DE1613163A1 - Vorrichtung fuer den Antrieb eines Gliedes mit umkehrbarer Bewegungsrichtung - Google Patents
Vorrichtung fuer den Antrieb eines Gliedes mit umkehrbarer BewegungsrichtungInfo
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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-
"f':" 009821/0907
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.
009821/0907 baD original
Docket OF Q\i · -t-
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.
Docket GE 038 k_ γ$$0^ -5-
009821/0907 ■ ö*>°*
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
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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Docket GF, 038 ' -7- "
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
„«.«t of ο* 009821/09Of _8.
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
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
009821/0901
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
- TO -
Amplitudenhöhe des während der Zeit ti2 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
richtung räumlich/zu gestalten, so dass das anzutreibende
Glied auch eine Drehbewegung ausführen kann.
Docket GE 058 -11-
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Claims (2)
- IBM Deutschland Internationale Büro-Ma$ciimen Cetelhrfutfi mbll-11 -Docket OE-038, GE 80606910. März 1967kl-maPatentansprücheVorrichtung 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. 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-009821/0907„12-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)009821/0907Docket GE Ο38 -1>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.BAD ORIGINAL009821/0907
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