DE2346449B2

DE2346449B2 - Einrichtung zur steuerung der vertikalbewegung eines schreibstiftes in einem automatischen zeichengeraet oder dergleichen

Info

Publication number: DE2346449B2
Application number: DE19732346449
Authority: DE
Inventors: Hironobu; Hara Masato; Tokio Nagashima
Original assignee: Asahi Kogaku Kogyo Co Ltd
Current assignee: Pentax Corp
Priority date: 1972-09-25
Filing date: 1973-09-14
Publication date: 1977-10-13
Also published as: DE2346449C3; DE2346449A1; US3864695A

Description

Die Erfindung betrifft eine Hinrichtung zur Steuerung der Vertikalbewegung eines Schreibstiftes in einem automatischen Zeichengerät od. dg!., bei welcher der Schreibstift mit einer in einem magnetischen Feld beweglichen, von einem die Andriickkraft des Schreib- \n stilles bestimmenden Antriebsstrom gespeisten Spule verbunden ist.

Hei bekannten Einrichtungen (JA-GMS 47-21.872 und 47-21.873) /ur Steuerung der Verliknlbewegung des Schreibstiftes automatischer Zeichengeräte od. dgl. ?> kommt eine auf den Schreibstift wirksame Zugkraft zur Anwendung, die zwischen einem beweglichen F.isenteil, das dem Schreibstift zugeordnet ist, und einem Magnet aufgebaut wird. Außerdem wird ein Drehmoment durch eine Drehspule erzeugt. Ein Nachteil dieser bekannten ρ Einrichtungen zur Steuerung und zum Antrieb des Schreibstiftes besteht jedoch tiarin, daß die Andriickkraft, mit der der Schreibstift auf die Unterlage gedruckt wird, in Abhängigkeit von der Dicke des Zeichenpapiers Schwankungen unterworfen ist und daß der schwanken- is den 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 s;> wird, während der Bewegung zunimmt und ein Maximum in dem Augenblick en eicht, wenn der Schreibstift auf die Papieroberfläche auf triff t. Als Ergebnis des Aufpralls des Schreibstiftes auf der Papierfläche vollzieht jener eine Reihe von Sprüngen, s.s die nicht nur die Zeichen- oder Schreibqualität beeinträchtigen können, sondern unter Umständen sogar ein Hängenbleiben des Schreibstiftes auf der Papieroberfläche bewirken. Für die Schreibstifte wer den Kugelschreiberspitzen oder Tintenröhrchen ver- fto wendet, 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 fts gehen, daß zur Steuerung der Geschwindigkeit der Abwärtsbewegung und zum Auffangen der erwähnten Sprünge ein Federelement vorgesehen wird. Bei der Anwendung dieser Maßnahme in der Einrichtung zur Venikalbewegiing des Schreibstiftes hat es sich jedoch Hol/dem .ils schwierig erwiesen, das Springen des Schreibstiftes auf der Papieroberfläche zu verhindern, wenn IJngenauigkeiien auflreien, wie z. H. eine ungenaue Oberlläche des /eichcnbreiles, 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 Ziirückfühniiig in die obere Endlage /ti vermeiden, was deshalb von besonderem Nachteil ist, weil es gewöhnlich nicht möglich ist, den Schreibstift wieder nach linien /u bewegen, bevor dieses Springen oder Schwingen abgeklungen ist. Wird nämlich während des Schwingvorganges die Abwärtsbewegung ties Schreibstiftes eingeleitet, dann besteht die Gefahr, daß zu Beginn der Abwärtsbewegung deren Anfangsbedingung durch den Schwingvorgang geändert wird und demzufolge tlas normale Aufsetzen des Schreibstiftes auf der Papieroberfläche beeinträchtigt wird. Dies kann dazu führen, da/J der Schreibstift sehr deftig auf der Papieroberllüehe aufprallt. Eine wirksame Verbesserung im Sinne einer entsprechenden Steuerung der Geschwindigkeit der Vertikalbewegung mit einer damit einhergehenden Erhöhung der Zeichen- und Schreibgeschwindigkeit steht daher noch aus.

Bei einer weiteren bekannii-n Einrichtung (US-PS 31 49-;02) gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs I 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 Unterlage ausübt. Aus dieser Ruhestellung kann der Schreibstift abhängig von dein die Spule durchfließenden Anlriebsstrom 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 Erfindungsgegensland 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 Wirkung einer der Tellerfedern aus dieser Ruhestellung ausgelenki 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 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, soiliili die Spitze bei der bekannten Einrichtung dann, wenn sie einmal ins Springen geraten ist, zumindest mehrmals von der Unterlage abheben uiiil erneut auf diese aufsetzen wiiide.

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, eine Hinrichtung der eingangs erwähnten An zur Steuerung der Vertikalbewegung eines Schreibstiftes zu schaffen, bei der zuverlässig Prallbewey.ungcn ausgeschlossen und außerdem unabhängig von der Matcrialslärkc des Papiers oder sonstigen Unregelmäßigkeiten in der Unterlage ein konstanter Aiipiel.UIr;ick, d. h. aber auch eine konstante Strichstärkc, gewährleistet sind.

Diese Aufgabe wird crfindungsgeiuäß bei einer Hinrichtung der eingangs erwähnten Art dadurch gelost, daß die Spule frei im magnetischen Feld beweglich gelagert ist. Besonders wirkungsvoll werden dabei Prallbewegungen unterdrückt, wenn zusätzlich dem Schreibstift ein Detektor zur Abtastung der jeweiligen Lage und Bewegungsgi ölJen (Geschwindigkeit, Beschleunigung) des Schreibstilles zugeordnet sowie ein Riiekkopplungssyslem vorgesehen isi, durch das auf die Spule den vom Detektor ermittelten Größen analoge Größen einzeln oder unter Kombination nickgekoppelt werden.

Bei der Hinrichtung gemäß der Erfindung wird die Andruckkraft der Schreibspitze - unabhängig von irgendwelchen Federkräften od. dgl. - allein durch ilen Strom bestimmt, der durch die mit der Schreibspitze verbundene Spule fließt, weil dieser Strom ja bekanntlich eine in Achsrichtung der Spule verlaufende Kraft, d. h. eine Andrückkrafl für die Schreibspitze erzeugt. Diese Andrückkraft 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. Fs wird sich also unabhängig von der tatsächlichen genauen Position der Schreibspitze bzw. der Spule abhängig von dem die Spule durchfließenden Strom bzw. der an der Spule anliegenden Spannung eine konstante Andrückkraft einstellen. Dies bedeutet aber, daß die Schreibspitze auch bei gewissen Lageänderungen in Abhängigkeit von unterschiedlicher Papierdicke od. dgl. mit konstanter Kraft angedrückt wird. Dieses Andrücken der Schreibspitze mit konstanter Kraft fühlt weiter dazu, daß Prallbewegungen der Spitze bei raschem Aufsetzen auf die Unterlage weitgehend unterdrückt werden, wobei bei Vorhandensein des Detektors und des Rückkopplungssystems die Unterdrückung der Prallbewegungen noch verbessert werden kann.

Nachstehend werden bevorzugte Ausführungsbeispiele einer Einrichtung nach der Erfindung an I land der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt

Fig. I eine schematische Darstellung einer grundsätzlichen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Einrichtung,

F i g. 2 eine Abwandlung der Ausführungsform gemäß Fig. L

Fig.3A bis 3D Diagramme, aus denen der den abgetasteten Bewegungsgrößen entsprechende Stroisiverlauf hervorgeht, und

Fig.4 ein Blockdiagramm, aus dem das Prinzip der Rückführung der Steuergrößen hervorgeht.

Gemäß Fig. I der Zeichnungen ist eine bewegbare Spule 2 auf einen zylindrischen Wicklungsrahmen 3 innerhalb eines Magnetfeldes gewickelt, weiches durch einen zylindrischen Permanent- oder Dauermagneten I über Jen Polslucken IK und 14 erzeugt ist; die Spule wird durch Snom einer Kouslanislroini|iielle 23 gespeist. Hin leder bzw. Zeichenslillhalter f> und ein /.eichenstill bzw. eine Feder 7 sind am zylindrischen • Wicklungsrahuien 3 befestigt und werden entsprechend der J-Finger-Regel bezüglich der Hbene eines auf das /eiehenbreti 9 aufgelegten liogens Papier 8 nach oben oder nach linien verlagert. Mit Bczugsniimmcr 24 isi ein Umschalter bezeichnet. Die Richtung, in welcher der

in antreibende Strom durch die SdiiIc 2 fließt, hängt davon ab, ob der Umschalter 24 auf die Seile der Anschlüsse ■/ und b oder auf die Seile der Anschlüsse rund (/gelegt ist. Infolgedessen kann der Umschalter wahlweise in seiner Position verändert werden, um den Stift bzw. die

h Feder 7 entsprechend der J-Finger-Regel der linken Hand vertikal zu bewegen. Die Vertikalbewegung der leder bzw. des Zeicliensiifies kann beschleunigt werden, wenn nun ilen Anlriebsslrom über einen elektronischen Strom ändert. Die obere Grcnzposilioii

•ii der Bewegung der Feder 7 wird durch die Relalivposilion des unteren Hndes des Polsliicks 18 und eines Anschlags 5 bestimmt, während die unlere Grenzposition durch die Relativpositionen des unleren lindes des zylindrischen Wicklungsrahmens 3 und eines Außenrah-

^s mens 4 bestimmt ist. Die Feder 7 ist immer einer konstanten, nach oben gerichteten oder nach linien gerichteten Kraft ausgesetzt, wenn die Wicklungslänge der bewegbaren Spule 2 immer größer ist als die Längsabmessung des Polstücks 19 und wenn die Größe

\i> des die bewegbare Spule 2 innerhalb ihrer Bewegungsbi.hn schneidenden magnetischen Kraftflusses konstant bleibt. Das bedeutet, daß die im Zeichuistii't bzw. in der Feder 7 erzeugte Krall konstant bleibt, wenn der Ausschlag der Feder 7 der Differenz, zwischen der

ii effektiven l.ängsabinessung des Polslückes 19 und der Wicklungslänge der bewegbaren Spule 2 en ι sprich I. Der /eichenstift bzw. die Feder 7 kann also mil einem verhältnismäßig großen Hub vertikaler Bewegung ausgestaltet werden. Die Feder 7 wird demnach

I" unabhängig von der Dicke des IJogens von Papier 8 und unabhängig von der Oberl'lächengenauigkeit des Zeichenbrettes 9 mit xonstaniem Schreib- oder Zeichendruck auf den Papierbogen aufgedrückt. Obwohl bei der vorliegenden Ausführungsforni gemäß der Erfindung

-is ein Permanentmagnet zur Anwendung gebracht ist, kann dieser auch in wirksamer Weise durch einen Elektromagnet ersetzt sein. Die Vertikalbewegung der Feder 7 kann auch ausgelöst werden, wenn man den Strom in diesem Fall auf den Elektromagneten

in überführt.

Mit Hilfe der in Fig. I dargestellten Anordnung kann die Feder einer automalischen Zeichenmaschine od. dgl. vertikal so bewegt werden, daß der Schreib- oder Zeichendruck der Feder unabhängig von der Oberflü-

ss chengenauigkeit des jeweiligen Zeichenbrettes und unabhängig von der Dicke des verwendeten Papiers konstant gehalten werden. Darüber hinaus kann der I lub bzw. Ausschlag der Feder vergrößert werden.

Bei der in Fig. 2 dargestellten Ausführungsform

(«> gemäß der Erfindung ist die bewegbare Spule 2 in gleicher Weise auf einen zylindrischen Wicklungsrahmen 3 gewickelt, der innerhalb eines Magnetfeldes ausgerichtet ist. Das Magnetfeld wird durch einen zylindrischen Permanent- oder Dauermagneten I über

(μ den Polstücken 18 und 19 erzeugt. Die Wicklung ist mit Strom einer Stromquelle 23 gespeist. Dadurch wird eine auf dem zylindrischen Wicklungsrahinen 3 befestigte Feder einer Kraft ausgesetzt, welche

Ebene eines auf ein Zeichenbrett 9 aufgelegten Papierbogens 8 nach oben oder nach unten gerichtet ist. Die Kraft ist entsprechend der 3-Iinger-Regcl gerichtet. Die oberste Position des Zeichenstiftes bzw. der Feder wird durch die Rclativpositioncn des Anschlags 5 und ·> des unteren Endes des Polstückes 18 bestimmt, während die unterste Position der Feder durch die Relativpositioncn der Fläche A des zylindrischen Wicklungsrahmens 3 und der Fläche ßdcs Außenrahmens 4 bestimmt ist. Bei geöffnetem Schalter bzw. fehlender Rückkopplung wird m die bewegbare Spule 2 einer Kraft in einer der beiden entgegengesetzten Richtungen ausgesetzt, was davon abhängt, ob der zum Antrieb dienende Strom vom Anschluß 16 durch die bewegbare Spule 2 zum Anschluß 17 oder umgekehrt vom Anschluß 17 durch die is 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 verändert wird. Ein Befehlssignal c für vertikale Bewegung, welches von einer Signalquellc :.c 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 :s nach oben gerichtete Bewegung umkehrt. Entsprechend kann der zum Antrieb dienende Strom von der Stromquelle 23 an der bewegbaren Spule 2 proportional zum Bcfehlssignal c der vertikalen Bewegung eingespeist werden, um eine dem Befehlssignal r cntsprechemie vertikale Bewegung der Feder 7 auszulösen. Zwischen der !lache A des zylindrischen Wicklungsrahmens 3 und der Fläche B des Außeiirahmens 4 sind das in F'ig. 2 dargestellte l.ichtelement IO und das das Licht aufnehmende Element 11 wirksam. Das l.ichlelement 10 ts wird durch eine Stromquelle 25 gespeist. Das Lichtelement IO und das das Licht aufnehmende Element 11 sind in dem zwischen den !"lachen A und B bestehenden Raum so angeordnet, daß sich das vom l.ichtelemeni 10 ausgesendete Licht und demzufolge auch das vom .|<> Element 11 aufgenommene Licht entsprechend der Position der !'lache A ändert, wenn diese vertikal bewegt wird und infolgedessen einen Teil des Lichts abdeckt. Ein Signal α entsprechend der Lichtmenge bzw. durch das Element 11 aufgenommenen Lichtstärke gibt .|s also das Ausmaß der Bewegung der Feder 7 wieder. Die durch das l.ichtelemeni 10 gemäß Fig. 2 ausgcsandle und durch drei Pfeile dargestellte Lichtmenge b/w. Lichtstärke ist auf die durch zwei Pfeile dargestellte Lichtmenge reduziert, wenn" sie durch das Element so aufgenommen wird. Diese Reduzierung in tier aufgenommenen Lichtmenge entspricht der Bewegung bzw. der Position der Feder 7. Das Signal ;/ kann durch einen Differentiator Il differenziert werden, um ein der Geschwindigkeit der Feiler 7 entsprechendes Signal /> ■>-, zu erhallen.

In Fig. JA, JIi und IC sind die Wellcnloimen der Signale ti. b und c wiedergegeben. Bei der das Signal ,ι darstellenden F" ig. JA gibt die Abszisse die Zeil wieder, wahrend die Ordinate den der Position der Feder 7 i.n entsprechenden elektrischen Strom au/eigl. Eine Reihe von in F'ig. JA dargestellten Spitzen bzw. Erhöhungen in der ersten Hälfte des Verlaiils geben die Aufschläge der Feiler 7 auf dem Papierbogen 8 während nach unten gerichteter Bewegung wieder, während die Erhöhungen <··ι bzw. Spitzen auf der /weilen llälflc des Verlaufes die Anschläge der Feder 7 in oberster Position, d. h. am Ende der nach oben gcriehlcli'ii Bcwci'uuj', der Feder 7 darstellen. In Fig.3B ist das Signal b dargestellt welches der Geschwindigkeit der vertikal bewegter Feder 7 entspricht. Das Signal b nimmt positivt Polarität ein, wenn die Feder 7 nach unten bewegt wird während es negative Polarität bei nach oben siel bewegender Feder 7 einnimmt. In Fig. 3B gibt dk Abszisse die Zeit wieder, wahrend die Ordinate den dei Geschwindigkeit der Feder 7 entsprechenden clektri sehen Strom darstellt. F i g. 3C stellt das der vertikaler Bewegung entsprechende Bcfehlssignal c dar: diese; Signal besitzt von 0- M positive Polarität enlsprechenc nach unten gerichteter Bewegung der Feder 7, wahrem: es bei einer den V/ert / 1 übersteigenden Zeit negative Polarität entsprechend nach oben gerichteter Bcwcgung 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. 2 von dem in f-'ig. 3C dargestellten Zustand geschlossen ist dann wird das Signal (c— A^durch einen Subtraktor bzw ein Subtraktionsoigan 15 angelegt, dessen Ausgang der Differenz zwischen dem Signal rdcr Signalquellc 12 und dem Signal b vom Differentiator 13 zur Stromquelle 23 entspricht. Nachfolgend wird der Fall untersucht, bei welchem das der vertikalen Bewegung entsprechende Bcfehlssignal c positiv ist, d. h. bei welchem sich die Feder 7 nach unten bewegt. Wenn das Bcfehlssignal ι (1 ig.3C) positive Polarität besitzt (entsprechend dem Signal für nach unten gerichtete Bewegung der Feder 7), dann wird der Antriebsstrom (oder die Steuergröße in dcr*Terminologic der Regeltechnik) von der Stromquelle 23 an der bewegbaren Spule angelegt. Der Anlriebsstrom für die bewegbare Spule 2 (der proportional /um Signal c-b bestehende Strom) nimmt ab, wenn die Geschwindigkeit der Feder 7 zunimmt, da das Signal />(F i g. JB) der Geschwindigkeit der leder 7 entspricht. Die Geschwindigkeit der Feder 7 wird deshalb im wesentlichen konstant gehalten, bevor die leder 7 auf die Papieroberfläche auftriffl. Die Geschwindigkeit der leder 7 nimmt ab, wenn der Anlriebssirom zunimmt; als Folge davon wird der Aufprall der leder 7 an der Papieroberllächc entsprechend reduziert. Die Geschwindigkeit der Feder 7 sollte vorzugsweise hoch sein, solange kein Aufprallen der leder auf der !'lache des Papiers 8 geschieht, da die leder vorzugsweise innerhalb kurzer Zeil von ihrer obersten Position auf die Oberfläche des Papiers 8 herunlergeluhrt werden soll. Die Steuergröße wird so gewählt, daß die Geschwindigkeit gehalten wird. Im lalle der nach oben gerichteten Bewegung der Feder 7, entsprechend negativer Polarität des Inslruktions· bzw. Belehlssignals 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 Aiiftreffens aiii den Bogen von Papier 8 der Fall ist.

Wie durch die gestrichelte Linie u" in Fig. JD dargestellt ist, vollzieht die Feder 7 eine optimale Bewegung, wenn dem Ucfehlssignal c gemäß Fig. K" ohne Zeitverzögerung gefolgt wird. Iu der Praxis I)CWCgI sich jedoch die Feder 7 infolge einer Zeilverzögerung gemüß der ausgezogenen Linie .'/'. Diese Zeitverzögerung ist auf die Massenträgheit der bewegbaren Elemente zurückzuführen. In Fig. JD gibt die Abszisse die Ze: ι wieder, während die Ordinate den elektrischen Strom entsprechend der Position der Feder 7 darstellt.

E ig. 4 ist ein Itlockdiagramm eines allgemeinen Riickkoppliingssystenis entsprechend tier in I^1-ig. 2

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. 2), 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 c =

(Bezugseingang d)

— (elektrischer Strom entsprechend der Geschwindigkeit)

+ (elektrischer Strom entsprechend der Beschleunigung)

(D

Der der Geschwindigkeit in der Formel (1) entsprechende elektrische Strom kann durch Zeit-Differenzierung des Ausgangsansprechwertes f 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 c 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 Ansprcchcharakteristik der Feder in vertikaler Bewegung verbessert.

ii) Steucrgröik c =

Der dein BewegungsausmaU (eier Position) des Schreibstiftes einsprechende elektrische Strom gemäß obiger Gleichung (2) wird derartig eingeregeil, daß er positiv ist, sobald die Feder 7 nach unten geht und negativ ist, wenn die Feder mich oben bewegt wird. Der Au.sgangsansprcchwert /' sollte stets in dieser Weise geregelt sein, wenn der dem Bcwcgungsausmaß der Feder entsprechende elektrische Strom als Steuergröße c betrachtet wird. Dieser elektrische Strom, der dem UewegunjJisausmaß der Feder 7 entspricht, steigt in eitlem solchen Full, wenn die Feder 7 sich dem Papierbogen 8 annähert. Dies bedeutet, daß die Steuergröße c kleiner wird und demzufolge auch die IJcwegungsgeschwiiKligkeil der Feder ^ 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 Ausf'ühningsf'orm gemiiß F i g. 2 und (ίΙυίι-Ιιιιημ (I) noch weiter reduziert.

Auch beim Anheben dor Feder 7 wird deren Geschwindigkeit bei Annäherung an die obere Endlage herabgesetzt und demzufolge das Springen odei Schwingen in der obersten Position reduziert. Wenn dei 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 in Abhängigkeit von Dickenschwankungen des Papiers 8 oder Oberflächenungenauigkeiten des Zeichenbretts sich verändert. Um diesen Nachteil zu beseitigen, kann der dem Bewegungsausmaß entspre chende 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 c —

(Bezugseingangsgröße d) - (elektrischer Strom entsprechend dem Bewegungsausmaß)
+ (elektrischer Strom entsprechend der
Beschleunigung) (3)

(Bezugseingang d)

- (elektrischer Strom entsprechend dem Bewciuingsaus- -i.s maß (2)

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 hochgenauc Ansprechcharaktcristik für die Vertikalsteuerung besitzt.

iv) Steuergröße e --= (Bezugseingangsgröße </)

- (clekIrischer Strom entsprechend der Geschwindigkeit)

- (elektrischer Strom entsprechend dem Bewegungsausmaß) (4)

In diesem Fall tritt der Vorteil und zugleich der Nachteil auf, die im Zusammenhang mil der Ausfiihrungsform gemäß Fig. 2 und dem Fall ii) erläutert worden sind, jedoch wird der Aufprall der Feder 7 gegen die Papieroberfläche 8 weiter gegenüber der Atisführungsform gemäß Fig. 2 reduziert. Auch in diesem Fall besieht jedoch das Problem, daß wie im Fall ii) die Andrückkraft nur bedingt konstant bleibt, so daß hier die gleichen Helnichtungen wie dort gellen und dador! erwähnte Maßnahme zweckmäßig ist.

v) Steuergröße <·

('S

(elektrischer Strom entsprechend der Geschwindigkeit) (elektrischer Strom entsprechend dem Heweguiigsausmaß)

(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:

d/

= F₀-

(6) ßerder Wert von

In dieser Gleichung ist m die Masse des beweglichen Elements in der Einrichtung, ν die Bewegungsgeschwindigkeit der Feder 7 und F₀ eine vom Antriebssystem auf das bewegliche Element ausgeübte Kraft, d. h. eine in dem beweglichen Element entsprechend der Bezugsdr
eingangsgröße derzeugte Kraft, m-^y stellt eine Kraft

dar, die auf das bewegliche Element anschließend an die Rückkopplung ausgeübt wird, α 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 ausgeübte Kraft, α und β hängen jeweils von der Größe der der Geschwindigkeit bzw. der Beschleunigung entsprechenden und dem Steuergerät 21 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 F_n der Term (F_n + mg) gcscv/.l wird.

Die Geschwindigkeit v,\ der Feder 7 vor deren Auftrcffcn auf der Papieroberflächc läßt sich durch Auflösen der Gleichung (6) folgendermaßen schreiben:

wobei v\ die Anfangsgeschwindigkeit der Feder 7 darstellt.

Aus Gleichung (7) ergibt sich, daß bei Rück- oder Aufschaltung des der Beschleunigung einsprechenden Stroms auf das Steuergerät 21 unter der Bedingung m :■ β die Gcschwindigkeil v.\ der Feder 7 schließlich unabhängig von der Anfangsgeschwindigkeit ii einem

kunslaiilen Gcschwiiidij'keiiswerl " zustrebt. |e gro-

ist, desto kürzer ist die benötigte Zeit bis di Geschwindigkeit der Feder 7 den weitgehend konstan ten Wert erreicht. Ist die Geschwindigkeit, bei der dv Feder 7 auf die Papieroberfläche ohne ein Springet auftrifft, festgelegt, so sind dadurch zwangläufig aucl ίο die Größen v.,, F» und <x bestimmt. Deshalb wire vorzugsweise β im wesentlichen gleich m gewählt, un einen großen Wert von

zu erhalten. Die Zeit bis zu dem Zeitpunkt, an dem v_A den konstanten Geschwindigkeitswert F₀Za. annimmt kann praktisch als Null angenommen werden, da diese Zeit frei von dem Einfluß der Masse m des beweglichen

zo Elements ist. Die Geschwindigkeit, mit der die Feder 7 auf das Papier 8 auftrifft und die den Wert F₀/λ hat, kann daher so eingesteuert werden, daß praktisch kein Springen erfolgt.

Wie sich aus der vorstehenden Beschreibung ergibt,

:s 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 Geschwindig-

.?o keit 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

;o Aufwärtsbewegung nach unten beschleunigt wird. Die erfindungsgemäßc Einrichtung zur Steuerung der Vcrtikalbewegung der Feder oder des Schreibstiftes erweist sich somit als besonders wirksam im Zusammenhang mit der Anwendung extrem hoher Frequenzen, die

.ic beim Zeichnen von Punktzeichen oder Buchstaben erforderlich sind.

Obwohl in dem vorstehend erläuterten Ausführungsbeispiel die Abtastung der Bewcgungsgröße der Feder 7 direkt in optischer Weise erfolgt, versteht es sich, daß

■is 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 7 unmittelbar abgetastet werden, soweit anschließend an

Sn die Abtastung eine geeignete Verarbeitung des erhaltenen Weites erfolgt. Für die direkte Abtastung der der Geschwindigkeit einsprechenden physikalischen Größe kann beispielsweise das Prinzip herangezogen werden, daß sich in einem elektrischen Kreis, der

,ν in einem konstanten permanenten Magnetfeld bewegt wird, eine elektromotorische Kraft aufbaut. Diese elektromotorische Kraft entspricht analog der Geschwindigkeit der Bewegung.

I lii'i/ii < Mliill

Claims

Patentansprüche:

1. Einrichtung /ur Steuerung der Vcrtikalbewcgiing eines Schreibsliftes in einem automatischen Zeichengerät od. dgl., bei welcher der Schreibstift mit einer in einem magnetischen leid beweglichen, von einem die Andriickkiall des Schreibstiftes bestimmenden Antriebsstrom gespeisten Spule verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Spule (2) frei im magnetischen Feld beweglich gelagert ist.

2. Einrichtung nach Anspruch I, gekennzeichnet durch einen dein Schreibstift (6, 7) zugeordneten Detektor (10, 11) zur Abtastung der jeweiligen Lage und Bewegungsgrößen (Geschwindigkeit, Beschleunigiing) ties Schreibstiftes (6, 7) sowie durch ein Rückkopplungssyslein (I J, 15; 21) durch das auf die Spule (2) den vom Detektor ermittelten Größen analoge Gioßen einzeln oder unter Kombination rückgekoppelt werden.