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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung
zum Verstellen eines Bauteils mittels wenigstens zwei in unterschiedliche
Richtungen wirksamen Antrieben gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs
1. Die Erfindung eignet sich insbesondere zur Anwendung bei der
Verstellung eines Rückspiegels
eines Kraftfahrzeugs.
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Die elektrische Spiegelverstellung
in Kraftfahrzeugen gehört
zunehmend zur Serienausstattung. Dabei übernimmt ein elektronisches
Steuergerät
die Auswertung von Stellsignalen eines oder mehrerer Spiegelverstellschalter
(beispielsweise kann ein Spiegelverstellschalter von der Verstellung
des linken Spiegels auf die Verstellung des rechten Spiegels umgeschaltet
werden) und steuert die Verstellung der Spiegel in die vom Benutzer
gewünschte
Position. Die Ansteuerung erfolgt in der Regel über zwei Elektromotoren, von
denen einer den Spiegel um eine Vertikalachse und der andere um
eine horizontale Achse verschwenkt.
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Ein Blockschaltbild einer solchen
Einrichtung ist in 4 dargestellt:
Ein
Spiegelverstellschalter 2 enthält zwei Schaltelemente 4, 6,
von denen eines einer Verschwenkung des Spiegels um eine senkrechte
Achse und das andere einer Verschwenkung des Spiegels um eine waagrechte
Achse zugeordnet ist. Der Spiegelverstellschalter 2 ist
mit einem Steuergerät 8 verbunden, das
die von den Schaltelementen 4 und 6 erzeugten Stellsignale
in Treibersignale umwandelt, die in einem Spiegel 10 angeordneten
Stellmotoren 12 und 14 zugeordnet sind, wobei
der Stellmotor 12 beispielsweise den Spiegel um eine senkrechte
Achse (x-Richtung) verstellt und der Stellmotor 14 den
Spiegel um eine waagrechte Achse (y-Richtung) verstellt.
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Eine Komforterweiterung der elektrischen Spiegelverstellung,
die sich zunehmend durchsetzt, ist die sogenannte Memory-Funktion. Dabei ist
zusätzlich
zur anhand der 4 geschilderten
Möglichkeit
der manuellen Spiegelverstellung die Möglichkeit gegeben, eine angefahrene
Spiegelposition zu speichern und bei Bedarf automatisch wieder einzustellen.
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5 zeigt
ein gegenüber
der 4 erweitertes Blockschaltbild,
mit dem eine Memory-Funktion realisierbar ist. Dazu weist der Spiegel
eine Ist-Stellungsgebereinrichtung 16 auf, die beispielsweise
zwei Sensoren enthält,
von denen einer die y-Stellung des Spiegels und der andere die x-Stellung
des Spiegels erfasst und über
eine Datenleitung 18 an das Steuergerät 8 sendet, das einen
Speicher 20 aufweist, in dem mehrere, beispielsweise von
unterschiedlichen Personen angefahrene Stellungen des Spiegels als
Sollstellungen xn, yn gespeichert werden.
Zusätzlich
ist ein Memory-Funktionsschalter 22 vorgesehen, mit dem
personenspezifische, im Speicher abgelegte Sollstellungen xn, yn aufgerufen werden
können.
Das Steuergerät 8 steuert
die Stellmotoren 12 und 14 dann derart, dass der
Spiegel 10 die jeweilige Sollstellung einnimmt.
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Für
die Kommunikation zwischen den einzelnen Funktionsblöcken gibt
es je nach Verkabelungs-, Hardware- und Softwareaufwand unterschiedliche Möglichkeiten.
In der
DE 44 26 338
A1 wird vorgeschlagen, in der Tür eines Fahrzeugs ein Schnittstellengerät unterzubringen,
mit dem alle in einer Fahrzeugtüre
untergebrachten Funktionsumfänge,
wie Stellmotoren für
die Außenspiegel,
Spiegelheizung, Türschlösser usw.
angesteuert werden können,
und das mit der Fahrzeugelektronik lediglich über eine maximal vierpolige
Leitung verbunden ist, über
die Befehls- und Meldesignale sowie die Leistungsversorgung erfolgen.
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Mit Spiegelverstellvorrichtungen
der anhand der 4 und 5 beschriebenen Art soll
eine einmal gespeicherte Spiegelposition bei Bedarf möglichst rasch
und genau wieder eingestellt werden.
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Anhand der 6 und 7 wird
im Folgenden die Funktion einer typischen, bisher eingesetzten Spiegelverstellung
erläutert.
Dabei stellt 6 schematisch
Treibersignale für
die Spiegelverstellung und den Ablauf de Spiegelverstellung dar. 7 verdeutlicht den geometrischen
Ablauf der Spiegelverstellung.
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Bei der anhand der 6 und 7 erläuterten Ausführungsform
der Vorrichtung sind im Steuergerät 8 für jeden
Spiegelmotor 12 und 14 ein eigener Treiber vorgesehen,
so dass die beiden Stellmotoren unabhängig voneinander und gleichzeitig
betrieben werden können.
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Sei unter Bezugnahme auf 7 angenommen, dass sich
der Spiegel in der Iststellung I befindet und nach Betätigen des
Memory-Schalters 22 in die Sollstellung S verstellt werden soll,
die sich hinsichtlich ihrer X- und Y-Koordinaten (Drehung um die senkrechte
Achse mit Hilfe des Stellmotors 12 und Drehung um die waagrechte
Achse mit Hilfe des Stellmotors 14) von der Iststellung
unterscheidet. Die schraffierten Bereiche der 7 sind "verbotene" Bereiche, die aufgrund der mechanischen
Konstruktion des Spiegels nicht erreicht werden können. Da die
Sollstellung von der Iststellung in X- und Y-Richtung abweicht, erzeugt das Steuergerät bei Betätigung des
Memory-Schalters 22 zum Zeitpunkt t0 gemäß der Kurve
a) ein Treibersignal für
den Stellmotor 12 und gemäß der Kurve b) ein Treibersignal
für den Stellmotor 14.
Im Zeitintervall von t0 bis t1 erfolgt
eine Spiegelverstellung in X- und Y-Richtung (Kurve c)), die gemäß 7 zu dem gestrichelten Verstellverlauf
führt.
Zum Zeitpunkt t1 gerät die Verstellung bezüglich der
Y-Richtung an den Rand R1 des Verstellbereiches,
woraufhin die Y-Verstellung abschaltet und die X-Stellung weiter in Betrieb bleibt, bis
der Punkt E als Endstellung erreicht wird. In E stimmt der X-Wert
der Iststellung mit dem der Sollstellung überein und entsprechend wird
zum Zeitpunkt t2 das Treibersignal für die X-Verstellung
abgeschaltet. Wie ersichtlich, ergibt sich bezüglich der Y-Richtung eine Abweichung zwischen der
Sollstellung S und der erreichten Endstellung E.
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Bei einer alternativen Ausführungsform
unterbleibt die Abschaltung des Treibersignals für den Stellmotor 14 bei
Erreichen des Randpunktes R1, so dass die Verstellung längs der
strichgepunkteten Linie erfolgt und die Sollstellung S erreicht
wird.
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Mit der aufwendigen Hardware im Steuergerät (ein Treiber
für jeden
Stellmotor) ist es somit möglich,
jede Sollstellung ausgehend von jeder Ist-Stellung zu erreichen.
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Anhand der 8 und 9 wird
eine andere übliche
Ausführungsform
der Vorrichtung erläutert, bei
der im Steuergerät
nur ein einziger Treiber für
die beiden Stellmotoren 12 und 14 vorhanden ist,
die hintereinander angesteuert werden. Dabei wird beispielsweise
zuerst der Stellmotor 12 für die X-Verstellung und dann der Stellmotor 14 für die Y-Verstellung angesteuert.
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Der Verstellvorgang verläuft derart
ab, dass wiederum zum Zeitpunkt t0 das Treibersignal
a für die X-Verstellung
solange anbleibt, bis der Ist-Wert der X-Koordinate den Sollwert
erreicht. Dies kann, wie aus 9 ersichtlich,
wegen des schraffierten nicht erreichbaren Bereiches nicht geschehen,
so dass das Treibersignal für
die X-Verstellung zum Zeitpunkt t1 abgeschaltet
wird, wenn die X-Verstellung den Randpunkt R2 erreicht.
Anschließend
wird das Treibersignal b für
die Y-Verstellung
angeschaltet und bleibt an, bis die Verstellung zum Zeitpunkt t2 den Randpunkt R3 erreicht.
Wie aus 9 ersichtlich, weicht
die tatsächlich
erreichte Endstellung E von der programmierten Sollstellung S ab.
Während über die manuelle
Ansteuerung mit Hilfe des Spiegelverstellschalters 2 der
gesamte erlaubte Bereich angesteuert und dann entsprechend gespeichert
werden kann, können
bestimmte Stellungen bei der Verwendung eines Treibers, der zuerst
den einen Stellmotor und dann den anderen Stellmotor ansteuert nur
mit aufwendigen Positionieralgorithmen erreicht werden. Dies würde eine
lange Verstellzeit und eine unstete Verstellbewegung (häufiger Richtungswechsel)
bedeuten.
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Die Bewegung des Spiegels längs eines
mechanischen Anschlags bedeutet einen hohen Stromverbrauch des jeweiligen
Stellmotors und eine hohe Belastung.
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Eine weitere, bekannte Vorrichtung
(
US 4,054,822 ) weist
ein Steuersystem zum Positionieren eines Bauteils entsprechend einem
Satz vorbestimmter Anweisungen auf, der einer vorbestimmten Bewegungsbahn
des Bauteils entspricht, wobei zwei in aufeinander senkrecht stehenden
Richtungen wirksame Antriebe, zwei Motortreiber, ein Impulsgenerator
zum Betätigen
der Motortreiber und eine Logikschaltung zum Betreiben der Motortreiber
derart angesteuert werden, dass das Bauteil einer die vorbestimmte
Bahn annähernde
Treppenlinie folgt. Der Antrieb des ersten Motortreibers wird ständig aufrechterhalten
und der Antrieb des zweiten Motortreibers erfolgt nur, wenn erforderlich.
Anschließend
wird der Antrieb des zweiten Motortreibers ständig aufrechterhalten und der
Betrieb des ersten Motortreibers nur aktiviert, wenn es erforderlich
ist. Für
jeden Motor ist ein eigener Treiber vorgesehen und endet die Aktivierung
eines Antriebs immer dann, wenn das in der jeweiligen Richtung bewegte
Bauteil sich der Soll-Bahn weiter als ein vorbestimmtes Maß angenähert hat.
Die Stufen der Treppenkurve sind somit im allgemeinen ungleich und
unmittelbar durch die Sollbahn bestimmt.
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Eine andere, bekannte Vorrichtung
(
US 3,372,268 ) offenbart
einen Positionsmechanismus, mit dem ein Bauteil in X- und Y-Richtung derart bewegt
werden kann, dass eine vorbestimmte Bahn angenähert wird. Dabei sind die Antriebe
unabhängig voneinander
und gleichzeitig ansteuerbar.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine
Vorrichtung der eingangs beschriebenen Art zu schaffen, mit der
bei kostengünstigem
Aufbau der Vorrichtung jede Position innerhalb des möglichen Verstellbereiches
rasch angefahren werden kann.
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Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen
des Anspruchs 1 gelöst.
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Erfindungsgemäß werden die den einzelnen Richtungen
zugeordneten Antriebe alternierend sequentiell und inkrementell
betrieben. Bei nur zwei vorhandenen Antrieben erfolgt eine alternierende
Aktivierung der Antriebe, auch wenn die Antriebe die jeweilige Sollstellung
der zugehörigen
Verstellrichtung noch nicht erreicht haben. Dadurch bewegt sich
das zu verstellende Bauteil längs
einer Treppenlinie auf die Sollstellung zu.
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Die Unteransprüche sind auf vorteilhafte Weiterbildungen
und Ausführungsformen
der erfindungsgemäßen Vorrichtung
gerichtet.
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Die Erfindung ist überall dort
mit Vorteil anwendbar, wo ein Rückspiegel
eines Kraftfahrzeugs mittels mehrerer, in unterschiedliche Richtungen wirksame
Antriebe in eine Sollstellung bewegt werden soll. Dabei kann es
sich um eine dreidimensionale oder eine zweidimensionale Verstellung
handeln.
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Besonders vorteilhaft ist die Erfindung
für die Verstellung
von Spiegeln eines Kraftfahrzeugs einsetzbar, die mit Hilfe einer
Memory-Funktion in eine vorbestimmte Stellung gebracht werden sollen.
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Die Erfindung wird im Folgenden anhand schematischer
Zeichnungen beispielsweise und mit weiteren Einzelheiten erläutert.
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Es stellen dar:
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1 Kurven
zur Erläuterung
von Treibersignalen und einer Spiegelverstellung,
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2 den
geometrischen Ablauf einer Spiegelverstellung,
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3 ein
Flussdiagramm zur Funktionserläuterung,
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4 ein
Blockschaltbild einer an sich bekannten manuellen Spiegelverstellung,
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5 ein
Blockschaltbild einer an sich bekannten manuellen Spiegelverstellung
mit zusätzlicher
Memory-Funktion
und
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6 bis 9 die bereits erläuterte vorbekannte
Funktionsweise von Ausführungsformen
der Blockschaltbilder gemäß 4 und 5.
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Die Erfindung, die im Folgenden anhand
einer Spiegelverstellvorrichtung erläutert wird, ist beispielsweise
in eine Vorrichtung mit dem Blockschaltbild gemäß der 5 implementiert, wobei das Steuergerät 8 derart
aufgebaut ist, dass es während
vorbestimmter Zeitdauern, die beispielsweise in der Größenordnung
von 60 msec. liegt, alternierend Treibersignale für die Stellmotoren 12 und 14 erzeugt, solange
die zugehörigen
Soll- und Ist-Koordinaten voneinander abweichen. In 1 ist dies dargestellt.
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Zum Zeitpunkt t0,
nach Betätigen
des Memory-Schalters 22, schaltet das Steuergerät gemäß Kurve
a) ein Treibersignal für
den Stellmotor 12 für eine
Zeitdauer Δtx ein, woraufhin eine inkrementelle Bewegung
bzw. Verstellung in x-Richtung erfolgt. Zum Zeitpunkt t1 schaltet
das Steuergerät 8 das
Treibersignal für
den Stellmotor 12 ab und das Treibersignal. für den Stellmotor 14 gemäß dem Kurvenzug
b für eine
Zeitdauer Δty an, woraufhin eine inkrementelle Bewegung
bzw. Verstellung in y-Richtung erfolgt. Der Vorgang läuft alternierend
ab, bis zum Zeitpunkt tn die Sollstellung
S erreicht ist. Auf diese Weise läuft während der Zeitdauer von t0 bis tn die Verstellung längs einer
Treppenlinie mit kleinen Verstellschritten derart ab, dass der Benutzer
eine diagonale Verstellung wahrnimmt .
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2 zeigt
den geometrischen Verlauf, wobei der Ausschnitt A verdeutlicht,
dass die Verstellung entsprechend den alternierenden Treibersignalen
entsprechend einer Treppenlinie verläuft. Damit, wie im Beispiel
dargestellt, die Richtung der inkremental treppenförmigen und
damit insgesamt diagonalen Verstellung von der Iststellung I zur
Sollstellung S die richtige Richtung hat, sind die Zeitintervalle Δtx und Δty bei gleicher Verstellgeschwindigkeit der
Motoren so gewählt,
dass sie sich verhalten wie die Unterschiede zwischen der Sollstellung
und der Iststellung in X-Richtung und in Y-Richtung bei Beginn des Verstellvorgangs.
Durch die beschriebene alternierende Ansteuerung der beiden Stellmotoren
innerhalb jeweils kurzer Zeitintervalle wird erreicht, dass die
tatsächlich
inkrementell erfolgende Bewegung gleichförmig erscheint und sich die
Spiegel unmittelbar diagonal verstellen lassen, ohne dass dafür zwei voneinander
unabhängige,
getrennte Treiber notwendig sind. Es wird eine schnelle und si chere
Positionierung mit Hilfe eines einfachen Algorithmus erzielt. Der
Hardwareaufwand ist gering. Stromverbrauch und Verschleiß sind ebenfalls
gering.
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3 zeigt
ein Beispiel eines Flussdiagramms, nach dem die einzelnen Arbeitsschritte
ablaufen:
Sei angenommen, im Schritt 30 werde der Memory-Schalter 22 (5) aktiviert, wodurch eine
Spiegelverstellung ausgelöst
wird. Im Schritt 32 wird dann aus der gespeicherten Soll-X-Stellung und der
augenblicklichen Ist-X-Stellung der notwendige Verstellweg ΔX ermittelt.
Entsprechend wird im Schritt 34 der erforderliche Verstellweg ΔY in y-Richtung
ermittelt. Im Schritt 36 wird aus dem Verhältnis von ΔX und ΔY ein Wert v ermittelt, der
das Verhältnis
der Zeitdauern angibt, während
der jeweils der Stellmotor für
die x-Verstellung und der Stellmotor für die y-Verstellung zur Durchführung einer
inkrementellen Verstellung aktiviert werden. Im Schritt 38 wird
die Zeitdauer Δtx = vdt einer inkrementellen Verstellung in
x-Richtung bestimmt, wobei dt ein Vielfaches einer Taktzeit des
Systems derart ist, dass Δtx ein ganzzahliges Vielfaches der Taktzeit
ist. Δty wird auf dt gesetzt. Im Schritt 40 wird
dann der Motor für
die Verstellung in x-Richtung während
der inkrementellen Zeitdauer Δtx aktiviert. Anschließend wird im Schritt 42 der
Treiber für
die y-Verstellung während
der inkrementellen Zeitdauer Δty aktiviert. Dieser Vorgang läuft alternierend
ab, so dass die Verstellung längs der
Treppenlinie erfolgt. Im Schritt 44 wird ermittelt, ob der noch
erforderliche Verstellweg in x-Richtung kleiner als ein vorgegebene
Schwellwert s ist. Ist dies der Fall, so wird im Schritt 46 bestimmt,
dass der Treiber für
die x-Verstellung nicht weiter aktiviert wird, da die Soll-X-Stellung
erreicht ist.
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Ist dies nicht der Fall, so wird
im Schritt 48 der Treiber für
die x-Verstellung erneut aktiviert. Dann wird im Schritt 50 festgestellt,
ob die noch erforderliche Verstellung in y Richtung kleiner als
der vorgegebene Schwellwert ist. Ist dies der Fall, so wird im Schritt
52 die Aktivierung des Treibers in y-Richtung beendet. Ist dies
nicht der Fall, so wird der Treiber in y-Richtung im Schritt 54
erneut aktiviert und das Programm kehrt zum Schritt 44 zurück.
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Es versteht sich, dass die anhand
der 1 bis 3 beschriebenen Vorrichtung
bzw. das damit ablaufende Verfahren in vielfältiger Weise abgeändert werden
kann. Beispielsweise können
die alternierenden Zeitintervalle ΔtX und Δty gleichlang sein. Damit wird der Nachteil
in Kauf genommen, dass die Verstellung sich an den Rand des Verstellbereiches
bewegen kann und sich über
einen gewissen Verstellweg gewissermaßen längs des Randes vortastet. Da der
jeweilige Stellmotor immer nur kurz mit Strom beaufschlagt wird,
wird seine Belastung gegenüber
einer langandauernden Beaufschlagung mit Strom vermindert.
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Die beschriebene Art der Verstellung
kann auch verwendet werden, wenn die Verstellung nicht über die
Memory-Funktion, sondern unmittelbar manuell über den Spiegelverstellschalter
erfolgt. Wenn der Verstellschalter als Joystick ausgebildet ist,
können
die beiden Schaltelemente 4 und 6 analoge Ausgangssignale
erzeugen, die die Schrittweite bzw. inkrementelle Dauer der jeweiligen
Treiberimpulse bestimmen, so dass die Richtung der Verstellung durch das
Verhältnis
der Ausgangssignale bestimmt wird. Anstelle der Beeinflussung der
zeitlichen Dauer der Treibersignale und damit der "Steilheit" der "Treppe" kann die Richtung
der Verstellung auch dadurch beeinflusst werden, dass die Zeitdauern Δtx und Δty gleichlang sind, aber die Spannung variiert
wird, mit der die Stellmotore beeinflusst werden.
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Wenn die Verstellung nicht, wie anhand
der 2 erläutert, derart
erfolgt, dass unmittelbar eine geradlinige Verstellung von einer
Ist-Stellung zu einer Soll-Stellung erfolgt, sondern eine Verstellung
erfolgt, wie in 2 beispielsweise
von der Ist-Stellung I zu der Soll-Stellung S1 strichpunktiert
eingezeichnet, kann die Verstellung beispielsweise folgendermaßen ablaufen:
Längs der
Verstellstrecke a1 läuft
die Verstellung alternierend mit beiden Treibersignalen ab, bis
die Stellung P erreicht ist, in der die Ist-Y-Stellung mit der Soll-Y-Stellung übereinstimmt.
Anschließend
wird der alternierende Zeittakt, der im dargestellten Beispiel für die Verstellung
in X-Richtung und
in Y-Richtung gleichlang ist, beibehalten; während der der Y-Verstellung
zugeordneten Zeitperioden wird jedoch kein Treibersignal an den
zugehörigen
Stellmotor gesandt. Während
der Verstellung von der Stellung P zur Sollstellung S1 erfolgt
die getaktete Ansteuerung nur des Stellmotors für die X-Richtung mit Treibersignalen,
die weiterhin im Gleichtakt gesendet werden.
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Wenn gemäß 2 eine Verstellung von dem linken oberen
Verstellbereich zum rechten oberen Verstellbereich erfolgen soll,
ist dies längs
einer geraden Linie grundsätzlich
nicht möglich,
so dass sich die Verstellung dann zumindest teilweise längs der
oberen Begrenzungslinie bewegt, wobei der Y-Stellmotor durch den Anschlag am Verstellrand von
dem X-Stellmotor über eine
Teilstrecke rückwärts verstellt
wird. Es versteht sich, dass dafür
in den Antrieben Rutschkupplungen vorgesehen sein können, wie überhaupt
jeder Stellmotor zum Schutz vor Überlastungen
mit einer Rutschkupplung versehen sein kann.
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Die Erfindung ist nicht nur auf Elektromotoren
anwendbar, sondern beispielsweise auch auf getaktete arbeitende
Hydraulikantriebe usw.