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Die Erfindung betrifft eine Antriebsvorrichtung mit zwei individuell
gesteuerten Induktionsmotoren, die über eine Getriebeanordnung mit
einer gemeinsamen Ausgangswelle gekuppelt sind.
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In Fig. 1 ist eine konventionelle Schaltung für einen Wechselrichter
dargestellt, der einen als Differentialaktuator wirkenden
Induktionsmotor antreibt. Zu dieser Schaltung gehört ein Eingangsanschluß 101,
der mit einer Wechselstromquelle in Verbindung steht, ein
Wechselstrom-Gleichstrom-Wandler 102 zur Umwandlung von Wechselstrom in
Gleichstrom, ein Siebkreis 103 zum Glätten des umgewandelten
Gleichstroms, ein Wechselrichter 104 zum Umwandeln des geglätteten
Gleichstroms in Wechselstrom beliebiger Frequenz und ein Induktionsmotor
105, der durch den vom Wechselrichter 104 gelieferten Wechselstrom
betrieben wird.
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Der Betrieb des genannten Differentialaktuators wird nachfolgend
beschrieben. Über beispielsweise den Wechselstromanschluß 101 wird ein
Dreiphasen-Wechselstrom an den Wechsel strom-Gleichstrom-Wandler 102
angelegt und wird von diesem in Gleichstrom umgewandelt. Über den
Siebkreis 103 wird der erzeugte Gleichstrom geglättet. Der
Wechselrichter 104 wird in einer bestimmten Sequenz geschaltet und wandelt
den geglätteten Gleichstrom in Wechselstrom mit einer gewünschten
Frequenz für den Induktionsmotor 105 um. Der vom Wechselrichter 104
erzeugte Wechselstrom hat eine Spannung/Frequenz-Charakteristik (v/f),
wie sie in Fig. 2 dargestellt sind; die Drehzahl des Induktionsmotors
105 wird auf der Grundlage der dargestellten
Spannung/Frequenz-Charakteristik gesteuert.
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Wenn der Wechselrichter 104 eine Ausgangsspannung v erzeugt, die sich
zu der Ausgangsfrequenz f verhält, wie dies als
Spannung/Frequenz-Charakteristik in Fig. 2 dargestellt ist, dann wird der Induktionsmotor
105 mit konstantem Drehmoment angetrieben, wie es aus den Fig. 3(a)
und 3(b) hervorgeht; erzeugt der Wechselrichter 104 eine konstante
Ausgangsspannung v, unabhängig von einer variablen Ausgangsfrequenz f,
wie dies auch in Fig. 2 dargestellt ist, dann erzeugt der
Induktionsmotor 105 über einen großen Drehzahlbereich konstante
Ausgangscharakteristika.
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Verschiedene Arten von Differentialaktuatorsteuerungen, die den
genannten Wechselrichter einsetzen, sind vorgeschlagen worden,
beispielsweise in der japanischen Offenlegungsschrift 54-27660 (1979
veröffentlicht).
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Die Differentialaktuator-Drehmomentsteuerung, wie sie oben beschrieben
wurde, kann das Drehmoment, außer im niedrigsten Drehzahlbereich (s.
Fig. 3a), unter normalen Betriebsbedingungen steuern. Im niedrigsten
Drehzahlbereich erhöht sich jedoch die Drehmomentwelligkeit und der
Ausgangsleistung fehlt ein ausreichendes und gleichmäßiges Drehmoment;
die Drehmomentsteuerung für den Induktionsmotor ist darum in diesem
Drehzahlbereich schwierig.
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Ist die Drehzahl des Induktionsmotors 105 im untersten
Drehzahlbereich, dann ist die Ausgangsfrequenz des Wechselrichters 104 unterhalb
der Grenze, was die Drehzahlsteuerung auch des Differentialaktuators
schwierig macht.
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Aus DE-A-23 37 011 ist eine Anordnung bekannt, die zwei Dreiphasen-
Induktionsmotoren umfaßt, von denen der erste über einen Steuerkreis
(keinen Wechselrichter) gesteuert wird, während der zweite Motor
lediglich ein- oder ausgeschaltet wird. Das Ausgangsritzel des ersten
Motors wirkt über ein Untersetzungsgetriebe auf eine Ausgangswelle,
wohingegen das Ausgangsritzel des zweiten Motors über ein
Untersetzungsgetriebe
auf das Ausgangsritzel des ersten Motors wirkt, so daß
beide Motoren mechanisch parallel betrieben werden, entweder in
gleicher oder in entgegengesetzter Richtung.
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Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine Antriebsanordnung
zu schaffen, die auch bei niedrigen Ausgangsdrehzahlen eine
ausreichende Ausgangsleistung liefert.
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Nach der Erfindung ist eine Antriebsvorrichtung mit zwei individuell
gesteuerten Induktionsmotoren, die über eine Getriebeanordnung mit
einer gemeinsamen Ausgangswelle gekuppelt sind, dadurch
gekennzeichnet, daß die Motoren mit einem Differentialgetriebemechanismus
gekuppelt sind, dessen Ausgangswelle eine Ausgangsdrehzahl entsprechend der
Differenz der Ausgangsdrehzahlen der beiden Motoren hat, um eine
Drehzahlsteuerung für einen Differentialaktuator zu bilden, und daß zwei
Wechselrichter mit jeweils individueller
Spannung/Frequenz-Ausgangscharakteristik vorgesehen sind, die zwischen den Induktionsmotoren und
einer die Induktionsmotoren speisenden Stromquelle angeordnet sind.
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Bevorzugte Ausführungsformen sind in den Unteransprüchen definiert.
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Fig. 1 zeigt ein Blockdiagramm der
Induktionsmotorsteuerschaltung, wie sie in der konventionellen
Differentialaktuator-Drehzahlsteuerung verwendet wird;
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Fig. 2 zeigt eine graphische Darstellung des Verhältnisses
von Wechselrichterausgangsspannung zur Frequenz bei
der konventionellen Drehzahlsteuerung;
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Fig. 3(a) und 3(b) sind graphische Darstellungen des Verhältnisses von
Induktionsmotorausgangsdrehmoment zur Drehzahl bei
der konventionellen Drehzahlsteuerung;
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Fig. 4 zeigt ein Blockdiagramm einer Ausführungsform der
Erfindung;
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Fig. 5 zeigt einen vereinfachten Längsschnitt des
Differentialaktuators, der in dem oben genannten
Ausführungsbeispiel eingesetzt wird;
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Fig. 6 zeigt eine vereinfachte perspektivische Darstellung
des Hauptteiles des in Fig. 5 dargestellten
Mechanismus;
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Fig. 7 ist eine graphische Darstellung des Verhältnisses von
Induktionsmotorausgangdrehmoment zur Drehzahl des
oben genannten Differentialaktuators;
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Fig. 8(a) ist eine graphische Darstellung des Verhältnisses von
Induktionsmotorausgangsdrehmoment zur Drehzahl der
oben genannten Drehzahlsteuerung des
Differentialaktuators bei variierender Einstellfrequenz des
Wechselrichters;
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Fig. 8(b) ist eine graphische Darstellung des Verhältnisses von
Induktionsmotorausgangsdrehzahl zur Drehzahl der oben
genannten Drehzahlsteuerung des
Differentialaktuators, wenn der Unterschied zwischen beiden Frequenzen
der elektrischen Antriebsleistung vom Wechselrichter
gesteuert wird;
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Fig. 9 ist eine graphische Darstellung des Verhältnisses von
Induktionsmotorausgangsdrehmoment zur Drehzahl des
Differentialaktuators bei belasteter Ausgangswelle;
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Fig. 10 zeigt eine Seitenansicht eines Greifers, bei dem die
Erfindung eingesetzt werden kann;
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Fig. 11 zeigt eine Seitenansicht einer Vorschubeinrichtung
für ein Werkstück, die mit dieser Erfindung
ausgerüstet sein kann;
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Fig. 12 zeigt eine perspektivische Ansicht einer
Klemmvorrichtung, die mit dieser Erfindung ausgerüstet sein
kann;
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Fig. 13 zeigt eine perspektivische Ansicht der Spindel eines
Bearbeitungswerkzeuges, das mit dieser Erfindung
ausgerüstet sein kann;
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Fig. 14 zeigt eine perspektivische Ansicht des
Gelenkabschnittes eines Industrieroboterarmes, der mit dieser
Erfindung ausgerüstet sein kann, und
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Fig. 15 zeigt eine perspektivische Ansicht eines
Transportmechanismus, der mit dieser Erfindung ausgerüstet sein
kann.
Detaillierte Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen
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Nachfolgend werden anhand der Zeichnungen Ausführungsformen der
erfindungsgemäßen Differentialaktuator-Drehzahlsteuerung beschrieben.
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Der in Fig. 4 dargestellte Differentialaktuator 1 enthält zwei
Induktionsmotoren, 2 und 3, gleichen Aufbaus und mit gleichen
Ausgangscharakteristika sowie einen Differentialgetriebemechanismus 4. Die
Induktionsmotoren 2 und 3 werden von einer gemeinsamen
Dreiphasen-Wechselstromquelle 5 über Leitungen 6 bzw. 7 und zwei Wechselrichter, 8 und
9, gespeist. Die Wechselrichter 8, 9 weisen eine Spannungs/Frequenz-
Charakteristik auf, wie sie aus Fig. 1 hervorgeht.
Mehrphasenleistungsmesser 10 und 11 sind zwischen Induktionsmotor 2 und
Wechselrichter 8 bzw. Motor 3 und Wechselrichter 9 angeordnet.
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Eine Ausgangswelle 12 des Differentialaktuators 1 ist mit einem
digitalen Drehmomentsensor 14 zum digitalen Messen des
Ausgangsdrehmomentes der Welle 12 gekoppelt, und ein Drehmomentmesser 15 zum Auslesen
des gemessenen Drehmomentes ist mit dem digitalen Drehmomentsensor 14
verbunden.
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Der Aufbau des Differentialaktuators 1 umfaßt, wie aus Fig. 5
hervorgeht, ein praktisch zylindrisches Gehäuse 16, die bereits erwähnten
Induktionsmotoren 2 und 3 und den Differentialgetriebemechanismus 4,
die in dem Gehäuse untergebracht sind; Endkappen 18, die sowohl die
beiden Endöffnungen des Gehäuses 16 verschließen als auch Lager 17 der
Ausgangswellen 12 und 13 haltern. Die Induktionsmotoren 2 und 3
erzeugen
das Drehmoment über die elektromagnetische Induktion, die zwischen
Statoren 20 und 30, die an der Innenwand des Gehäuses 16 befestigt
sind, und Rotoren 22 und 32, die an der Außenfläche von mit Bohrungen
versehenen Wellen 21 und 31 sitzen, wirkt. Wellen 21 und 31 sind in
Lagern 19 drehbar gelagert. Diese Lager sind an Innenflanschen 16a des
Gehäuses 16 gesichert. Die Ausgangswellen 12 und 13 des
Differentialaktuators 1 verlaufen durch eine Bohrung in den Wellen 21 bzw. 31,
ohne sich in der Rotation zu beeinträchtigen. An ihren zur Mitte der
Anordnung hin gelegenen Enden sind Wellen 21 und 31 mit einem ersten
und einem zweiten Kegelzahnrad, 42 und 43, des
Differentialgetriebemechanismus 4 gekoppelt. Das erste und das zweite Kegelzahnrad, 42 und
43, sind mit dritten Kegelzahnrädern 44 und 45 im Eingriff, die über
Lager 46 auf einer kleinen Differentialachse 47 gelagert sind, welche
mit einer zylindrischen großen Differentialachse 48 (s. Fig. 6)
zusammenwirkt, die in der Mitte der Anordnung mit den Enden 12a und 13a der
Ausgangswellen 12 bzw. 13 verbunden ist.
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Nachfolgend wird der Betrieb des beschriebenen Differentialaktuators 1
und seine Steuerung beschrieben. Bei Betrieb des Differentialaktuators
1 bewirkt die elektromagnetische Induktion, daß sich die Wellen 21 und
31 der Induktionsmotoren 2 bzw. 3 in den von den Pfeilen P und Q der
Fig. 5 angezeigten Richtungen drehen. Im ersten Fall wird angenommen,
daß die Drehzahl R1 der Welle 21 größer ist als R2 der Welle 31, also
R1 > R2. In diesem Fall bewirkt die Differenzgeschwindigkeit ein
Rotieren der dritten Kegelzahnräder 44 und 45 um die kleine
Differentialachse 47, und der Differentialgetriebemechanismus 4 dreht sich um
die zentrale Welle der ersten und zweiten Kegelzahnräder, 42 und 43,
was durch den Pfeil P in Fig. 6 angedeutet ist. Dementsprechend drehen
sich die Ausgangswellen 12 und 13 ebenfalls in der Richtung P; ihre
Rotationsgeschwindigkeit ist dabei wie folgt:
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Ro = ½(R1-R2) . . . (1)
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Als nächstes wird angenommen, daß die Drehzahl R1 der Welle 21
geringer ist als R2 der Welle 31, also R1 < R2. In diesem Fall werden die
dritten Kegelzahnräder 44 und 45 vom zweiten Kegelzahnrad 43 gedreht,
und der Differentialgetriebemechanismus 4 dreht sich in der vom Pfeil
Q angezeigten Richtung, also in entgegengesetzter Richtung zum vorher
beschriebenen Fall. Die Ausgangswellen 12 und 13 drehen sich
dementsprechend in Richtung Q.
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Weiter wird angenommen, daß die Wellen 21 und 31 eine gleiche
Drehgeschwindigkeit haben, also R1 = R2. In diesem Fall Ro = 0, wie durch
Gleichung (1) gegeben, beendet der Differentialgetriebemechanismus 4
die Drehung und die Ausgangswellen 12 und 13 kommen zum Stillstand.
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Werden die Wellen 21 und 31 im normalen Drehzahlbereich betrieben,
können die Ausgangswellen 12 und 13 darum leicht und glatt vom
Stillstand bis zu einer bestimmten niedrigen Drehzahl rotieren, was
Drehzahländerungen des Differentialgetriebemechanismus 4 im niedrigen
Drehzahlbereich erleichtert.
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Nachfolgend wird der Betrieb bei gleichsinnig rotierenden Wellen 21
und 31 beschrieben. Im ersten Fall wird die Welle 31 des
Induktionsmotors 3 in Verbindung mit dem zweiten Kegelzahnrad 43 des
Differentialgetriebemechanismus 4 (Fig. 5 und 6) in der gleichen Richtung P
gedreht wie die Welle 21. Der Drehzahl Ro der Ausgangswellen 12 und 13
wird die Drehzahl der ersten und zweiten Kegelzahnräder, 42 und 43,
wie folgt hinzugefügt:
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Ro = ½(R1 + R2) . . . (2)
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Drehen sich die Wellen 21 und 31 in der gleichen Richtung bei gleicher
Geschwindigkeit, also R1 = R2, drehen sich die dritten Kegelzahnräder
44 und 45 mit dem ersten und zweiten Kegelzahnrad, 42 und 43, und in
diesem Fall rotieren die Ausgangswellen 12 und 13 mit der gleichen
Drehzahl wie die Wellen 21 und 31 und geben dabei eine
Ausgangsleistung
ab, die die Summe der Ausgangsleistungen der Induktionsmotoren 2
und 3 ist.
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Die Ausgangswellen 12 und 13 des Differentialaktuators 1 weisen einen
weiten Drehzahlbereich auf, der auch die Drehzahl 0 einschließt, und
wie folgt ausgedrückt wird:
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(-½(R1 + R2)) < (+½(R1 + R2)) . . . (3)
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Andererseits besteht zwischen den Ausgangsdrehmomenten T1 und T2 der
Induktionsmotoren 2 bzw. 3 und dem Ausgangsdrehmoment To der
Ausgangswellen 12 und 13 die folgende stabile Beziehung:
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To = T1 + T2 . . . (4)
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Befinden sich die Ausgangsdrehmomente T1 und T2 im Gleichgewicht, so
wird das Ausgangsdrehmoment der Wellen To = 2T1 oder To = 2T2, und an
den Ausgangswellen 12 und 13 wird ein großes Drehmoment erzeugt.
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Im folgenden wird die Steuerung bzw. Regelung des Ausgangsdrehmomentes
des Differentialaktuators 1 anhand der in Fig. 4 gezeigten Schaltung
beschrieben. Es wurde ein Versuch zur Bewertung der Beziehung von
Drehzahl zu Drehmoment der Ausgangswellen 12 und 13 des
Differentialaktuators 1 auf die Einstellfrequenzen der Wechselrichter 8 und 9 von
35 Hz bzw. 30 Hz und die Rotationsgeschwindigkeit der
Induktionsmotoren 2 und 3 von 937 Umdrehungen/min. durchgeführt. Das Ergebnis ist
mit der durchgezogenen Linie in Fig. 7 wiedergegeben. Wie dargestellt,
erreichte das maximale Drehmoment 29,6 kg cm. Mit der gestrichelten
Linie in Fig. 7 ist das Ausgangsdrehmoment dargestellt, das von einem
konventionellen System mit einem einzigen Induktionsmotor erreicht
wurde, der bei einer Einstellfrequenz mit einem maximalen
Ausgangsdrehmoment von 4,7 kg cm angetrieben wurde. Das von der durchgezogenen
Linie angezeigte maximale Drehmoment ist weitaus größer als das von
der gestrichelten Linie angegebene, was beweist, daß die
Wechselrichtersteuerung
für den Differentialaktuator 1 selbst im niedrigen
Drehzahlbereich ein ausreichendes Drehmoment erzeugt und für den
praktischen Einsatz günstig ist.
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Wird die Frequenz des Wechselrichters 8 auf 35 Hz fest eingestellt und
die eines weiteren Wechselrichters, 9, zwischen 5 Hz und 30 Hz
variiert, wird die in Fig. 8(a) dargestellte abfallende
Drehmoment/Drehzahl-Charakteristik erreicht, die mit der eines Gleichstrommotors
identisch ist; d. h. die Drehzahl wird über einen großen, dynamischen
Bereich steuerbar bzw. regelbar. Dadurch wird ein ausreichend großer
Drehmomentausgang durch eine kleine Drehzahlanpassung ermöglicht, was
dem Betrieb eines Differentialaktuators entspricht, der aus der
Kombination von zwei Gleichstrommotoren besteht, bei dem die Differenz
der an beide Motoren angelegten Spannungen angepaßt wird.
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In Fig. 8(b) ist das Ergebnis einer Funktionsprüfung dargestellt, bei
der ein Pronyscher Zaum bei der erfindungsgemäßen
Differentialaktuator-Drehzahlsteuerung eingesetzt wurde. Die graphische Darstellung
zeigt, daß die Ausgangswellen 12 und 13 auf konstanter Zieldrehzahl
bei variierendem Lastdrehmoment an den Ausgangswellen 12 und 13
gehalten wurden; das Lastdrehmoment wurde mit Hilfe des Pronyschen Zaums
erzeugt. Eine Regelung auf die konstante Zieldrehzahl wurde über eine
Anpassung der Differenzfrequenz auf dem Wege einer gleichzeitigen
Änderung der Einstellfrequenzen der beiden Wechselrichter 8 und 9
erreicht.
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Werden die Ausgangswellen 12 und 13 beispielsweise durch einen
Bremsvorgang belastet, wobei die Einstellfrequenz des Wechselrichters 8 bei
35 Hz gehalten und die des Wechselrichters 9 variiert wird, ist das
Verhältnis von Drehmoment zu Drehzahl der Wellen 12 und 13 wie in Fig.
9 dargestellt, und in diesem Fall wird das Ausgangsdrehmoment
praktisch konstant, unabhängig von der Drehzahl.
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Selbst bei niedrigen Drehzahlen der Ausgangswellen 12 und 13 des
Differentialaktuators 1 laufen die Induktionsmotoren 2 und 3, die Teile
des Aktuators 1 sind, mit hoher Geschwindigkeit, was bewirkt, daß die
Ausgangswellen 12 und 13 trotz der niedrigen Drehzahl ein ausreichend
großes Drehmoment mit außerordentlich geringer Drehmomentwelligkeit
erzeugen.
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Nachfolgend werden einige Anwendungsbeispiele beschrieben, bei denen
der Differentialaktuator 1 und die damit zusammenwirkende,
beschriebene Drehmomentsteuerung bzw. -regelung eingesetzt werden.
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In Fig. 10 ist die Anwendung dieser Erfindung in einer
Greifvorrichtung 50 dargestellt. Der Differentialaktuator 1 ist praktisch so
aufgebaut, wie dies in Fig. 5 dargestellt ist. Eine Ausgangswelle 13 ist
verlängert und mit einem Gewindeabschnitt 13a versehen, auf dem eine
Mutter 51 sitzt. Die Mutter ist mit Ansätzen 51a versehen, und
ähnliche Ansätze, 18a, sind an der Endkappe 18 des Gehäuses 16 vorgesehen,
so daß zwei Armpaare, 52 und 53, über Stifte 18b und 51b an den
Ansätzen 18a bzw. 51a geschwenkt werden. Die Arme 52 und 53 sind über einen
Stift 54 verbunden, der auch Greifarme 55 zusammen mit den Armen 52
und 53 schwenken läßt. An den Enden der Greifarme 55 sind einander
gegenüberliegende Greifplatten 56 vorgesehen, die ein Werkstück 57 als
Ergebnis einer Schwenkbewegung der Greifarme 55 halten. Diese
Schwenkbewegung wird durch die lineare Bewegung der Mutter 51 auf eine
Rotation der Ausgangswelle 13 des Differentialaktuators 1 hin erzeugt. Bei
Einsatz der erfindungsgemäßen Drehzahlregelung und des
Differentialaktuators 1 wird für den Greifmechanismus 50 ein Ergreifen eines
Werkstückes 57 mit erwünschter Kraft ermöglicht, die ohne Schwierigkeiten
so einzustellen ist, daß verschiedene Anforderungen, wie sie z. B. zum
Ergreifen eines weichen Materials auftreten, erfüllt werden. Wegen der
in Fig. 9 dargestellten Merkmale kann das Werkstück 57, wenn es bewegt
wird, mit gleichbleibender, von der Bewegungsgeschwindigkeit
unabhängiger Greifkraft von einer Position in eine andere gebracht werden.
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In Fig. 11 ist die Anwendung dieser Erfindung in einer
Vorschubeinrichtung 60 für ein Werkstück, wie sie in verschiedenen
automatisierten Maschinen eingesetzt wird, dargestellt. Der Differentialaktuator 1
ist mit Befestigungsmitteln 62 auf einer Basisplatte 61 befestigt.
Seine Ausgangswelle 12 ist mit einem Gewindeabschnitt 12a versehen,
auf dem eine Mutter 63 sitzt. Die Mutter 63 weist eine L-förmige
Vorschubvorrichtung 64 auf, die ein Werkstück 65 auf der Basisplatte 61
in einer Linearbewegung, die von der Rotation der Ausgangswelle 12
erzeugt wird, vorschiebt. Die Linearbewegung der Vorschubvorrichtung
64 kann über eine Drehmomentregelung der Ausgangswelle 12 in einer
Weise justiert werden, daß das Werkstück 65 langsam mit großem
Drehmoment vorgeschoben und schnell mit kleinem Drehmoment wieder in seine
Ausgangsposition zurückgeholt wird. Es ist auch möglich, das Werkstück
bei Anwendung der in Fig. 9 dargestellten Merkmale mit konstanter
Geschwindigkeit zu bewegen.
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In Fig. 12 ist der Einsatz dieser Erfindung bei einer Klemmvorrichtung
70 dargestellt. Die Klemmvorrichtung 70 ist über ein Feststellglied 75
mit dem Ende einer Ausgangswelle 12 des Differentialaktuators 1
verbunden, der mit Hilfe einer Befestigung 72 an der Basis so gesichert
ist, daß ein Werkstück 78 zwischen einem Klemmglied 76 am Ende des
Klemmarmes 74 und einer Klemmunterlage 77 auf der Basis eingeklemmt
werden kann. Die Klemmkraft wird durch die Schwenkbewegung des
Klemmarmes 74 erzeugt, die von der Rotation der Ausgangswelle 12 ausgeht,
und kann ohne weiteres mit der Drehmomentregelung, wie sie weiter oben
beschrieben wurde, justiert werden.
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Fig. 13 ist eine perspektivische Ansicht einer Antriebseinheit eines
Bearbeitungswerkzeuges, bei der die vorliegende Erfindung eingesetzt
werden kann. In der Zeichnung ist die Ausgangswelle 12 des
Differentialaktuators 1 mit dem Ende einer Spindel 80 über eine Befestigung 81
gekoppelt. Am oberen Ende der Spindel 80 ist ein Schneidwerkzeug 82
zur Bearbeitung eines Werkstückes 83 vorgesehen; dieses Werkstück wird
mit konstanter Drehzahl bearbeitet, indem die Spindel 80 mit
konstanter
Geschwindigkeit auf das Werkstück 83 zu bewegt wird; die
Geschwindigkeit wird über die erfindungsgemäße Drehzahlregelung der
Ausgangswelle 12 des Differentialaktuators, d. h. unabhängig von der Größe des
Lastdrehmomentes, konstant gehalten.
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In Fig. 14 ist die Anwendung dieser Erfindung bei einem
Industrieroboter dargestellt. Der Differentialaktuator 1 wird als Teil des
Gelenkabschnittes 87 eingesetzt, der einen Arm 86 mit dem Hauptteil 85
verbindet. Zu dem Gelenkabschnitt 87 gehört ein U-förmiger, drehbarer
Flansch 89, dessen beide Enden mit der Ausgangswelle 12 des
Differentialaktuators 1 gekoppelt sind. Der Differentialaktuator ist über eine
Befestigung 88 am Hauptteil 85 befestigt. Bei dieser Anordnung wird
die Drehzahl der Ausgangswelle 12 unabhängig vom am Arm 86 anliegenden
Lastdrehmoment beliebig geregelt, auch auf Null gebracht, und somit
eine konstante Regelung der Geschwindigkeit des Armes 86 erreicht.
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In Fig. 15 ist die Anwendung dieser Erfindung in einer
Transportvorrichtung dargestellt. An der Ausgangswelle 12 des
Differentialaktuators 1 ist ein Gewindeabschnitt 12a vorgesehen, der mit einem
Scharnierabschnitt 93a einer Halterungsplatte 93 im Eingriff ist. Die HaI-
terungsplatte ist an einem Ende eines Tisches 91 angeordnet, der einen
Führungsabschnitt 92 aufweist. Das Ende der Ausgangswelle 12 ist an
einem Ende eines Schiebers 94 befestigt, der auf dem Führungsabschnitt
92 entlang der Achse der Ausgangswelle 12 gleitet. An der Unterseite
des Schiebers 94 ist ein Gleitabschnitt 94a vorgesehen, und auf dem
Schieber befindet sich ein Werkstück 95. Bei dieser Anordnung kann der
Schieber 94 mit beliebigen Geschwindigkeiten im Bereich von Stillstand
bis zur normalen Betriebsgeschwindigkeit bewegt werden und die
Transportvorrichtung 90, die auf diese Weise konstant
geschwindigkeitsgeregelt ist, kann ohne weiteres mit einem Bearbeitungswerkzeug oder
dergleichen kombiniert eingesetzt werden.
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Die erfindungsgemäße Drehzahlregelung umfaßt zwei Wechselrichter mit
konstanten, jedoch eigenen Spannungs/Frequenz-Charakteristika, die
zwischen zwei Induktionsmotoren und der Spannungsquelle für den
Differentialaktuator angeordnet sind und das Ausgangsdrehmoment aus der
Differenzdrehzahl der beiden Induktionsmotoren erzeugen. Deswegen kann
die Drehzahl beider Induktionsmotoren über die zugehörigen
Wechselrichter getrennt gesteuert bzw. geregelt werden, was eine stabile
Regelung des Ausgangsdrehmomentes an den Wellen des
Differentialaktuators in einem erweiterten Drehzahlbereich vom Stillstand bis zu
normalen Betriebsdrehzahlen zuläßt.
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Wie oben im Detail beschrieben, enthält die erfindungsgemäße
Drehzahlregelung für einen Differentialaktuator zwei Induktionsmotoren, und
eine Differentialvorrichtung enthält eine Drehzahlregelung zum Regeln
der Drehzahl beider Induktionsmotoren bei individuellen Frequenzen, so
daß die Ausgangswelle des Aktuators auf konstante Drehzahlen von
Stillstand bis zu normalen Betriebsgeschwindigkeiten geregelt wird,
basierend auf der Drehzahldifferenz der beiden Induktionsmotoren,
wodurch die Rotationsgeschwindigkeit der Ausgangswelle exakt auf
gewünschte Drehzahlen geregelt wird, unabhängig vom an der Ausgangswelle
anliegenden Lastdrehmoment.