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Die
allgemeine Anforderung, einen Antrieb zu realisieren, der bei Lastschwankungen
eine extrem geringe Positionsabweichung aufweist und sich somit
starr verhält,
kann bei unterschiedlichen Einsatzfällen von Bedeutung sein. Ein
wichtiges Beispiel ist bei elektrografischen Druck- oder Kopiereinrichtungen
gegeben, bei denen mehrere Antriebselemente mit hoher Gleichförmigkeit
laufen müssen, weil
Schwankungen im Antrieb zu einem Positionsfehler im Druckgut, insbesondere
im Farbdruck, führen.
Ein Beispiel ergibt sich aus WO 98/39691 A1, die in die Offenbarung
einbezogen wird; dort ist eine Druck- oder Kopiereinrichtung beschrieben,
mit der Farbdruck möglich
ist. Hier werden im Farbsammelmodus die einzelnen Farbauszüge auf einem
Transferband gesammelt. Wenn alle Farbauszüge zum Druckbild aufgesammelt
sind, wird der Aufzeichnungsträger,
z.B. ein Papier, an das Transferband angeschwenkt und das Druckbild
umgedruckt. Gleichzeitig wird damit begonnen, die nächsten Farbauszüge auf dem
Transferband zu sammeln. Da der Aufzeichnungsträger und das Transferband nicht die
gleiche Oberflächengeschwindigkeit
aufweisen, baut sich nach dem Anschwenken des Transferbandes zwischen
Aufzeichnungsträger
und Transferband eine Kraft auf, die zu einer Änderung des Antriebsmomentes
des Transferbandes führt.
Die Kraft und damit die Momentänderung
wird durch die Anpresskraft des Transferbandes an den Aufzeichnungsträger und
den Reibwert zwischen ihnen bestimmt und begrenzt.
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Durch
die Änderung
des Lastmomentes während
der Aufzeichnungsträger
an das Transferband angeschwenkt ist, ändert sich auch der Lastwinkel
des Antriebsmotors für
das Transferband, wodurch dieses seiner Sollposition hinterherläuft (Sollposition:
Position, an der das Transferband wäre, wenn der Aufzeichnungsträger nicht
an das Transferband angeschwenkt worden wäre). Dadurch ergibt sich ein
Versatz der Farbauszüge,
die vom Zwischenbildträger,
z.B. einem Fotoleiterband, auf das Transferband übertragen werden, während das
Transferband an den Aufzeichnungsträger angeschwenkt ist, zu den
Farbauszügen,
die vom Zwischenbildträger auf
das Transferband umgedruckt werden, während das Transferband vom
Aufzeichnungsträger
abgeschwenkt ist. Der Versatz kann ca. 100 μm betragen, das Antriebsmoment
kann sich dabei von 1 Nm auf 5 Nm ändern.
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Beim
Abschwenken des Transferbandes vom Aufzeichnungsträger wird
die zwischen Aufzeichnungsträger
und Transferband übertragene Kraft
schlagartig abgebaut. Dadurch ändert
sich auch das Antriebsmoment für
das Transferband plötzlich, wodurch
das Transferband zum einen wieder mit dem ursprüngliche Lastwinkel läuft und
zum anderen das Transferband in Schwingungen versetzt wird. Beide
Effekte verursachen eine Verschiebung der Farbauszüge. Die
Amplitude der Schwingung kann ca. +/– 100 μm betragen.
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Das
von der Erfindung zu lösende
Problem besteht darin, eine Anordnung anzugeben, mit der das Drehmoment,
das der Antriebsmotor zum Antreiben eines Lastelementes aufbringen
muss (Antriebsmoment), konstant gehalten wird.
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Dieses
Problem wird gemäß den Merkmalen des
Anspruchs 1 gelöst.
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Der
Vorteil der Erfindung besteht darin,
- – den Lastwinkel
konstant zu halten,
- – die
Schwingung des Lastelementes zu minimieren,
- – Ursachen
für Störungen auf
den Lauf des Lastelementes möglichst
früh entgegenzuwirken,
- – gängige Antriebskomponenten
zu verwenden.
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Weiterbildungen
der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.
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Als
Drehmoment beeinflussendes Mittel kann ein Zusatzmotor verwendet
werden, der das Zusatzmoment erzeugt, durch das die durch die Änderung
der Last bedingte Momentabweichung kompen siert wird. Als Zusatzmotor
kann ein bürstenloser Gleichstrommotor
oder ein Servomotor vorgesehen werden. Der Zusatzmotor erzeugt ein
konstantes Grundmoment und ein variables Moment, das sich durch
die Laständerung
am Lastelement ergibt. Der Antriebsmotor muss nur noch die Antriebsdrehzahl und
ein kleines konstantes Restmoment aufbringen.
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Die
Größe des vom
Zusatzmotor aufzubringenden Zusatzmoments wird über den Drehmomentsensor festgelegt.
Je nach Einbauort des Drehmomentsensors wird der Zusatzmotor geregelt
oder gesteuert.
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Die
Vorteile der Anordnung mit Zusatzmotor sind im folgenden zu sehen:
- – Der
Antriebsmotor bestimmt die Drehzahl des Lastelementes und trägt zum Antriebsmoment
nur noch einen kleinen Teil bei, der konstant ist. Dadurch werden
die Drehzahlschwankungen extrem klein gehalten, da der Antriebsmotor
durch einen Lastwechsel nicht beeinflusst wird.
- – Da
nicht gewartet wird, bis sich eine Drehmomentänderung zu einer messbaren
Positionsänderung
des Lastelementes aufintegriert, arbeitet die Erfindung mit einer
kürzeren
Reaktionszeit als eine Regelung, die als Messgröße ein Positionsabweichungssignal
verwendet.
- – Da
der Antriebsmotor mit der gleichen Last betrieben wird, bleibt auch
der Lastwinkel konstant. Da keine Laständerungen auf den Antriebsmotor einwirken,
werden auch keine Schwingungen angeregt.
- – Der
Antriebsmotor, z.B. ein Schrittmotor, kann für kleinere Leistung ausgelegt
werden, da der Zusatzmotor den größten Teil des Antriebsmomentes
aufbringt.
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Die
erfindungsgemäße Anordnung
kann derart realisiert sein,
- – dass auf
der Antriebswelle neben dem Antriebsmotor der Zusatzmotor angeordnet
ist,
- – dass
der Drehmomentsensor zwischen Antriebsmotor und Zusatzmotor angeordnet
ist,
- – dass
ein mit dem Drehmomentsensor verbundener Regler vorgesehen ist,
der in Abhängigkeit
der Momentabweichung den Zusatzmotor derart regelt, dass die auf
den Antriebsmotor wirkende Last konstant bleibt.
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Die
erfindungsgemäße Anordnung
kann auch derart aufgebaut sein,
- – dass der
Zusatzmotor auf der Antriebswelle benachbart dem Antriebsmotor angeordnet
ist,
- – dass
zwischen Zusatzmotor und Lastelement der Drehmomentsensor angeordnet
ist,
- – dass
eine Steuerung vorgesehen ist, der das Momentsignal zugeführt wird
und die in Abhängigkeit
der Momentabweichung den Zusatzmotor derart steuert, dass die auf
den Antriebsmotor wirkende Last konstant bleibt.
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Die
erfindungsgemäße Anordnung
kann weiterhin derart aufgebaut sein,
- – dass der
Zusatzmotor auf einer weiteren Welle, um die das Lastelement umgelenkt
wird, angeordnet ist,
- – dass
auf der Antriebswelle der Drehmomentsensor und der Antriebsmotor
angeordnet ist,
- – dass
das Momentsignal einem Regler zugeführt wird, der in Anhängigkeit
die Momentabweichung den Zusatzmotor so regelt, dass die auf den
Antriebsmotor wirkende Last konstant bleibt.
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Das
Moment beeinflussende Mittel kann eine Bremse sein, die in Abhängigkeit
der Momentabweichung ein Bremsmoment auf die Antriebswelle ausübt, durch
die die Momentabweichung kompensiert wird. Die Bremse kann z.B.
eine Wirbelstrombremse sein. Auch hier bestimmt der Antriebsmotor
die Drehzahl des Lastelementes und bringt eine konstantes Drehmoment
auf. Dadurch werden die Drehzahlschwankungen extrem klein gehalten,
da der Antriebsmotor keinen Lastwechsel spürt.
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Weitere
Vorteile sind:
- – Da nicht gewartet wird, bis
sich eine Drehmomentänderung
zu einer messbaren Positionsänderung
des Lastelementes aufintegriert, arbeitet die Erfindung auch hier
mit einer kürzeren
Reaktionszeit als eine Regelung, die als Messgröße ein Positionsabweichungssignal
verwendet.
- – Da
der Antriebsmotor immer mit gleicher Last betrieben wird, bleibt
auch der Lastwinkel konstant.
- – Da
keine Laständerungen
auf den Antriebsmotor einwirken, werden auch keine Schwingungen angeregt.
- – Zudem
ist eine Bremse billiger als ein Motor, z.B. ein Gleichstrommotor.
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Die
erfindungsgemäße Anordnung
kann bei Verwendung einer Bremse derart aufgebaut sein,
- – dass
auf der Antriebswelle neben dem Antriebsmotor die Bremse angeordnet
ist,
- – dass
der Drehmomentsensor zwischen Antriebsmotor und Bremse angeordnet
ist,
- – dass
ein mit dem Drehmomentsensor verbundener Regler vorgesehen ist,
der in Abhängigkeit
der Momentabweichung die Bremse derart regelt, dass die auf den
Antriebsmotor wirkende Last konstant bleibt.
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Die
erfindungsgemäße Anordnung
kann derart realisiert sein,
- – dass die
Bremse auf der Antriebswelle benachbart dem Antriebsmotor angeordnet
ist,
- – dass
zwischen Bremse und Lastelement der Drehmomentsensor angeordnet
ist,
- – dass
eine Steuerung vorgesehen ist, der das Momentsignal zugeführt wird
und die in Abhängigkeit
der Momentabweichung die Bremse derart steuert, dass die auf den
Antriebsmotor wirkende Last konstant bleibt
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Schließlich kann
die Bremse auch auf einer weiteren Welle angeordnet werden, die
das Lastelement umlenkt.
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Das
Lastelement kann z.B. ein Band sein, das von dem Antriebsmotor angetrieben
wird und von einer weiteren Welle umgelenkt wird.
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Vorteilhafterweise
kann die erfindungsgemäße Anordnung
bei einer elektrografischen Druck- oder Kopiereinrichtung verwendet
werden, bei der auf einem Zwischenbildträger Ladungsbilder von zu druckenden
Bildern erzeugt werden, die nach Entwicklung auf ein Transferband übertragen
werden und dann auf einen Aufzeichnungsträger umgedruckt werden. Hier
kann das Lastelement das Transferband sein, das durch eine Anordnung
nach der Erfindung angetrieben wird. Der Zusatzmotor oder die Bremse
kann dann auf der Antriebswelle für das Transferband oder auf
einer Welle, die an der Umdruckstelle von Aufzeichnungsträger und
Transferband liegt, angeordnet sein.
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An
Hand von Ausführungsbeispielen,
die in den Figuren dargestellt sind, wird die Erfindung weiter erläutert. Dabei
wird als Beispiel eines Lastelementes ein Transferband einer elektrografischen Druck-
oder Kopiereinrichtung gemäß WO 98/39691 A1
herangezogen, ohne dass die Erfindung auf diesen Anwendungsfall
beschränkt
wird.
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Es
zeigen:
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1 ein
erstes Ausführungsbeispiel
der Anordnung, bei der das Lastelement ein Band ist und das Mittel
ein Zusatzmotor ist, der geregelt wird;
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2 ein
zweites Ausführungsbeispiel
der Anordnung, bei der das Lastelement ein Band ist und das Mittel
ein Zusatzmotor ist, der gesteuert wird;
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3 ein
drittes Ausführungsbeispiel
der Anordnung, bei der das Lastelement ein Band ist und das Mittel
eine Bremse ist, die geregelt wird;
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4 ein
viertes Ausführungsbeispiel
der Anordnung, bei der das Lastelement ein Band ist und das Mittel
eine Bremse ist, die gesteuert wird;
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5 ein
fünftes
Ausführungsbeispiel
der Anordnung, bei der das Lastelement ein Band und das Mittel ein
Zusatzmotor oder eine Bremse ist, der/die an einer Umlenkwelle für das Band
angeordnet ist und geregelt wird.
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Nach 1 weist
eine erste Ausführungsform
der Anordnung einen Antriebsmotor 1, einen Drehmomentsensor 2,
einen Regler 3 und einen Zusatzmotor 4 auf. Der
Antriebsmotor 1 kann ein Schrittmotor sein, der Drehmomentsensor 2 von üblichen
Aufbau sein und der Regler 3 ein PID- Regler. Der Antriebsmotor 1 ist
an einer Antriebswelle 5 angeordnet, durch die ein Lastelement 6 angetrieben wird.
Im Ausführungsbeispiel
der 1 ist als Beispiel für das Lastelement 6 ein
Transferband 7 einer elektrografischen Druck- oder Kopiereinrichtung
verwendet worden. Der Zusatzmotor 4, z.B. ein Gleichstrommotor
oder ein Servomotor, liegt an der Antriebswelle 5, zwischen
Antriebsmotor 1 und Zusatzmotor 4 ist der Drehmomentsensor 2 angeordnet. Der
Drehmomentsensor 2 gibt ein dem Drehmoment auf der Antriebswelle 5 proportionales
Momentsignal ab, das dem Regler 3 zugeführt wird und von diesem mit
einem Sollsignal verglichen wird, das dem Drehmoment ohne Laständerung
zugeordnet ist. Mit dem Vergleichssignal wird der Zusatzmotor 4 derart
angesteuert, dass er die Laständerung
ausgleicht, mit dem Ergebnis, dass die Last, die vom Antriebsmotor 1 aufgebracht
werden muss und damit der Lastwinkel des Antriebsmotors 1 sich
nicht ändert.
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Ziel
des Aufbaus ist es, das Drehmoment, das der Antriebsmotor 1 zum
Antreiben des Transferbandes 7 aufbringen muss, konstant
zu halten. Ist dies der Fall, dann ändert sich der Lastwinkel des
Antriebsmotors 1 nicht. Der größte Teil des Antriebsmomentes
und Antriebsmomentschwankungen werden darum von dem Zusatzmotor 4 erbracht.
Der Antriebsmotor 1 bestimmt somit nur noch die Drehzahl des
Transferbandes 7 und trägt zum
Antriebsmoment nur noch eine kleinen Teil bei, der aber konstant
ist. Um dies zu erreichen, misst der Drehmomentsensor 2 das
Drehmoment, das vom Antriebsmotor 1 aufgebracht werden
muss. Der Regler 3 regelt die Betriebsspannung des Zusatzmotors 4 so
nach, dass das gemessene Drehmoment auf einem vorher eingestellten
Drehmoment (Sollmoment) gehalten wird.
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Da
nicht erst gewartet wird bis sich eine Drehmomentänderung
zu einer messbaren Positionsänderung
des Transferbandes 7 auf integriert, arbeitet die Anordnung
mit einer kürzeren
Reaktionszeit als eine Regelung, die als Messgröße ein Positionssignal verwendet.
Da weiterhin der Antriebsmotor 1 immer mit der gleichen
Last betrieben wird, bleibt auch der Lastwinkel konstant und da
keine Laständerungen
auf den Antriebsmotor 1 einwirken, werden auch keine Schwingungen
des Transferbandes 7 angeregt.
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2 zeigt
eine zweite Ausführungsform
der Erfindung, bei der statt einer Regelung eine Steuerung 8 verwendet
wird, die sonstigen Einheiten werden entsprechend 1 eingesetzt.
Somit sieht die Anordnung nach 2 eine Drehmomentsensor 2, einen
Zusatzmotor 4, einen Antriebsmotor 1 und eine Steuerung 8 vor.
Der Antriebsmotor 1 ist wiederum auf der Antriebswelle 5 angeordnet,
von der auch das Transferband 7 angetrieben wird. Der Drehmomentsensor 2 liegt
zwischen Zusatzmotor 4 und Transferband 7. Das
vom Drehmomentsensor 2 abgegebene Momentsignal wird der
Steuerung 8 zugeführt,
die dieses Signal mit einem Sollsignal vergleicht und in Abhängigkeit
des Vergleichs den Zusatzmotor 4 so ansteuert, dass der
Lastwinkel des Antriebsmotors 1 konstant bleibt.
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Im
Vergleich zu 1 arbeitet die Anordnung nach 2 nach
dem Steuerungsprinzip. Die Steuerung 8 stellt die Betriebsspannung
des Zusatzmotors 4 so ein, dass der Antriebsmotor 1 nur
noch das vorher eingestellte konstante Drehmoment aufbringen muss,
das der Antriebsmotor 1 zum Antrieb beitragen soll. Den
Rest des Antriebsmoments erbringt der Zusatzmo tor 4. Es
ergeben sich die gleichen Vorteile wie bei 1, nur statt
einer Regelung kommt eine Steuerung zum Einsatz. Es muss zwar die
Spannung- Drehmoment- Charakteristik des Zusatzmotors 4 bekannt
sein, um das Drehmoment für den
Antriebsmotor 1 konstant zu halten, dafür werden Schwingungsprobleme,
die durch einen ungünstig
eingestellten Regler 3 verursacht werden könnten, vermieden.
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Bei 3 wird
als Drehmoment beeinflussendes Mittel eine Bremse 9 eingesetzt,
z.B. eine Wirbelstrombremse. Die Bremse 9 ist auf der Antriebswelle 5 für das Transferband 7 angeordnet,
weiterhin sind wiederum der Antriebsmotor 1, der Drehmomentsensor 2 und
ein Regler 3 vorgesehen. Die Bremse 9 liegt zwischen
Drehmomentsensor 2 und Transferband 7 und wird
vom Regler 3 angesteuert, der das Momentsignal vom zwischen
Antriebsmotor 1 und Bremse 9 angeordneten Drehmomentsensor 2 erhält. Der
Regler vergleicht das Momentsignal mit einem Sollwert und regelt
die Bremse 9 derart, dass der Lastwinkel des Antriebsmotors 1 sich
nicht ändert.
Dazu regelt der Regler 3 die Steuerspannung der Bremse 9 so
nach, dass das gemessene Drehmoment auf dem Sollwert gehalten wird.
Der Sollwert ist hier das maximale Drehmoment, das im Betrieb des
Transferbandes 7 auftritt. Wenn eine Momentänderung
eintritt, wird die Bremse 9 aktiviert und ein Bremsmoment
an die Antriebswelle 5 angelegt. Somit muss hier der Antriebsmotor 1 im
Vergleich zu 1 oder 2 ein größeres Drehmoment
aufbringen, das auf das Antriebsmoment (entspricht Sollwert) des
Transferbandes 7 herunter gebremst wird.
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Es
ergeben sich die gleichen Vorteile wie bei 1, nur muss
der Antriebsmotor 1 ein höheres Drehmoment aufbringen,
da bei einer Momentabweichung die Antriebswelle 5 gebremst
wird, also die Drehzahl der Antriebswelle 5 auf die dem
Sollwert entsprechende Drehzahl heruntergebremst wird. Vorteilhaft
gegenüber 1 ist,
dass eine Bremse billiger ist als ein Motor und dass eine Wirbelstrombremse
ein sehr gleichmäßiges Bremsmoment
erzeugt. Außerdem
wird durch die Bremse ei ne Dämpfung
des schwingungsfähigen
Systems Antriebsmotor-Transferband
erreicht, wodurch Schwingungen eine kleinere Amplitude aufweisen
und schneller abklingen.
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4 unterscheidet
sich von 3 nur dadurch, dass der Regler 3 durch
eine Steuerung 8 ersetzt worden ist, also die Bremse 9 zwischen
Antriebsmotor 1 und Drehmomentsensor 2 angeordnet ist.
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Ziel
des Aufbaus nach 4 ist wiederum, das Drehmoment,
das der Antriebsmotor 1 zum Antreiben des Transferbandes 7 trotz
Laständerung
aufbringen muss, konstant zu halten. Um dies zu erreichen, misst
der Drehmomentsensor 2 das Drehmoment, das für den Antrieb
des Transferbandes 7 aufgebracht werden muss. Die Steuerung
stellt die Steuerspannung der Bremse 9 so nach, dass das
gemessene Drehmoment zusammen mit dem Bremsmoment der Bremse 9 auf
einem vorher eingestellten Wert gehalten wird. Dies ist das maximale
Drehmoment (Sollwert), das im Betrieb des Transferbandes 7 auftritt.
Die Vorteile entsprechen denen, die bei 3 erwähnt wurden,
außer
dass die durch einen ungünstig
eingestellten Regler verursachten Schwingungen vermieden werden.
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Aus 5 ergibt
sich eine weitere Ausführungsform
der Erfindung. Hier wird der Zusatzmotor 4 oder die Bremse 9 an
einer Umlenkwelle 10 des Transferbandes 7 angeordnet,
am zweckmäßigsten an
der Umlenkwelle, an der die größten Momentänderungen
auftreten. Bei einem Drucker ist dies die Welle des Transferbandes 7,
an der zum Aufzeichnungsträger
umgedruckt wird. Der Antriebsmotor 1 und der Drehmomentsensor 2 bleiben
auf der Antriebswelle 5, weiterhin ist ein Regler 3 vorgesehen.
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Durch
die Anordnung nach 5 wird verhindert, dass die
Momentänderung
durch einen angeschwenkten Aufzeichnungsträger zu einer Spannungsänderung
im Transferband 7 führt,
d.h. die Dehnung des Transferbandes 7 ändert sich durch das Anschwenken
des Aufzeichnungsträgers
nicht.
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- 1
- Antriebsmotor
- 2
- Drehmomentsensor
- 3
- Regler
- 4
- Zusatzmotor
- 5
- Antriebswelle
- 6
- Lastelement
- 7
- Transferband
- 8
- Steuerung
- 9
- Bremse
- 10
- Umlenkwelle