DE1908850B2 - Positionierungsvorrichtung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Positionierungsvorrichtung zum Ausführen einer beliebigen Relativbewegung zwischen zwei Körpern entlang einer einzelnen Achse unter dem Einfluß variabler Steuersignale für die einzelne Achse, bei der der eine Körper für die Achse ein auf die zugehörigen Steuersignale ansprechendes Steuermittel trägt, das mit dem anderen, entsprechende Reaktionselemente tragenden Körper durch magnetische Kräfte in Reaktion tritt und das bei Speisung durch die Steuersignale aus in unterschiedlicher Phaswibeziehung zueinander stehenden Elementen besteht, wobei bei zyklischem Phasenwechsel in bestimmtem Sinne eine entlang der Achse in zugeordneter Richtung fortschreitende Reaktionskraft ents';ht.

Aus der USA.-Patentschrift 3 376 578 ist eine Positionierungsvorrichtung als magnetische Schrittschaltvorrichtung bekanntgeworden, die einen Kopf aufweist, der über einer Platte bewegt werden kann up J eine Markierungseinrichtung zum Aufzeichnen von Daten auf einem auf der Piaitc angebrachten Papierblatt od. dgl. trägt. Tm Kopf sind Sätze aus Magneten untergebracht, wobei jeder Magnetsatz aus mehreren einzelnen Magneten, typischerweise aus drei, besteht. Man spricht dann von einem sogenannten Dret-Phasen-System. Die Magnete sind

als Elektromagnet ausgebildet und weisen PoI-flächen auf, die einem Raster aus magnetisierbarem Material auf der Platte gegenüberstehen. Durch geeignete Erregung der Elektromagnete in beiden Sätzen läßt sich eine Bewegung des Kopfes bezüglich der Platte erreichen. Aus der USA.-Patentschrift 3 376 578 geht ferner hervor, daß auch mehr als drei Sätze aus Elektromagneten, mindestens aber drei, verwendet werden können.

Demgegenüber ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die bekannte dreiphasige Positionierungsvorrichtung zu verbessern und zu vereinfachen, indem eine zweiphasige Positionierungsvorrichtune vorgesehen wird.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß das Steuermittel zwei durch variable Steuersignale umkehrbarer Polarität zu speisende Elemente aufweist, die bei Steuerung in unterschiedlicher Phasenbeziehung zueinander stehen und von denen jedes je zwei Tcilclemente besitzt, die ihrerseits in unterschiedlicher Phasenbeziehung zueinander und zu den Teilelementen des anderen zugehörigen Elementes stehen.

Ein Zwei-Phasen-System enthält in jedem Magnetsatz zwei Magnete und arbeitet wie ein vierphasiges System mit doppelseitig gerichteten Strömen in jeder Spule.

Das der vorliegenden Erfindung entsprechende Zwei-Phasen-System gestattet eine einfache Spulen- und Spulenkernanordnung. Das zweiphasige System benutzt einen permanenten, polarisierenden oder eine Vormagnetisierung bewirkenden magnetischen Kraftfluß, wie er etwa von Permanentmagneten erzeugt werden kann. Der Kraftfluß äußert sich in einer konstanten Haltekraft. Die Spulenverluste lassen sich verringern, weil die Permanentmagneten einen Teil der für die Schrittschaltoperation benötigten Energie liefern. Eine kürzere Zeitkonstante läßt sich erreichen, da die Querdurchflutungswege in den Spulenkernen so ausgelegt werden können, daß sie leicht im Sättigungsbereich arbeiten. Dadurch wird die Induktivität bei der Vormagnetisierung geringer Das Zwei-Phasen-Sys'.-m erlaubt ferner während einer Schrittschaltoperation die Verwendung von Beschleunigungs- und Bremsströmen in den auf andere Weise nicht erregten Spulen, so daß alle Spulen praktisch während der gesamten Zeit in Betrieb sind.

Ein Allsführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben. Es zeigt

Fig. 1 die Draufsicht auf ein Tisch-Aufzeichnungsgerät, das eine bevorzugte Ausführungsform dieser Erfindung enthält,

F i g. 2 die räumliche Ansicht der Unterseite des Kopf teils von Fig. 1, wobei der Markierungsstift weggelassen ist,

F i g. 3 die perspektivische Ansicht der Oberseite des Kopfes, wobei die Abdeckung der Oberseite weggelassen ist,

F i g. 4 in vergrößerter Darstellung einen längs der Linie 4-4 von F i g. 2 ausgeführten Schnitt,

F i g. 5 die räumliche Ansicht eines umgedrehten Rahmens,

F i g. 6 die räumliche Ansicht einer Spulen- und Potschuh-Baugruppe,

F i g. 7 die räumliche Ansicht eines Teils des Gehäuses.

F i g. 8 eine vergrößerte, teilweise im Schnitt gezeigte Ansicht des Gerätes von Fig. 1. wobei der Schnitt längs der Linie 8-8 von F i g. 1 geführt worden ist,

F i g. 9 eine vergrößerte Draufsicht auf den Markierungsstift von Fig. 1,

Fig. 10 einen längs der Linie 10-10 von F i g. 9 geführten Schnitt,

Fig. 11 an Hand eines der Fig. 4 ähnlichen S^haubüdes die Arbeitsweise der Vorrichtung,

ι» Fig. 12 in einer ähnlichen Darstellung wie in Fig. Il eine alternative Bauform zum Erzielen des vormagnetisierenden Kraftflusses,

Fig. 13 ein schematischcs elektrisches Schaltbild einer bevorzugten Schaltung zum Steuern der Vorrichtung und

Fig. 14 ein Zeitdiagramm zur Veranschaulichung

der Arbeitsweise der in Fig. 13 gezeigten Schaltung.

Die der Erfindung zugrunde liegende Vorrichtung

enthält einen plattenförmigen Körper 20 und ein Kopfteil 21. Die Oberseite des plattenförmigen Körpers trägt ein aus unmagnetischem Material bestehendes Raster, in das Felder aus magnetischem Material eingebettet sind, wobei die auf diese Weise sich ergebende gittcrförmige Einrichtung erste und

»5 zweite Achsen bestimmt, die normalerweise rechtwinklig zueinander verlaufen. Diese Achsen werden manchmal aach als .Y-Achse und als y-Achse bezeichnet.

Zweckmäßigerweisc besteht der plattenförmige

.iu Körper 20 aus einer Tafel oder Platte 24 aus ferromagnetischem Material, etwa Eisen, in das mehrere parallel verlaufende Vertiefungen 25 eingearbeitet sind, wobei eine Gruppe von Vertiefungen zur .v-Achse und eine andere Gruppe von Vertiefungen zur y-Achse senkrecht verläuft (Fig. II). Felder oder Rippen aus magnetischem Material 26 stehen aufrecht zwischen diesen Vertiefungen. In der in den Zeichnungen gezeigten bevorzugten Ausführungsform verlaufen die Vertiefungen rechtwinklig zuein- ander und. längs beider Achsen, im gleichen Abstand voneinander, wobei die aufragenden Rippen aus magnetischem Material einen viereckigen Querschnitt besitzen. In einer typischen Ausführungsform sind die Vertiefungen oder Kerben 25 etwa 0,5 mm

•is breit und etwa 0,5 mm tief. Ihre Mittellinien sind längs beider Achsen etwa 1 mm voneinander entfernt. Die Vertiefungen könnten offengelassen werden, wobei die Luft als unmagnetisches Materal dienen würde. Vorzugsweise füllt man die Verticfungen jedoch mit einem Kunststoff oder einem anderen unmagnetischen, festen Stoff aus, um eine glatte Oberfläche auf dem plattenförmigen Körper zu erzielen.
In einem typischen Aufzeichnungsgerät ruht ein Papierblatt 28 auf dem plattenförmigen Körper 20, und das Kopfteil wird über das Blatt bewegt. Einrichtungen zum Festhalten des Papiers in gesicherter Lage auf dem plattenförmigen Körper können vorgesehen werden. Eine derartige Einrichtung ist in der obenerwähnten USA.-Patentschrift erläutert.

Das Kopfteil enthält vier Magnetsätze 30, 31, 32 und 33, die in einem Gehäuse oder Träger 34 befestigt sind, wobei die Polflächen der Magneten an der Oberseite des Trägers liegen. Der Träger 34 ist zweckmäßigerweise eine Aluminium- oder Kunststoffplatte, welche vier Öffnungen 35 besitzt, in denen die Magnetsätze untergebracht werden können. Die Platte besitzt ferner eine zentrale öffnung 36 für eine

7 8

l.uftlagcrschraubc. clic unten noch näher beschrieben welche mit dem Kopfteil 21 verbunden ist, unter-

ivird. gebracht werden. Die Liift-Zufiihrungslcitung der

Die Magnetsätze 30 und 32 sind parallel zu einer Steucrleitung mündet in eine Röhre 61, die von einer

<cr Rastcrachsen, beispielsweise zur .v-Achsc. ange- Schraube 62 gehalten wird. Die Schraube 62 sitzt in

•rdnet und werden zum Bewegen und Positionieren 5 der öffnung 36 des Trägers 34 (Fig. 8). Ein Kanal

des Kopfteils längs der .v-Achsc benutzt. In gleicher 63 in der Schraube 62 stellt eine Verbindung mit

tVeise werden die Magnetsätze 31 und 33 zum Ver- vier Kanälen 64 her, welche von der Schraube radial

schieben und Positionieren des Kopfteils längs der nach außen durch den Träger 34 verlaufen und in

βι/..ercn Achse, in dem hier angenommenen Beispiel AuslaßüfTnungen 65 (F i g. 2) enden. Eine Dichtung

tlso längs der v-Achsc, verwendet. io 66 sorgt für einen dichten Abschluß zwischen der

Der Aufbau der vier Magnetsätzr kann gleich sein. Röhre 61 und dem Träger. Eine andere Dichtung 67 Einer dieser Magnetsätze soll jetzt beschrieben wer- sorgt für einen dichten Abschluß zwischen der ilen Jeder Satz besteht aus zwei Magneten, und Schraube 62 und dem Träger. Bei dieser Anordnung jeder Magnet besitzt zwei Polschuhe. Der Magnet- ergibt sich ein konstanter Luftstrom durch die Luftsjtz 30 enthält einen Rahmen 40 und Polsch:ihe41, 15 zuführleitung in der Steuerlcitung 60 hindurch in das 42, 43 und 44 (F i g. 4). Jeder dieser Polschuhe 41 Kopfteil, von dort aus durch die Kanäle 64 und die bis 44 besteht aus einem Stapel ausgestanzter La- öffnungen 65 nach außen zwischen die Unterseite tncllen. Zwei Polschuhe 41 und 42 sind zusammen des Kopfteils und die Oberseite des plattenförmigen mit einer darin befindlichen Spule 46 in Fig.fi dar- Körpers. Dieser Luftstrom sorgt für ein Luftpolster gestellt. Fig. 3 zeigt den Rahmen 40 von oben und 20 zwischen den beiden Einrichtungen. Die durch die F i g. 5 von unten. Jeder der Polschuhe besitzt eine magnetische Kopplung zwischen den Körpern be- »eitlich abstehende Schulter an jeder oberen Kante. stehende Anziehungskraft wird durch die Abstoßio daß er in entsprechende Vertiefungen des Rah- kraft des Luftpolsters ausgeglichen, wenn man die mens 40 eingeschoben werden kann. Ein U-förmiges Eigenschaften der Austrittsöffnungen des Luftlagers Joch 47 ist mit einer Schiene 48 des Rahmens 40 25 und den Druck der zugeführten Luft entsprechend verbunden, und zwar mit Hilfe einer Schraube. Ein einstellt, wobei das Kopfteil dann praktisch in gleichermaßen aufgebautes Joch 49 ist an der Schiene gleichbleibendem Abstand über dem plattenförmigen SO des Rahmens 40 befestigt. Der Rahmen 40 he- Körper verbleibt. Dieser Abstand liegt typischersteht aus unmagnetischem Material, etwa aus Alu- weise in der Größenordnung von etwa einigen minium. In einer bevorzugten Ausl'ührungsform 30 hundertstel Millimetern.

«lieser Erfindung bestehen die Joche 47 und 49 aus Es sei nun auf Fig. 1 Bezug genommen. Eine

Permanentmagneten, die einen vorrnagnetisicrendcn Halterung 70 für ein Werkzeug oder eine Markic-

cdcr polarisierenden Kraftfluß in den zugeordneten rungseinrichtung kann an einer Ecke des Kopfteils

Polschr.hen bewirken. 21 mit Hilfe von Schrauben 71 befestigt werden. Die

Die Polfläche jedes der Polschuhe 41 bis 44 weist 35 vcrsc o.dcnstcn Werkzeuge und Markicrungscinrich-

eine oder mehrere rippenförmige Erhöhungen aus tungen und die verschiedensten Halterungen können

magnetischem Material auf und ist vorzugsweise mit verwendet werden. Eine bevorzugte Ausführungs-

mehrcrcn Rippen der gleichen Breite und des glei- form ist in F i g. 9 und 10 dargestellt. Ein Arm 72

chcn Abstandes wie die Felder 26 des magnetischen befindet sich innerhalb des Körpers 73 auf einer

Materials im plattenförmigen Körper 24 versehen. 40 Feder 74. Die Feder ist mit Hilfe einer Schraube 75

Die Magnetsätze sind in entsprechenden Öfrnun- mit dem Körper verbunden. Eine Schreib- oder gen des Trägers 34 untergebracht und werden dort Zeichenfeder oder ein entsprechender Stift ist in mit Hilfe von Schrauben 52 befestigt. Die Öffnungen eine öffnung am äußeren Ende des Armes 72 cin-53 im Rahmen 40 (F i g. 5) und der Kanal 54 im geschraubt, fm Körper 73 befindet sich ein Elektro-Rahmen 40 (Fig. 8") bieten Raum für die Vcrdrah- 45 magnet 77, der. wenn er erregt wird, den Arm 72 tune. An den vier Ecken des Kopftcils können Füll- anzieht und die Spitze des Zeichen- oder Schrcibklöfzc 56 angebracht werden, um eine gleichmäßige Stiftes 76 vom Papierblatt oder von der Folie 28, die äußere Form zu erreichen. Die Klötze werden mit sich auf dem plattenförmigen Körper 20 befindet. Hilfe cmes Bandes 37 und Schrauben (nicht dar- abhebt. Ein Ring 78 ist mit dem Körper des Zeichengestellt) befestigt. Eine Abdeckplatte 58 für die so Stiftes 76 verbunden. Der Ring bildet zusammen Oberseite kann "über den Magnetsätzen angebracht mit Stiften 79 eine Befestigungs- und Einstellcinrichtoerden, um der Vorrichtung ein besseres Aussehen tung und ein Führungselement für eine vertikale Zu geben und sie vor Verschmutzung zu schützen. Bewegung des Zeichenstiftes. Die Stifte 79 sind in

Zur räumlichen Trennung des Kopfteils vorn einer Platte 80 befestigt. Die Platte 80 sitzt in einem

plattenförmigen Körper können Einrichtungen vor- 55 Vorsprung 81 des Körpers 73. Eine Feder 82 drückt

gesehen werden, welche einen direkten Kontakt zwi- die Platte 80 nach oben, und ein Knopf 83 kann

sehen den beiden Einrichtungen verhindern oder dazu benutzt werden, einen manuellen Druck auf

welche eine Berührung zwischen dem Kopfteil und die Feder 82 auszuüben, um die Stifte 79 aus den

dem auf dem plattenförmigen Körper liegenden Pa- Öffnungen 85 des Ringes 78 herauszubringen,

pier verhüten. Dabei werden dann auch Reibungs- 60 Der Körper des Zeichenstiftes kann gedreht wer-

kräfte zwischen den beiden Körpern vermieden. Zu den, um die vertikale Position der Spitze richtig ein-

diesem Zweck können verschiedene Anordnungen, zustellen. Dazu muß der Knopf 83 niedergedrückt

etwa Fluidlager, Räder oder Kugeln, benutzt wer- werden, um die Stifte 79 vom Ring 78 zu trennen,

den. Das in der obenerwähnten USA.-Patentschrift Nach der gewünschten Einstellung wird der Knopf

beschriebene Luftlager soll auch im Kopfteil der 65 83 wieder losgelassen, so daß die Stifte 79 wieder

vorliegenden Erfindung verwendet werden. Eine Zu- in die Öffnungen 85 des Ringes 78 zurückkehren

führungsleitung für Preßluft und ein Kabel für elek- können und dabei den Ring in seiner jetzigen Stel-

trischen Anschluß können in einer Steuerleitung 60, lung festhalten. Die Stifte 79 sind genügend lang, so

9 10

daß der Zeichenstift nach oben und unten mit Hilfe flächen α und a' unterstützt und den Kraftfluß in des Magneten 77 bewegt werden kann, ohne daß den Polflä.'/ien c und c' nahezu auf den Wert Null die Stifte 79 dabei aus den öffnungen 85 heraus- reduziert. Zu diesem Zeitpunkt ist der Strom /,, in kommen. Auf diese Weise wird für eine Führung tier Spule des Magneten 49 gleich Null und der und Lagerung des oberen Teils des Zeichcnstiftes 5 Kraftfluß in den Polflächen d, d\ b und // nahezu 76 gesorgt. gleich und etwa halb so groß wie der in ck'ti PoI-

Dic Arbeitsweise der Vorrichtung soll nun an flachen ei und </'. Die Zeiger für h-h' und d-d' sind Hand des in F i g. 11 gezeigten Schaubiklcs erläu- etwa ein Viertel so groß wie diejenigen von n-a. tert werden. Der Polschuh 41 besitzt zwei Poi- Die Zeiger d-d' sind gegenüber den Zeigern h-h' um flächen α und c. Jede Polfläche besteht aus einem io 180 verdreht, so daß h-h' und d-d' keine Tangeneinzelnen rippenförmigen Stück, das im wesentlichen tialkräftc erster Ordnung zwi'-'hen dem Kopf und genauso breit ist wie eines der Felder 26 auf dem der Platte in horizontaler Richtung hervorrufen, plattenförmigen Körper 24 (F i g. 1 1). Jede Polfläche Unter diesen Umständen bleibt der Kopf in der in könnte andererseits natürlich auch mehrere voncin- Fig. 11 gezeigten Position.

ander getrennte rippenförmige Stücke aufweisen, so i₅ Um den Kopf nach rechts zu bewegen, wird der wie dies in F i g. 4 gezeigt ist. Die Polflächen α und c A-Phasen-Strom abgeschaltet und der /M'hascnbesitzen einen solchen Abstand voneinander, daß Strom angeschaltet. Die Polarität des /?-."hascndann, wenn eine Polfläche sich über einem Feld 26 Stroms ist so, daß der Strom die Zcichcncbcnc am aus magnetischem Material des plattenförmigen Polschuh 43 verläßt und in die Zeichenebene am Körpers befindet, die andere Polfläche über einem _ao Polschuh 44 eintritt. Der magnetische. Krafllluß bei Feld aus unmagnetischem Material steht. Das heißt. d _und d' wird gleich Null, und der Kraftfluß bei b der Abstand zwischen den Mittellinien der Pol- und b' erreicht einen maximalen Wert, so daß eine flächen α und c ist gleich ρ (η ± '■'«), wobei η eine positive Kraft entsteht, welche den Kopf nach rechts ganze Zahl und ρ die Rasterteilung oder der Ab- bewegt. Ein weiterer Schritt nach rechts kann erstand zwischen der Mittellinie einer Vertiefung oder 25 reicht werden, wenn man nun den ß-Phasen-Strom einer Rippe zur Mittellinie der anderen Vertiefung abschaltet und den /(-Phasen-Strom mil einer PoIa- oder anderen Rippe des plattenförmigen Körpers ist. rität anschaltet, die entgegengesetzt zu der in I i μ. Μ Die Polschuhc 42, 43 und 44 sind genauso auf- gezeigten Polarität ist. DerKopf führt diesen wcigebaut. teren Rechtsschritt aus, wobei die Polfläelien < und c

Die Polschuhe 41 und 42 des Magneten 47 be- 30 über den Rippen oder über den magnetischen IScsitzen einen solchen Abstand voneinander, daß die reichen der Platte 24 stehen. Zur Ausführung des Polflächen α und d zur gleichen Zeit über einem nächsten Schrittes muß der /I-Phasen-Strom abgcmagnetischen Bereich oder einer Rippe stehen. schaltet und der ß-Phascn-Strom mit einer Polarität d. h., der Abstand zwischen den Mittellinien der angeschaltet werden, die zur oben erläuterten PoIa-Polschuhe ist gleich n- p. 35 rität entgegengesetzt ist. Der nächste Schritt wird

Der Magnet 49 ist genauso aufgebaut wie der ausgeführt, indem man die Ströme unter der in Magnet 47. Die beiden Magneten des Satzes sind F i g. 11 gezeigten Bedingung fließen läßt. Die Ausso angeordnet, daß, wenn die Polflächen eines Ma- führung von Schritten in der umgekehrten Richtung gncten direkt über einer Rippe oder einer Vcrtie- läßt sich erreichen, wenn man die Ströme in der fung stehen, die Polflächen des anderen Magneten 40 umgekehrten Folge schaltet. Es liegt also auf der gerade auf der Mit'?: zwischen der Rippe und der Hand, daß eine Vicr-Phascn-SchrittschaHopuaiion Vertiefung sich befinden. Die Mittellinien entsprc- mit der Zwei-Phasen-Konstruktion der dieser VLrHnchcnder Polflächen der beiden Magneten besitzen dung entsprechenden Vorrichtung ausgeführt v.ird. also einen Abstand voneinander, der gleich ρ(« ± V₄) Wenn zwei Magnetsätze parallel verwendet -widen, ist. Die beiden Magneten eines Satzes werden als 45 dann werden entsprechend die /I-Phasen-Spulen A-Phasen-Magnet und als ß-Phasen-Magnct be- beider Sätze oder die ß-Phascn-Spulcn beider Säl/c zeichnet. In einer bevorzugten Ausführungsform zur gleichen Zeit erregt.

dieser Erfindung, in der zwei parallele Magnetsätzc. Ein schnellerer Betrieb kann erreicht werden, in-

so wie in F i g. 2 dargestellt, benutzt werd." sind dem man Beschleunigungs- und/oder BrciiT·· ''nie die Magneten eines Satzes, hier des Satzes 30. so 50 durch die normalerweise nicht erregten Spulen angeordnet, daß der /1-Phasen-Magnet links und schickt. So kann beispielsweise nach dem Erregen der 5-Phasen-Magnet rechts sitzt, während die Ma- der B-Phasen-Spule und nach dem Abschalten dei gneten des anderen Satzes, hier des Satzes 32, so Λ-Phasen-Spule und nach dem Bewegen des Kopfe; angeordnet sind, daß der B-Phasen-Magnet links _Um ein kleines Stück ein Stromimpuls zur /!-Phasen- und der A -Phasen-Magnet rechts sitzt. Diese An- 55 Spule übertragen werden, dessen Polarität entgegenOrdnung gestattet einen besseren Kräfteausgleich, so gesetzt zu dem in der A -Phasen-Spule vorher be· wie in der obenerwähnten USA.-Patentschnft erlau- nutzten Strom ist. Dieser Stromimpuls reduziert der tert. Bei dieser Anordnungsart besitzen die Ma- Kraftfluß in den Polflächen α und a' und erhöht der gneten eines Satzes einen Abstand voneinander, der Kraftfluß in den Polflächen c und c' so daß eine gleich ρ (n + »Λ) ist, und die Magneten des anderen 60 zusätzliche Kraftkomponente entsteht, welche dif Satzes weisen einen Abstand voneinander auf, der Bewegung beschleunigt Danach kann ein anderei gleich p(n- V₄) ist. Sind die A-Phasen-Magneten Stromimpuls entgegengesetzter Polarität zur Λ-Pha beider Sätze links oder rechts angeordnet, dann *t sen-Spule übertragen werden um eine der Bewegunj der Abstand für beide Sätze gleich, d. h. entweder entgegenwirkende Kraftkomponente zu erzeugen ρ (n + ¹A) oder ρ (π - V₄). 6₅ wodurch die Bewegung abgebremst und Überschwing

In F i g. 11 fließt der volle Strom /,,, wobei er den erscheinungen gedämpft werden durch die Vormagnetisierung mit Hilfe der Perma- Eine alternative Ausführungsform welche fort

nentmagneten erzeugten Kraftfluß in den Pol- gesetzt erregte Spulen an Stelle von Permanent

1 Q

magneton b-.nutzt, ist in Fig. 12 dargestellt, Eic- sehenswert, da Schrittsignalc von räumlich entfernten

incnte, welche den in Fig. 11 gezeigten Teilen ent- Signalqucllcn kommen können, welche nicht unbc-

iprcchcn, sind mit den gleichen Bczugszahlen vcr- dingt der Kontrolle durch den Operateur des jewei-

■ichen. Die Joche 47' und 49' können die gleiche ligen Aufzeichnungsgerätes unterliegen. Über eine

Gestalt wie die Permanentmagnet-Joche 47 und 49 5 Rücksctz-Leitung kann der Taktgenerator auf sci-

habcn, und sie können in der gleichen Weise ein- nen Anfangszustand zurückgesetzt werden. Eine

gebaut sein. Sie bestehen jedoch nicht aus Perina- Sperr-Leitung sperrt den Betrieb der Schaltung,

nentmagneten, sondern nur aus magnetischem Ma- wenn bestimmte Kriterien nicht erfüllt sind, etwa

tcrial, und sie sind aus Lamellen mit sich über- wenn die Luftpumpe nicht angeschaltet ist.

läppenden Verbindungen aufgebaut und bilden mit io Jede der logischen Folgcstcucrschaltungen Ciidiält

den Polschuhcn eine Einheit. Die Spulen 90, 91 und sechs Gatter 125, deren Ausgänge mit einem Gaiter

H2 und 93 sind auf den Jochen befestigt und werden 126 verbunden sind, um das Spulen-Signal als Hin

mit geeigneten Strömen erregt, um die gleichen vor- gangssignal zum Steuerverstärker zu übertragen. Ein

inagnetisierendcn Kraftflüsse zu erzeugen wie mit Signal aus der logischen »/1 ^: «-Schaltung erzeugt

Hilfe der Fermanentmagnc'en 47 und 49. 15 einen positiven Strom in der /-1-Phasen-Spule, und

Eine Schaltung zur Erregung der Spulen der Ma- ein Signal aus der logischen »/( «-Schaltung bc-

gncten ist in Fig. 13 dargestellt. Diese Schaltung wirkt einen negativen Strom in der /I-Phascn-Spule.

enthält einen Taktimpulsgencrator 100, eine logische Die /J-Phasen-Schaltiingcn arbeiten in ähnlicher

»A !-«-Schaltung 101. eine logische »/I «-Schal- Weise. Die Ausgänge des Taktgenerators sind mit

tung 102. eine logische >B ! «-Schaltung 103 und 20 dun Gattern der logischen Folgesteucrschaltungcn

eine logische >/i «-Schaltung 104. Ein Λ-Phascn- in der in Fig. 13 gezeigten Weise verbunden. Die

Steuerverstärker 105 liefert den Strom für die Spulen Vorwärtsschritt-Signale und Rückwärtsschritt-Signale

106 und 107 der /I-Phasen-Magneten. Ein Ö-Phasen- werden über Gattcrschaltungcn 127 und 128 und

Stcucrverstärker 108 liefert Strom für die Spulen eine Flip-Flop-Schaltung 131, welche fortgesetzt ein

109 und 110 der fl-Phasen-Magnctcn. 25 Ausgangssignal liefert, zugeführt. Beschlcunigungs-

Einc Beschleunigungs- und Bremstaktschaltung und Brcms^gnale werden entsprechend über die

111 sorgt für die Beschleunigungs- und Brems- Leitungen 129 und 130 übertragen,

steuerung. Diese letztgenannte Schaltung ist eine Die Beschleunigungs- und Brcms-Taktschaltung

zweckmäßige, aber nicht -,lotwcndige Einrichtung in 111 enthält drei monostabile Flip-Flop-Schaltungcn

dieser Erfindung. 3° oder monostabile Sperrschwinger 133. 134 und 135,

Die in Fig. 13 gezeigte Schaltung sorgt für die die in Reihe geschaltet sind und \on der Schritt-Steuerung längs einer Achse. Eine ähnliche Schal- signallciliiiiy 115 au·, angesteuert werden. Die FHptung wird für die andere Achse benutzt. Ein Vor- Flop-Schaltung 133 wird durch ein Schrittsignal gewärtsschrittsignal wird zur Eingangsleitung 113 setzt. Die Flip-Flop-Schaltung 134 wird gesetzt, übertragen, um den Kopf in der einen Richtung zu 35 wenn die Flip-Flop-Schaltung 133 zurüu :'csctzt bewegen. Ein Rückwärtsschrittsignal wird zur Lei- wird. Durch das Setzen der Flip-FIop-Schaltung 134 tune 114 übertragen, um den Kopf in der entgegen- wird das Beschlcunigungssignal ausgelöst. Die Flipgesetzten Richtung zu bewegen. Der Taktgenerator Flop-Schaltung 135 wird gesetzt, wenn die Flip-Flop-100 liefert Taktimpnlsc für den Betrieb der Schal- Schaltung 134 in den Rückset/aistand übergeht, tung über vier Ausgangsleitungen, die als Takt- 40 Durch das Setzen der Flip-Flop-Schaltung 135 wird leitung 1. Taktleitung 2. Taktlcitung 3 und Ta^lt- das Bremssignal erzeugt.

leitung 4 gekennzeichnet sind. Der Taktgenerator Es sei nun auf Fig. 14 Bezug genommen. Das

100 liefet diese Taktimpulse in Abhängigkeit von Diagramm von Fig. 11 zeigt den Zustand am Ende

Schrittschaltsignalen auf der Leitung 115. Die Ar- des Taktes 1. Ein Vorwärtsschritt-Si^nal löst .!en

beitsweise des Taktgenerator ist in den unteren vier 45 Takt 2 aus. macht das »/! «-Spulensignal gleich

Diagrammen von Fig. 14 gezeigt. Der Taktgcnc- Null und erzeugt ein R ■ «-Spulensignal. Der

rator enthält zwei Flip-Flop-Schaltungen 116. vier /1-Spulenstrom wird gleich Null, und in der ß-Spulc

Gatterschaltungen 117 und vier Ausgangsverstärker !ließt ein positiver Strom. Kurz danach erzeugt das

118. Die Schrittsignale auf den Leitungen 113 und Beschlciinigungssignal auf der Leitung 129 in

114 werden über ein Gatter 119 und ein Gatter 120 50 v>A «-Spulensignal, das sich in einem ncgauven

zur Leitung 115 übertragen. Das Gatter 119 sorgt Strom in der Spule A äußert. Dan-, bewirkt das

für eine Kombination der Vorwärtsschritt- und Bremssignal auf der Leitung 130 ein »A -+ «-Spulen-

Rückwärtsschritt-Signale, und das Gatter 120 unter- signal, welches zu einem positiven Strom in der

bindet jegliche Operationen der Schaltung, solange Spule A führt. Ein weiteres Vorwärtsschritt-Signal

kein Signal über die Anschaltldtung übertragen 55 leitet Takt 3 ein, wobei die gleiche Operationsfolge

worden ist. welches anzeigt, daß die Vorrichtung mit unterschiedlichen Spulensignalen und Spulenangeschaltet wurde. Diese Eigenschaft ist wün- strömen, so wie in F i g. 14 dargestellt, abläuft.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (9)

Patentansprüche:

1. Positionierungüvorrichtung zum Ausführen einer beliebigen Relativbewegung zwischen zwei Körpern entlang einer einzelnen Achse unter dem Einfluß variabler Steuersignale für die einzelne Achse, bei der der eine Körper für die Achse ein auf die zugehörigen Steuersignale ansprechendes Steuermittel trägt, das mit dem anderen, entsprechende Reaktionselemente tragen- so den Körper durch magnetische Kräfte in Reaktion tritt und das bei Speisung durch die Steuersignale aus in unterschiedlicher Phasenbeziehung zueinander stehenden Elementen besteht, wobei bei zyklischem Phasenwechsel in bestimmtem Sinne eine entlang de* Achse in zugeordneter Richtung fortschreitende Reaktionskraft entsteht, dadurch gekennzeichnet, daß das Steuermittel zwei durch variable Steuersignale umkehrbarer Polarität zu speisende Elemente (z.B. 47, 41, 42; 49, 43, 44) aufweist, die bei Steuerung in unterschiedlicher Phasenbeziehung zueinander stehen und von denen jedes je zwei Teilelemente (41, 42; 43, 44) besitzt, die ihrerseits in unterschiedlicher Phasenbeziehung zueinander und zu den Teilelementen des anderen, zugehörigen Elementes stehen.

2. Positionierungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie einen feststehenden Körper (20. 24) mit einem Netzwerk aus nichtmagnetischem Material (25), das an seiner Oberfläche gegenüber einem bewegbaren Körper (21) magnetische Zonen (26) einschließt, aufweist, daß eier bewegoare körper (21) von dem feststehenden Körper (2ü) <_L ;trennt ist und längs der ein/einen Achse relativ zu ihm bewegbar ist, daß eine Vorrichtung zur Erzeugung variabler Signale vorgesehen ist, die steuerbar eine erste und zweite entgegengesetzte Polung aufweisen, daß eine Gruppe gesteuerter elektromagnetischer Elemente (47, 49) vorgesehen ist, die auf einem bestimmten Körper des feststehenden Körpers (20) oder des beweglichen Körpers (21) angeordnet sind, wobei die gesteuerten elektromagnetischen Elemente (47, 49) der Gruppe längs der einzelnen Achse auf Abstand angeordnet sind, daß jedes gesteuerte elektromagnetische Element (47, 49) ein Paar Polflächen (a, a', c, c'; b, b', d. d') aufweist, die untereinander und bezüglich der Polflächen an dem anderen elektromagnetischen Element bezüglich der magnetischen Zonen (26) am feststehenden Körper (20, 24) in einer unterschiedlichen Phasenbeziehung angeordnet sind, wobei die Polflächen den magnetischen Zonen am feststehenden Körper benachbart angeordnet sind, und daß eine Vorrichtung vorgesehen ist. die auf die variablen Signale anspricht, um ausgewählte Paare elektromagnetischer Elemente zu erregen, so daß zwischen dem feststehenden und So dem beweglichen Körper Kräfte erzeugt werden, um den beweglichen Körper zur Verhinderung einer Relativbewegung desselben entlang der einzelnen Achse festzuhalten und um die Paare ausgewählter erregter Elemente zu ändern, so daß Kräfte zwischen den Körpern erzeugt werden, um eine Relativbewegung der Körper entlang der einzelnen Achse zu erhalten.

3. Positioiiierungsvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die gesteuerten elektromagnetischen Elemente (47, 49) auf dem beweglichen Körper (21) angeordnet sind und Permanentmagnete (30, 31, 32, 33) einschließen, die die Polflächen (a, a, c, c'\ h, b', d, d') in den Elementenpaaren mit bestimmten magnetischen Polungen versehen, und daß die Erregungsvorrichtung Wicklungen einschließt, die am beweglichen Körper angeordnet sind, wobei jede Wicklung einem anderen Paar der Polflächen zugeordnet ist und betätigbar ist, wenn sie erregt wird, um die Polstärke des bestimmten magnetischen Pols der einen Polfläche des Paares zu verstärken und die Polstärke des bestimmten magnetischen Pols der anderen Polfläche des Paares zu schwächen.

4. Positionierungsvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das erste und zweite elektromagnetische Element in der ersten Gruppe vorgesehen sind, daß das Netzwerk auf dem feststehenden Körper ("0, 24) eine Netzkonstante ρ aufweist, die durch den Abstand der Mittellinien zweier benachbarter magnetischer Zonen (26) bestimmt wird, daß der Abstand zwischen ein Paar bildenden Polflächen (a, a, c, c'; b, b', d, d') auf jedem elektromagnetischen Element (47, 49) gleich ρ {η χ '/■>) ist, wobei η eine ganze Zahl ist, und der Abstand zwischen ein Paar bildenden Polflächen jedes elektromagnetischen Elements und ein Paar bildenden Polflächen eine:, anderen elektromagnetischen Elements gleich ρ (η ;t'/1) ist.

5. Positionierungsvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Permanentmagnete (30, 31, 32, 33) eine Kraft erzeugen, um den beweglichen Körper (21) zu dem feststehenden Körper (20, 24) benachbart zu halten, und daß am beweglichen Körper ein Luftlager vorgesehen ist, um den beweglichen Körper in einem kleinen Abstand von dem feststehenden Körper zu halten.

6. Positionierungsvorrichtung zur Steuerung der Relativbewegung zweier Körper längs zweier Koordinatenachsen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie einen feststehenden Körper (20, 24) mit einem Netzwerk aus nichtmagnetischem Material (25), das an seiner Oberfläche gegenüber einem bewegbaren Körper (21) magnetische Zonen (26) einschließt, aufweist, daß der bewegbare Körper (21) von dem feststehenden Körper (20, 24) getrennt ist und längs der beiden Koordinatenachsen relativ zu ihm bewegbar ist, daß eine erste Vorrichtung (100, 101, 102, 103. 104) zur Erzeugung variabler Signale vorgesehen ist, die steuerbar eine erste und zweite entgegengesetzte Polung aufweisen, daß eine zweite Vorrichtung (100, 101, 102, 103, 104) zur Erzeugung variabler Signale vorgesehen ist, die steuerbar eine erste und zweite entgegengesetzte Polung aufweisen, daß eine erste Gruppe gesteuerter elektromagnetischer Elemente (47,49) vorgesehen ist, die auf einem bestimmten Körper des feststehenden Körpers (20, 24) oder des beweglichen Körpers (21) angeordnet sind, wobei die gesteuerten elektromagnetischen Elemente der ersten Gruppe längs der ersten Achse auf Abstand angeordnet sind, daß jedes gesteuerte

908

elektromagnetische Element (47,49) in der ersten Gruppe ein Paar Polflächen (a, a\ c, c'\ b, b', d, d') aufweist, die untereinander und bezüglich der Polflächen an dem anderen elektromagnetischen Element bezüglich der magnetischen Zonen (26) am feststehenden Körper (20, 24) in einer unterschiedlichen Phasenbeziehung angeordnet sind, wobei die Polflächen den magnetischen Zonen am feststehenden Körper benachbart angeordnet sind, daß eine erste Vorrichtung vorgesehen ist, die auf die variablen Signale der ersten Signalvorrichtung (100, 101, 102, 103, 104) anspricht, um ausgewählte Paare elektromagnetischer Elemente (47, 49) in der ersten Gruppe zu erregen, um zwischen dem feststehenden und dem beweglichen Körper (20, 21, 24) Kräfte zu erzeugen, um den beweglichen Körper rar Verhinderung einer Relativbewegung desselben längs der ersten Achse festzuhalten und um die Paare ausgewählter erregter elektromagnetischer Elemente (47, 49) zu vertauschen, um zwischen den Körpern Kräftf zu erzeugen, damit eine Relativbewegung der Körper längs der ersten Achse erfolgt, daß eine zweite Gruppe gesteuerter elektromagnetischer Elemente (47, 49) vorgesehen ist, die auf einem bestimmten Körper des feststehenden Körpers (20, 24) oder des beweglichen Körpers (21) angeordnet sind, wobei die gesteuerten elektromagnetischen Elemente der zweiten Gruppe längs der zweiten Achse auf Abstand angeordnet sind, daß jedes gesteuerte elektromagnetische Element (47, 49) in der zweiten Gruppe ein Paar Polflächen (α, α', c, c: b, b', d, d') aufweist, die untereinander und bezüglich der Polflächen an dem anderen elektromagnetischen Element bezüglich der magnetischen Zonen (26) am feststehenden Körper (20. 24) in einer nicht geradzahligen Phasenbeziehung sind, wobei die Polflächen den magnetischen Zonen am feststehenden Körper benachbart angeordnet sind, daß eine zweite Vorrichtung vorgesehen ist, die die variablen Signale der zweiten Signalvorrichtung anspricht, um ausgewählte Paare elektromagnetischer Elemente (47, 49) in der zweiten Gruppe zu erregen, um zwischen dem feststehenden und dem beweglichen Körper (20, 21, 24) zur Verhinderung einer Relativbewegung desselben längs der zweiten Achse festzuhalten und um die Pt are ausgewählter erregter elektromagnetischer Elemente (47, 49) zu vertauschen, Uwi zwischen den Körper Kräfte zu erzeugen, damit eine Relativbewegung der Körper länc,s der zweiten Achse erfolgt.

7. Positionicrungsvorrichtung nach Anspruch (S. dadurch gekennzeichnet, daß die gesteuerten elektromagnetischen Elemente (47, 49) in der ersten und zweiten Gruppe auf dem beweglichen Körper (21) angeordnet sind und Permanentmagnete (30, 31, 32, 33) einschließen, die die Polflächen (a, a, c, c'; b, b', d, d') in den EIementenpaaren mit bestimmten magnetischen Polungen versehen, und daß die erste und zweite Erregungfvorrichtung Wicklungen einschließt, die am Körper angeordnet sind, wobei jede Wicklung einem anderen Paar der Polflächen zugeordnet ist, und betätigbar ist, wenn sie erregt wird, um die Polstärke des bestimmten magnetischen Pols der einen Polfläche des Paares zu verstärken und die Polstärke des bestimmten magnetischen Pols der anderen Polfläche des Paares zu schwächen.

8. Püsitionierungsvorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das erste und zweite Paar gesteuerter elektromagnetischer Elemente (47, 49) in der ersten Gruppe vorgesehen ist und daß das erste und zweite Paar gesteuerter elektromagnetischer Elemente (47, 49) in der zweiten Gruppe vorgesehen ist, daß das Netzwerk auf dem feststehenden Körper eine Netzkonstante ρ aufweist, die durch den Abstand der Mittellinien zweier benachbarter magnetischer Zonen (26) bestimmt wird, daß der Abstand zwischen ein Paar bildenden Polflächen {a, a\ c, c'\ b, b', d, d') auf jedem elektromagnetischen Element (47, 49) gleich ρ (η + Vs) ist, wobei η eine ganze Zahl ist, und daß der Abstand zwischen ein Paar bildenden Polflächen jedes elektromagnetischen Elements in der ersten Gruppe und ein Paar bl. «enden Polflächen eines anderen elektromagnetischen Elements in der ersten Gruppe gleich ρ (n + ¹Ai) ist und daß der Abstand zwischen ein Paar bildenden Polflächen jedes elektromagnetischen Elements in der zweiten Gruppe und ein Paar bildenden Polflächen eines anderen elektromagnetischen Elements in der zweiten Gruppe gleich ρ (n zl Vj) ist.

9. Positionierungsvorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Permanentmagnete (30, 31, 32, 33) eine Kraft erzeugen, um den beweglichen Körper zu dem feststehenden Körper benachbart zu halten, und daß am beweglichen Körper (21) ein Luftlager vorgesehen ist, um den beweglichen Körper in einem kleinen Abstand von dem feststehenden Körper (20, 24) zu halten.