DE19853326A1

DE19853326A1 - Tanslator

Info

Publication number: DE19853326A1
Application number: DE19853326A
Authority: DE
Inventors: Detlef Riemer
Original assignee: Technische Universitaet Ilmenau
Current assignee: Technische Universitaet Ilmenau
Priority date: 1998-06-10
Filing date: 1998-11-19
Publication date: 1999-12-16

Abstract

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Translator anzugeben, der mit einfachen Mitteln unterschiedliche Bewegungsaufgaben erfüllen kann. DOLLAR A Erfindungsgemäß gelingt die Lösung der Aufgabe dadurch, daß das Übertragungselement mit dem Läufer durch ein Bewegungskoppelelement verbunden ist und das bewegungserzeugende Element mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten für die Vor- und Rückwärtsbewegung ansteuerbar ist. DOLLAR A Die Erfindung betrifft einen Translator, bei dem ein eine bidirektionale Linearbewegung erzeugendes Element mit einem Läufer über ein Übertragungselement verbunden ist.

Description

Die Erfindung betrifft einen Translator, bei dem ein eine bidirektionale Linearbewegung erzeugendes Element mit einem Läufer über ein Übertragungselement verbunden ist.

Im Stand der Technik sind verschiedenartige Ausführungsformen und Prinzipien von Linearantrieben bekannt. Dabei kann eine Unterscheidung in Direktantriebe und Antriebe mit mechanischen Wandlerelementen (z. B. Rotationsantriebe mit Spindel zur Erzeugung einer Linearbewegung) getroffen werden. Je nach Wandlerprinzip und der zu lösenden Antriebsaufgabe ist der hierbei erforderliche mechanische und elektrische Aufwand unterschiedlich.

Bekannte technische Lösungen von bidirektional direkt wirkenden Linearantrieben (Direktantriebe) benötigen fast ausschließlich mindestens zwei Einzelaktoren für eine zu erzeugende und auskoppelbare Linearbewegung in definierter positiver und negativer Koordinatenrichtung. Auch hierzu ist ein entsprechender Aufwand notwendig.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Translator anzugeben, der mit einfachen Mitteln unterschiedliche Bewegungsaufgaben erfüllen kann.

Erfindungsgemäß gelingt die Lösung der Aufgabe mit den kennzeichnenden Merkmalen von Patentanspruch 1.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Anordnung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Der erfindungsgemäße Translator beruht auf der Nutzung von Trägheits- und Reibungskräften.

Das dem Gegenstand der Erfindung zugrundeliegende Antriebsprinzip eines bidirektional wirkenden Linearaktors zeichnet sich vor allem durch seinen einfachen Aufbau aus. Vergleichbar ist das Grundprinzip des Antriebs mit dem folgenden, bekannten Effekt: Zieht man eine Tischdecke sehr schnell bzw. ruckartig von einem gedeckten Tisch, werden die darauf stehenden Gegenstände nicht mitbewegt. Dagegen wird man bei einer bestimmten unteren Geschwindigkeitsgröße die Gegenstände mit der Tischdecke zusammen vom Tisch ziehen.

Die Erfindung wird im Folgenden an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert. In den zugehörigen Zeichnungen zeigen:

Fig. 1 eine Ansicht der erfindungsgemäßen Anordnung und

Fig. 2 eine schematische Darstellung des Bewegungsablaufes.

Bei dem in Fig. 1 dargestellten Antriebsprinzip wird ein bewegungserzeugendes Element 1, eine Art Reibkörper/Gleitkörper bzw. Übertragungselement 2 und ein Läufer 3 auf dem die Bewegung ausgekoppelt wird, verwendet. Bedingung für eine Bewegungsübertragung von dem Übertragungselement 2 auf den Läufer 3 ist, daß die antreibende Bewegungskraft kleiner als die Haftreibungskraft zwischen dem Übertragungselement 2 und dem Läufer 3 ist. Ist dagegen ein Gleiten des Übertragungselement 2 auf dem Läufer 3 das Ziel, muß die antreibende Kraft von dem bewegungsgenerierendem Element 1 die Haftreibung zwischen Übertragungselement 2 und Läufer 3 bzw. die Trägheit des Läufers 3 überwinden. Mit Hilfe einer periodischen Bewegung und modifizierbaren Geschwindigkeitswerten des bewegungsgenerierenden Elements 1 und/oder einer modifizierbaren Kraftübertragung von Koppelelement 2 auf den Läufer 3 ist eine vor allem diskontinuierliche sowie bidirektionale Bewegung, mit theoretisch unbegrenztem Bewegungsbereich, möglich.

Die Kraftkopplung zwischen dem Gleitkörper bzw. Übertragungselement 2 und dem Läufer 3 kann mit Hilfe von Reibungskräften oder auch über permanentmagnetische bzw. elektromagnetische Koppelkräfte erzeugt werden. Desweiteren sind auch elektrostatische Anziehungskräfte für die Kraftpaarung möglich. Werden für die Bewegungsübertragung von dem bewegungsgenerierenden Element 1 über das Koppelelement 2 auf den Läufer 3 insbesondere elektrostatische und/oder magnetische Feldkräfte genutzt, gilt es vor allem Trägheitskräfte des Läufers 3 und möglichst nur geringe Reibungskräfte der symbolisch dargestellten Lagerstellen (4, 5, 6) des Läufers 3 definiert zu nutzen bzw. zu überwinden.

Werden Reibungskräfte oder/und magnetische bzw. elektrostatische Kräfte für die Kraftpaarung zwischen Läufer 3 und Gleitkörper 2 genutzt, ist eine Art Selbsthaltung des Läufers 3 möglich. Das ist für viele technische Anwendungen interessant und wichtig, da im ausgeschalteten Zustand des Linearantriebs somit eine definierte Stellung des Läufers 3 möglich ist.

Das bewegungserzeugende Element 1 kann ein nach einem beliebigen physikalischen Wandlerprinzip aufgebauter Linearantrieb sein (z. B. bistabiler Hubmagnet, Piezowandler, pneumatischer/hydraulischer Stellantrieb, SMA-Aktor, elektrochemischer Stellantrieb usw.). Einzige Bedingung ist, daß die Stellgeschwindigkeit bzw. die Stellkraft zwischen 2 und 3 sowohl in positiver als auch in negativer Koordinatenrichtung modifizierbar ist. Eine kontinuierlichere Bewegung des Läufers 3 kann durch eine zusätzliche Feder-Dämpfer-Integration, mit Hilfe der Trägheit des bewegten Systems bzw. durch eine definierte Ansteuerung mehrerer antreibender (kaskadierter) Elemente erreicht werden.

Desweiteren ist eine Variation der Ausgangsparameter des Läufers 3 (Schrittweite, Stellgeschwindigkeit, Stellkraft, Beschleunigung) über die Einstellung der Schrittweite bzw. über den Geschwindigkeits-/Kraftverlauf des antreibenden Elements 1 möglich. In diesem Zusammenhang ist auch denkbar, daß nur ein bestimmter Bewegungsabschnitt eines Hubs des bewegungsgenerierenden Elements 1 für Kraftübertragung des Koppelelements 2 auf den Läufer 3 genutzt wird und der andere Bewegungsabschnitt des bewegungsgenerierenden Elements 1 bleibt z. B. unter der Haftreibungsgrenze zwischen dem Koppelelement 2 und dem Läufer 3.

Durch eine Kaskadierung des beschriebenen Translators, das heißt eine parallele und/oder serielle Verschaltung mehrerer derartiger Translatoren zu einer Antriebskaskade, sind Eigenschaften des Gesamtantriebssystems erreichbar, welche sich von den Eigenschaften des Einzelantriebs deutlich unterscheiden. So ist z. B. eine Erhöhung der generierbaren Kräfte/Momente, der
Stellgeschwindigkeit bzw. des erzeugbaren Stellwegs des Läufers 3 möglich. Desweiteren ist mit Hilfe der Kaskadierung des hier beschriebenen Translators ein Antriebssystem erzeugbar, welches sowohl in der Ebene (linear, planar, rotatorisch) - als auch im Raum auskoppelbare sowie nutzbare Bewegungen ausführen kann.

Die Erfindung zeichnet sich durch eine Reihe von Vorteilen aus. Hierzu zählen insbesondere:

1. Die Grundstruktur des Translators weist einen einfachen Aufbau aus. Sie besteht aus einem bewegungsgenerierenden Element 1, einem Koppelelement bzw. Übertragungselement 2 und einem Läufer 3.
2. Das bewegungserzeugende bzw. bewegungsgenerierende Element 1 kann ein beliebiger, eine lineare Bewegung erzeugender Antrieb sein.
3. Das Antriebsprinzip des Translators beruht auf dem gezielten Überwinden sowie dem Nutzen von Reibungskräften bzw. Trägheitskräften zwischen einem kraftübertragenden Element 2 und einem angetriebenen Läuferelement 3.
4. Die Kraftübertragung von dem Übertragungsglied 2 auf den Läufer 3 kann mit Hilfe von Reibungskräften und/oder magnetischen bzw. elektrostatischen Kräften erfolgen.
5. Es ist eine bidirektionale Bewegung sowohl des treibenden als auch des angetriebenen Elements (Läufers) möglich.
6. Es ist ein theoretisch unbegrenzter Bewegungsbereich des Läufers möglich.
7. Es ist für die Erzeugung einer bidirektionalen Läuferbewegung nur mindestens ein aktives Element (Aktor) notwendig.
8. Es ist eine Variation der Ausgangsparameter des Läufers 3 (Schrittweite, Stellgeschwindigkeit, Stellkraft, Beschleunigung) über die Einstellung der Schrittweite bzw. über den Geschwindigkeits-/Kraftverlauf des antreibenden Elements 1 möglich.
9. Es ist eine Variation der Ausgangsparameter des Läufers 3 (Schrittweite, Stellgeschwindigkeit, Stellkraft, Beschleunigung) über eine definierte Änderung der Kraftübertragung des Koppelelements 2 auf den Läufer 3 möglich.
10. Mit Hilfe einer Kaskadierung kann ein Bewegungssystem aufgebaut werden, welches sowohl in der Ebene als auch im Raum auskoppelbare/nutzbare Bewegungen, Kräfte und Momente erzeugen kann.

Claims

1. Translator, bei dem ein eine bidirektionale Linearbewegung erzeugendes Element mit einem Läufer über ein Übertragungselement verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Übertragungselement mit dem Läufer durch ein Bewegungskoppelelement verbunden ist und das bewegungserzeugende Element mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten für die Vor- und Rückwärtsbewegung ansteuerbar ist.

2. Translator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Bewegungskopplungselement mit einer Kopplung durch Reibpaarung zwischen Übertragungselement und Läufer versehen ist.

3. Translator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Bewegungselement mit einer Kopplung durch magnetische Elemente zwischen Übertragungselement und Läufer versehen ist.

4. Translator nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Antriebe kaskadiert angewendet sind, wobei sich zwischen den Antrieben Dämpfungselemente befinden.