DE2346449C3

DE2346449C3 - Einrichtung zur Steuerung der Vertikalbewegung eines Schreibstiftes in einem automatischen Zeichengerät oder dergleichen

Info

Publication number: DE2346449C3
Application number: DE2346449A
Authority: DE
Inventors: Masato Tokyo Hara
Original assignee: Asahi Kogaku Kogyo Co Ltd
Current assignee: Pentax Corp
Priority date: 1972-09-25
Filing date: 1973-09-14
Publication date: 1982-12-23
Also published as: DE2346449B2; DE2346449A1; US3864695A

Description

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Steuerung der Vertikalbewegung eines Schreibstiftes in einem automatischen Zeichengerät od. dgl. mit den Merkmalen gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Bei bekannten Einrichtungen (JP-GMS 47-21.872 und 47-21.873) zur Steuerung der Vertikalbewegung des Schreibstiftes automatischer Zeichengeräte od. dgl. kommt eine auf den Schreibstif¹ wirksame Zugkraft zur Anwendung, die zwischen einem beweglichen Eisenteil, das dem Schreibstift zugeordnet ist, una einem Magnet aufgebaut wird. Außerdem wird ein Drehmoment durch eine Drehspule erzeugt. Ein Nachteil dieser bekannten Einrichtungen zur Steuerung und zum Antrieb des Schreibstiftes besteht jedoch darin, daß die Andrückkraft, mit der der Schreibstift auf die Unterlage gedruckt wird, in Abhängigkeit von der Dicke des Zeichenpapiers Schwankungen unterworfen ist und daß der schwankenden Anpreßkraft entsprechend der Hub des Schreibstiftes sehr beschränkt ist. Ein weiterer Nachteil besteht darin, daß im Antriebsteil des Schreibstiftes der bekannten Einrichtungen die Geschwindigkeit, mit der der Schreibstift nach unten auf das Papier zu bewegt wird, während der Bewegung zunimmt und ein Maximum in dem Augenblick erreicht, wenn der Schreibstift auf die Papieroberfläche auftrifft. Als Ergebnis des Aufpralls des Schreibstiftes auf der Papierfläche vollzieht jener eine Reihe von Sprüngen, die nicht nur die Zeichen- oder Schreibqualität beeinträchtigen können, sondern unter Umständen sogar ein Hängenbleiben des Schreibstiftes auf der Papieroberfläche bewirken. Für die Schreibstifte werden Kugelschreiberspitzen oder Tintenröhrchen verwendet, wobei insbesondere bei letzteren durch das Springen des Schreibstiftes ein Verspritzen von Tinte auf der Papieroberfläche eintreten kann.

Es sind zur Beseitigung dieses Nachteils bereits Verbesserungen vorgeschlagen worden, die dahin gehen, daß zur Steuerung der Geschwindigkeit der Abwärtsbewegung und zum Auffangen der erwähnten Sprünge ein Federelement vorgesehen wird. Bei der Anwendung dieser Maßnahme ;n der Einrichtung zur Vertikalbewegung des Schreibstiftes hat es sich jedoch trotzdem als schwierig erwiesen, das Springen des Schreibstiftes auf der Papieroberfläche zu verhindern, wenn Ungenauigkeiten auftreten, wie z. B. eine ungenaue Oberfläche des Zeichenbrettes, schwankende Papierdicke oder Abnutzung der verwendeten Feder bei Bewegung des Schreibstiftes mit hoher Geschwindigkeit Außerdem war es schwierig, das Springen oder Schwingen des Schreibstiftes nach dessen Zurückführung in die obere Endlage zu vermeiden, was deshalb von besonderem Nachteil ist, weil es gewöhnlich nicht möglich ist, den Schreibstift wieder nach unten zu bewegen, bevor dieses Springen oder Schwingen abgeklungen ist. Wird nämlich während des Schwingvorganges die Abwärtsbewegung des Schreibstiftes eingeleitet, dann besteht die Gefahr, daß zu Beginn der Abwärtsbewegung deren Anfangsbedingung durch den Schwingvorgang geändert wird und demzufolge das normale Aufsetzen des Schreibstiftes auf der Papieroberfläche beeinträchtigt wird. Dies kann dazu führen, daß der Schreibstift sehr heftig auf der Papieroberfläche aufprallt. Eine wirksame Verbesserung im Sinne einer entsprechenden Steuerung der Geschwindigkeit der Vertikaibewegung mit einer damit einhergehenden Erhöhung der Zeichen- und Schreibgeschwindigkeit steht daher noch aus.

Bei einer weiteren bekannten Einrichtung (US-PS 31 49 902) gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 ist der Schreibstift mit der Spule mittels zweier in unterschiedlichen Richtungen wirkender Tellerfedern in einer Ruhelage gehalten, in der seine Spitze einen schwachen Druck auf die Unteriage ausübt. Aus dieser Ruhestellung kann der Schreibstift abhängig von dem die Spule durchfließenden Antriebsstrom ausgelenkt werden, wodurch dann der auf die Unterlage ausgeübte Druck verändert wird. Die bekannte Einrichtung arbeitet dabei so, daß ein Kohlepapier unterschiedlich stark gegen ein anderes Papier gedrückt wird, wobei eine elastische Unterlage vorgesehen ist, um auf diese Weise Striche unterschiedlicher Stärke zu erzeugen.

Die bekannte Einrichtung ist auf keinen Fall für die Anwendungsgebiete geeignet, für die der Erfindungsgegenstand Verwendung finden soll, nämlich automatische Zeichengeräte od. dgl., wobei es im wesentlichen darum geht, eine Prallbewegung, d. h. ein Hüpfen, der Schreibspitze beim Auftreffen auf die Unterlage zuverlässig zu vermeiden und unkontrollierte Bewegungen der Schreibspitze auszuschließen. Ungleichmäßigkeiten in der Papierstärke können bei der bekannten Einrichtung nicht ausgeglichen werden, da die den Druck ausübende Spitze abhängig von der Federkraft und der durch die Spule erzeugten Kraft eine ganz bestimmte Ruhestellung einnimmt, in der bezüglich der erwähnten Kräfte ein Gleichgewicht herrscht. Wenn nun das Papier unterschiedliche Stärke aufweist, ist es selbstverständlich, daß dann die Spitze entgegen der

fio Wirkung einer der Tellerfedern aus dieser Ruhestellung ausgelenkt werden wird, was zu einer Veränderung des Druckes auf die Unterlage und damit zu einer Variation in der Strichstärke führt. Auch die Kombination der beiden Tellerfedern der bekannten Einrichtungen ist

⁽ⁱ5 nicht geeignet, Prallbewegungen entgegenzuwirken, was bei der bekannten Einrichtung nicht stört, da mit derartigen Bewegungen auf Grund der Konstruktion und Arbeitsweise an sich nicht gerechnet werden muß.

Es ist davon auszugehen, daß die beiden Tellerfedern eventuell auftretende Prallbewegungen noch verstärken würden, so daß die Spitze bei der bekannten Einrichtung dann, wenn sie einmal ins Springen geraten ist, zumindest mehrmals von der Unterlage abheben und erneut auf diese aufsetzen würde.

Schließlich ist auch bereits eine Vorrichtung zur Einstellung des Arbeitsdruckes eines Werkzeugstahles gegenüber dem Werkstück (DE-OS 21 50 530) in einer Ausbildung analog dem Oberbegriff des Anspruches 1 bekannt Bei dieser Vorrichtung wird der Anpreßdruck des Werkzeugstahles gegen das Werkstück ebenfalls in der von der US-PS 31 49 902 her bekannten Weise durch Veränderung des die Spulen durchfließenden Stromes eingestellt. Der Unterschied zu der Einrichtung nach der US-PS 31 49 902 liegt darin, daß der Werkzeugstahl nicht mittels Federn in einer Mittel-Ruhelage gehalten ist sondern lediglich eine das Gewicht des Werkzeugstahles mit der Spule ausgleichende Stützfeder vorgesehen ist, welche den Werkzeugstahl in einer Ruhelage hält, in der er dem Werkstück, beispielsweise einer Folie, nicht anliegt. Auch bei der Vorrichtung nach der DE-OS 21 50 530 muß daher mit dem Auftreten der hinsichtlich der US-PS 31 49 902 erläuterten Mängel gerechnet werden. Insbesondere ist bei der bekannten Vorrichtung in keiner Weise dafür gesorgt, daß Prallbewegungen beim Auftreffen des Werkzeugstahl auf das Werkstück zuverlässig ausgeschaltet werden. Wegen des Vorhandenseins der Stützfeder ist vielmehr sogar mit Unregelmäßigkeiten beim Aufsehen des Werkzeugstahles auf das Werkstück, beispielsweise eine Folie, zu rechnen, wenn die Bearbeitung relativ kurzzeitig unterbrochen wurde, was bei Verwendung der bekannten Vorrichtung durchaus auftreten kann. Bei Abschaltung des Stromes wird nämlich der Werkzeugstahl durch die Stützfeder in seine Ausgangsposition zurückbewegt, wobei er durch die Feder eine Beschleunigung in Richtung von der Werkstück-Oberfläche weg erhält. Die hierdurch auftretende Bewegung überlagert sich dann der Bewc gung, welche von der Kraft erzeugt wird, die auf den die Spule durchfließenden Strom zurückzuführen ist. Infolgedessen ist davon auszugehen, daß die Vorrichtung gemäß der DE-OS 21 50 530 ebenfalls nicht für die Zwecke der Erfindung geeignet ist, nämlich zur Steuerung der Vertikalbewegung eines Schreibstiftes in einem automatischen Zeichengerät od. dgl. Ein weiterer Mangel der bekannten Vorrichtung ist darin zu sehen, daß die Andruckkraft des Werkzeugstahles in Abhängigkeit von der Dicke des Werkstückes variiert, weil der von dem die Spule durchfließenden Strom erzeugten Andruckkraft eine unterschiedliche Rückstellkraft der Feder entgegenwirkt.

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung der eingangs erwähnten Art zur Steuerung der Vertikalbewegung einer Schreibstiftes zu schaffen, bei der zuverlässige Prallbewegungen ausgeschlossen und außerdem unabhängig von der Materialstärke des Papiers oder sonstigen Unregelmäßigkeiten in der Unterlage ein weitgehend konstanter Anpreßdruck, d.h. aber auch eine konstante Stichstärke, gewährleistet sind.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß bei einer Einrichtung der eingangs erwähnten Art durch die Merkmale gemäß dem Kennzeichnungsteil des Patentanspruchs 1 gelöst.

Bei der Einrichtung gemäß der Erfindung wird die

Andruckkraft der Schreibspitze allein durch den Strom bestimmt, der durch die mit der Schreibspitze verbundene Spule fließt und infolgedessen eine in Achsrichtung der Spule verlaufende Kraft erzeugt. Die Andruckkraft bleibt dabei unabhängig von der augenblicklichen Position der Spule konstant, sofern nur eine vollständige Überdeckung der Spule und der magnetischen Feldlinien gegeben ist, d. h. das magnetische Feld eine gegenüber der Länge der Spule ausreichende Ausdehnung besitzt. Es wird sich also unabhängig von der tatsächlich genauen Position der Schreibspitze bzw. der Spule und lediglich in Abhängigkeit von dem die Spule durchfließenden Strom eine konstante Andrückkraft einstellen. Dies bedeutet aber, daß die Schreibspitze auch bei gewissen LageänJerungen in Abhängigkeit von unterschiedlicher Papierdicke od. dgl. mit konstanter Kraft angedrückt wird. Dieses Andrücken der Schreibspitze mit konstanter Kraft trägt bereits dazu bei, daß Prallbewegungen der Spitze bei raschem Aufsetzen auf die Unterlage erheblich unterdrückt werden. Wenn nun aber außerdem noch, wie nach der Erfindung vorgeschlagen, ein Detektor zur Abtastung der jeweiligen Lage und Bewegungsgrößen des Schreibstiftes und außerdem ein Rückkopplungssystem vorgesehen sind, durch das ?uf die Spule den vom Detektor ermittelten Größen analoge Größen rückgekoppelt werden können, so läßt sich eine praktisch vollständige Unterdrückung von Prallbewegungen erreichen. Ein etwaiges Prallen wird durch den Detektor sofort festgestellt und der Prallbewegung durch Anlegen einer kompensierenden Spannung an die Spule automatisch entgegengewirkt. Man erhält also mit der Erfindung eine Einrichtung, die sämtlichen an einen Antrieb für einen Schreibstift zu stellenden Forderungen entspricht, nämlich Andruck des Stiftes mit gleicher Kraft unabhängig von der jeweiligen Papierstärke bzw. Änderungen in der Papierdicke und Abheben und Aufsetzen des Schreibstiftes ohne störende Pralibewegungen.

Nachstehend wird ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel einer Einrichtung nach der Erfindung an Hand der Zeichnung näher erläutert.
Es zeigt

F i g. 1 eine schematische Darstellung einer grundsätzlichen Ausführungsform,

F i g. 2 ein Blockdiagramm, aus dem das Prinzip der Rückführung der Steuergrößen hervorgeht und

F i g. 3A bis 3D Diagramme, aus denen der den abgetasteten Bewegungsgrößen entsprechende Stromverlauf hervorgeht.

Gemäß F i g. 1 der Zeichnungen ist eine bewegbare Spule 2 auf einen zylindrischen Wicklungsrahmen 3 innerhalb eines Magnetfeldes gewickelt, welches durch einen zylindrischen Permanent- oder Dauermagneten 1 über den Polstücken 18 und 19 erzeugt ist; die Spule wird durch den Strom einer Konstantstromquelle 23 gespeist. Ein Feder- bzw. Zeichenstifthalter 6 und ein Zeichenstift bzw. eine Feder 7 sind am zylindrischen Wicklungsrahmen 3 befestigt und werden entsprechend der 3-Finger-Regel bezüglich der Ebene eines auf das Zeichenbrett 9 aufgelegten Bogens Papier 8 in Abhängigkeit der Richtung und Stärke des die Spule 2 durchfließenden Stromes nach oben oder nach unten verlagert.

Die obere Grenzposition der Bewegung der Feder 7 wird durch die Relativposition des unteren Endes des Polstückes 18 und eines Anschlages 5 bestimmt,

während die untere Grenzposition durch die Relativpositionen des unteren Endes des zylindrischen Wicklungsrahmens 3 (Fläche A) und eines Außenrahmens 4 (Fläche B) bestimmt ist. Die Feder 7 ist immer einer konstanten, nach oben gerichteten oder nach unten gerichteten Kraft ausgesetzt, wenn die Wicklungslänge der bewegbaren Spule 2 immer größer ist als die Längsabmessung ües Polstückes 19 und wenn die Größe des die bewegbare Spule 2 innerhalb ihrer Bewegungsbahn schneidenden magnetischen Kraftflusses konstant bleibt. Das bedeutet, daß die im Zeichenstift bzw. in der Feder 7 erzeugte Kraft konstant bleibt, wenn der Ausschlag der Feder 7 der Differenz zwischen der effektiven Längsabmessung des Polstückes 19 und der Wicklungslänge der bewegbaren Spule 2 entspricht. Der Zeichenstift bzw. die Feder 7 kann also mit einem verhältnismäßig großen Hub vertikaler Bewegung ausgestattet werden. Die Feder 7 wird demnach unabhängig von der Dicke des Bogens von Papier 8 und unabhängig von der Oberflächengenauigkeit des Zeichenbrettes 9 mit konstantem Schreib- oder Zeichendruck auf den Papierbogen aufgedrückt. Obwohl bei der vorliegenden Ausführungsform ein Permanentmagnet Verwendung findet, könnte in wirksamer Weise auch ein Elektromagnet vorgesehen sein. Die Vertikalbewegung der Feder 7 kann auch ausgelöst werden, wenn man den Strom in diesem Fall auf den Elektromagneten überführt.

Bei geöffnetem Schalter 20 bzw. fehlender Rückkopplung wird die bewegbare Spule 2 einer Kraft in einer der beiden entgegengesetzten Richtungen ausgesetzt, abhängig davon, ob der zum Antrieb dienende Strom vom Anschluß 16 durch die bewegbare Spule 2 zum Anschluß 17 oder umgekehrt vom Anschluß 17 durch die bewegbare Spule 2 zum Anschluß 16 fließt. Die bewegbare Spule 2 bzw. die Feder 7 können vertikal bewegt werden, indem die Stromrichtung innerhalb der bewegbaren Spule 2 verändert wird. Ein Befehlssignal c für vertikale Bewegung, welches von einer Signalquelle 12 eingespeist wird, besitzt entgegengesetzte Polarität in nachstehend beschriebener Weise, wenn sich die Bewegung der Feder von nach oben gerichteter Bewegung in eine nach unten gerichtete Bewegung bzw. von einer nach unten gerichteten Bewegung in eine nach oben gerichtete Bewegung umkehrt. Entsprechend kann der zum Antrieb dienende Strom von der Stromquelle 23 an der bewegbaren Spule 2 proportional zum Befehlssignal c der vertikalen Bewegung eingespeist werden, um eine dem Befehlssignal c entsprechende vertikale Bewegung der Feder 7 auszulösen.

Zwischen der Fläche A des zylindrischen Wicklungsrahmens 3 und der Fläche B des Außenrahmens 4 sind ein Licht aussendendes Element 10 und ein das Licht aufnehmendes Element 11 wirksam. Das Licht aussendende Element 10 wird durch eine Stromquelle 25 gespeist. Das Licht aussendende Element 10 und das das Licht aufnehmende Element 11 sind in dem zwischen den Flächen A und B bestehenden Raum so angeordnet, daß sich Gas vom Licht aussendenden Element 10 ausgesendete Licht und demzufolge auch das vom Element 11 aufgenommene Licht entsprechend der Position der Fläche A ändert, wenn diese vertikal bewegt wird und infolgedessen einen Teil des Lichts abdeckt. Ein Signal a entsprechend der Lichtmenge bzw. durch das Element 11 aufgenommenen Lichtstärke gibt also das Ausmaß der Bewegung der Feder 7 wieder. Die durch das Licht aussendende Element 10 ausgesandte und durch drei Pfeile dargestellte Lichtmenge bzw. Lichtstärke ist auf die durch zwei Pfeile dargestellte Lichtmenge reduziert, wenn sie durch das Element 11 aufgenommen wird. Diese Reduzierung in der aufgenommenen Lichtmenge entspricht der Bewegung bzw. der Position der Feder 7. Das Signal a kann durch einen Differentiator 13 differenziert werden, um ein der Geschwindigkeit der Feder 7 entsprechendes Signal b zu erhalten.

In Fig. 3A, 3B und 3C sind die Wellenformen der Signale a, b und c wiedergegeben. Bei der das Signal a darstellenden F i g. 3A gibt die Abszisse die Zeit wieder, während die Ordinate den der Position der Feder 7 entsprechenden elektrischen Strom anzeigt Eine Reihe von in Fig.3A dargestellten Spitzen bzw. Erhöhungen in der ersten Hälfte des Verlaufs geben die Aufschläge der Feder 7 auf dem Papierbogen 8 während nach unten gerichteter Bewegung wieder, während die Erhöhungen bzw. Spitzen auf der zweiten Hälfte des Verlaufes die Anschläge der Feder 7 in oberster Position, d. h. am Ende der nach oben gerichteten Bewegung der Feder 7 darstellen. In Fig. 3B ist das Signal b dargestellt, welches der Geschwindigkeit der vertikal bewegten Feder 7 entspricht. Das Signal b nimmt positive Polarität ein, wenn die Feder 7 nach unten bewegt wird, während es negative Polarität bei nach oben sich bewegender Feder 7 einnimmt In Fig.3B gibt die Abszisse die Zeit wieder, während die Ordinate den der Geschwindigkeit der Feder 7 entsprechenden elektrischen Strom darstellt. F i g. 3C stellt das der vertikalen Bewegung entsprechende Befehlssignal c dar; dieses Signal besitzt von 0— f 1 positive Polarität entsprechend nach unten gerichteter Bewegung der Feder 7, während es bei einer den Wert f 1 übersteigenden Zeit negative Polarität entsprechend nach oben gerichteter Bewegung der Feder 7 einnimmt. In F i g. 3C gibt die Abszisse die Zeit wieder, während die Ordinate den elektrischen Strom darstellt. Wenn der Schalter 20 gemäß F i g. 1 von dem in Fig.3C dargestellten Zustand geschlossen ist, dann wird das Signal (c— b) durch einen Subtraktor bzw. ein Subtraktionsorgan 15 angelegt, dessen Ausgang der Differenz zwischen dem Signal cder Signalquelle 12 und dem Signal b vom Differentiator 13 zur Stromquelle 23 entspricht Nachfolgend wird der Fall untersucht, bei welchem das der vertikalen Bewegung entsprechende Befehlssignal c positiv ist, d. h. bei welchem sich die Feder 7 nach unten bewegt Wenn das Befehlssignal c (F i g. 3C) positive Polarität besitzt (entsprechend dem Signal für nach unten gerichtete Bewegung der Feder 7), dann wird der Antriebsstrom (oder die Steuergröße in der Terminologie der Regeltechnik) von der Stromquelle 23 an der bewegbaren Spule angelegt Der Antriebsstrom für die bewegbare Spule 2 (der proportional zum Signal c-b bestehende Strom) nimmt ab, wenn die Geschwindigkeit der Feder 7 zunimmt, da das Signal b (F i g. 3B) der Geschwindigkeit der Feder 7 entspricht Die Geschwindigkeit der Feder 7 wird deshalb im wesentlichen konstant gehalten, bevor die Feder 7 auf die Papieroberfläche auftrifft Die Geschwindigkeit der Feder 7 nimmt ab, wenn der Antriebsstrom zunimmt; als Folge davon wird der Aufprall der Feder 7 an der Papieroberfläche entspref>5 chenc reduziert Die Geschwindigkeit der Feder 7 sollte vorzugsweise hoch sein, solange kein Aufprallen der Feder auf der Fläche des Papiers 8 geschieht, da die Feder vorzugsweise innerhalb kurzer Zeit von ihrer

obersten Position auf die Oberfläche des Papiers 8 heruntergeführt werden soll. Die Steuergröße wird so gewählt, daß die Geschwindigkeit gehalten wird. Im Falle der nach oben gerichteten Bewegung der Feder 7, entsprechend negativer Polarität des Instruktions- bzw. Befehlssignals c, weist auch das Signal b negative Polarität auf; in der Folge davon wird der Aufprall der sich nach oben bewegenden Feder 7 in ihrer obersten Position so vermieden, wie dies hinsichtlich des Auftreffens auf den Bogen von Papier 8 der Fall ist.

Wie durch die gestrichelte Linie a" in Fig. 3D dargestellt ist, vollzieht die Feder 7 eine optimale Bewegung, wenn dem Befehlssignal c gemäß F i g. 3C ohne Zeitverzögerung gefolgt wird. In der Praxis bewegt sich jedoch die Feder 7 infolge einer Zeitverzögerung gemäß der ausgezogenen Linie a'. Diese Zeitverzögerung ist auf die Massenträgheit der bewegbaren Elemente zurückzuführen. In Fig.3D gibt die Abszisse die Zeit wieder, während die Ordinate den elektrischen Strom entsprechend der Position der Feder 7 darstellt.

F i g. 2 ist ein Blockdiagramm eines allgemeinen Rückkopplungssystems entsprechend der in F i g. 1 dargestellten Ausführungsform. Mit Bezugsnummer 22 ist ein bewegbares Element bzw. ein zu steuernder Körper bezeichnet, während Bezugsnummer 21 ein Steuerungsgerät wiedergibt (bestehend aus dem Differentiator 13 und dem Subtraktor 15 gemäß Fig. 1), welches geeignet ist, am gesteuerten Objekt bzw. Körper 22 die Steuergröße e anzulegen (d. h. den Antriebsstrom für die bewegbare Spule 2). Bei der vorstehend beschriebenen Ausführungsform entspricht die Steuergröße e dem Wert »Bezugseingang d — Ausgangsansprechwert f«, wobei der Bezugseingang d dem Befehlssignal c für die vertikale Bewegung der Feder 7 (F i g. 3C) entspricht, während der Ausgangsansprechwert /"dem elektrischen Strom entsprechend dem Ausmaß vertikaler Bewegung der Feder 7 entspricht. Als Steuergröße e für die Steuerung der Bewegung der Feder 7 können fünf weitere nachfolgende Faktoren benutzt werden.

i) Steuergröße e = (Bezugseingang d)

- (elektrischer Strom entsprechend der Geschwindigkeit)

+ (elektrischer Strom entsprechend der Beschleunigung)

Der der Geschwindigkeit in der Formel (1) entsprechende elektrische Strom kann durch Zeit-Differenzierung des Ausgangsansprechwertes / erhalten werden, während der der Beschleunigung in der gleichen Formel (1) entsprechende elektrische Strom durch Zeitdifferenzierung des elektrischen Stromes entsprechend der Geschwindigkeit erhalten werden kann. Durch Addition des der Beschleunigung entsprechenden elektrischen Stromes zur Steuergröße e wird erreicht, daß die Masse des in der Vorrichtung zur vertikalen Bewegung der Feder enthaltenen bewegbaren Elements äquivalent reduziert werden kann. Als Folge davon ist eine zur vertikalen Bewegung der Feder vorgesehene Einrichtung geschaffen, welche die Ansprechcharakteristik der Feder in vertikaler Bewegung verbessert

Der dem Bewegungsausmaß (der Position) des Schreibstiftes entsprechende elektrische Strom gemäß obiger Gleichung (2) wird derartig eingeregelt, daß er positiv ist, sobald die Feder 7 nach unten geht und

> negativ ist, wenn die Feder nach oben bewegt wird. Der Ausgangsansprechwert f sollte stets in dieser Weise geregelt sein, wenn der dem Bewegungsausmaß der Feder entsprechende elektrische Strom als Steuergröße e betrachtet wird. Dieser elektrische Strom, der dem

ίο Bewegungsausmaß der Feder 7 entspricht, steigt in einem solchen Fall, wenn die Feder 7 sich dem Papierbogen 8 annähert. Dies bedeutet, daß die Steuergröße e kleiner wird und demzufolge auch die Bewegungsgeschwindigkeit der Feder 7 bei deren Annäherung an den Papierbogen 8 abnimmt. Als Ergebnis davon wird ein Aufprall der Feder 7 auf den Papierbogen und das unangenehme Springen gegenüber der Ausführungsform gemäß F i g. 1 und Gleichung (1) noch weiter reduziert.

Auch beim Anheben der Feder 7 wird deren Geschwindigkeit bei Annäherung an die obere Endlage herabgesetzt und demzufolge das Springen oder Schwingen in der obersten Position reduziert. Wenn der dem Bewegungsausmaß entsprechende Strom in dieser Weise dem Steuergerät 21 zugeführt wird, dann wird die Andrückkraft der Feder 7 konstant gehalten, so weit das Bewegungsausmaß der Feder 7 konstant ist. Dies ist jedoch unmöglich, wenn das Bewegungsausmaß der Feder 7 i.i Abhängigkeit von Dickenschwankungen des Papiers 8 oder Oberflächenungenauigkeiten des Zeichenbretts sich verändert. Um diesen Nachteil zu beseitigen, kann der dem Bewegungsausmaß entsprechende elektrische Strom von der Rückkopplung mit dem Steuergerät 21 in dem Augenblick getrennt werden, in dem die Feder 7 die Oberfläche des Papiers 8 erreicht. In diesem Fall wird die Andrückkraft der Feder 7 lediglich durch die Bezugseingangsgröße d konstant gehalten.

iii) Bewegungsgröße e = (Bezugseingangsgröße d) — (elektrischer Strom entsprechend dem Bewegungsausmaß)
+ (elektrischer Strom entsprechend der
Beschleunigung) (3)

Dies ist der Fall, bei dem der der Beschleunigung entsprechende elektrische Strom zu der Steuergröße e gemäß dem vorhergehenden Fall ii) addiert wird. Dieser der Beschleunigung entsprechende Strom bewirkt eine äquivalente Reduktion der Masse des beweglichen Elements in der Einrichtung in gleicher Weise wie im Fall i). Deshalb bewegt sich auch die Feder 7 auf gleiche Weise wie im Fall ii), und es ist somit eine Einrichtung zur vertikalen Bewegung der Feder geschaffen, bei der diese eine schnelle und hochgenaue Ansprechcharakteristik für die Vertikalsteuerung besitzt

iv) Steuergröße e = (Bezugseingangsgröße ii)

— (elektrischer Strom entsprechend der Geschwindigkeit)

— (elektrischer Strom entsprechend dem Bewegungsausmaß) (4)

Steuergröße e = (Bezugseingang d) 65 In diesem Fall tritt der Vorteil und zugleich der

- (elektrischer Strom entspre- Nachteil auf, die im Zusammenhang mit der Ausfühchend dem Bewegungsaus- rungsform gemäß F i g. 1 und dem Fall ii) erläutert (²) worden sind. Jedoch wird der Aufprall der Feder 7

gegen die Papieroberfläche 8 weiter gegenüber der Ausführungsform gemäß F i g. 1 reduziert. Auch in diesem Fall besteht jedoch das Problem, daß wie im Fall ii) die Andrückkraft nur bedingt konstant bleibt, so daß hier die gleichen Betrachtungen wie dort gelten und die dort erwähnte Maßnahme zweckmäßig ist.

v) Steuergröße e =

(Bezugseingangsgröße d)

- (elektrischer Strom entsprechend der Geschwindigkeit)

- (elektrischer Strom entsprechend dem Bewegungsausmaß)

+ (elektrischer Strom entsprechend der Beschleunigung)

In diesem Fall wird der der Beschleunigung entsprechende elektrische Strom zur Steuergröße gemäß Fall iv) addiert. Der der Beschleunigung entsprechende Strom bewirkt eine äquivalente Reduktion der Masse des beweglichen Elements in der Einrichtung in gleicher Weise wie im Fall i). Die Feder 7 bewegt sich somit ebenso wie im Fall iv). Es liegt also eine Einrichtung zur Steuerung der Vertikalbewegung der Feder vor, in der die Feder 7 gegenüber dem Fall iv) eine höhere Ansprechcharakteristik für die Vertikalbewegung zeigt. Auch in diesem Fall besteht das im Fall ii) erläuterte Problem mit der Andrückkraft, so daß auch hier die gleichen Betrachtungen gelten und die entsprechende Maßnahme wie dort getroffen werden muß.

Im Fall i) ergibt sich eine für das bewegliche Element der Einrichtung geltende Bewegungsgleichung, die folgendermaßen lautet:

^dv

^άν

"df

(6)

In dieser Gleichung ist m die Masse des beweglichen Elements in der Einrichtung, ν die Bewegungsgeschwindigkeit der Feder 7 und Fo eine vom Antriebssystem auf das bewegliche Element ausgeübte Kraft, d. h. eine in dem beweglichen Element entsprechend der Bezugseingangsgröße of erzeugte Kraft m-j^-stellt eine Kraft

dar, die auf das bewegliche Element anschließend an die Rückkopplung ausgeübt wird, * ν ist eine durch den der Geschwindigkeit entsprechenden Strom auf das bewegliche Element ausgeübte Kraft, und β -£ ist eine durch den der Beschleunigung entsprechenden Strom auf das Element ausgeübie Kraft « und β hängen jeweils von der Größe der der Geschwindigkeit bzw. der Beschleunigung entsprechenden und dem Steuergerät 2155 rückgeführten Ströme ab. In der Gleichung ist zwar der Einfluß der Erdbeschleunigung g vernachlässigt da angenommen wird, daß dieser sehr klein gegen die Kraft Fo ist Er läßt sich aber dadurch berücksichtigen, daß an Stelle von F₀ der Term (F₀ + mg) gesetzt wird.

Die Geschwindigkeit v_A der Feder 7 vor deren Auftreffen auf der Papieroberfläche läßt sich durch Auflösen der Gleichung (6) folgendermaßen schreiben:

Va =

65

die Anfangsgeschwindigkeit der Feder 7

wobei Vi
darstellt.

Aus Gleichung (7) ergibt sich, daß bei Rück- oder Aufschaltung des der Beschleunigung entsprechenden Stroms auf das Steuergerät 21 unter der Bedingung m > β die Geschwindigkeit va der Feder 7 schließlich unabhängig von der Anfangsgeschwindigkeit vi einem

konstanten Geschwindigkeitswert —2- zustrebt. Je größer der Wert von

(m - β)

ist, desto kürzer ist die benötigte Zeit bis die Geschwindigkeit der Feder 7 den weitgehend konstanten Wert erreicht. Ist die Geschwindigkeit, bei der die Feder 7 auf die Papieroberfläche ohne ein Springen auftrifft, festgelegt, so sind dadurch zwangläufig auch die Größen v_A, F₀ und λ bestimmt. Deshalb wird vorzugsweise β im wesentlichen gleich m gewählt, um einen großen Wert von

zu erhalten. Die Zeit bis zu dem Zeitpunkt, an dem Va den konstanten Geschwindigkeitswert Fo/λ annimmt, kann praktisch als Null angenommen werden, da diese Zeit frei von dem Einfluß der Masse m des beweglichen Elements ist. Die Geschwindigkeit, mit der die Feder 7 auf das Papier 8 auf trifft und die den Wert F₀/* hat, kann daher so eingesteuert werden, daß praktisch kein Springen erfolgt.

Wie sich aus der vorstehenden Beschreibung ergibt, läßt sich erfindungsgemäß ein Springen der Feder 7 unabhängig von Oberflächenungenauigkeiten des Zeichenbrettes und von Dickenschwankungen des Papiers ausschalten. Die Feder 7 kann unabhängig von ihrer Anfangsgeschwindigkeit mit konstanter Geschwindigkeit bewegt werden, was dazu führt, daß sie stets mit gleicher Geschwindigkeit, bei der kein Springen auf der Papieroberfläche auftritt aufgesetzt werden kann. Dies gilt selbst dann, wenn sie aus einem Schwingungszustand in ihrer obersten Lage oder während ihrer Aufwärtsbewegung nach unten beschleunigt wird. Die erfindungsgemäße Einrichtung zur Steuerung der Vertikalbewegung der Feder oder des Schreibstiftes erweist sich somit als besonders wirksam im Zusammenhang mit der Anwendung extrem hoher Frequenzen, die beim Zeichnen von Punktzeichen oder Buchstaben erforderlich sind.

Obwohl in dem vorstehend erläuterten Ausführungsbeispiel die Abtastung der Bewegungsgröße der Feder 7 direkt in optischer Weise erfolgt, versteht es sich, daß die entsprechende analoge physikalische Größe auch elektrostatisch, magnetisch oder mechanisch mit gleichem Effekt ermittelt werden kann. Ebenso kann mit gleichem Effekt die Geschwindigkeit der Feder unmittelbar abgetastet werden, soweit anschließend an die Abtastung eine geeignete Verarbeitung des erhaltenen Wertes erfolgt Für die direkte Abtastung der der Geschwindigkeit entsprechenden physikalischen Größe kann beispielsweise das Prinzip herangezogen werden, daß sich in einem elektrischen Kreis, der in einem konstanten permanenten Magnetfeld bewegt wird, eine elektromotorische Kraft aufbaut Diese elektromotorische Kraft entspricht analog der Geschwindigkeit der Bewegung.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Einrichtung zur Steuerung der Vertikalbewegung eines Schreibstiftes in einem automatischen Zeichengerät od. dgl, bei welcher der Schreibstift mit einer in einem magnetischen Feld relativ zu einem Polstück eines Magneten beweglichen, von einem die Andrückkraft des Schreibstiftes bestimmenden Antriebsstrom gespeisten Spule verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Spule (2) frei im magnetischen Feld beweglich derart gelagert ist, daß ihre Wicklungslänge immer größer als die Längsabrnessung des Polstückes (19) ist, daß dem Schreibstift (6, 7) ein Detektor (10, 11) zur Abtastung seiner jeweiligen Lage und Bewegungsgrößen (Geschwindigkeit, beschleunigung) zugeordnet ist, und daß ein Rückkopplungssystem (13, 15; 21) vorgesehen ist, durch das auf die Spule (2) den vom Detektor (10, H) ermittelten Größen analoge Größen einzeln oder unter Kombination rückgekoppelt werden.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Detektor von einem Licht aussendenden Element (10) und einem Licht aufnehmenden Element (11) gebildet ist.