DE1908850C3 - 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 Reaktionsclemente tragenden 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 der Achse in zugeordneter Richtung fortschreitende Rcaktionskruft cntsL ht.

Aus der L'SA.-Palentschrift 3 376 578 ist eine Positionierungsvorrichtung als magnetische Schrittschal t vorrichtung bekanntgeworden, die einen Kopf aufweist, der über einer Platte bewegt werden kann und eine Mi rkierungseinrichtung zum Aufzeichnen von Daten auf einem auf der Platte angebrachten Papierblatt od. dgl. trägt. Im Kopf sind Sätze aus Magneten untergebracht, wobei jeder Magnetsatz aus mehreren einzelnen Magneten, typischerweise aus drei, besteht. Man spricht dann von einem sogenannten Drei-Phasen-Systcm. Die Magnete sind

als EIcktromagnete ausgebildet und weisen Polflächen auf, die einem Raster aus magnetisierbarcm Material auf der Platte gegenüberstehen. Durch geeignete Erregung der EIcktromagnete 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 Positionierungsvorrichtung 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 Teilclemente besitzt, die ihrerseits in unterschiedlicher Phasenbezichung zueinander und zu den Teilelementen des anderen zugehörigen Elementes stehen.

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

Das der vorliegenden Erfindung entsprechende Zwci-Phasen-Systcm gestattet eine einfache Spulen- und Spulenkernanordnung. Das zweiphasige System benutzt einen permanenten, polarisierenden oder eine Vormagnetisierung bewirkenden magnetischen Kraftduß, wie er etwa von Permanentmagneten erzeugt werden kann. Der Kraftfluß äußert sich in einer konstanten Haltekraft. Die Spulenvcrlusiu lassen sich verringern, weil die Permanentmagneten einen Teil der für die Schrittschaltopcration benötigten Energie liefern. Eine kürzere Zeitkonstantc läßt sich erreichen, da die Querdurchflutungswcgc in den Spulenkernen so ausgelegt werden können, daß sie leicht im Sättigungsbereich arbeiten. Dadurch wird die Induktivität bei der Vormagnetisierung geringer. Das Zwei-Phasen-System erlaubt ferner während einer Schrittschalloperation 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 Ausführungrbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben. Es zeigt

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

F i g. 2 die räumliche Ansicht der Unterseite des Kopfteils 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 Polschuh-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 Fig. 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 Fig. 9 geführten Schnitt,

Fig. Il an Hand eines der F i g. 4 ähnlichen Schauhildcs die Arbeitsweise der Vorrichtung,

ίο Fig. 12 in einer ähnlichen Darstellung wie in Fig. M eine alternative Bauform zum Erzielen des vormagnelisierendcn Kraftllusses,

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

Fig. 14 ein Zeitdiagramm zur Veranschaiilichung

der Arbeitsweise der in Fig. 13 gezeigten Schaltung.

Die der Erfindung zugrunde liegende Vorrichtung

enthält einen plattenförmigen Körper 20 und ein

ίο Kopfteil 21. Die Oberseite des plattenförmigen Körpers trägt ein aus unmagnetischcm Material bestehendes Raster, in das Felder aus magnetischem Material eingebettet sind, wobei die auf diese Weise sich ergebende gitterförmige Einrichtung erste und zweite Achsen bestimmt, die normalerweise rechtwinklig -'.!einander verlaufen. Diese Achsen werden manchmal auch als .t-Achsc und als y-Achsc bezeichnet.

Zweckmäßigerweise besteht der plattenförmige 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-Achsc und eine andere Gruppe von Vertiefungen zur y-Achse senkrecht verläuft (Fig. 11). 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 Ripper aus magnetischem Material einen viereckigen Querschnitt besitzen. In einer typischen Ausführungsform sind die Vertiefungen oder Kerben 25 etwa 0,5 mm 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 \.-iteria] dienen würde. Vorzugsweise füllt man die Verticfungen jedoch mit einem Kunststoff oder einem anderer unmagnetischen, festen Stoff aus, um eine glatte Oberfläche auf dem plattenförmigen Körper zu erzielen.

In einem typischen Aufzeichnungsgerät ruht eir Papierblatt 28 auf dem plattenförmigen Körper 20 und das Kopfteil wird über das Blatt bewegt. Ein richtungen zum Festhalten des Papiers in gesicherte! Lage auf dem plattenförmigen Körper können vorgesehen werden. Eine derartige Einrichtung ist ir

der obenerwähnten USA.-Patentschrift erläutert.

Das Kopfteil enthält vier Magnelsätze 30, 31. 3i und 33, die in einem Gehäuse oder Träger 34 be festigt sind, wobei die Polflächen der Magneten ai der Oberseite des Trägers liegen. Der Träger 34 is

zweckmäßigerweise eine Aluminium- oder Kunst stoffplattc, welche vier Öffnungen 35^ besitzt, in denei die Magnetsätze untergebracht werden können. Dii Platte besitzt ferner eine zentrale Öffnung 36 für ein·

l.uftlagcrschraubc. die unten noch näher beschrieben wird.

Die Magnetsätze 30 und 32 sind parallel zu einer der Rasterachsen, beispielsweise zur .r-Achsc, angeordnet und werden zum Bewegen und Positionieren des Krpftcils längs der Λ-Achsc benutzt. In gleicher Weise werden die Magnetsätzc 31 und 33 zum Verschieben und Positionieren des Kopfteils längs der anderen Achse, in dem hier angenommenen Beispiel also längs der y-Achse, verwendet.

Der Aufbau der vier Magnetsätze kann gleich sein. Einer dieser Magnetsätze soll jetzt beschrieben werden. Jeder Satz besteht aus zwei Magneten, und jeder Magnet besitzt zwei Polschuhe. Der Magnetsatz 30 enthält einen Rahmen 40 und Polschuhc4t, 42, 43 und 44 (F i g. 4). Jeder dieser Polschuhe 41 bis 44 besteht aus einem Stapel ausgestanzter Lamellen. Zwei Polschuhe 41 und 42 sind zusammen mit einer darin befindlichen Spule 46 in F i g. 6 dargestellt. F i g. 3 zeigt den Rahmen 40 von oben und F i g. 5 von unten. Jeder der Polschuhe besitzt eine seitlich abstehende Schulter an jeder oberen Kante, so daß er in entsprechende Vertiefungen des Rahmens 40 eingeschoben werden kann. Ein U-förmiges Joch 47 ist mit einer Schiene 48 des Rahmens 40 verbunden, und zwar mit Hilfe einer Schraube. Ein gleichermaßen aufgebautes Joch 49 ist an der Schiene 50 ,-CS Rahmens 40 befestigt. Der Rahmen 40 besteht aus unmagnetischem Material, etwa aus Aluminium. In einer bevorzugten Ausführungsform dieser Erfindung bestehen die Joche 47 und 49 aus Permanentmagneten, die einen vormagnetisierenden oder polarisierenden Kraftfluß in den zugeordneten Polschuhcn bewirken.

Die Polflächc jedes der Polschuhe 41 bis 44 weist eine oder mehrere rippenförmige Erhöhungen aus magnetischem Material auf und ist vorzugsweise mit mehreren Rippen der gleichen Breite und des gleichen Abstandes wie die Felder 26 des magnetischen Materials im plattenförmigen Körper 24 versehen.

Die Magnetsätze sind in entsprechenden Öffnungen des Trägers 34 untergebracht und werden dort mit Hilfe von Schrauben 52 befestigt. Die Öffnungen 53 im Rahmen 40 (F i g. 5) und der Kanal 54 im Rahmen 40 (F i g. 8) bieten Raum für die Verdrahtung. An den vier Ecken des Kopfteils können Füllklötze 56 angebracht werden, um eine gleichmäßige äußere Form zu erreichen. Die Klötze werden mit Hilfe eines Bandes 37 und Schrauben (nicht dargestellt) befestigt. Eine Abdeckplatte 58 für die Oberseite kann über den Magnetsätzen angebracht werden, um der Vorrichtung ein besseres Aussehen zu geben und sie vor Verschmutzung zu schützen.

Zur räumlichen Trennung des Kopfteils vom plattenförmigen Körper können Einrichtungen vorgesehen werden, welche einen direkten Kontakt zwischen den beiden Einrichtungen verhindern oder welche eine Berührung zwischen dem Kopfteil und dem auf dem plattenförmigen Körper liegenden Papier verhüten. Dabei werden dann auch Reibungskräfte zwischen den beiden Körpern vermieden. Zu diesem Zweck können verschiedene Anordnungen, etwa Fluidlager, Räder oder Kugeln, benutzt werden. Das in der obenerwähnten USA.-Patentschrift beschriebene Luftlager soll auch im Kopfteil der vorliegenden Erfindung verwendet werden. Eine Zuführungsleitung für Preßluft und ein Kabel für elektrischen Anschluß können in einer Sleucrleitung 60.

welche mit dem Kopfteil 21 verbunden ist, untergebracht werden. Die Luft-Zuführungsleitung der Steuerleitung mündet in eine Röhre 61, die von einer Schraube 62 gehalten wird. Die Schraube 62 sitzt in der Öffnung36 des Trägers 34 (Fig. 8). Ein Kanal 63 in der Schraube 62 stellt eine Verbindung mit vier Kanälen 64 her, welche von der Schraube radial nach außen durch den Träger 34 verlaufen und in Auslaßöffnungen 65 (F i g. 2) enden. Hinc Dichtung

ίο 66 sorgt für einen dichten Abschluß zwischen der Röhre 61 und dem Träger. Eine andere Dichtung 67 sorgt für einen dichten Abschluß zwischen der Schraube 62 und dem Träger. Bei dieser Anordnung ergibt sich ein konstanter Luftstrom durch die Luftzuführleitung in der Steuerlcitung 60 hindurch in das Kopfteil, von dort aus durch die Kanäle 64 und die öffnungen 65 nach außen zwischen die Unterseite des Kopfteils und die Oberseite des plattenförmigen Körpers. Dieser Luftstrom sorgt für ein Luftpolster

ίο zwischen den beiden Einrichtungen. Die durch die magnetische Kopplung zwischen den Körpern bestehende Anziehungskraft wird durch die Abstoßkraft des Luftpolsters ausgeglichen, wenn man die Eigenschaften der Austrittsöffnungen des Luftlagers und den Druck der zugeführten Luft entsprechend einstellt, wobei das Kopfteil dann praktisch in gleichbleibendem Abstand über dem plattenförmigen Körper verbleibt. Dieser Abstand liegt typischerweise in der Größenordnung von etwa einigen hundcrtstel Millimetern.

Es sei nun auf F i g. 1 Bezug genommen. Eine Halterung 70 für ein Werkzeug oder eine Markierungseinrichtung kann an einer Ecke des Kopfteils 21 mit Hilfe von Schrauben 71 befestigt werden. Die verschiedensten Werkzeuge und Markierungseinrichtungen und die verschiedensten Halterungen können verwendet werden. Eine bevorzugte Ausführungsform ist in Fig. 9 und K) dargestellt. Ein Arr.i 72 befindet sich innerhalb des Körpers 73 auf einer Feder 74. Die Feder ist mit Hilfe einer Schraube 75 mit dem Körper verbunden. Eine Schreib- oder Zeichenfeder oder ein entsprechender Stift ist in eine Öffnung am äußeren Ende des Armes 72 eingeschraubt. Im Körper 73 befindet sich ein Elektromagnet 77, der, wenn er erregt wird, den Arm 72 anzieht und die Spitze des Zeichen- oder Schreibstiftes 76 vom Papierblatt oder von der Folie 28, die sich auf dem plattenförmigen Körper 20 befindet, abhebt. Ein Ring 78 ist mit dem Körper des Zeichen-Stiftes 76 verbunden. Der Ring bildet zusammen mit Stiften 79 eine Befestigungs- und Einstelleinrichtung und ein Führungselement für eine vertikale Bewegung des Zeichenstiftes. Die Stifte 79 sind in einer Platte 80 befestigt. Die Platte 80 sitzt in einem Vorsprung 81 des Körpers 73. Eine Feder 82 drückt die Platte 80 nach oben, und ein Knopf 83 kann dazu benutzt werden, einen manuellen Druck auf die Feder 82 auszuüben, um die Stifte 79 aus den Öffnungen 85 des Ringes 78 herauszubringen.

Der Körper des Zeichenstiftes kann gedreht werden, um die vertikale Position der Spitze richtig einzustellen. Dazu muß der Knopf 83 niedergedrückt werden, um die Stifte 79 vom Ring 78 zu trennen. Nach der gewünschten Einstellung wird der Knopf 83 wieder losgelassen, so daß die Stift··; 79 wieder in die Öffnungen 85 des Ringes 78 zurückkehren können und dabei den Ring in seiner jetzigen Stellung festhalten. Die Stifte 79 sind genügend lan», so

ίο

JaB der Zeichenstift nach oben und unten mit Hilfe flächen α und ./' unterstützt und den Kraftfluß in

Jes Magneten 77 bewegt werden kann, ohne daß den Polflächen c und c' nahezu auf den Wert Null

die Stifte 79 dabei aus den Ölfnungcn 85 heraus- reduziert. Zu diesem Zeitpunkt ist der Strom i„ in

kommen. Auf diese Weise wird für eine Führung der Spule des Magneten 49 gleich Null und der

und Lagerung des oberen Teils des Zeichenstiftes 5 KraftfluB in den Polfiächen d, d\ b und b' nahezu

76 gesorgt. gleich und etwa halb so groß wie der in den PoI-

Die Arbeitsweise der Vorrichtung soll nun an flächen α und a . Die Zeiger für b-b' und d-d' sind

Hand des in Fig. 11 gezeigten Schaubildcs crläu- etwa ein Viertel so groß wie diejenigen von a-a'.

tert werden. Der Polschuh 41 besitzt zwei Pol- Die Zeiger d-d' sind gegenüber den Zeigern/;-/)' um

flächen « und c. Jede Polfläche besteht aus einem io 180 verdreht, so daß b-b' und d-d' keine Tangcn-

einzclnen rippenförmigcn Stück, das im wesentlichen tialkräftc erster Ordnung zwischen dem Kopf und

genauso breit ist wie eines der Felder 26 auf dem der Platte in horizontaler Richtung hervorrufen,

plattenförmigen Körper 24 (Fig. II). Jede Polfläche Unter diesen Umständen bleibt der Kopf in der in

könnte andererseits natürlich auch mehrere vonein- Fig. 11 gezeigten Position.

ander getretinte rippcnförmige Stücke aufweisen, so 15 Um den Kopf nach rechts zu bewegen, wird der wie dies in F ig. 4 gezeigt ist. Die Polflächen α und c Λ-Phasen-Strom abgeschaltet und der ß-Phascnbesitzcn einen solchen Abstand voneinander, daß Strom angeschaltet. Die Polarität des ß-Phasendann, wenn eine Polfläche sich über einem Feld 26 Stroms ist so, daß der Strom die Zeichenebene am aus magnetischem Material des plattenförmigen Polschuh 43 verläßt und in die Zeichenebene am Körpers befindet, die andere Polflächc über einem 10 Polschuh 44 eintritt. Der magnetische Kraftfluß 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 (π ± ¹Za), 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 A -Phasen-Strom mit einer PoIaodcr anderen Rippe des plattenförmigen Körpers ist. rität anschaltet, die entgegengesetzt zu der in F i g. 11 Die Polschuhe 42, 43 und 44 sind genauso auf- gezeigten Polarität ist. Der Kopf führt diesen weigebaut. tcrcn Rechtsschritt aus, wobei die Polflächen c und c'

Die Polschuhe 41 und 42 des Magneten 47 bc- 30 über den Rippen oder über den magnetischen Besitzen einen solchen Abstand voneinander, daß die reichen der Platte 24 stehen. Zur Ausführung des Polflächen α und a' zur gleichen Zeit über einem nächsten Schrittes muß der Λ-Phascii-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 η ■ p. 35 rität entgegengesetzt ist. Der nächste Schritt wild

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 Aus-

so angeordnet, daß, wenn die Polflächen eines Ma- führung von Schritten in der umgekehrten Richtung

gneten direkt über einer Rippe oder einer Vertie- läßt sich erreichen, wenn man die S.röme in der

fung stehen, die Polfläcnen des anderen Magneten 40 umgekehrten Folge schaltet. Es liegt also auf der

gerade auf der Mitte zwischen der Rippe und der Hand, daß eine Vier-Phasen-Schrittschaltoperation

Vertiefung sich befinden. Die Mittellinien entspre- mit der Zwei-Phasen-Konstruktion der dieser Erfin-

chender Polflächen der beiden Magneten besitzen dung entsprechenden Vorrichtung ausgeführt wird,

also einen Abstand voneinander, der gleich p(n ± ¹Ai) Wenn zwei Magnetsätzc parallel verwendet werden,

ist. Die beiden Magneten eines Satzes werden als 45 dann werden entsprechend die A-Phasen-Spulen

/1-Phasen-Magnet und als ß-Phasen-Magnet be- beider Sätze oder die ß-Phasen-Spulen beider Sätze

zeichnet. In einer bevorzugten Ausführungsform zur gleichen Zeit erregt.

dieser Erfindung, in der zwei parallele Magnetsätze, Ein schnellerer Betrieb kann erreicht werden, inso wie in F i g. 2 dargestellt, benutzt werden, sind dem man Beschleunigungs- und/oder Bremsströme die Magneten eines Satzes, hier des Satzes 30, so 50 durch die normalerweise nicht erregten Spulen angeordnet, daß der A-Phasen-Magnet links und schickt. So kann beispielsweise nach dem Erregen der θ-Phasen-Magnet rechts sitzt, während die Ma- der B-Phasen-Spule und nach dem Abschalten der gneten des anderen Satzes, hier des Satzes 32, so A-Phasen-Spule und nach dem Bewegen des Kopfes angeordnet sind, daß der ß-Phasen-Magnet links um ein kleines Stück ein Stromimpuls zur Λ-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 ^4-Phasen-Spule vorher bewie in der obenerwähnten USA.-Patentschrift erläu- 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 eim gleich p(n + ¹U) ist, und die Magneten des anderen 60 zusätzliche Kraftkomponente entsteht, welche du Satzes weisen einen Abstand voneinander auf, der Bewegung beschleunigt. Danach kann ein anderei gleich ρ [n — ¹Ii) ist. Sind die A-Phasen-Magneten Stromimpuls entgegengesetzter Polarität zur /1-Pha beider Sätze links oder rechts angeordnet, dann ist sen-Spule übertragen werden, um eine der Bewegung der Abstand für beide Sätze gleich, d. h. entweder entgegenwirkende Kraftkomponente zu erzeugen ρ (n + '/<) oder p(n — ¹A). 65 wodurch die Bewegung abgebremst und Überschwing

In F i g. 11 fließt der volle Strom i_A, 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

11 12

magneten benutzt, ist in Fig. 12 dargestellt. HIe- sehenswert, da Schrittsignale von räumlich entfernten mcnte, welche den in I" i g. Il gezeigten Teilen ent- Signalquellcn kommen können, welche nicht unbcsprechen, sind mit den gleichen Bezugszahlen ver- dingt der Kontrolle durch den Operateur des jewcischcn. Die Joche 47' und 49' können die gleiche ligen Aufzeiehniingsgcrätcs unterliegen. Über eine Gestalt wie die Permanentmagnet-Joche 47 und 49 5 Rüeksctz-Lcitung kann der Taktgenerator auf seihaben, und sie können in der gleichen Weise ein- ncn Anfangszustand zurückgesetzt werden. Eine gebaut sein. Sie bestehen jedoch nicht aus Perma- Sperr-Lcitung sperrt den Betrieb der Schaltung, iientmugncten, sondern nur aus magnetischem Ma- wenn bestimmte Kriterien nichl erfüllt sin 1, etwa tcrial, und sie sind aus Lamellen mit sieh über- wenn die Luftpumpe nicht angeschaltet ist.
läppenden Verbindungen aufgebaut und bilden mit io Jede der logischen Folgcsteucrschaltungcn enthält den Polschuhen eine Einheit. Die Spulen 90, 91 und sechs Gatter 125, deren Ausgänge mit einem Gatter 92 und 93 sind auf den Jochen befestigt und werden 126 verbunden sind, um das Spulen-Signal als Ein-Hiit geeigneten Strömen erregt, um die glcklien vor- gangssignal zum Steuerverstärker zu übertragen. Ein magnetisicrcnden Kraftflüsse zu erzeugen wie mit Signal aus der logischen »Λ l· «-Schaltung erzeugt Hilfe der Permanentmagneten 47 und 49. 15 einen positiven Strom in der /1-Phasen-opule, und

Eine Schaltung zur Erregung der Spulen der Ma- ein Signal aus der logischen »A «-Schaltung be-

i'ncicn ist in Fig. 13 dargestellt. Diese Schaltung wirkt einen negativen Strom in der A-Phasen-Spule,

enthält einen Taktimpulsgcncrator 100, eine logische Die ß-Phasen-Schaltungen arbeiten in ähnlicher

»/1 ! «-Schaltung 101, eine logische »A «-Schal- Weise. Die Ausgänge des Taktgenerators sind mit

tung 1O₁V, eine logische »ß I «-Schaltung 103 und ao den Gattern der logischen Folgcstcucrschaltungen

eine logische »ß «-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/l-Phasen-Magncten. Ein ß-Phasen- werden über Gatterschaltungen 127 und 128 und

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

109 und 110 der ß-Phasen-Magncten. 25 Ausgangssignal liefert, zugeführt. Beschleunigungs-

Einc Bcschleunigungs- und Bremstaktschaltung und Bremssignale werden entsprechend über die

111 sorgt für die Besohleunigungs- und Brems- Leitungen 129 und 130 übertragen,
steuerung. Diese letztgerannte Schaltung ist eine Die Beschleunigungs- und Brems-Taktschaltung

zweckmäßige, aber nicht notwendige Einrichtung in 111 enthält drei monostabile Flip-Flop-Schaltungen

dieser Erfindung. 30 oder monostabile Sperrschwinger 133, 134 und 135,

Die in Fig. 13 gezeigte Schaltung sorgt für dir die in Reihe geschaltet sind und von der Schritt-Steuerung längs einer Achse. Eine ähnliche Schal- signalleitung 115 aus angesteuert werden. Die FMptung 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 zurückgesetzt bewegen. Ein Rückwärtsschrittsignal wird zur Lei- wird. Durch das Setzen der Flip-Flop-Schaltung 134 tung 114 übertragen, um den Kopf in der entgegen- wird das Beschlernigungssignal ausgelöst. Die Flipgesetzten Richtung zu bewegen. Der Taktgenerator Flop-Schaltung 135 wird gesetzt, wenn die Flip-Flop-100 liefert Taktimpulse für den Betrieb der Schal- Schaltung 134 in den Rücksetzzustand übergeht, tung über vier Ausgangsleitungen, die als Takt- 40 Durch das Setzen der Flip-Flop-Schaltung 135 wird leitung 1, Taktleitung 2, Taktleitung 3 und Takt- das Bremssignal erzeugt.

leitung 4 gekennzeichnet sind. Der Taktgenerator Es sei nun auf Fig. 14 Bezug ^«nomrncn. Das 100 liefert 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-Signal löst den beitsweise des Taktgenerators ist in den unteren vier 45 Takt 2 aus, macht das »Λ -f «-Spulensignal gleich Diagrammen von Fig. 14 gezeigt. Der Taktgene- Null und erzeugt ein »ß +«-Spulensignal. Der rator enthält zwei Flip-Flop-Schaltungen 116, vier A-Spulenstrom wird gleich Null, und in der ß-^rwule Gatterschaltungen 117 und vier Ausgangsverstärker fließt ein positiver Strom. Kurz danach erzeugi das 118. Die Schrittsignale auf den Leitungen 113 und Beschleunigungssignal auf der Leitung 129 ein 114 werden über ein Gatter 119 und ein Gatter 120 50 -»A — «-Spulensignal, das sich in einem negativen zur Leitung 115 übertragen. Das Gatter 119 sorgt Strom in der Spule A äuGert, Dann 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 Anschaltleitung übertragen 55 leitet Takt 3 ein, wobei die gleiche Operationsfclge 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)

I 908 Patentansprüche:

1. Positionierungsvorrichtung zum Ausführen einer beliebigen Relativbewegung zwischen zwei Körpern entlang einer einzelnen Achse unter S 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- m 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 der Achse in zugeordneter Richtung fortschreitende Reaküonskraft entsteht, dadurch gekennzeichnet, daß das Steuermittel τχ-ύ 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 Teilelemcnte (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 Mater¹ "J (25), das an seiner Oberfläche gegenüber einem bewegbaren Körper (21) magnetische Zonen _V26) einschließt, aufweist, daß der bewegbare Körper (21) von dem feststehenden Körper (20) getrennt ist und längs der einzelnen 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\ r, c'\ b, b', d, d') aufweist, die untereinander und bezüglich der Polfiächen 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 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. Positionierungsvorrichtung 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'\ b, b\ d, d') in den Elementenpaaren mit bestimmten magnetischen Polungen versehen, und daß die Erregungsvorrichlung Wicklungen einschließt, die a»n 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. Positionierut gsvorrichtung 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 (20, 24) eine Netzkonstante ρ aufweist, die durch den Abstand der Mittellinien zweier benachbarter magnetischer Zonen (26) bestimmt wird, daß der Abstand zwischen ein Pat:r bildenden PolHächcn (a, a, c, r'; b, b\ d, d') auf jedem elektromagnetischen Element (47, 49) gleich ρ (η -j ¹Zi) ist, wobei /1 eine ganze Zahl ist, und der Abstand zwischen ein Paar bildenden Polfiächen jedes elektromagnetischen Elements und ein Paar bildenden Polflächen eines anderen elektromagnetischen Elements gleich ρ (π -f '/4) 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

elektromagnetische Element (47,49) in der ersten Gruppe ein Paar Polflächen (α, «', c, c'\ b, b', 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 Polilachen 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 zur Verhinderung einer Relativbewegung desselben längs der ersten Achse festzuhalten und um die Paare ausgewählter erregter elektro- »o magnetischer Elemente (47, 49) zu vertauschen, um zwischen den Körpern Kräfte >.\i 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 clektromagnetischen Element bezüglich der magnetischen Zonen (26) am feststehenden Körper (20, 24) ir 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 Paare ausgewählter erregter elektromagnetischer Elemente (47, 49) zu vertauschen, ₅„ um zwischen den Körpern Kräfte zu erzeugen, damit eine Relativbewegung der Körper längs der zweiten Achse erfolgt.

7. Positionierungsvorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die gesteuerten elektromagnetischen Elemente (47, 49) in der ersten und /weiten Gruppe auf dem beweglichen Körper (21) angeordnet sind und Permanent= magnete (30, 31, 32, 33) einschließen, die die Polflächen (α, «', c, c'; b, b', d, d') in den Eicmentenpaaren mit bestimmten magnetischen Polungen versehen, und daß die erste und zweite Errcgungsvorrichtung Wicklungen einschließt, die am Körpe/ angeordnet sind, wobei jede Wicklung einem anderen Paar der Polflächen zugeordnet ist, und betätigbar ist, wenn sie erregt wird, um die P'jlr.tärke des bestimmten magnetischen Pols der einen Polflächc des Paares zu verstärken und die Polstärke des bestimmten magnetischen Pols der anderen Polflache des Paares zu schwächen.

8. Positionierungsvorrichtung 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 (α, «', 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 Clements in der ersten Gruppe und ein Paar bildenden Polflächen eines anderen elektromagnetischen Elements in der ersten Gruppe gleich ρ (π + 'Λ) 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 p(n± 'Λ) 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.