DE2346449A1

DE2346449A1 - Einrichtung zur steuerung der vertikalbewegung eines schreibstiftes in einem automatischen zeichengeraet od. dgl

Info

Publication number: DE2346449A1
Application number: DE19732346449
Authority: DE
Inventors: Masato Hara; Hironobu Nagashima
Original assignee: Asahi Kogaku Kogyo Co Ltd
Current assignee: Pentax Corp
Priority date: 1972-09-25
Filing date: 1973-09-14
Publication date: 1974-03-28
Also published as: DE2346449C3; DE2346449B2; US3864695A

Description

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ASAHI KOGAKU KOGiTO KABUSHIKI KAISHA, Tokyo, Japan

Einrichtung zur Steuerung der Vertikalbewegung eines Schreibstiftes in einem automatischen Zeichengerät od.dgl.

Bei herkömmlichen Einrichtungen zur Steuerung der Vertikalbewegung des Schreibstiftes automatischer Zeichengeräte od.dgl. kommt eine auf den Schreibstift wirksame Zugkraft zur Anwendung, die zwischen einem beweglichen Eisenteil, das dem Schreibstift zugeordnet ist, und einem Magnet aufgebaut wird. Außerdem wird ein Drehmoment durch eine Drehspule erzeugt. Ein Nachteil derartiger bekannter 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 Ge-

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f M 41¹Ht-I,

schwindigkeit, 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 u.U. 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 Federeleinent vorgesehen wird. Bei der Anwendung dieser Maßnahme in 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 näm-

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lieh 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 Vertikalbewegung mit einer damit einhergehenden Erhöhung der Zeichen- und Schreibgeschwindigkeit steht daher noch aus.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, die Steuerung des Schreibstiftes eines automatischen Zeichengeräts od.dgl. insgesamt zu verbessern, dahingehend, daß die Andrückkraft des Schreibstiftes unabhängig von der Genauigkeit der zu beschreibenden Oberfläche oder von der Papierdicke konstant bleibt und die Beweglichkeit des Schreibstiftes erhöht wird, sowie dahingehend, daß trotz hoher Bewegungsgeschwindigkeit des Schreibstiftes in Richtung auf die Papieroberfläche ein unzulässiger Aufprall vermieden wird und daher eine hohe Zeichengenauigkeit erzielbar ist.

Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, daß der Schreibstift mit einer in einem magnetischen Feld beweglichen Spule verbunden ist, der ein die AndrUckkraft des Schreibstiftes bestimmender Antriebsstrom zugeführt wird.

Eine Weiterbildung der erfindungsgemäßen Einrichtung ist gekennzeichnet durch einen dem Schreibstift zugeordneten

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Detektor zur Abtastung der jeweiligen Lage und der Bewegungsgrößen (Geschwindigkeit, Beschleunigung) des Schreibstifts und durch ein Rückkopplungssystem zur Rückführung und Steuerung des Antriebssystems für den Schreibstift über Größen, die den abgetasteten Größen analog sind.

Weitere Vorteile und Merkmale der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele anhand der beiliegenden Zeichnungen. In den Zeichnungen zeigt:

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer grundsätzlichen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Einrichtung;

Fig. 2 eine Abwandlung der Ausführungsform gemäß Fig. i;

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

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

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Gemäß Pig. 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 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 7 aufgelegten Bogens Papier 8 nach oben oder nach unten verlagert. Mit Bezugsnummer 2k ist ein Umschalter bezeichnet. Die Richtung, in welcher der antreibende Strom durch die Spule 2 fließt, hängt davon ab, ob der Umschalter 2k auf die Seite der Anschlüsse a und b oder auf die Seite der Anschlüsse c und d gelegt ist. Infolgedessen kann der Umschalter wahlweise in seiner Position verändert werden, um den Stift bzw. die Feder 7 entsprechend der 3-Finger-Regel vertikal zu bewegen. Die Vertikalbewegung der Feder bzw. des Zeichenstiftes kann beschleunigt werden, wenn man den Antriebsstrom über einen elektronischen Strom ändert. Die obere Grenzposition der Bewegung der Feder 7 wird durch die Relativposition des unteren Endes des Polstücks 18 und eines Anschlags 5 bestimmt, während die untere Grenzposi— tion durch die Relativpositionen des unteren Endes des zylindrischen Wicklungsrahmens 3 und eines Außenrahmens 4 bestimmt ist. Die Feder 7 ist immer einer konstanten., nach oben gerichteten oder nach unten gerichteten Kraft ausgesetzt ,venn die Wicklungslänge der bewegbaren Spule 2 immer größer ist als die Längsabmessung des Polstückes 19

und venndie Größe des die bewegbare Spule 2 innerhalb ihrer Bewegungsbahn schneidenden magnetischen Kraft—

* der linken Hand 409813/0436

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flusses konstant bleibt. Das bedeutet, daß die im Zeichenstift bzw. in der Feder 7 erzeugte Kraft konstant bleibt, wennder 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 und unabhängig von der Oberflächengenauigkeit des Zeichenbrettes 9 mit konstantem Schreib- oder Zeichendruck auf den Papierbogen aufgedrückt. Obwohl bei der vorliegenden Ausführungsform gemäß der Erfindung 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 überführt.

Mit Hilfe der in Fig. 1 dargestellten Anordnung kann die Feder einer automatischen Zeichenmaschine od.dgl. vertikal so bewegt werden, daß der Schreib- oder Zeichendruck der Feder unabhängig von der Oberflächengenauigkeit des jeweiligen Zeichenbrettes und unabhängig von der Dicke des verwendeten Papiers konstant gehalten werden. Darüberhinaus kann der Hub 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

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über den Polstücken 18 und 19 erzeugt. Die Wicklung ist mit Strom einer Stromquelle 23 gespeist. Dadurch wird eine auf dem zylindrischen Wicklungsrahmen 3 befestigte Feder einer Kraft ausgesetzt, welche bezüglich der Ebene eines auf ein Zeichenbrett 9 aufgelegten Papierbogens 8 nach oben oder nach unten gerichtet ist. Die Kraft ist entsprechend der 3-Finger-Regel gerichtet. Die oberste Position des Zeichenstiftes bzw. der Feder wird durch die Relativpositionen des Anschlags 5 und des unteren Endes des Polstückes 18 bestimmt, während die unterste Position der Feder durch die Relativpositionen der Α-Fläche des zylindrischen Wick— lungsrahmens 3 und der B-Fläche des Außenrahmens k bestimmt ist. Bei geöffnetem Schalter bzw. fehlender Rückkopplung wird 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 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 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

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vertikale Bewegung der Feder 7 auszulösen. Zwischen der Α-Fläche des zylindrischen Wicklungsrahmens 3 und der B-Fläche des Außenrahmens k sind das in Fig. 2 dargestellte Lichtelement 10 und das das Licht aufnehmende Element ii wirksam. Das Lichtelement iO wird durch eine Stromquelle 25 gespeist. Das Lichtelement 10 und das das Licht aufnehmende Element ii sind in dem zwischen den A- und den B-Flächen bestehenden Raum so angeordnet, daß sich das vom Lichtelement iO ausgesendete Licht entsprechend der Position der Α-Fläche ändert,wenndiese vertikal bewegt wird und infolgedessen einen Teil des Lichts abdeckt. Ein Signal a entsprechend der Lichtmenge bzw. durch das Element il aufgenommenen Lichtstärke gibt also das Ausmaß der Bewegung der Feder 7 wieder. Die durch das Liehtelement 10 gemäß Fig. 2 ausgesandte und durch drei Pfeile dargestellte Lichtraenge bzw. Lichtstärke ist auf die durch zwei Pfeile dargestellte Lichtmenge reduziert, wenn sie durch das Element 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 Figur 3A gibt die Abszisse die Zeit wieder, während die Ordinate den in 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 wäh-

^ und demzufolge auch das vom Element 11 aufgenommene Licht

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rend 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. Fig. 3C stellt das der vertikalen Bewegung entsprechende Befehlssignal c dar; dieses Signal besitzt von O-tl positive Polarität entsprechend nach unten gerichteter Bewegung der Feder 7, während es bei einer den Wert ti übersteigenden Zeit negative Polarität entsprechend nach oben gerichteter Bewegung der Feder 7 einnimmt. In Fig. 3C gibt die Abszisse die Zeit wieder, während die Ordinate den elektrischen Strom darstellt. Wenn der Schalter 20 gemäß Fig. 2 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 c der 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 (Fig. 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 Segeltechnik)

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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 (Fig. 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 entsprechend 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 hinsichtlieh 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 Fig. 3C ohne Zeitverzögerung gefolgt wird. In der Praxis bewegt sich jedoch die Feder 7 infolge einer Zeitverzögerung gemäß der ausgezogenen Linie a¹ , Diese Zeitverzögerung ist auf die Massenträgheit der bewegbaren Elemente zurückzuführen. In Fig. 3D gibt die

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Abszisse die Zeit wieder, während die Ordinate den elektrischen Strom entsprechend der Position der Feder 7 darstellt.

Pig. k ist ein Blockdiagramm eines allgemeinen Riickkoppelungssystems entsprechend der in Fig. 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 β anzulegen (d.h. den Antriebsstrom für die bewegbare Spule 2). Bei der vorstehend beschriebenen Ausfuhrungsform entspricht die Steuergröße e dem Wertj Bezugseingang d - Ausgangsansprechwert f, wobei der Bezugseingang d dem Befehlssignal c für die vertikale Bewegung der Feder 7 (Pig· 3C) entspricht, während der Ausgangsansprechwert f 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 (l) entsprechende elektrische Strom kann durch Zeit-Differenzierung des Ausgangsansprechwertes f erhalten werden, während der der Beschleunigung in der gleichen Formel (l) entsprechende elektrische Strom durch Zeitdifferenzierung des elektrischen Stromes entsprechend der Geschwindigkeit erhalten werden kann. Durch

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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 Elementes 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.

ii) Steuergröße e = (Bezugseingang d) - (elektrischer Strom entsprechend dem Bewegungsausmaß) (2).

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 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 Fig. 2 und Gleichung (l) noch weiter reduziert.

Auch beim Anheben der Feder 7 wird deren Geschwindigkeit bei Annäherung an die obere Endlage herabgesetzt und dem-

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zufolge 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 in Abhängigkeit von DickenSchwankungen des Papiers 8 oder Oberflächenuiigenauigkeiten 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 hochgenaüe Ansprechcharakteristik für die Vertikalsteuerung besitzt.

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iv) Steuergröße e = (Bezugseingangsgröße d) - (elektrischer

Strom entsprechend der Geschwindigkeit)

- (elektrischer Strom entsprechend dem Bewegungsausmaß) (h)

In diesem Fall tritt der Vorteil und zugleich der Nachteil auf, die im Zusammenhang mit der Ausführungsform gemäß Fig. und dem Fall ii) erläutert worden sind. Jedoch wird der Aufprall der Feder 7 gegen die Papieroberfläche 8 weiter gegenüber der Ausführungsform gemäß Fig. 2 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) ....(5)

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)

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eine höhere Ansprechcharakteristik für die Vertikulbewegung 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:

In dieser Gleichung ist m die Masse des beweglichen Elements in der Einrichtung, y die Bewegungsgeschwindigkeit der Feder und F eine vom Antriebssystem auf das bewegliche Element ausgeübte Kraft, d.h. eine in dem beweglichen Element entsprechend der Bezugseingangsgröße d erzeugte Kraft, m ~ stellt eine Kraft dar, die auf das bewegliche Element anschließend an die Rückkopplung ausgeübt wird, ^Cv ist eine durch den der Geschwindigkeit entsprechenden Strom

/ d ν auf das bewegliche Element ausgeübte Kraft und A -rr ist eine durch den der Beschleunigung entsprechenden Strom auf das Element ausgeübte Kraft. tC und A 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 F ist. Er läßt sich aber dadurch berücksichtigen, daß anstelle von F der Term (F + mg) gesetzt wird.

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" ^l6 "

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

e -"Ρ ί (7)

wobei v. die Anfangsgeschwindigkeit der Feder 7 darstellt.

Aus Gleichung (7) ergibt sich, daß bei Rück- oder Aufschal tung des der Beschleunigung entsprechenden Stromes auf das Steuergerät 21 unter der Bedingung m^p die Geschwindigkeit ν der Feder 7 schließlich unabhängig von der Anfangs geschwindigkeit ν einem konstanten Geschwindigkeitswert

F A/

ο zustrebt. Je größer der Wert von ⁰^ ist, desto

te (S -/>)

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 zwangsläufig auch die Größen v_Ä, F und bC be-

A O

stimmt. Deshalb wird vorzugsweise Λ im wesentlichen gleich m gewählt, um einen großen Wert von ^C _zu erhalten.

Die Zeit bis zu dem Zeitpunkt, an dem v. den konstanten Geschwindigkeitswert F /X. 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 auftrifft und die den Wert F /bC hat, kann daher so eingesteuert werden, daß praktisch kein Springen erfolgt.

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Wie sich aus der vorstehenden Beschreibung ergibt, läßt sieh 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 Bewegungsgroße 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 7 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 elektromoto-

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rische Kraft entspricht analog der Geschwindigkeit der Bewegung.

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Claims

Patent- (Schutz-) Ansprüche

Einrichtung zur Steuerung der Vertikalbewegung eines Schreibstiftes in einem automatischen Zeichengerät od.dgl., dadurch gekennzeichnet, daß der Schreibstift (6, 7) mit einer in einem magnetischen Feld beweglichen Spule (2) verbunden ist, der ein die Andrückkraft des Schreibstiftes (6, 7) bestimmender Antriebsstrom (e) zugeführt wird.
2. Einrichtung nach Anspruch i gekennzeichnet durch einen dem Schreibstift (6, 7) zugeordneten Detektor (lO, 11) zur Abtastung der jeweiligen Lage und der Bewegungsgrößen (Geschwindigkeit, Beschleunigung) des Schreibstifts (6, 7) und durch ein Rückkopplungssystem zur Rückführung und Steuerung des Antriebssystems (l, 2, 3) für den Schreibstift (6, 7) über Größen, die den abgetasteten Größen analog sind.

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