DE3886416T2 - Motorisierte Ueberblendregler. - Google Patents

Description

Gebiet der Erfindung
• Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zur Erzeugung einer gesteuerten Bewegung einer Vorrichtung längs eines Pfades, und insbesondere, aber nicht ausschließlich auf motorisierte Überblendregler zur Verwendung in Studios für die Steuerung von Audio- oder Videosignalen und/oder Beleuchtung.
Hintergrund der Erfindung
• In vielen Anwendungsfällen ist es erforderlich, eine Vorrichtung an eine bestimmte Position oder eine Folge von Positionen zu bewegen. Beispielsweise kann es in Studios notwendig sein, einen oder mehrere Schieber für Beleuchtungs-oder Audiogeräte an vorbestimmte Positionen zu bewegen. Dies ist bisher mit Hilfe von bekannten motorisierten Überblendreglern erfolgt, die rotierende Elektromotoren verwenden, welche Getriebe, sich bewegende Riemen und Zusatzantriebsgeräte erforderlich machen.
• In der US-PS 42 59 602 von Kuribayashi et al ist eine Ausführungsform einer Linearbewegungsvorrichtung mit einem Schieber oder Führungsbauteil und einem Linearmagnetmotor angegeben, die einen länglichen Elektromagneten aufweist, der sich über mindestens die Länge des Bewegungspfades des Schiebers erstreckt, sowie einen Permanentmagneten besitzt, der mit dem Schieber so befestigt ist, daß die Magnetachse im wesentlichen senkrecht zur Magnetachse des Elektromagneten verläuft.
Beschreibung der Erfindung
• Aufgabe vorliegender Erfindung ist es, einen verbesserten motorisierten Überblendregler oder dgl. mit einer Linearbewegungsvorrichtung der vorbeschriebenen Art zu schaffen.
• Gemäß der Erfindung ist ein motorisierter Überblendregler oder dgl. mit einer Linearbewegungsvorrichtung der vorbeschriebenen Art gekennzeichnet durch eine Einstellvorrichtung zur Handeinstellung der Position des Schiebers, einen Stromkreis zum Einspeisen von Gleichstrom in den Elektromagneten, und eine Schaltvorrichtung, die der Einstellvorrichtung zugeordnet und in den Stromkreis so eingeschaltet ist, daß während einer Bewegung des Schiebers von Hand der Gleichstrom zum Elektromagneten verringert oder abgeschaltet wird, damit der Schieber sich frei bewegen kann.
• Da keine mechanische oder elektrische Kopplung zwischen dem Schieber und dem Motor vorhanden ist, kann der Widerstand gegen Bewegung des Schiebers sehr gering sein, so daß eine stufenlose und leichte Handeinstellung der Schieberposition möglich ist. Da ferner keine mechanischen Teile, wie z.B. Laufrollen oder Getriebe, im Motor vorhanden sind, wird die Zuverlässigkeit und Lebensdauer der Vorrichtung entscheidend verbessert.
• Die Schalter können Berührungsschalter sein.
• Vorzugsweise ist dem Schieber ein Positionswandler zugeordnet, damit im Stromkreis ein elektrisches Signal erzeugt wird, das einen Parameter besitzt, der sich in bekannter Weise in Abhängigkeit von der Position des Schiebers längs des Pfades verändert.
• Auf diese Weise kann die Flußrichtung des Stromes, der in die Spule eingespeist wird, gesteuert werden, damit die gewünschte Bewegungrichtung erzielt wird, ferner kann die Größe des Stromes gesteuert werden, damit die gewünschte Beschleunigung und Geschwindigkeit des Gleitbauteiles erreicht wird.
• Der Positionswandler weist vorzugsweise eine Führungsbahn mit linearem Widerstand auf, die entlang des Pfades angeordnet ist und die ein Signal in den Stromkreis entsprechend der Position des Schiebers einspeisen kann.
• Der Bewegungspfad ist insbesondere linear.
• Zweckmäßigerweise ist ein zweiter Elektromagnet vorgesehen, dessen Magnetachse parallel zu der des ersten Elektromagneten verläuft, wobei der Abstand zwischen den Spulen so gewählt ist, daß jede Spule in der Nähe des Pfades eines der Pole des Permanentmagneten angeordnet ist.
• Der Permanentmagnet ist vorzugsweise ein Magnet seltener Erde mit hoher Koerzitivkraft.
• Ein bevorzugtes Material für den Magneten ist Neodym-Eisen-Bor.
• Ein alternatives Magnetmaterial ist Samarium-Kobalt.
• Die Erfindung ist insbesondere anwendbar auf einen motorisierten Überblendregler zum Antrieb von manuell einstellbaren Steuerungen in Konsolen für die Steuerung von Audio und Beleuchtung auf Bühnen, in Studios oder Auditorien. Andere analoge Anwendungsfälle sind jedoch möglich, z.B. in Roboter-, Fernmeß-, Fernkontroll- und Steuersystemen, und generell in beliebigen angetriebenen Einstellvorrichtungen, die eine Übersteuerung von Hand besitzen. Aus Zweckmäßigkeitsgründen wird deshalb in vorliegendem Fall von "motorisierten Überblendreglern oder dgl." gesprochen.
• Durch Verwendung eines Linearmagnetmotors ist es möglich, eine höhere Genauigkeit gegenüber bekannten Systemen zu erzielen, bei denen von einem rotierenden Antrieb, z.B. einem Gleichstrommotor, Bewegungen in Zuwachsschritten erteilt werden.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
• Nachstehend wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispieles in Verbindung mit den Zeichnungen erläutert, in denen:
• Figur 1 eine schematische Darstellung einer Antriebseinheit für einen Überblendregler nach einer Ausführungsform der Erfindung zeigt,
• Figur 2 eine perspektivische Ansicht einer Antriebseinheit zum Antrieb eines Überblendreglers nach einer zweiten Ausführungsform der Erfindung zeigt,
• Figur 3 eine Seitenansicht der Antriebseinheit nach Figur 2, teilweise im Schnitt, zeigt,
• Figur 4 ein Schnitt längs der Linie IV-IV der Figur 3 ist und den Überblendregler aufweist, und
• Figur 5 einen Stromkreis der Steuerschaltung für die Antriebseinheit des motorisierten Überblendreglers nach den Figuren 2 - 4 darstellt.
Spezielle Beschreibung
• In Figur 1 ist ein Verschiebebauteil 10 längs einer Führungs bahn 12 verschiebbar dargestellt; das Bauteil 10 weist einen Permanentmagneten 14 und einen Gleitkontakt 16 eines linearen Potentiometers 18 auf.
• In unmittelbarer Nähe des Permanentmagneten 14 und parallel zur Führungsbahn 12 ist eine elektromagnetiche Spule 20 auf einem magnetisierbaren Kern 22 aufgewickelt angeordnet.
• Die Enden der Spule 20 sind elektrisch mit einer Steuereinheit 24 verbunden, die einen Speicher enthält und die in der Lage ist, an die Spule einen ausreichend hohen Gleichstrom abzugeben, daß das Bauteil 10 längs der Führungsbahn 12 verschoben wird. Größe und Richtung eines solchen Antriebsstromes werden von den Eingangsdaten bei 26 gesteuert; die Daten können in analoger oder in digitaler Form vorliegen. Solche Eingangsdaten weisen auch ein Rückkopplungssteuersignal auf, das aus dem Schieber 16 abgeleitet und der Steuereinheit 24 über einen Signalpfad 30 zugeführt wird.
• Es können auch mehr als eine Spule 20 vorgesehen sein. Ferner können zwei oder mehr Kerne 22 verwendet werden, und diese Kerne können die Form von Rohren oder Scheiben haben.
• Die Führungsbahn 12 kann ein integraler Teil der Magnetanordnung sein.
• Die Einrichtung kann an ein beliebiges System angepaßt werden, das eine Vorrichtung benötigt, die längs einer Bahn in eine vorbestimmte Position verschoben wird oder bei dem ein Bauteil mit einer gewünschten Geschwindigkeit oder Beschleunigung verschoben werden muß, wobei eine Handübersteuerung möglich sein muß.
• Wenn die Einheit 24 einen Speicher enthält, kann dieser eine Vielzahl unterschiedlicher Einstellungen oder programmierter Bewegungen speichern, die vorher durch die Handübersteuerung ausgeführt werden, wodurch erforderlichenfalls eine Folge von sich wiederholenden Bewegungen möglich wird.
• Die Figuren 2 - 4 zeigen eine Antriebseinheit für einen Überblendregler, der mit einem beweglichen Element des Überblendreglers verkettet ist und der Seite an Seite mit anderen ähnlichen Antrieben befestigt sein kann, um eine Anzahl von parallel angeordneten Überblendreglern in einer Konsole zu steuern, beispielsweise in Aufzeichnungsstudios, Theatern oder dgl.
• Ein äußeres Gehäuse 30 und Endpreßteile 32 nehmen zwei Laufschienen 34 auf, die parallel übereinander angeordnet sind. Die Laufschienen 34 bestehen aus nichtmagnetischem Material, auf ihnen ist ein Schlitten 36 für einen starken Permanentmagneten 38 verschiebbar. Der Magnet besteht aus einer Materialzusammensetzung seltener Erde, z.B. Neodynium-Eisen-Bor oder Samarium-Kobalt und seine N-S-Achse erstreckt sich quer zur Achse der Laufschienen 34, wie in Figur 4 dargestellt.
• Zwei Spulen 39, 40, die auf Kernen 42, 43 aufgewickelt sind, sind auf entgegengesetzten Seiten des Magneten 38 angeordnet. Die Kerne 42, 43 haben rechteckförmigen Querschnitt und bestehen aus Eisen oder anderem Material hohen magnetischen Widerstandes. Der Draht einer jeden Wicklung hat beispielsweise einen Durchmesser von 0,15 mm, und die Spule ist in acht Lagen eng gewickelt.
• Ein Steuerknopf 44 ist am Schlitten 36 angebracht, sodaß der Schlitten 36 von Hand längs der Laufschienen 34 bewegt werden kann.
• Gegenüber der oberen Laufschiene 34 ist eine Führungsbahn 52 linearen Widerstandes mit einem elektrischen Gesamtwiderstand von 10 k0hm vorgesehen. Der bewegliche Schlitten 36 nimmt zwei elektrische Schleifer 54 auf, die Kontakt mit der Führungsbahn 52 ergeben. Der von einem Ende der Führungsbahn 52 zu den Schleifern 54 gemessene Widerstand ergibt ein Positions-Bezugssignal.
• Die Wicklungen 40 sind parallel zueinander angeordnet und an eine 30 V Gleichstromspeisequelle so angeschlossen, daß die Richtung des in einer Spule erzeugten Magnetfeldes entgegengesetzt zu der der anderen Spule ist. Wenn ein Strom durch die Wicklungen fließt, ergibt die Zwischenwirkung zwischen dem von den Strömen erzeugten Magnetfeld und dem Magnetfeld des Permanentmagneten 38 eine Störung des Magnetfeldes, die eine Nutzkraft auf den Schlitten in einer Richtung erzeugt, welche den Schlitten längs der Führungsschiene 34 verschiebt. Beispielsweise wird unter Verwendung eines Magneten von 30 MegaGauss Oersted eine Kraft von etwa 2 Newton festgestellt. Ein Arm 56 erstreckt sich über den Schlitten 36 hinaus und überträgt eine Bewegung auf ein bewegliches Steuerelement 57 eines Überblendreglers 59 (s. Fig. 4).
• Figur 5 zeigt eine Steuerschaltung für die Antriebseinheit der Fig. 2 - 4.
• Die obere Häfte des Schaltplans zeigt eine Servosteuerungsschaltung, während die untere Hälfte ein elektrisches Signal ergibt, wenn der Knopf 44 von Hand berührt wird (und deshalb entweder geerdet wird oder ihm von Hand ein in die Umgebung abgestrahltes Netzbrummen aufgegeben wird), und wirkt in der Weise, daß der Stromfluß von der Energiequelle zum Motor in Abhängigkeit von dem elektrischen Signal unterbrochen wird.
• Die Servosteuerung wird mit einer Spannung aus den Schleifern 54 zugeführt, die durch einen Betriebsverstärker 60 gepuffert wird, damit ein Eingang in eine Vergleichsvorrichtung 62 erzeugt wird, deren anderer Eingang aus einem virtuellen Erdsummierverstärker 64 gespeist wird, dessen Verstärkungsfaktor durch einen Rückkopplungswiderstand eingestellt wird, um das Ausmaß der Dämpfung festzulegen.
• Der Ausgang aus dem Verstärker 60, der mit "SERVO AUS" bezeichnet ist, speist den Datenerfassungseingang einer externen Steuereinheit ähnlich der Steuereinheit 24 nach Figur 1), während der Eingang in den Verstärker 68, der mit "CONTROL EIN" bezeichnet ist, die Einspeisung zum Motor aus der externen Steuereinheit ergibt.
• Zwei Rücken an Rücken zueinander angeordnete Dioden 70, 72 stellen die Größe der Hysterese der Vergleichsvorrichtung 62 so ein, daß eine Oszillation um eine beliebige gewünschte Position des Schlittens 36 verhindert wird. Die Ausgangsstufe wird durch einen Phasenteiler 74, 76 angetrieben und weist vier Leistungstransistoren 78, 80, 82, 84 auf, die in einer Brückenschaltung angeordnet sind, um den Strom in den Motor (nicht dargestellt) zu steuern. Der Wert des Stromes wird durch den Abstand zwischen der gewünschten Position des Schlittens 36 und der durch die Bahn 52 angezeigten tatsächlichen Position bestimmt, wobei die Geschwindigkeit der Annäherung an die gewünschte Position ebenfalls in Rechnung gestellt wird.
• Sobald der Knopf 44 von Hand berührt wird, wird nach der Erfindung der Strom in den Motor reduziert oder abgeschaltet, wodurch eine freie Bewegung des Steuerknopfes möglich ist, so daß der einzige Widerstand gegen Bewegung die Reibung ist, die die Führungsschienen 34 verursachen. Dies wird durch CMOS-Vorrichtungen 86, 88, 90 erreicht, die in Kaskade geschaltet sind und die eine sehr hohe Eingangsimpedanz haben.
• Der Eingang in die Vorrichtung 86 ist über einen 100 k0hm Widerstand 92 mit dem Handsteuerknopf 44 verbunden, der selbst aus elektrisch leitendem Material besteht. Wenn der Knopf 44 mit einem Finger oder dem Daumen berührt wird, reicht die Oberflächenleitfähigkeit der Haut aus, um entweder einen Erdleckstrom zu erzeugen oder ein Netzbrummen in die Vorrichtung 86 einzuführen; dies führt in beiden Fällen zu einem Triggern der Vorrichtung 86 und damit der Vorrichtung 88, wodurch ein Spannungsanstieg am Widerstand 94 entsteht und bewirkt wird, daß die Vorrichtung 90 voll leitend ist und der Ausgangsanschluß 96 sich von + 5 V auf - 0,7 V verschiebt
• Dadurch wird der Antrieb 98 im Eingang der Vorrichtung 76 in der Phasenteil/Treiberstufe 74, 76 abgeschaltet, was zur Folge hat, daß die Leistungstransistoren 78 - 84 sofort abgeschaltet werden und als Folge davon der Antriebsstrom vor dem Motor getrennt wird.

Claims (9)

1. Motorisierter Überblendregler oder dergl., mit einem Schieber und einem Linear-Magnetmotor, einem länglichen Elektromagneten, der sich über mindestens die Länge der Bewegungsbahn des Schiebers erstreckt, und einem Permanentmagneten, der mit dem Schieber so befestigt ist, daß seine magnetische Achse im wesentlichen senkrecht zur magnetischen Achse des Elektromagneten verläuft, gekennzeichnet durch eine Einstellvorrichtung (44) zur Handeinstellung der Position des Schiebers, eine Stromkreisanordnung zum Einspeisen von Gleichstrom in den Elektromagneten, und eine Schaltvorrichtung, die der Einstellvorrichtung zugeordnet und in die Stromkreisanordnung so eingeschaltet ist, daß während einer Bewegung des Schiebers (36) von Hand der Gleichstrom zum Elektromagneten (39, 40) verringert oder abgeschaltet wird, damit der Schieber sich frei bewegen kann.

2. Überblendregler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltvorrichtung auf Berührung anspricht.

3. Überblendregler nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein Positionswandler (52) dem Schieber (36) so zugeordnet ist, daß in der Stromkreisanordnung ein elektrisches Signal erzeugt wird, das einen Parameter besitzt, der sich in bekannter Weise in Abhängigkeit von der Position des Schiebers längs der Bahn verändert.

4. Überblendregler nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Positionswandler eine Führungsbahn (52) mit linearem Widerstand aufweist, die längs der Bahn angeordnet ist und die ein Signal in den Stromkreis einspeisen kann, das der Position des Schiebers entspricht.

5. Überblendregler nach einem der vorausgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichiiet, daß die Führungsbahn linear ist.

6. Überblendregler nach einem der vorausgehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch einen zweiten Elektromagneten (40), der mit seiner Magnetachse parallel zu der des ersten Elektromagneten (39) angeordnet ist, wobei der Abstand dazwischen so gewählt ist, daß jeder E;lektromagnet nahe der Bahn eines der Pole des Permanentmagneten (38) angeordnet ist.

7. Überblendregler nach einem der vorausgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Permanentmagnet (38) ein Magnet aus Materialien seltener Erde mit hoher Koerzitivkraft ist.

8. Überblendregler nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Material für den Permanentmagneten (38) Neodyn- Eisen-Bor ist.

9. Überblendregler nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Material fürs den Permanentmagneten (38) Samarium- Kobalt ist.