Rechnung getragen werden. Nebeneinanderliegende Ringmagnete können dabei im Bedarfsfall durch Scheiben aus nichtmagnetischem Material voneinander getrennt sein.

Um kurze Impulse und damit hohe Positionsgenauigkeiten zu erzielen, können die Polscheibenzähne zugespitzt sein.

Die Hallgeneratoren können in ein gemeinsames Kunststoffspritzteil eingesetzt sein. Der umlaufende Teil der Steuerungsvorrichtung kann in dem feststehenden Teil dieser Vorrichtung doppelt gelagert sein, um auch bei unrundem Lauf der die Magnetfeldquelle tragenden Spindel oder Welle für eine hohe Konstanz der Impulse zu sorgen. Im allgemeinen reicht jedoch eine einfache Lagerung des umlaufenden Teiles der Steuerungsvorrichtung aus. Es muß nur dafür gesorgt sein, daß die Hallgeneratoren beim Verbeilauf der Polscheibenzähne bis in die Sättigung ausgesteuert werden, um eine genaue Auswertung zu erreichen. Die mit der Erfindung eröffneten Variationsmöglichkeiten erlauben es beispielsweise, die Gruppe der Positionszähne so auszubilden, daß bei Zick Zack-Nähmaschinen zwischen Nadelstellung links und Nadelstellung rechts gesteuert werden kann.

Die Erfindung wird im folgenden an Hand eines in der Zeichnung schematisch dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigt

Pig. 1 einen Aufriß der erfindungsgemäßen Steuerungsvorrichtung nach Abnahme der Abdeckung,

F i g. 2 einen Schnitt ^nliang der Linie II-II der F i g. 1 und

Fig. 3 ein Prinzipschaltbild eines mit der Steuerungsvorrichtung nach der Erfindung ausgestatteten Posiiionierantriebes.

Die in den F i g. 1 und 2 veranschaulichte Steuerungsvorrichtung weist einen Drehkörper! auf, der auf das eine Ende der nicht dargestellten Arbeitsspindel oder auf eine synchron damit angetriebene Welle aufgesteckt und mittels einer Stellschraube gehalten wird, die in eine Gewindebohrung 2 des Drehkörpers 1 eingeschraubt wird. Auf den in F i g. 2 rechten, verringerten Durchmesser aufweisenden IuI 3 des Drehkörpers 1 sind zwei Kugellager 4,5 aufgezogen, deren Außenringe 6,7 in einem stillstehenden Gehäuseteil 8 sitzen. An dem Gehäuseteil 8 ist mittels Schrauben 9 ein Kunststoffspritzteil 10 befestigt, in das zwei Hallgeneratoren 11, 12 eingesetzt sind, die in Drehrichtung des Drehkörpers 1 um einen vorbestimmten Winkel versetzt sind und die in gleichem radialem Abstand von der Drehachse 13

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des Drehkörpers 1 liegen (Fig. 1) und die in unterschiedlichen, senkrecht zur Drehachse 13 stehenden Bbehen angeordnet sind (Fig. 2).
Ί Der Teil 3 des Drehkörpers 1 trägt auf seinem in Fig.2 rechten Ende eine Muffe 15 mit einem Flansch 16. Auf die Muffe 15 sind sandwichartig leine Polscheibe 17, ein axial magnetisierter, dauermagnetischer Ringmagnet 18, eine nichtmagnetische Scheibe 19, eine Pqlscheibe 20, ein weiterer axial magnetisierter, dauennagnetischer Ringmagnet 21 und eine Pölschcibe 22 aufgereiht. Mittels einer Schraube 23, die in eine von der Stirnfläche des Teils 3 des Drehkörpers 1 ausgehende Cewindebohrung des Drehkörpers eingeschraubt ist, können die Bauteile 17 bis 7Λ über ein Klemmstück 24 gegen den Flansch 16 der Muffe 15 gepreßt werden. Dadurch wird gleichzeitig die Muffe 15 gegen den Innenring 25 des Kugellagers 5 gepreßt, der sich seinerseits in axialer Richtung über den Innenring 26 des Kugellagers 4 gegen einen Bund 27 des Drehkörpers 1 abstützt. Eine Abdeckung 28 schließt den in F i g. 2 rechten Teil der Anordnung ab.

Die Polscheibe 17 ist mit einta Folge von in Umfangsrichtung symmetrisch verteilten Drehzahlmeßzähnen 30 ausgestattet, die (in Umfang'-'-ichtung) gleiche Breite besitzen. Die Polscheibe 17 trägt ferner einen in der Ebene der Drehzahlmeßzähne 30 liegenden PositiG.iszahn 31 sowie einen aus der Ebene der Polscheibe 17 abgebogenen Positionszahn 32. Im veranschaulichten Ausführungsbeispiel haben die Positionszähne 31, 32 eine im Vergleich zu den Drehzahlmeßzähnen 30 größere Breite.

Die Polscheibe 20 ist mit einem angespitzten Positionszahn 33 versehen, wählend die Pcischeibe 22 einen abgebogenen Posiuonszahn 34 aufweist, der in F i e. 2 gestrichelt nach Drehung in Jse unterste Stellung angedeutet ist. Der Hallgenerator 11 liegt in der gleichen Radialebene wie die Drehzahlmeßzähne 30 und der Positionszahn 31, während sich der Hallgenerator 12 in der gleichen Radialebene befindet wie die Positionszähne 32, 33 und --He Spitze des Positionszahnes 34. Bei der verarmt uaulichten Ausführungsform bilden die Drehzahlmeßzähne 30 sowie die Positionszähne 33, 32 und 33 magnetische Nordpole, während der Positionszahn 34 einen magnetischen Südpol darstellt.

Dreht sich die mit dem Drehkörper 1 verbundene Arbeitsspindel und laufen infolgedessen die Polscheibenzähne an den Hallgeneratoren 11, 12 vorbei, entstehen am Ausgang der Hallgeneratoren Impulse mit einer von der Polarität der Polscheibenzähne abhängigen Polung und einer von der Breite der Polscheibenzähne abhängigen Impulsdauer.

Gemäß F i g. 3 sind die Hallgeneratoren II, 12 über je einen Verstärker 38 bzw. 39 mit einer Auswertlogik 40 verbunden. An die Auswertlogik 40 ist über einen Soll-Istwert-Vergleicher 41 ein Drehzahlregler 42 für einen Positionierantrieb 43 angeschlossen. Mit der Auswertlogik 40 und dem Soll-Istwert-Vergleicher 41 ist ferner eine Positionslogik 44 verbunden, an die positionsabhängig zu steuernde Aggregate angeschlossen sind.

Die Auswertlogik 40 unterscheidet die auf den Vorbeilauf der Drehzahlmeßzähne 30 am Hallgene-■rator 11 zurückzuführenden Drehzahrmeßimpulse von den vom Hallgenerator 11 abgegebenen; Positionsimpulsen auf Grund der unterschiedlichen

:5 Dauer dieser Impulse, die ihrerseits auf die unterschiedliche Breite der Drehzahlmeßzähne 30 einerseits und des Positionszahns 31 andererseits zurückzuführen ist. Statt dessen wäre es ohne weiteres auch möglich,, den Hallgenerator 11 mit Polscheibenzäh-

io,uäen unterschiedlicher Polarität zusammenwirken zu lassen, wie dies für den zweiten Hallgenerator 12 angedeutet ist, und die Unterscheidung zwischen Drehzahlmeßimpulsen und Positionsimpulsen auf Grund der unterschiedlichen Polarität vorzunehmen.

An dem Hallgenerator 12 werden zusätzliche Positionszähne vorbeigeführt, die sich sowohl hinsichtlich ihrer Breite (Positionszahn 33 einerseits und Positionszähne 32 34 andererseits) als auch hinsichtlich ihrer Polarität (Positionszähne 32 und 33 einerseits sowie Positionszahn 34 andererseits) unterscheiden. Die Auswertlogik 40 und die Positionslogik 43 vermögen an Hand dieser Unterschiede die eii.zelnen Positionsimpulse ordnungsgemäß zu identifizieren. Es versteht sich, daß die mittels ein und desselben Hallgenerators erfaßten Positionen, falls erwünscht, ausschließlich auf Grund der Zahnbreite oder ausschließlich an Hand der Zahnpolarität unterschieden werden können. Zur Unterscheidung auf Grund der Zahnbreite können Zeitglieder vorhanden sein, die zwei oder mehr voneinander abweichende Impulsbreiten trennen können. Die Anzahl der verwendeten Ringmagnete, Polscheiben und Hallgeneratoren kann zur Anpassung an die jeweiligen Betriebserfordernissc ohne weiteres verkleinert oder vergrößert wcden.

Anwendungsbeispiele von Positionierantrieben, für die sich die Steuerungsvorrichtung nach der Erfindung eignet, sind Antriebe für Spulen- und Kondensatorwickelmaschinen. Ein bevorzugtes Anwendungsgebiet sind Industrienähantriebe. In einem solchen Falle wird der Drehkörper 1 vorzugsweise auf das eine Ende der Armwelle der Nähmaschine aufgesetzt. Die Positionszähne können herangezogen werden, um die Nähmaschine wahlweise mit der Nadel in der oberen oder der unteren Endstellung stillzusetzen sowie um Fadenabschneidsysteme positionsabhängig ein- und Auszuschalten. Im Gegensatz zu der bisher üblichen Praxis, das Abschneidsystem positionsabhängig ein-, jedoch durch vom Einschaltimpuls gestartete Zeitglieder auszuschalten, gewährleistet erst die drehzahlunabhängige, positionsbestimmte Ein- und Ausschaltung bei modernen Steppstichmaschinen ein sauberes Abschneiden. Die große Anzahl der möglichen Positionspunkte erlaubt es, beispielsweise bei Zweinadelmaschinen beide Nadeln getrennt zu steuern. Bei Zick-Zack-Maschinen kann die Nadel wahlweise in der Innen- oder Außenlage angehalten werden, was für das Korrigieren der Stofflage und das einwandfreie Abschneiden des Fadens von Bedeutung ist. In jedem Falle wird neben den Positionssignalen ohne zusätzlichen Tachogenerator od. dgl. für die Drehzahlregelung geeignete Drehzahlmeßsparmung erhalten.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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Claims (13)

Drehachse stehende Patentansprüche:

1. Steuerungsvorrichtung für den Antrieb von Arbeitsspindeln und zum Stillsetzen der Arbeitsspindeln in einer oder mehreren wählbaren Winkelstellungen, bei der als Winkelgeber mindestens eine drehfest mit der Arbeitsspindel verbundene Magnetfeldquelle vorgesehen ist, die mit mindestens einem ortsfesten Hallgenerator in Wirkverbindung steht, dessen Ausgangssignale elektrischen Auswert- und Verstärkereinrichtungen zuführbar sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Magnetfeldquelle als axial magnetisierter Ringmagnet (18) mit mindestens einer weichmagnetischen Polscheibe (17) ausgebildet ist, daß zwei Gruppen von mit dem Hallgenerator (11) zusammenwirkenden Polscheibenzähnen (30, 31) vorgesehen sind, wobei die eine Gruppe von Zähnen als Positionszähne (31) in einer der Erzeugung von Positionsimpulsen entsprechenden Verteilung angeordnet ist und die zweite Gruppe von Zähnen aus einer Mehrzahl von in Umfangsrichtung symmetrisch verteilten Drehzahlmeßzähnen

(30) zur Erzeugung von Drehzahlmeßimpulsen besteht, und daß eine Impuls-Trenneinrichtung (40) zur Unterscheidung zwischen den einerseits von den Positionszähnen (31) und andererseits von den Drehzahlmeßzähnen (30) am Hallgenerator ausgelösten Impulsen vorhanden ist.

2. Steuerungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Positionszähne

(31) Teil einer Polscheibe einer Polarität und die Drehzahlmeßzähne (30) Teil einer Polscheibe der anderen Polarität sind und daß durch die Impuls-Trenneinrichtung (40) die Positionsimpulse von den Drehzahlmeßimpulsen auf Grund der unterschiedlichen Polung unterscheidbar sind.

3. Steuerungsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine Polscheibe (17) sowohl Drehzariimeßzähne (30) als auch mindestens einen Positionszahn (31) trägt, daß die Positionszähne eine von der Winkelbreite der Drehzahlmeßzähne abweichende Breite besitzen und daß durch die Impuls-Trenneinrichtung (40) die Positionsimpulse von den Drehzahlmeßimpulsen auf Grund der unterschiedlichen Impulsbreite unterscheidbar sind.

4. Steuerungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch mindestens einen weiteren, der Erzeugung zusätzlicher Positionsimpulse dienenden Hallgenerator (12), der gegenüber dem für die Erzeugung von Drehzahlmeß- und Positionsimpulsen ausgenutzten Hallgenerator (11) in der Drehrichtung des Ringmagneten (18) um einen vorbestimmten Winkel versetzt angeordnet ist.

5. Steuerungsvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Hallgeneratoren (11, 12) in gleichem radialem Abstand von der Drehachse des Ringmagneten (18) in unterschiedlichen senkrecht zur Drehachse (13) stehenden Ebenen angeordnet sind.

6. Steuerungsvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Hallgeneratoren (11, 12) in unterschiedlichen radialen Abständen von der Drehachse des Ringmagneten (18) in der gleichen senkrecht zur
Ebene angeordnet sind.

7. Steuerungsvorrichtung nach Anspruch 4, da durch gekennzeichnet, daß Positionszähne (31 32) ein und derselben Polscheibe (17) mit mehre ren Hallgeneratoren (11,12) zusammenwirken.

S. Steuerungsvorrichtung nach einem der An Sprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß au der Arbeitsspindel oder einer synchron damit an getriebenen Welle mehrere Ringmagnete (18, 21 festklemmbar sind, deren Pole (30 bis 34) mittel: weichmagnetischer Polscheiben (17, 20, 22) ii Form, Zahl und Winkellage variierbar sind.

9. Steuerungsvorrichtung nach Anspruch S, dadurch gekennzeichnet, daß nebeneinanderliegende Ringmagnete (18, 21) durch Scheiben (19] aus üichtmagiietischem Material voneinander getrennt sind.

10. Steuerungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Polscheibenzähne (33) zugespitzt sind.

11. Steuerungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Hallgeneratoren (11, 12) in ein gemeinsames Kunststoffspritzteil (10) eingesetzt sind.

12. Steuerungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß ihr umlaufender Teil (1, 15 bis 24) im feststehenden Teil (8) doppelt gelagert ist.

13. Steuerungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß ihr umlaufender Teil im feststehenden Teil einfach gelagert ist.