DE1613163A1 - Vorrichtung fuer den Antrieb eines Gliedes mit umkehrbarer Bewegungsrichtung - Google Patents

Description

IBM Deutschland Internationale Mra-Mastitmen Gesellschaft mbH 1613163

Böblingen, 10. April I967 ki-ma

Amtliches Aktenzeichen: Neuanriieldung ,Aktenzeichen der Anmelderin: Docket GE Oj58, GK 866069

Vorrichtung für den Antrieb eines Gliedes mit umkehrbarer .Bewegungsrichtung

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung für den Antrieb eines Gliedes mit umkehrbarer Bewegungsrichtung, insbesondere in Datenverarbeitungsmaschinen, mit einer schaltbaren Erregerspule und einem mit dieser magnetisch koppelbaren und relativ zu derselben beweglichen mit dim Glied fest verbundenen Kurzschlussystem.

Man ist heute allgemein bestrebt, die Arbeitsgeschwindigkeit von elektromechanisch zu betätigenden Gliedern zu verkürzen, wobei der die Betätigung auslösende Steuerimpuls den Beginn der Betätigung so schnell als möglich nach seinem Auftreten erzeugen soll. Stellen die zu bewegenden Glieder Steuerelemente in hydraulischen oder pneumatischen Schaltungen dar oder verkörpern diese Glieder Druckhämmer oder Lochstempel in Datenverarbeitungsmaschinen, liegt das Bedürfnis vor, die Steuerimpulse in der Form, in der sie von der Steuerschaltung

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abgegeben werden, also ohne jegliche Verstärkung, der Antriebsvorrichtung zuführen zu können.

In Datenverarbeitungsmaschinen ist es bekannt, für den Antrieb der Lochstempel bzw. von Druckhämmern Elektromagnete vorzusehen. Die Arbeitsbewegung führt der Elektromagnet bei dem Anzugsines Ankers (z.B. DAS 1 171 655) oder auch beim Abfall des Ankers (z.B. IBK Modell 2203) aus. Der Nachteil eines Elektromagneten, der beim Anzug des Ankers die Arbeitsbewegung ausführt, ist in seiner grossen Stromaufnahme zu sehen, so dass unverstärkte Steuerimpulse nicht verwendbar sind. Bei Antriebssystemen, die die Arbeitsbewegung beim Abfall des Magnetankers erzeugen, ist die komplizierte Ausführung des Antriebsmechanismus, den ■ meist Federkraftspeicher darstellen, dxe nach Ausführung des Arbeitshubes neue Kraft eingespeichert bekommen müssen, nachteilig. In beiden Fällen sind sehr genaue Justagen erforderlich, um die verlangten Arbeitszeiten zu erreichen. Bei derartigen Antriebssystemen wird die magnetische ί Fnergie in Federe&et'g.ie umgewandelt, wobei die im Laufe der , Zeit auftretenden Schwankungen der Federkonstanten einer weiteren Verkürzung der für die Ausführung eines Arbeltshubes erforderlichen Zeit entgegenwirken. Für gewisse Anforderungen ist es jedoch erforderlich, dass derartige Antriebsvorrlchtungen schneller als bisher arbeiten.

Es ist somit die Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung für den Antrieb eines Gliedes mit umkehrbarer Bewegungsrichtung zu schaffen, die sowohl für die Ausführung der Arbeitsbe-

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wegurig als auch für die .Ausführung eines Hin- und Rückhubes des zu bewegenden Gliedes äusserot kurze Zeiten erfordert und darüber hinaus mit relativ kleinen Strömen sich begnügt, so dass die Steuerimpulse direkt, also unverstärkt, der Antriebsvorrichtung zugeführt werden können. Diese Aufgabe lost die Erfindung durch ein ge-

f inen schlossenea Magnetsystem, das ausserdem einen/'L'reibfluss

erzeugenden. Γ-'agneten umfasst.

Fs 1st zwar eine Antriebsvorrichtung bekannt. (DA.'S- 1 213 65^)» die relativ kurze Antriebszeiten erzielt, jedoch im Gegensatz zur erflndungsgemässen Vorrichtung das Flihu-Thomson-Prinzip anwtTidet, das, wie weiter unten erklärt ist, die erfindungügfmasse Aufgabe nicht zu lösen vermag. Diese Vorrichtung weist eine Erregerwicklung auf, die gemeinsam, mit einem Kurzschlussring, der das zu betätigende Glied trägt,, auf einem Magnetkern angeordnet ist. Wird die Erregerspule von einem Stromimpuls durchflossen, so wird gernäss dem Flihu-Thomson-Effekt in dem Kurzschlussring ein starker

Strom, d.h. ein Kurzschlusstrom, induziert, der dem Primärstrom entgegengerichtet 1st, so dass der Kurzschlussring von dor Erregerspule abgestossen wird. Da diese bekannte Vorrichtung im Gegensatz zu der erfindungsgemässen lediglich einen einfachen stabförmigen Magnetkern vorsieht, also kein geschlossenes Magnetsystem aufweist, sind für die verlangten Arbeitsleistungen wesentlich höhere Ströme - etwa zwei Grussenanordnungen hoher - als bei der erfindungsgemässen Vorrichtung erforderlich. Dies hat den Nachteil, dass die bekannte Vorrichtung nicht direkt von den die Steuerschaltung verlassenden Steuerimpulsen antreibbar ist.

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Es müssen demnach Verstärkeranordnungen vorgesehen werden/ die gerade die Erfindung vermeidet. Ausserdem kommt die bekannte Vorrichtung ohne RUckfUhrfedern nicht aue, so dass einerseits der Arbeitshub durch die genannte Feder ungünstig beeinflusst wird und andererseits der Rückhub nicht so schnell und exakt erfolgen kann wie bei einer elektromagnetischen Steuerung, welche die erfindungsgemässe Vorrichtung ermöglicht. In der genannten Auslegeschrift ist ausserdem eine AusfUhrungsform dargestellt, die mit zwei Erregerspulen ausgerüstet ist·, von denen eine Jede Je einer Seite des Kurzschlussringes benachbart ist. Der Kurzschlussring sitzt fest auf dem stabförmigen Magnetkern, der in den Erregerspulen längsverschiebbar gelagert ist. Es kann somit die RUckfUhrfeder entfallen, Jedoch sind zwei Erregerspulen erforderlich, die getrennt gesteuert werden müssen. Die erfindungsgemässe Vorrichtung arbeitet nicht nach dem Elihu-Thomson-Prinzip, sondern erteilt ihrem Kurzschlussystem einen Antrieb von einem Treibfeld aus, wenn das Kurzschlussystem durch Beaufschlagung der Erregerspüle einen Induktionsstrom erzeugt. Durch die Form und die Stärke des Erregerimpulses ist der zeitliche Ablauf der Bewegung des Kurzschlussyst^mes beeinflussbar. Es kann somit auch die Rückwärtsbewegung magnetisch erzeugt werden. Durch das Verändern des Erregerimpulses ändert sich letztlich auch die dem Kurzschlussystem zugefUhrte Bewegungsenergie. Durch eine entsprechende Rtchtungs- und Stärkegebung des Treibfeldes kann auch eine Dämpfung der Rückbewegung erreicht werden.

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Gemäss einer vorteilhaften Ausgestaltung" .der Erfindung ist sowohl die Erregerspule als auch der das Treibfeld erzeugende Elektromagnet durch Wechselspannungen niederfrequenter Art bei beliebigen gegenseitigen Fhaseniagen erregbar..Dadurch können für weitere Anwendungsfälle

besondere Bewegungsabläufe des angetriebenen .Gliedes, "

z.B. auf dem Gebiet der Regelung erzielt werden,.

Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass

das Kurzschlussystem aus mehreren Kurzschlusswindungen J[

besteht/, von denen eine jede wahlweise an- und abschaltbcir ist. Dadurch ist es müglich, die abgegebene Energie des angetriebenen Kurzschlussystems entsprechend den besonderen Anwendungserfordernissen zu variieren.

Weitere Merkmale der Erfindung sind dan Ansprüchen zu entnehmen.

Einzelheiten der Erfindung sind nachstehend anhand eines in den Figuren veranschaulichten AusfÜhrungsJbeis.pieles beschrieben. Es zeigen:

Pig. 1 ■ eine sehaubiidliehe Darstellung der Antriebs-;

vorrichtung bei ihrer Anwendungiß einem

Drucker einer
Pig. 2 einen Schnitt* durch die

in Pig. ;£ entlang der durch die Linien 2 -

gebildeten Ebene* gesehen in Richtung des Pfeiles A,ί . in gegenüber Fig. 1 verkleinertem Masstab* ι

Docket GE 038

Pig. 3 einen Schnitt durch die Antriebsvorrichtung der Fig. 1 entlang der durch die Linien 3.-3 gebildeten Ebene, gesehen in Richtung des Pfeiles B, in gegenüber Fig. verkleinertem Masstab,

Fig. 4a - 4f Zeitdiagramme der verschiedenen in der

Antriebsvorrichtung auftretenden Spannungen und Ströme und

Fig. 5 eine andere AusfUhrungsform des in der An-

tttebsvorrichtung nach Fig. 1 vorgesehenen Polstückes, in gegenüber Fig. 1 verkleinertem Masstab.

In Fig. 1 ist beispielsweise die erfindungsgemässe Antriebsvorrichtung für die Hin- und Herbewegung des Druckhammers 4 in einem Drucker einer Datenverarbeitungsanlage vorgesehen. Von der parallel zur Druckzeile angeordneten Reihe von Druckhämmern ist lediglich ein einziger Druckhammer 4 dargestellt. Die Druckhammer 4 sind in ihrer Ruhestellung mit geringem Abstand von dem zu bedruckenden Papier 5 angeordnet. Hinter dem Papier wird parallel zur Druckzeile das Farbband 6 bewegt, und hinter demselben wird beispielsweise ebenfalls parallel zur Druckzeile, und zwar entweder kontinuierlich in einer Richtung oder hin- und hergehend, der Typenträger 7 bewegt, der an seiner dem Farbband 6 zugewandten Fläche die / einzelnen Typen 8 trägt. Der Druckhammer 4 1st in bekannter Weise in dem Augenblick gegen das Papier 5 zu bewegen, in dem die abzudrückende Type dem Druckhammer 4 gegenüberliegt.

Der Druckhammer 4 1st über die beiden Arme 9, die den Schenkel

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des Magnetkernes 11 der Antriebsvorrichtung gabelförmig umschllessen, mit dem Kurzschlussring 12 verbunden und liegt · auf der Schiene 22 auf. Der Kurzschlussring 12 besteht aus Kupfer und ist auf dem Schenkel 10 verschiebbar gelagert. Um den gleichen Schenkel 10 ist, dem Kurzschlussring 12 benachbart, die Erregerspule 13 gewickelt. Der aus ferromagnetischem Katerial bestehende Magnetkern 11 weist die Form eines rechteckförmlgen geschlossenen Rahmens auf, wobei der dem Schänke1 10 gegenüberliegende Schenkel 14 den Portsatz 15 aufweist, um den die Spule 16 gewickelt ist. Den Fortsatz 15 umschllesst gabelförmig das ebenfalls aus ferromagnetischem Material bestehende Polstück 17«- Der genannten gabelförmigen Umschliessung gegenüberliegend weist das Polstück 17 einen Schlitz auf, der gleichachsig zu dem die genannte gabelförmige Ümschliessung ermöglichenden Schlitz verläuft und dadurch zwei Schenkel 17 a, b bildet, die nur mit geringem Spiel den Kurzschlussring 12 ebenfalls gabelförmig umgeben. Die Dicke d des Polstückes 17 ist so gross, dass der Kurzschlussring 12 während seiner Hin- und Herbewegung nicht aus dem Bereich der Schenkel 17 a, b gelangen kann. Vorzugsweise beträgt die Dicke d die aus der Breite b des Kurzschlussringes 12 und dem Hubweg des letzteren gebildete Summe.

Die den Treibfluss erzeugende Spule wird kontinuierlich mit Gleichstrom gespeist. Kurz bevor die abzudruckende Type sich in Druckstellung befindet, d.h. exakt mit dem Druckhammer 4 ausgerichtet ist, wird ein Impuls der Erregerspule 13 zugeführt. Der zeitliche Spanhungsverlauf dieses Impulses U^ ist in der Fig. 4a dargestellt. Der Impuls U^ muss natürlich so

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die
gross sein, dass/bei der Bewegung des Kurzschlussringes 12 in diesem entstehende elektromotorische Kraft kompensiert wird. Die Erregersp*ule 1J5 wird für die Durchführung des Arbeitshubes des Druckhammers 4 mit dem während der Zeit t^ auftretenden Impulsteil beaufschlagt. Hierdurch entsteht in dem aus remanzarmem und weitgehend wirbeIstromfreiem ferromagnetischem Material bestehenden Magnetkern 11, wenn für die Impulsdauer I₁₁ die Bedingung t^^ 1/5 T erfüllt lot, wobei T die Zeitkonstante der gesamten Anordnung ist, der Magnetfluss 18 (Fig. 2), dessen zeltlicher Verlauf in Pig. 4b " dargestellt ist. Der Magnetfluss 18 teilt sich in den den Kurzschlussring 12 voll durchsetzenden Induktionsfluss 19 und den den Kurzschlussring 12 teilweise durchsetzenden Streufluss 20 (Fig. 3), dessen zeitlicher Verlauf in Fig.' 4c dargestellt ist. Die durch den Induktionsfluss 19 erzeugte Induktionsspannung U. ist In der Fig. 4d gezeigt. Die durch den Streufluss 20 hervorgerufene Induktionsspannung ist wegen ihres geringen Einflusses vernachlässigbar. Der in dem Kurzschlussring 12 entstehende Strom I^ hat in Zusammenwirkung mit dem von der Spule 16 erzeugten Treibfluss 21 (Fig. 2), dessen zeitlicher Verlauf in Fig. 4f dargestellt ist, eine an dem Kurzschlussring 12 wirkende Kraft zur Folge. Dieser Treibfluss 21 teilt sich über die Schenkel Vf a, b des Polstückes Vf und tritt, den Kurzschlussring 12 durchdringend, in den Schenkel 10 des Magnetkernes 11 ein. Der Treibfluss 21 kann auch anstatt durch die Spule 16 durch einen Dauermagneten erzeugt werden. Um die Wirkung des Treibflusses 21 zu verstärken, ist es auch möglich, das Polstück 17 so auszubilden, dass es den Kurzschlussring 12 nicht nur gabelförmig umgibt, sondernvollständig, was erreichbar ist, durch den zusätzlichen

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Schenkel 17c ⁷B¹Ig, 5) des Poistüekes 17,

Wird nun die Erregerspule 1> z.Zt. f.^ mit einem Impuls beaufschlagt, durchsetzt der Streufluss 20 den Kurzschlussring 12 in der gleichen Richtung wie der Treibfluss 21. Dadurch entsteht zwischen dem Streufluss 20 und dem Strom I. , dessen zeitlicher Verlauf in Pig. 4e dargestellt istj eine an dem Kurzschlussring 12 angreifende Kraft, die während der Zeit t., in der gleichen Richtung wirkt, wie die durch den ireibfluss 21 erzeugte Kraft. Der Kurzschlussring wird demnach unter Annahme der in Fig. 2 eingetragenen Richtungen der Feldlinien bzw. der Leiterströme von der Erregerspule 13 wegbewegt und führt den Arbeitshub des Druckhammers 4 aus.

Da der während der Zeit t,₂ ^d*e Erregerspüle erreichende Impuls in dem Kurzschlussring 12 einen positiven Strom I^ (Fig. 4e) erzeugt, wird die Richtung der auf den Kurzschlussring 12 einwirkenden Kraft geändert, und zwar entgegengesetzt zur Kraftrichtung während der Zeit t^, so dass nun der Kurzschlussring 12 gegen die Erregerspule 1j5 bewegt wird und somit der Druckhammer 4 seinen Rückhub ausführt. Während dieses RUckhubes wirkt die durch den Streufluss 20 an dem Kurzschlussring 12 auftretende Kraft der durch den Treibfluss ausgelösten Kraft entgegen. Diese dämpfende Wirkung ist bei der Rückführung des Druckhammers sogar erwünscht, da keine besonderen Vorkehrungen für eine Vermeidung einesRüokprailens getroffen werden müssen. Durch entsprechende Festlegung der

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Amplitudenhöhe des während der Zeit t_i2 der Erregerspule 1j5 zugeftihrten Impulses i3t der zeitliche Verlauf der Rückführbewegung des Kurzschlussringes 12 und somit des Druckhammers bestimmbar.

Das beschriebene AusfUhrungsbeispiel zeigt eine /ntriebsvorrichtung für eine Translationsbewegung eines Gliedes. Es ist durchaus möglich, die erfindungsgemässe Antriebsvor-

anders
richtung räumlich/zu gestalten, so dass das anzutreibende

Glied auch eine Drehbewegung ausführen kann.

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Claims (2)

1. IBM Deutschland Internationale Büro-Ma$ciimen Cetelhrfutfi mbll

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   Docket OE-038, GE 806069

   10. März 1967

   kl-ma

   Patentansprüche

   Vorrichtung für den Antrieb eines Gliedes mit umkehrbarer Bewegungsrichtung, insbesondere in Datenverarbeitungsmaschinen, mit einer schaltbaren Erregerspule und einem mit dieser magnetisch koppelbaren und relativ zu derselben beweglichen, mit dem Glied fest verbundenen Kurzschlussystem, gekennzeichnet durch ein geschlossenes Magnetsystem (11), das ausserdem einen einen Treibfluss (21) erzeugenden Magneten (15, 16) umfasst.
2. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das geschlossene'Magnetsystem (11) aus ferromagnetischem Material besteht, dessen einer Abschnitt (10) die Erregerspule (13) und das Kurzschlusssystem '12) aufnimmt und dass im Bewegungsbereich des Kurzschlussystems (12) dasselbe von einem Polstück (17) aus ferromagnetischera Material umgeben ist, das mit seinem anderen Ende an dem dem genannten Ab-

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   schnitt (10) gegenüberliegenden, den den Treibfluss (21) erzeugenden Magneten (15# 16) tragenden Abschnitt (14) des Magnetsystems (11) anliegt.

   Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Magnetsystem ein im wesentlichen rechteckförmiger Rahmen (11) aus ferroraagnetischem Material darstellt und die genannten Spulen (12, 13) und der genannte Magnet (15ii6) an parallel zueinander A verlaufenden Schenkeln (10, 14) dieses Rahmens (11) angeordnet sind.

   Vorrichtung nach Anspruch 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, dass der den Treibfluss (21) erzeugende Magnet eine von Oleichstrom durchflossene Spule (16) bildet, die um einen Kern gelegt ldt, den ein gegen den gegenüberliegenden Schenkel (10) weisender Fortsatz (15) eines Schenkels (14) des Magnetkernes (11) bilde ti und dass diesen Fortsatz (15) das Polstück W (17) gabelförmig umklammert.

   Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Polstück (17) das Kurzschlussystem (12) an seinem gesamten Umfang (siehe Fig. 5) umgibt.

   Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sowohl die Erregerspule (13) als auch der den Trejfebfluss (21) erzeugende Elektromagnet (15, 16)

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   durch Wechselspannungen niederfrequenter Art bei beliebigen gegenseitigen Phasenlagen erregbar ist.

   Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Kurzschlussystem (12) aus mehreren Kurzschlusswindungen besteht, «ron denen eine Jede wahlweise an- und abschaltbar ist.

   Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Kurzschlussystem ein massiver Kupferring (12) bildet.

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