DE1264997B - Zeicheneinrichtung mit einem auf eine oder mehrere Grundrichtungen einstellbaren Lineal - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. Cl.:

B 431

Deutsche Kl.: 70 e -10/05

Nummer: 1264997

Aktenzeichen: B 74192 VII b/70 e

Anmeldetag: 8. November 1963

Auslegetag: 28. März 1968

Die Erfindung betrifft eine Zeicheneinrichtung mit einem auf eine oder mehrere Grundrichtungen, die fest mit der Zeichenunterlage verbunden sind, einstellbaren Lineal, Schablone od. dgl.

Die Einstellung eines Zeichenlineals erfolgt bisher in erster Linie mit Hilfe von Zeichenmaschinen, bei denen ein Zeichenkopf durch eine mechanische Konstruktion parallel geführt wird. Diese Zeichenmaschinen weisen verschiedene Nachteile auf. So besitzen sie ein platzraubendes, störendes und empfindliches Gestänge für die Parallelführung, für die Linealverstellung werden relativ große Verstellkräfte benötigt, und wegen des Verschleißes nimmt die Genauigkeit im Lauf der Zeit ab.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Lineal ohne Verwendung eines mechanischen Gestänges an jeder Stelle der Zeichenunterlage in eine jeweils gewünschte, in die Zeichenebene fallende Richtung zu bringen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß in der Zeichenunterlage in einer oder mehreren Richtungen eingebettete magnetische und/oder elektrische Leiter eine oder mehrere Vorzugsrichtungen des magnetischen und/oder elektrischen Feldwiderstandes ergeben, die von einem Meßkopf, der am Lineal od. dgl. angebracht ist und magnetische und/oder elektrische richtungsweisende Feldsonden enthält, erfaßt werden, wobei magnetische und/oder elektrische Felder, deren Feldquellen im Meßkopf und/oder in der Zeichenunterlage liegen können, die Verbindung zwischen Meßkopf und anisotroper Zeichenunterlage herstellen.

Durch eine derartige Linealeinstellung werden unter anderem folgende Vorteile gegenüber mechanischen Zeichenmaschinen erzielt:

Einfache Handhabung des Systems;

große bleibende Genauigkeit, da die Richtteile elektrischer oder magnetischer Natur sind, also kaum einen Verschleiß aufweisen;

die Linealverstellung kann selbsttätig durch Stellmotor erfolgen;

es ist eine Fernsteuerung durch Fußschalter möglich;

das Lineal läßt sich in einfacher Weise festsetzen;

der Übergang von einer Zeichenanlage zur anderen ist ohne zeitraubende Montage und Justierung möglich.

Die Zeichnung zeigt den Gegenstand der Erfindung an Beispielen; darin ist

Zeicheneinrichtung mit einem auf eine oder
mehrere Grundrichtungen einstellbaren Lineal

Anmelder:

Dr.-Ing. Gottlieb Bullinger,

8000 München 25, Kiefersfeldener Str. 4

Als Erfinder benannt:

Dr.-Ing. Gottlieb Bullinger, 8000 München

F i g. 1 ein Lineal mit Drehmagnet zur Winkelanzeige in Verbindung mit der anisotropen Zeichenunterlage;

F i g. 2 eine Draufsicht der Anordnung nach F i g. 1, F i g. 3 ein Aufbau einer Zeichenunterlage mit zwei Vorzugsrichtungen des Feldes,

F i g. 4 ein Lineal und eine Meßkopf anordnung mit ausgeprägten magnetischen Polen und konzentrierten Wicklungen nebst Stellantrieb in Verbindung mit der anisotropen Zeichenunterlage,

F i g. 5 eine Schaltung der Spulenanordnung nach F i g. 4 zum Regelkreis,

F i g. 6 der Verlauf des gemessenen magnetischen Widerstandes der anisotropen Zeichenunterlage mittels der Spulenanordnung nach F i g. 5,

F i g. 7 eine Meßkopfanordnung für das elektrische Feld in Verbindung mit der elektrisch anisotropen Zeichenunterlage.

Die Anordnung, deren Seitenansicht in F i g. 1 und deren Obenansicht in F i g. 2 dargestellt ist, besteht aus einer Zeichenunterlage 1, in der eine magnetische Vorzugsrichtung (Anisotropie) durch parallel verlaufende ferromagnetische Drähte 2, die in dieser sonst unmagnetischen Unterlage 1 eingebettet sind, erzeugt wird. An das zum Zeichnen frei bewegliche Lineal 3 ist ein magnetischer Meßkopf angebaut, der als Hauptmerkmal einen drehbar gelagerten Magneten 4, dessen Fluß sich über die Zeichenunterlage 1,2 schließt, enthält. Der Magnet 4 dreht sich in der Zeichenebene, wobei er durch das Lager 5 gehalten wird. Auf der gemeinsamen Achse ist ein Zeiger 6 befestigt, der in Verbindung mit einer am Lineal 3 befestigten Skala 7 den zwischen Lineal 3 und

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Magnet 4 bestehenden Winkel abzulesen gestattet. richtung. Das Lineal 3 ist wieder mit dem Meßkopf Da der Magnet 4 das Bestreben hat, seine Feldlinien verbunden, der aber hier keine optische Richtungszu verkürzen, dreht er sich in Richtung des kleinsten anzeige, sondern eine elektrische Analoganzeige der magnetischen Feldwiderstandes (R_{M min}), also so, daß Stellung des Meßkopfes und damit des Lineals 3 zur eine gedachte Linie durch die beiden Pole in der 5 anisotropen Zeichenunterlage 1, 2 liefert. Ein Eisengleichen Richtung verläuft wie die Drähte 2 der kern 10 mit vier ausgeprägten Polen 11, 12, auf Zeichenunterlage 1. denen Wicklungen untergebracht sind, erlaubt die

Beim zweipoligen Magneten bestehen nur zwei Messung des magnetischen Widerstandes in zwei zu-

Festrichtungen, nämlich die Richtung 0° und die einander senkrecht stehenden Richtungen innerhalb

Gegenrichtung 180°. Ihre Zahl kann durch Verviel- io der Zeichenebene. Aus diesem Meßwert wird mittels

fachung der Pole des Magneten entsprechend ge- einer hier nicht dargestellten Regeleinrichtung eine

steigert werden. Im gleichen Maß erhöht sich auch Stellgröße Y für den Stellantrieb, bestehend aus

die Zahl der zwischen den stabilen Bereichen liegen- Servomotor 13 und dem Getriebe 14, gebildet. Letz-

den labilen Richtungen. Die Richtwirkung des Magne- teres treibt eine Achse, an dem der Meßkopf und das

ten wird größer, wenn man die Zahl der magnetischen 15 Lineal befestigt sind, an. Das Lager 15 mit der

Vorzugsrichtungen der Zeichenunterlage gleich der Motor- und der Getriebehalterung ist mit einer in

Zahl der Polfelder des Magneten macht und die der Zeichnung nicht gezeigten Auflage verbunden,

Anisotropie symmetrisch verteilt. die in Verbindung zur Zeichenbrettoberfläche steht.

Eine Zeichenunterlage mit mehreren magnetischen Die Spulenanordnung mit ihrer Symmetrieachse ist

Vorzugsrichtungen entsteht, wenn man mehrere 20 in F i g. 5 zu sehen. Sie entspricht der Anordnung

Unterlagen mit je einer magnetischen Vorzugsrichtung nach F i g. 4. Die Wicklungen 16 und 17 liegen in

so übereinanderlegt, daß alle gewünschten Vorzugs- einer Brückenschaltung zu einem Waagebalkenrelais

richtungen vertreten sind. Von jeder Ebene aus kön- 18, wobei die Speisung der Brücke durch die Wech-

nen zur Oberfläche der Zeichenunterlage leitende selspannungsquelle 19 erfolgt. Die Ruhelage des

Verbindungen geschaffen werden. In F i g. 3 ist der 25 Relais ergibt sich, wenn der eingezeichnete Winkel α

Aufbau einer Zeichenunterlage mit zwei sich recht- gleich Null ist. Dann kommt auch der Stellantrieb

winklig kreuzenden magnetischen Vorzugsrichtungen zur Ruhe, und das Lineal 3 mit dem Meßkopf ist

dargestellt. Durchgehend ausgezogen ist der magne- nach R_m!n der Zeichenunterlage ausgerichtet,

tisch leitende Teil. Der Fluß wird hier innerhalb der F i g. 6 stellt den in Abhängigkeit vom Winkel ge-

Zeichenunterlage bevorzugt in zwei zueinander senk- 30 messenen magnetischen Widerstand bzw. den bei

rechte, in der Zeichenebene liegende Richtungen konstanter Spulenspannung hierzu proportionalen

geführt. Hierzu reichen die ferromagnetischen Drähte Spulenstrom dar. Das in Serie geschaltete Spulenpaar

bis knapp an die Oberfläche der Zeichenunterlage 16 (Fig. 5) ermittelt einen Meßgrößenverlauf nach

und leiten den Fluß in eine Schicht, in der zugehörige Kurve 20, das Spulenpaar 17 einen Verlauf vom

Drähte einer Richtung jeweils verbunden werden. So 35 Drehwinkel nach Kurve 21. Die Meßwertdifferenz,

entsteht eine VorzugsrichtungI (i?_minI) durch die hier z.B. die Stromdifferenz als Regelabweichung,

Drahtverbindung 8 in der untersten Schicht und eine wird verstärkt und einem Stellglied zugeführt. Aus

Vorzugsrichtung II (R_minu) durch eine Drahtverbin- dem Stromverlauf erkennt man, daß die Stromdifle-

dung9 in der darüberliegenden Schicht. Das Ganze XQTaI_x-I₂ für gleiche positive und negative Werte

läßt sich auch in Form eines Flechtwerks ausführen, 40 von χ zwar gleich groß, aber im Vorzeichen verschie-

wobei die magnetisch leitenden Teile periodisch bis den ist. Bei richtiger Polung wird also das mit dem

knapp an die Oberfläche der Zeichenunterlage ge- Meßkopf verbundene Lineal durch das Stellglied in

führt werden. die Richtung α = 0 geführt. Liegt jedoch der Aus-

Das Zeichenlineal kann auch direkt mit dem dreh- gangspunkt zwischen χ = +90° und <x— +270°, so baren Magnet verbunden werden. Ist die Anordnung 45 erfolgt die Orientierung nach α = 180°. Auf die ausgewuchtet, so ermöglicht dies eine direkte Lineal- Punkte α = +90° und α = +180° beschränkt, wird einstellung auf eine Festrichtung. Will man aus die Regelung hier labil. Bildet man aber die Strom-Platzgründen die Winkelanzeige des Kraftsystems auf differenz I₂-I₁, so verschiebt sich der ganze Winkeleinen Teil des Vollkreises beschränken, so kann man bereich um 90°. Dann beträgt der eingeregelte Winkel dies durch eine erhöhte Polzahl und durch eine 50 α = 90 und 270°, während die labilen Punkte bei erhöhte Zahl an Festrichtungen erzielen. χ — 0 und 180° liegen.

Die ungedämpfte Winkelanzeige erfolgt in Form Erhöht man die Zahl der magnetischen Pole, so

einer Schwingung. Durch eine Dämpfung, wie sie im vervielfacht sich dementsprechend die Zahl der mög-

Instrumentenbau üblich ist, läßt sich das Überschwin- liehen Festrichtungen.

gen hinreichend klein halten. Eine einfache Wirbel- 55 Der wegen des Wechselflusses am besten Ia-

stromdämpfung ergibt eine zwischen Magnet und mellierte, ferromagnetische Meßkopf kann mecha-

Zeichenunterlage eingefügte, gut leitende Blechplatte. nisch ausgeprägte Pole mit konzentrierten Wicklun-

Günstig ist ferner eine gedrungene Magnetform wegen gen besitzen (Schenkelpole 10 bis 12). Es ist aber

ihres kleinen Schwungmomentes. auch möglich, die Wicklungen über den Umfang des

Man kann auch die anisotrope Zeichenunterlage in 60 Meßkopfes verteilt in Nuten unterzubringen. Erst einer oder mehreren Richtungen permanent auf- durch die Schaltung der Wicklung, die z.B. Sternmagnetisieren. Wegen des vor allem in den Rand- form oder Polygonform (Schleifenwicklung, Wellenzonen inhomogenen Magnetfeldes ist die Rieht- wicklung) haben kann, bilden sich dann beim Stromgenauigkeit hier nicht sehr groß. durchgang magnetische Pole zur Erregung bzw. zur

Die Zeicheneinrichtung kann auch aus einer Rieht- 65 Messung des Flußwiderstandes,

anlage mit Regelkreis bestehen. Wie Fig. 4 zeigt, be- Die Bildung der Regelabweichung aus der von den

steht das Zeichengerät aus der Zeichenunterlage 1 Wicklungen abgegebenen Spannungen und Ströme

mit den Eisendrähten 2 für die magnetische Vorzugs- kann bei Punktreglern in Differenzrelais 18, bei

stetigen Reglern durch Strom- und Spannungsvergleich, sowie auch durch phasenabhängige Gleichrichtung erfolgen (Ringmodulator).

Von Bedeutung für den praktischen Gebrauch der Zeicheneinrichtung ist die Möglichkeit einer Vorwahl von z. B. 150 Festrichtungen. Dies kann bei mehrphasigen Meßkopfanordnungen mittels einer Wicklungsauswahl durch einen Vorwahlschalter möglich sein. Die Meßanordnung kann aber auch an Stelle des Schalters eine selbsttätig wirkende Festrichtungsauswahleinrichtung besitzen, die immer nach dem Aufsetzen des Lineals auf die Zeichenunterlage das Lineal auf die nächstgelegene Festrichtung einregelt. Hier wird die Regelung nur von den Meßkopfwicklungen beeinflußt, die die höchsten Ströme bzw. Spannungen führen, deren Spulenachse also in Festrichtung bzw. senkrecht hierzu liegt.

Die genannten Richtsysteme lassen sich auch unter Verwendung des elektrischen Feldes bauen. Das Meßprinzip bleibt dasselbe, jedoch müssen Zeichen- ao unterlagen und Meßköpfe diesen neuen Verhältnissen angepaßt werden.

In F i g. 7 ist die hier elektrisch nicht leitende Zeichenunterlage 1 im Schnitt mit einem der elektrisch gut leitenden Stäbe 22 zu sehen, durch die die elektrische Anisotropie erreicht wird. Hierzu sind die elektrischen Leiter 22 alle parallel dicht unter der Oberfläche der Zeichenunterlage angeordnet. Der kleinste elektrische Feldwiderstand besteht dann in Richtung der elektrischen Leiter. Dieser elektrische Feldwiderstand kann nun richtungsmäßig durch einen auf die Zeichenunterlage aufgelegten Meßkopf erfaßt werden. Dieser Meßkopf enthält eine in F i g. 7 gezeigte Elektrodenanordnung 23, 24. Letztere besteht aus langgestreckten, parallel nebeneinander in der Zeichenebene angeordneten Leitern, die abwechselnd zusammengeschaltet sind, so daß zwei Gruppen 23 und 24 von Elektroden entstehen.

Geht man von einer Felderregung im Meßkopf aus, so erhält man sie durch Anlegen einer Wechselspannung an die beiden Elektrodengruppen 23, 24. Der hierbei auftretende kapazitive Spannungsabfall ist ein Maß für die Größe des elektrischen Feldwiderstandes, und da letzterer von dem Winkel zwischen Meßkopf und der Richtung der Anisotropie der Zeichenunterlage abhängig ist, kann der Meßkopf nach der Richtung der Anisotropie orientiert werden.

Mehrphasige Anordnungen ergeben mehrphasige Spannungen. Das Richtsystem läßt sich nach den gleichen Grundsätzen aufbauen wie die mit dem magnetischen Feld arbeitenden Systeme.

Bei einer selbsttätigen Justierung des Lineals mittels eines Regelkreises ergeben sich für den Stellmotor mehrere Einbaumöglichkeiten. Im einfachsten Fall dreht sich das Lineal um eine Handhabe, wobei der Stellmotor entweder in der Handhabe oder auf dem Lineal montiert ist. Die Verstellkraft wirkt also hier zwischen Lineal und Handhabe. Während des Richtvorganges kann die Handhabe auf der Zeichenunterlage aufliegen.

Ferner besteht die Möglichkeit, daß die Verstellkraft direkt zwischen Lineal und der Zeichenunterlage wirkt. Hier wird der Stellmotor auf das Lineal montiert und treibt die am Linealende jeweils sitzenden Gummiräder oder Schubgestänge an. Da diese Teile gegenläufig auf die Zeichenunterlage wirken, entsteht eine Drehung des Lineals um seinen Mittelpunkt.

Die Anwendung hochfrequenter Wechselströme führt zu einer Verkleinerung des Meßsystems und gestattet die bequeme Anwendung von Resonanzschaltungen.

Claims (10)

Patentansprüche:

1. Zeicheneinrichtung mit einem auf eine oder mehrere Grundrichtungen, die fest mit der Zeichenunterlage verbunden sind, einstellbaren Lineal, Schablone od. dgl., dadurchgekennzeichnet, daß in der Zeichenunterlage (1) in einer oder mehreren Richtungen eingebettete magnetische und/oder elektrische Leiter (2) eine oder mehrere Vorzugsrichtungen des magnetischen und/oder elektrischen Feldwiderstandes ergeben, die von einem Meßkopf (4 bis 7), der am Lineal (3) od. dgl. angebracht ist und magnetische und/oder elektrische, richtungsweisende Feldsonden enthält, erfaßt werden, wobei magnetische und/oder elektrische Felder, deren Feldquellen im Meßkopf (4 bis 7) und/oder in der Zeichenunterlage (1) liegen können, die Verbindung zwischen Meßkopf und anisotroper Zeichenunterlage herstellen.

2. Zeicheneinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der mit dem Lineal (3) verbundene Meßkopf (4 bis 7) mit einem Permanentmagneten (4) oder einem Elektromagneten versehen ist, der in der Zeichenebene frei drehbar ist und dessen Fluß sich über die in der Zeichenunterlage (1) eingelassenen ferromagnetischen Drähte, Bänder, Schicht- oder Pulverstreifen aus vorzugsweise remanenzfreiem Material schließt.

3. Zeicheneinrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß in der Zeichenunterlage (1) ein Netz von Drähten (8, 9), Bändern od. dgl. aus ferromagnetischem Material angeordnet ist, das mit einer Vielzahl von an über die Zeichenfläche verteilten Stellen bis an oder knapp an die Oberfläche reichenden Vorsprüngen versehen ist, die eine oder mehrere magnetische Vorzugsrichtungen definieren.

4. Zeicheneinrichtung nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Enden der die Vorzugsrichtungen definierenden Vorsprünge je nach der zu definierenden Richtung in verschiedenen Ebenen der Zeichenunterlage (1) liegen.

5. Zeicheneinrichtung nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß mit dem drehbar gelagerten Permanentmagneten (4) des Meßkopfes (4 bis 7) eine Einrichtung (6, 7) zur Richtungsanzeige, z. B. mit einem in Grad eingeteilten Kreis, verbunden ist, der vorzugsweise dreheinstellbar ist.

6. Zeicheneinrichtung nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der mit dem Lineal (3) verbundene Meßkopf (4 bis 7) einen Permanentmagneten zur Winkelanzeige aufweist, der in Anpassung an die Zeichenunterlage mit mehreren Vorzugsrichtungen ebenfalls mehr als zwei nach diesen Richtungen orientierte Pole besitzt.

7. Zeicheneinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Feldsondenanordnung im Meßkopf zwei zueinander senkrecht liegende Meßrichtungen für die Messung des Flußwiderstandes der anisotropen Zeichenunterlage (1) besitzt und durch eine Brückenschaltung,

die die Differenz der an der Sondenanordnung auftretenden beiden Analoggrößen einem Servomotor (13) zur selbsttätigen Verdrehung des Lineals (3) gegenüber der Zeichenunterlage (1) zuführt.

8. Zeicheneinrichtung nach Anspruch 1 und 7, dadurch gekennzeichnet, daß die magnetische Feldsonde aus einer Polanordnung mit offenen Polschuhen und konzentrierten Polwicklungen (11, 12) oder einer ringförmigen Anordnung mit einer geschlossenen Ringwicklung besteht.

9. Zeicheneinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Meßkopf Feldsonden (23, 24) zur richtungsabhängigen Messung des elektrischen Feldes enthält und durch in der Zeichenunterlage (1) angeordnete Drähte, Bänder, Schicht- bzw. Pulverstreifen oder Materialien mit hoher Dielektrizitätskonstante (2) eine oder

mehrere Vorzugsrichtungen, entsprechend einer Anisotropie, vorhanden sind, wobei die Erzeugung des elektrischen Feldes, das auch ein Wechselfeld sein kann, in den leitenden Einschlüssen der Zeichenunterlage (22) und/oder in Elektrodenanordnungen des Meßkopfes (23, 24) liegt.

10. Zeicheneinrichtung nach Anspruch 1 und 9, dadurch gekennzeichnet, daß für die Messung des elektrischen Feldwiderstandes der Zeichenunterlage (1) eine Kondensatoranordnung (23, 24) verwendet wird, bei der die Kondensatorplatten in Meßrichtung mehrfach unterteilt sind.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschrift Nr. 917118;
deutsches Gebrauchsmuster Nr. 1775 930.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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