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Verfahren der elektromechanischen Steuerung der Relativbewegungen
von PaDierträger-und TY»entrRervorrichtunaen eines Druckwerks für Schreib- und Abrechnungsautomaten.
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Prozeßrechner odgl.
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sowie Einrichtung zur Ausübung dieses Veriahrens Die Erfindung betrifft
ein Verfahren der elektroechanischen Steuerung der aus Vorwärts- und/oder Rtokwärtsschritten
ohne Typenanschlag gebildeten Relativbewegungen, zB. Leer- bzw. Rückschritt, Vorwärts-
bzw.
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Rückwärts-Tabulation, Vor- bzw. Rücklauf usw. von Papierträger- und
Typenträger-Vorrichtungen eines Druckwerks für Schreib- und Abrechnungsautomaten,
Prozeßrechner odgl., mit einer Zentraleinheit, die Steuer-, Rechner-, Programm-,
bzw. Datenspeicher- und/oder Ein-/ Ausgabe-Baugruppen enthält.
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Ein wichtiges Teilproblem bei Schreib- und Abrechnungsautomaten, Prozeßrechnern
und ähnlichen Datenverarbeitungsanlagen besteht darin, den Wagen des Druckwerks,
der entweder die Papierwalze oder den Typenträger enthält, über größere Zwischenräume
möglichst schnell und in einem Zug zu transportieren, beispielsweise beim Schreiben
von Tabellen, wo von einer Kolonne in die andere und teilweise auch wieder zurückgesprungen
werden muß und möglichst auch die erste zu schreibende Stelle direkt angelaufen
werden sollte. Wenn man, wie es bei manchen Computern vor allem für wissenschaftliche
Zwecke heute noch gelegentlich durchgeführt ist, die Zwischenräume durch Schritte
von Position zu Position überbrückt, dann geht, wie man ohne weiteres erkennt, ziemlich
viel kostbare Benützungszeit der Anlage nutzlos verloren.
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In Anlehnung an die Praxis bei herköminlichen Buchungsmaschinen ist
deshalb, wie bekannt ist, schon von dem Prinzip der Reiter Gebrauch gemacht worden,
die auf bestimmte Positionen voreingestellt werden und beim Ankommen des Wagens
an der betreffenden Position Kontakte betätigen, die den schnellen Vor- oder Rücklauf
beenden oder, wenn durch elektronisches Abfragen einer logischen Schaltung festgestellt
wird, daß diese Position nicht benötigt wird, den Wagen bis zum nächsten gesetzten
Reiter weiterlaufen lassen. Es ist offensichtlich, daß solche praktisch feste Voreinstellungen
die Verwendbarkeit der Anlage stark beeinträchtigen, zumal, wenn eine verhältnismäßig
große Zahl von möglichen Tabulierungen berücksichtigt werden muß, von denen dann
zeitweise nur wenige, aber immer wieder andere benötigt werden. Im übrigen ist bei
solchen
festen Kolonnenstellern sehr nachteilig, daß je nach der
Stellenzahl der auszuschreibenden Daten nach dem Erreichen der Reiter-Position noch
einige Leerschritte ausgeführt werden müssen, die ebenfalls wieder Zeit verbrauchen.
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Es ist auch schon vorgeschlagen worden, die Position des Wagens, beispielsweise
mit Hilfe einer Codierscheibe oder -schiene laufend zu ermitteln und den Antrieb
des Wagens dann zu unterbrechen, wenn die SOLL-Position erreicht ist. Solche Codiereinrichtungen
arbeiten nicht ixser im erwünschten Maße zuverlässig, weil einmal die Gefahr der
Verschmutzung der Codierscheibe, beispielsweise bei lichtelektrischer Abtastung,
besteht und zum anderen sich die nderung der geometrischen Abmessungen der Codierscheibe
unter dem Einfluß von Temperaturschwankungen so störend auswirkt, daß fehlerhafte
Anstejuerungen zustandekommen.
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Es ist deshalb Aufgabe der vorliegenden Erfindung, das Verfahren der
elektromechanischen Steuerung von Papierträger- und Typenträger-Vorrichtungen der
eingangs beschriebenen Gattung und die dafür benötigte Einrichtung so auszubilden
bzw. zu verbessern, daß zum einen die schnelle Überbrückung der zum Schreiben nicht
benötigten Positionen ermöglicht und gleichzeitig das.
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sichere Ansteuern der jeweils ersten benötigten Schreibposition gewährleistet
ist. Ein weiterer Teil der der Erfindung zugrundeliegenden Aufgabe besteht darin,
daß die Steuerleitungen zwischen Druckwerk und Zentraleinheit eine möglichst geringe
Zahl von Adern enthalten und daß für die Steuerung möglichst wenig Registerstellen
in Speichern benötigt werden sollen.
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Die vorstehende Aufgabe wird bei einem Verfahren der elektromechanischen
Steuerung von Papierträger- und Typenträger-Vorrichtunge'n eines Druckwerks der
eingangs beschriebenen Gattung so gelöst, daß die Antriebseinrichtung durch elektrische
Gleichstromimpulse gesteuert wird, deren Anzahl zusammen mit ihrer Polarität und/oder
einer Zusatzgröße für die Bevegungsrichtung durch die Zentraleinheit aus einem Vergleich
der von einem Speicher gespeicherten und durch laufende Einspeicherung der der Antriebseinrichtung
zugeleiteten Impulse mitgeführten IST-Position einerseits mit der von der Eingabe-
bzw. der Programmspeicher-Baugruppe gelieferten SOLL-Position der Papier- und Typenträger-Vorrichtungen
andererseits bestimmt und vorgegeben wird.
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Dabei kann es zweckmäßig sein, mindestens die Antriebseinrichtung
für die Vorwärtsbewegung direkt durch die elektrischen Impulse zu steuern und/oder
zu speisen, d.h. es ist auch möglich, die Rückwärtsbewegung oder auch die Einzelschritte
beim Schreiben durch einen gesonderten Antrieb zu bewirken Im Falle einer Rückwärtstabulierung
ist es besonders zweckmäßig und vorteilhaft, wenn die Antriebseinrichtung für beide
Bewegungsrichtungen ein mindestens annähernd symmetriches Schrittverhalten hat.
Unabhängig davon kann es allgemein, aber auch nur gelegentlich zur Durchführung
von Zwischenkontrollen zweckmäßig sein, die Schritte für eine Rückwärts-Tabulierung
aus einem vollen Rücklauf, d.h. einem Sprung a die Anfangsposition, und einer durch
eine vorgegebene Anzahl von elektrischen Impulsen erzeugten Vorwärts-Tabulierung
zus enzusetzen. Scließlich werden in besonderer Ausgestaltung
der
Erfindung auch die Einzelschritte beim Schreiben in gleicher Weise wie ie bisher
behandelten Tabulationsschritte durch die erfindungsgemäße Impulse Ansteuerung der
Antriebseinrichtung ausgelöst.
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In besonders vorteilhafter Weise läßt sich das beschriebene erfindungsgemäße
Verfahren durch eine Einrichtung ausüben, die als Antriebseinrichtung einen elektromechanischen
Wandler enthält, dessen Feldmagnt mit der einen und dessen Anker mit der anderen
der Vorrichtungen für Papierträger und Typenträger fest gekuppelt sind, und der
eine Feldverteilung auiweist, die längs der Richtung der Ankerbewegung sich gleichstufig
ändert und durch den Strom durch die Wicklungen hinsichtlich der Polarisierung umgepolt
werden kann, wobei gegebenenfalls dem durch den Strom erzeugten Feld ein perranentes
Magnetfeld überlagert sein kann, womit das Verhältnis von Halte- und Drehmoment
auf den gewünschten bzw. benötigten Wert gebracht wird. Eine solche Antriebseinrichtung
kann beispielsweise in Form von vielpoligen Magneten, und zwar sowohl beim Feldmagnet
als auch beim Anker verwirklicht sein, wobei stich also Zähne und Nuten abwechseln
und einander mit gleicher Teilung gogenüberstehea, und mindestens eine der vlelpoliten
Anordnungen Wicklungen trägt. Wird in diesel Falle die Wicklung von einem geeigneten
Strom durchflossen, dann ändert sich die Polarisierung und zwischen festem und beweglichen
Teil wirkt eine Kraft, die den beweglichen beispielsweise um einen Stufenschritt
weitertreibt, wo er dann wieder durch das Haltefo ent festgehalten wird.
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In manchen Fällen der Praxis kann es zweckiäaig sein,
anstelle
einer solchen linearen Antriebseinrichtung einen handelsüblichen Schrittmotor zu
verwenden, der ähnlich wie ein Synchronmotor mit einem Permanentmag net-Rotor und
mehreren Statorwicklungen ausgestattet ist. Diese Statorwicklungen sind je nach
der erwanschten Schrittzahl bzw. Schrittgenauigkeit ein- oder mehrphasig ausgeführt,
wobei die Beaufschlagung von drei Wicklungen durch dreiphasige Impulsströme in der
Praxis besonders zweckmäßig ist. Die Welle des Schrittmotors kann dabei sowohl in
an sich bekannter Weise über ein Seilgetriebe auf den Wagen wirken oder in einer
Verlängerung als Spindel ausgebildet sein, auf der der Wagen direkt geführt ist.
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Ein weiterer Teil der erfindungsgemaßen Einrichtung für die Ausbildung
des ebenfalls erfindungsgemäßen Veriahrens ist die sogenannte Ansteuer-Elektronik,
die im wesentlichen aus einer Schaltstufe besteht, die je nach dem Ergebnis des
Vergleichs von SOLL- und IST-Position, der vorteilhafterweise im eigentlichen Rechner
bzw. in der Zentraleinheit stattfindet, die von einem Generator gelieferten Impulse
weiterleitet, und zwar je nach dem Vorzeichen für die Erzeugung der uehrphasigon
Antriebsimpulse. Als solche Stromversorgungseinheit wird zweckmäßig ein an sich
bekannter Verteiler verwendet, der aus drei Flip-Flop-Stuien aufgebaut ist, deren
Aus- und Eingänge über UND-Gatter mehrfach verknüpft und deren Ausgänge über Leistungsverstärkerstufen
an die Wicklungen des Stators des Schrittmotors angeschlossen sind.
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Weitere Binzelheiten der Erfindung lassen sich der nachfolgenden Beschreibung
anhand der Zeichnung entnehmen;
es stellen dar: Fig. la-und b: in
schematischer und teilweise sehr prinzipieller Art, wobei alle an sich bekannten
Einzelheiten weggelassen sind, ein Ausführungsbeispiel der Eriindung und zum einen
Teil eine Alternative mit einem zwei- nicht vierphasigen Schrittmotor, der über
einen Zahnriemen mit dem herkömmlichen Seilgetriebe des Wagens gekuppelt ist; Fig.
2: ein Ausführungsbeispiel der Erfindung, wobei vor allem in Form eines Blockschaltbildes
die besonderen Einzelheiten der elektronischen Ansteuerung wiedergegeben sind.
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In Fig. la ist der eigentliche Schrittmotor 1 aus den als 24-poliger
Permanent-Magnet ausgebildeten Rotor 2 und dem Stator mit den beiden Doppelwicklungen
3 und 4 aufgebaut wiedergegeben. Seine Welle ist, wie durch die strichpunktierte
Gerade 5, angedeutet, mit dem Antriebsritzel 6 gekuppelt, das über den Zahnriemen
7 das Zahnrad 8 antreibt. Das Zahnrad 8 ist seinerseits mit dem auf der Achse 9
gelagerten Seiltrieb gekuppelt, dessen Seil 10 von der einen Rolle 11 abgewickelt
und über die Umlenkrolle 12 auf der Rolle 13 auigewickelt wird und den Wagen 14
geradlinig in der einen Richtung (hin) und bei entgegengesetztem Umlauf herbewegt,
wie für den einen Fall durch die Pfeile 15 und 16 angedeutet. Das Übersetzungsverhältnis
ist dabei so gewählt,, daß dem durch die Konstruktion des Schrittmotors 1 vorgegebenen
Schrittwinkel jeweils die geradlinige Bewegung des Wagens um einen Positionsschritt
entspricht.
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Die Doppelwi,cklun,gen 3 und 4 werden über die Fllp-Flop-
Kreise
17, 18 angesteuert, die durch das Koppelgatter 19 über die Leitungen 20 und 21 entsprechend
der Aufteilung der Wicklungen 3 und 4 mehrphasig verknüpft sind. Das Koppelgatter
19 wird über die Leitungen 22, 23 sowohl direkt als auch über die Impulsformer 24
und 25 angesteuert. Die zuletzt beschriebenen schaltungstechnischen Einzelheiten
liegen bei handelsüblichen Ansteuer-Einrichtungen für Sehrittmotoren vor, so daß
hierauf im einzelnen nicht eingegangen zu werden braucht.
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In Fig. lb, die eine Alternativ-Ausführung des Ausführungsbeispiels
der Fig. la hinsichtlich der vom Schrittmotor 1 angetriebenen Teile wiedergibt,
ist der Schrittmotor 51 au9 der einen Seite des durch die gestrichelte Linie 52
angedeuteten Sehreibserks angeordnet, in dessen oberem Teil der Wagen 53 auf einer
nicht wiedergegebenen geradlinigen Führung verschieblich eingebaut ist. Der Wagen
wird durch einen Bandzug transportiert, dessen linker Teil 54 auf der Rolle 55 und
dessen rechter Teil 56 nach Umlenkung über die Umlenkrolle 57 und das seitlich versetzte
gerade Stück 58 auf der Rolle 59 aufgewickelt wird. Beide Rollen 55 und 59 sind
auf der Achse 60 des Schrittmotors 51 befestigt; durch die Art der Aufwicklung,
nämlich des linken Teils über die Vorderkante 61 und des rechten Teils über die
Hinterkante 62 bleibt während des ganzen Transports der Bandzug gleichmäßig genannt,
wobei die Spannung in an sich bekannter Weise durch die üblichen Mittel voreingestellt
werden kann.
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In Fig. 2 sind zunächst die Eingangsschaltungen 101, 102, der Taktgenerator
103, das Impulstor 104 mit einem monostabilen Multivibrator sowie die Schaltstufe
105
wiedergegeben, die den einen Teil der erfindungsgemaßen Ansteuer-Elektronik
für einen Schrittmotor bilden. Die Schaltstufe 105 ist über die beiden Ausgangsleitungen
106 und 107 mit entsprechenden Eingängen der Verteilerstufe 108, den anderen Teil
der Ansteuer-Elektronik, verbunden, die aus der an den Pol 109 angeschlossenen Stromquelle
den nicht wiedergegebenen Schrittmotor bzw. seine Statorwicklungen über die Klammer
110 bis 112 mit dreiphasigen Impulsströmen versorgt.
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Die Verteilerstufe selbst ist aus den drei Flip-Flop-Stuien 113 bis
115 aufgebaut, deren Eingänge über die Leitungen 116 bis 121 durch die Gatter 122
bis 127 und die Leitungen 128 mit den diesen in entsprechender Weise zugeordneten
Ausgängen der Flip-Flop-Kreise 113 bis 115 verknüpft sind. Über die Dioden 129 bis
131 sind die Flip-Flop-Kreise 113 bis 115 mit einer weiteren, hier nicht wiedergegebenen
Schaltung verbunden, die lediglich die Aufgabe hat, beim Ausschalten der Einrichtung
alle Flip-Flop-Kreise in an sich bekannter Weise in eine bestimmte Ausgangsstellung
zurückfallen zu lassen. Die auf den Leitungen 132 bis 134 liegenden Ausgangssignale
der Flip-Flop-Kreise 113 bis 115 steuern die Leistungsverstärkerstufen 135 bis 137,
deren Ausgänge 138, 139, 140 mit den schon erwähnten Klemmen 110 bis 112 verbunden
sind.
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Je nachdem ob auf der Leitung 106 oder auf der Leitung 107 die Impulse
des Taktgenerators 103 bzw. des im Impulstor 104 enthaltenen monostabilen Multivibrators
auftreten, wird die an den Klemmen 110 bis 112 auftretende Gruppe von Gleichstromimpulsen
so umgeschaltet,
daß der Schrittmotor einen-Schritt in der einen
oder in der anderen Richtung weiterdreht. Die schon erwähnten Eingangsschaltungen
101, 102 haben die Aufgabe, von den eigentlichen Steuerstuien, nämlich dem Impulstor
104 und der Schaltstufe 105 alle jene Impulse fernzuhalten, die auf den Leitungen
der Zentraleinheit - oft unvermeidbar - liegen, aber mit der hier in Rede stehenden
Steuerung der Antriebseinrichtung für den Wagen nichts zu tun haben. Als solche
Störimpulse seien beispielsweise die Löschimpulse der Rechnerausgate erwähnt, die
also durch die Eingangsschaltungen 101 und 102 unterdrückt werden. Außerdem enthalten
die Eingangsschaltungen 101 und 102 Schaltungsteile, die eine Anpassung. hinsichtlich
Leistung und Impedanz für diejenigen Signale in den Eingängen 141, 142 herbeiführen,
die über die Leitungen 143, 144 von der Zentraleinheit zugeführt werden.
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In dieser Zentraleinheit, zu der alle jene Teile gehören, die unterhalb
der strichpunktierten Linie 145 liegen, wird in den Speicher 146 die über die Leitung
147 gemeldete Anzahl von Impulsen, welche über die Leitung 106 bzw. 107 der Verteilerstuie
108 zugeleitet werden, zu der bereits gespeicherten IST-Position addiert. In dem
anderen Speicher 148 liegt entweder direkt von der Eingabe-Baugruppe 149 über die
Leitung 150 oder indirekt aus den Programmspeicher 151 über die Leitung 152 eingespeichert
die SOLL-Position. Über die Leitungen 153 bzw. 154 werden die IST- und die SOLL-Position
bzw. die ihnen entsprechenden Bit-Kombinationen in dem Vergleichsglied 155 dahingehend
ausgewertet, ob die eine größer oder kleiner als die andere
ist,
und Je nachdem aus der Zentraleinheit auf die Leitung 143 ein Signal-entsprechend
dem Kommando "START" und auf der Leitung 144 ein Kommando "LINKS/ RECHTS" abgegeben.
Solange SOLL- und IST-Position verschieden sind, wird also über die Leitung 143
und die Eingangsschaltung 101 das Impulstor 104 veranlaßt, aus seinem monostabilen
Multivibrator einen Impuls in die Schaltstufe 105 abzugeben. Diese schaltet je nach
dem Kommando "LINKS" oder "RECSTS" diese Impulse auf eine der beiden Leitungen 106
und 107, so daß, wie angestrebt, der Schrittmotor um einen Schritt nach links bzw.
nach rechts bewegt wird0 Die Drehung des Schrittmotors hört auf, wenn SOLL- und
IST Positionen gleich sind, d.h. die Eingangsschaltung 141 kein Signal mehr erhält.
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Der verhältnismäßig schnelle Transport des Wagens unter dem Einfluß
des Vergleichs von SOLL- und IST-Position, d.h. in allen Fällen von Vorwärts- und
Rückwärts-Tabulation usw. kommt dadurch zustande, daß Schrittmotoren in der geschilderten
Betriebsweise bis zu 150 Schritte pro Sekunde einwandfrei ausführen können. Daß
die Steuerung entsprechend schnell arbeiten kann bei Verwendung neuzeitlicher elektronischer
Einheiten, bedarf vermutlich keiner näheren ErlAuterung. Daß schließlich aufgabengemäß
jeweils die erste zu schreibende Position angesteuert wird, ergibt sich ohne weiteres
aus der geschilderten Berücksichtigung der SOLL-Position, bei der durch den Rechner
die betreffende Stelle erfaßt ist.