DE2131462A1 - Vorrichtung zum ferngesteuerten Abgeben,UEbertragen und reziproken Aufnehmen mechanischer Informationsgroessen - Google Patents

Description

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Patentanwälte Dlpl.-Ing. R. BEETZ sen. Dlpl-Ing. K. LAMPFJECHT Dr.-Ing. R. B E E T Z Jr.

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24.6.1971

1. Gilbert LELANDAIS, BOIS D¹ARCY (Frankreich)

2. Societe" LA CALHSNE, BEZONS (Frankreich)

Vorrichtung zum ferngesteuerten Abgeben, Übertragen und reziproken Aufnehmen mechanischer Informationsgrößen

Sie Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum ferngesteuerten Abgeben, Übertragen und reziproken Aufnehmen mechanischer Informationsgrößen zwischen zwei identischen Moduln·

Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind zwei identisch· Moduln vorhanden, die eine gleichzeitige und gegenseitige Abgabe und/oder Aufnahme ron Informationen gewährleisten, die ron jedem ron ihnen getrennt aufgefangen werden.

Die Erfindung bezieht sich bei einer solchen Vorrichtung in·· besondere auf die Übertragung von Informationen) die einer bt'seindeutigen Verschiebung eines Steuerorgane gegenüber einem Nach-

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führorgan entsprechen, das die Bewegungen des Steuerorgans reproduzieren soll. In diesen Anwendungsfalle muß der mit dem Steuerorgan gekoppelte Modul die Übertragung von Bewegungsinformationen zum Modul des Nachführorgans gewährleisten, und dieser wiederum muß diese Bewegungen steuern, und für den Modul des Steuerorgans Informationen zurückgewinnen, die auf die richtige Verschiebung des Nachführorgans

nicht zurückgehen. Mit anderen Worten ausgedrückt, muß die Torrichtung nur eine Übertragung von Informationen vom Steuerorgan auf das Nachfuhrorgan, sondern außerdem auch eine Rückübertragung dieser Informationen vom Nachführorgan auf das Steuerorgan gewährleisten, wobei diese rückübertragenen Informationen gegebenenfalls durch die Bedingungen für die Bewegung des Nachführorganes in dessen eigenem Milieu modifiziert werden und damit das Steuerorgan eine Rückmeldung über die Verschiebung des Nachführorgans erhält.

Zu diesem Zwecke ist eine Vorrichtung der eingangs erwähnten Art erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, daß jeder Modul einen Positionsleser mit einem beweglichen Zeiger zum umsetzen von Information über die mechanische Bewegung eines mit dem Zeiger gekoppelten Betätigungsorgans in aufeinanderfolgende elektrische Impulse, ein zwischen-einem Tragwagen und dem Zeiger durch dessen Bewegung zusammendrückbar angeordnetes Element mit geeichter Komprimierbarkeit, einen Steuermechanismus zum Verschieben des !Pragwagens parallel zur Bewegung des Zeigers und einen Hiohtungsindikator zum Anzeigen der Richtung dieser Bewegung aufweist und daß der Steuermechanisaus jedes Moduls durch den Positionsleser und durch den Richtungsindikator des jeweils anderen Moduls betätigbar ist und dabei eine Verschiebung des zugehörigen Tragwagens im Sinne einer Rückführung des entsprechenden zuaammendrückbaren Elements auf seine anfängliche Länge auslöst.

Bei einer ersten Ausführungsform für eine erfindungsgemäß ausgebildete Vorrichtung enthält der Steuermechaniemus jedes Moduls eine mit einer a» Tragwagen sitzenden Schraubenmutter zusammenwirkende

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und von einem Schrittmotor drehbare Schraubenspindel und sind die Ganghöhe der Schraubenspindel und die Schrittweite des Schrittmotors so gewählt, daß die Verschiebung des Tragwagens bei einem Schritt des Schrittmotors etwa gleich der Verschiebung des Zeigers des Positionslesers zwischen zwei aufeinanderfolgenden elektrischen Impulsen wird.

Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung weist jeder Fositionsleser einen Induktionskreis aus einer feststehenden Wicklung, die um einen Stapel aus identischen, parallel zueinander und senkrecht zur Verschiebungsrichtung für den beweglichen Zeiger angeordneten und durch isolierende Platten voneinander getrennten magnetischen Blechen herumgelegt ist., und aus einem am Zeiger angebrachten Induktionskopf mit mindestens einem mit einer Induktionswicklung versehenen Magnetkern auf, der einen einenLuftspalt bildenden Schlitz enthält und sich in unmittelbarer Nachbarschaft zu dem Magnetblechstapel verschiebt. Hit Vorteil weisen dabei die magnetischen Bleche des Induktionskreises die gleiche Sicke auf wie die dazwischenliegenden isolierenden Platten, enthält der Induktionskopf mehrere nebeneinander liegende Magnetkerne mit je einem Luftspalt und steht der Abstand zwischen den Luftspalten zweier benachbarter Magnetkerne in einem einfachen Verhältnis zu dem Abstand zwischen zwei benachbarten Magnetblechen des Induktionskreises.

Gemäß einer anderen Weiterbildung der Erfindung weist jeder Modul im Inneren eines äußeren Schutzgehäuses zwei Rollenlager zum Lagern und axialen Zentrieren einer Schraubenspindel mit einem an einem Ende daran angreifenden Schrittmotor für den Drehantrieb der Schraubenspindel und einen den beweglichen Zeiger des Positionslesers bildenden beweglichen Hasselkopf auf, der auf einer Hülse am Tragwagen frei gleiten kann und an entgegengesetzten Stirnflächen Ausnehmungen für die Abstützung je eines Endes von tarierten und nur auf Kompression arbeitenden Federn enthält, deren jeweils andere Enden an zwei auf der Hülse sitzenden Querschultern abgestützt sind.

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Als Betätigungsorgan für den Positionsleser kann insbesondere mindestens eine die Federn am Masselkopf und die Querschultern der Hülse durchsetzende Steuerstange vorgesehen sein, die sich über das äußere Schutzgehäuse hinaus nach außen fortsetzt. Um dennoch die auf beiden Seiten der Schraubspindel auf den Hasselkopf ausgeübten Kräfte im Gleichgewicht zu halten, ist dieser Masselkopf vorzugsweise mit zwei parallelen Betätigungsstangen verbunden, die mit vier Federn gekoppelt sind, die paarweise auf entgegengesetzten Seiten der Zugstangen sitzen und gleichzeitig paarweise auf Kompression arbeiten. Zur Sicherstellung schließlich der Führung des Tragwagens im Inneren des äußeren Schutzgehäuses weisen die Querschultern der Hülse vorzugsweise vorspringende Teile von der Form dreieckiger Prismen auf, deren in einer durch die Achse der Schraubenspindel gehenden Ebene liegende Außenkanten in Längsnuten auf der Innenseite des Schutzgehäuses eingreifen.

Zur weiteren Erläuterung der Erfindung wird nunmehr auf die Zeichnung Bezug genommen, die zwei Ausführungsbeispiele für eine erfindungsgemäß ausgebildete Vorrichtung veranschaulicht; dabei zeigen in der Zeichnung:

Fig. 1 eine Gesamtansicht eines ersten Ausführungsbeispiels mit sohematischer Darstellung der beiden verwendeten Moduln und ihrer gegenseitigen Verbindungen,

Fig. 2 eine perspektivische Sarstellung einer speziellen Ausführungsform für den Positionsleser eines der beiden Moduln von Fig. 1,

Fig. 3 eine sehr scheaatisch gehaltene Ansicht des gleichen Positionslesers, des Eichtungeindikator» und der damit gekoppelten elektronischen Schaltungen,

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Fig. 4 und 5 einen Schnitt bzw. eine Seitenansicht für die mechanische Realisierung eines der Moduln von Fig· 1»

. 6 eine Seitenansicht für ein zweites Ausführungsbeispiel und

Fig. 7 einen Schnitt entlang der Schnittlinie VII-VII in Fig. 6.

Das im folgenden beschriebene erste Ausführungsbeispiel ist für den Fall einer Übertragung und der gesteuerten Aufnahme von mechanischen Informationen gedacht, die einer geradlinigen Bewegung eines beliebigen Steuerorgans entsprechen, die an ein Nachführorgan weitergegeben wird, das die Bewegungen des Steuerorgans reproduzieren mu£ und seinerseits für das Steuerorgan Informationen über seine Eigenbewegung in seiner Umgebung und insbesondere Informationen erzeugt, die einer Abbremsung, einer Blockierung oder umgekehrt einer Beschleunigung entsprechen, wodurch sich für das vom Nachführorgan räumlich entfernt angeordnete Steuerorgan eine ständige Empfindlichkeit skontrolle für die Bewegungsübertragung ergibt. Sie dargestellte Vorrichtung besitzt zwei identische Moduln A und B, von denen der Modul A mit dem Steuerorgan und der Modul B mit dem Nachführorgan gekoppelt sein soll. Im folgenden werden Bauteile des Moduls A durch eine durch den Buchstaben a ergänzte Zahl und die entsprechenden Bauteile des Moduls B durch die gleichen Zahlen mit einem hinzugefügten b bezeichnet.

Der Modul A besitzt ein Betätigungsorgan, das in der Zeichnung schematisch als Stange 1a angedeutet ist, die eine iis-eindeutige Verschiebung entlang ihrer Achse erfahren kann. Sie Stange 1a ist mit einem Positionsleser verbunden, der einen beweglichen Zeiger 2a besitzt, der mit zwei Federn 5a bzw. 4a von vollkommen geeichter Eompremierbarkeit gekoppelt ist, die zwischen de» Zeiger 2a einerseits und zwei Querschultern 5a bzw. 6a eines Tragwagens 7a angeordnet sind· Der Tragwagen 7a ist mit einer Schraubenmutter versehen,

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die mit einer Schraubenspindel 8a von hoher Genauigkeit zusammenwirkt, die sich parallel zur Stange 1a und zur Achse der Federn 3a und 4a erstreckt. Sie Schraubenspindel 8a ist fest mit der Ausgangswelle eines Schrittmotors 9& üblicher Art verbunden, sie kann daher durch einen geeigneten elektrischen Impuls für die Steuerung der Drehbewegung des Schrittmotors 9& ohne die Gefahr einer Überschreitung oder von Schwingungen um einen festen Winkel gedreht werden, der für jeden von den Wicklungen des Schrittmotors 9a aufgefangenen Steuerimpuls genau reproduzierbar ist.

Der Positionsleser des Moduls A besitzt außer dem beweglichen Zeiger 2a eine elektromagnetische Einrichtung, die eine genaue Messung der Verschiebungen des Zeigers 2a ermöglicht und sie in eine Serie von elektrischen Impulsen umsetzt, die nach geeigneter Formung und Verstärkung die Drehung des Schrittmotors 9b im Modul B bewirken können. Diese elektromagnetische Einrichtung enthält eine elektrische Speisequelle 10 für die Speisung einer Erregerwicklung 11a für einen feststehenden Induktionskreis, der aus einem Stapel aus magnetischen Blechen 12a besteht, die durch isolierende Platten 13a .voneinander getrennt sind. Vorzugsweise weisen die magnetischen Bleche 12a oder 12b der Induktionskreise in beiden Moduln A und B, wie dies in Verbindung mit Fig. 2 und 3 unten im einzelnen beschrieben ist, die Form länglicher Quader aus magnetischem Material auf, die infolge der in ihnen durch den Durchgang von Strom durch die Wicklungen 11a oder 11b entstehende Induktion ein Magnetfeld entstehen lassen, dessen Feldlinien im wesentlich:η senkrecht zu den Stangen 1a oder 1b und damit senkrecht zu der Verschiebungsrichtung für die beweglichen Zeiger 2a oder 2b verlaufen. Mit Vorteil besitzen die Bleche 12a oder 12b die gleiche Dicke wie die sie voneinander trennenden isolierenden Platten 13a oder 13b.

Der bewegliche Zeiger 2a trägt gegenüber den magnetischen Blechen 12a des feststehenden Induktionskreises einen Magnetkern 14a nach Art eines magnetischen Lesekopf es, der die Form eines bis auf

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einen einen sehr engen Luftspalt bildenden Schlitz 15a in sich geschlossenen Ringes aufweist. Auf dem Magnetkern 14a ist eine Wicklung 16a aufgewickelt, die eine Induktionsspule bildet und in der bei jedem Vorbeigang des Schlitzes 15a in einem Bereich des feststehenden Induktionskreises mit sich umkehrender Magnetfeldrichtung ein vom feststehenden Induktionskreis induzierter elektrischer Impuls entsteht. Steht nämlich der Schlitz 15a einem beliebigen magnetischen Blech ija genau gegenüber, so unterliegt der Magnetkern 14a dem durch dieses Blech 12a geschaffenen Magnetfeld; in der Wicklung 16a fließt dann kein merklicher Strom, da die Magnetflußänderung im Magnetkern 14a vernachlässigbar klein ist. Nähert sich dagegen der Schlitz 15a einem Ende des gleichen magnetischen Bleches 12a, so befindet sich ein Teil des Magnetkernes 14a vor einer isolierenden Platte 13a und damit wegen des Schlitzes 15a in einem Magnetfeld von ungekehrtem Vorzeichen. Die sich daraus ergebende Magnetflußänderung induziert in der Wicklung 16a einen elektrischen Impuls, der umso größer ausfällt, je enger der Schlitz 15a ist.In gleicher Weise entsteht in der Wicklung 16a ein weiterer elektrischer Impuls gleicher Größe, aber umgekehrten Vorzeichens, wenn sich der Schlitz 15a bei fortdauernder Verschiebung des Zeigers 2a dem Ende des nächsten Bleches 12a nähert usw.

Man sieht also, daß der aus dem beweglichen Zeiger 2a, der Erregerwicklung 11a, den magnetischen Blechen 12a, dem Magnetkern 14a und der Wicklung 16a bestehende Positionsleser bei jedem Vorbeigang des Schlitzes 15a vor einem magnetischen Blech 12a oder einer isolierenden Platte 13a elektrische Impulse mit alternierendem Vorzeichen abgibt. Da die magnetischen Bleche 12a und die isolierenden Platten 13a von ihrer Konstruktion her die gleiche Dicke aufweisen, sind alle erzeugten Impulse durch ein gleiches Pausenintervall voneinander getrennt, das daher als Bezugseinheit für die Verschiebung der Stange 1a genommen werden kann. Da nun jeder dieser Impulse nach passender Formung und Verstärkung die Drehung des Schrittmotors 9b des Moduls B bewirkt, wird die Ganghöhe für die Schraubenspindel 8b

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so gewählt» daß die durch ihre Drehung hervorgerufene Verschiebung des Tragwagens 7b etwa gleich dem Verschiebungsweg für den beweglichen Zeiger 2a zwischen zwei aufeinanderfolgenden elektrischen Impulsen wird. Ist beispielsweise der Bezugsabstand zwischen zwei aufeinanderfolgenden Impulsen eines Positionslesers zu 1/100 mm bemessen_t so kann man beispielsweise einen handelsüblichen Schritt-

ο ' motor verwenden» dessen Drehwinkel je Schritt 3 45 beträgt» was einer vollen Umdrehung in 96 Schritten entspricht. Weisen dann die Schraubenspindel Sa und 8b ihrerseits ein Schraubengewinde mit einer Ganghöhe von 1 mm auf» so führt jeder Schritt des zugehörigen Schrittmotors 9& bzw. 9b zu einer Verschiebung des Tragwagens 7a bzw. 7b um eine Strecke von I/96 mm_t was im wesentlichen gleich der Bezugsgröße von I/IOO mm ist.

Die infolge einer Verschiebung des beweglichen Zeigers 2a unter der Einwirkung der Stange 1a in der Wicklung 16a des-Moduls A entstehenden elektrischen Impulse werden einer elektronischen Impulsformerschaltung zugeführt» die parallel dazu eine komplementäre Information über den Richtungssinn für die Verschiebung der Stange 1a erhält» die entweder die eine oder die andere der beiden Federn 3a oder 4& zusammendrückt. Der dazu vorgesehene Bichtungsindikator besteht im einfachsten Falle aus eines Hagnetkern 17a» der fest mit dem beweglichen Zeiger 2a verbunden ist und sich bei dessen Verschiebung längs der Achse einer Spule 18a verschiebt, in der er dann einen Strom induziert» dessen Phasenlage für den Hichtungesinn der Verschiebung des Magnetkernes 17a und damit auch des beweglichen Zeigers 2a representativ ist.

Die von dem Positionsleser abgegebenen elektrischen Impulse und das Ausgangssignal des Richtungsindikatore werden in einer kombinierten Gleichrichter- und Verstärkerstufe 19a aufbereitet, die unten in Verbindung mit Fig. 3 im einzelnen beschrieben ist und deren Ausgangssignal den Schrittmotor 9b des Moduls B speist. In gleicher Weise steuern der Positionsleser und der Richtungs-

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indikator des Moduls B den Schrittmotor 9a des Moduls A, wobei die entsprechenden elektronischen Schaltungen für beide Moduln A und B einander genau gleich sind.

Übt man auf die Stange 1a eine Kraft, beispielsweise eine in Fig. 1 nach unten gerichtete Zugkraft aus, die eine Verschiebung des beweglichen Zeigers 2a um eine vorgegebene Strecke bewirkt, so führt dies zu einer Zusammendrückung der Feder 3a» da der Tragwagen 7a auf der Schraubenspindel 8a unbeweglich"stehen bleibt. Die Verschiebung des beweglichen Zeigers 2a läßt gleichzeitig in der Wicklung i6a einen oder mehrere elektrische Impulse entstehen, wobei deren Anzahl von der während der Verschiebung durch den Zeiger 2a zurückgelegten Strecke abhängt. Für die folgende Erläuterung sei angenommen, daß die Verschiebung des Zeigers 2a nur einen einzigen Impuls erzeugt. Dieser veranlaßt nach Impulsformung und Verstärkung in der kombinierten Impulsformer- und Verstärkerstufe 19a die Drehung des Schrittmotors 9b um einen Schritt mit passendem Drehsinn, was eine Drehung der Schraubenspindel 8b hervorruft, die daraufhin den Tragwagen 7b in Richtung der Bewegung der Stange 1a, also im vorliegenden Beispiel nach unten verschiebt. Die richtige Steuerung des Drehsinnes für den Schrittmotor 9b wird durch das vom Riohtungsindikator des Moduls A mit dem Magnetkern 17a und der Spule 18a abgegebene Signal gewährleistet.

Die so erzielte Verdrehung der Schraubenspindel 8b verschiebt den Tragwagen 7b um eine Strecke, die bei richtiger Wahl der Schrittweite für den Schrittmotor 9b und dfr Ganghöhe für die Schraubenspindel 8b genau der Verschiebung entspricht, die der bewegliche Zeiger 2a des Positionslesers zwischen zwei aufeinanderfolgenden Impulsen erfahren »fahren hat. Bei seiner Verschiebung nimmt der Tragwagen 7b über die Feder 4b auch den beweglichen Zeiger 2b und damit die Stange 1b mit, wobei der bewegliche Zeiger 2b vor den Blechen 12b des feststehenden Induktionskreises des Moduls B die so definierte Strecke zurücklegt. Bei diesem Vorbeigang des beweglichen Zeigers 2b vor den Blechen 12b wird nun wiederum ein elektri-

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scher Impuls in der Wicklung 16h induziert, der nach Formung und Verstärkung in der kombinierten Impulsformer- und Verstärkerstufe

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19b seinerseits den Schrittmotor 9a in adäquatem Sinne steuert. Die Verdrehung des Schrittmotors 9a um einen Schritt führt über die Schraubenspindel 8a zu einer Verschiebung des Tragwagens 7a» die eine Freigabe der zusammengedrückten Feder 3a bewirkt, die sich damit auf ihre anfängliche Länge ausdehnt. Damit ist dann die Stange 1b um genau die gleiche Strecke verschoben worden wie die Stange 1a, und diese Gleichheit der Verschiebewege beider Stangen 1a und 1b nach Größe und Richtung bleibt unabhängig von Ausmaß und Richtung der anfänglichen Verschiebung einer dieser Stangen erhalten.

Diese Hypothese läßt sich daher auch auf den Fall anwenden, daß sich auf dem Verschiebewege für die Stange 1b ein Hindernis befindet) das diese in ihrer Lage blockiert, sowie auf die sich daraus ergebende Rückwirkung auf die Stange 1a. Ist die Stange 1b in ihrer Lage blockiert, so führt die Verschiebung des Tragwagens 7b zu einer Kompression der Feder $b um die entsprechende Verschiebungsstrecke. Ein neuerlich auf die Stange 1a ausgeübter Zug führt zu einer erneuten Zusammendrückung der Feder 3a, und diese wiederum veranlaßt in der oben beschriebenen Weise die Drehung des Schrittmotors 9b um einen weiteren Schritt, der eine erneute Kompression der Feder 4b veranlaßt, die sich zu der bereits bestehenden Kompression addiert. Dabei stellt man fest, daß der auf die Stange 1a ausgeübte Zug gleich der Kompression für die Feder 4b ist. Ein eine Verschiebung de?: Stange 1a vornehmender Benutzer spürt daher genau den Widerstand, den das Hindernis der Verschiebung der Stange 1b entgegensetzt und der sich meßtechnisch durch die identischen Kompressionen der Federn 3a und 4b ausdrückt. In gleicher Weise läßt sich leicht zeigen, daß ein Benutzer an der Stange 1a jeden dynamischen Widerstand verspürt, der sich einer entsprechenden Verschiebung der Stange 1b entgegenstellt.

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Unter diesen Bedingungen führt jede Krafteinwirkung, die sich der oaf die Stange 1b durch die Verschiebung der Stange 1a ausgeübten Kraft entgegenstellt oder eich zu dieser Kraft hinzuaddiert, zu einer relativen Kompression einer der Federn 3b oder 4b und verändert die Verschiebung des beweglichen Zeigers 2b gegenüber der des Tragwagens 7b; die Reaktion des Positionslesers des Moduls B führt daher unter Umsetzung in elektrische Impulse für den Modul Λ bei diesem zu einer analogen Kompression der Federn 3a oder 4a, so daß sich an der Stange 1a der gleiche Bewegungswiderstand ergibt wie an der Stange 1b.

In dieser Betriebsweise ändert sich auch dadurch nichts, daß für die beiden Moduln A und B ein identischer Aufbau und ein identischer Betrieb angenommen ist, wobei zwischen den beiden Moduln ein festes Proportionalitätsverhältnis gegeben ist. Wenn nämlich die Federn 3a und 3b des als mit dem Steuerorgan verbunden angenommenen Moduls A und die Federn 3b und 4b des als dem Nachführorgan verbunden angenommenen Moduls B in einem vorgegebenen Eichverhältnis stehen, so werden die auf die Stange 1a ausgeübten Kräfte mit diesem Verhältnis multipliziert an der Stange 1b auftreten. Da die Positionsleser die Schrittmotore nur entsprechend den linearen Verschiebungen steuern, erhält man so für zwei ähnliche Verschiebungen zwei unterschiedliche Kräfte. In ähnlicher Weise ist ohne weiteres vorstellbar, daß die Moduln so betrieben werden können, daß identische Kräfte unterschiedlichen Verschiebungen entsprechen, wobei jedoch das jeweilige vorher festgelegte Verhältnis erhalten bleibt.

In Fig· 2 ist eine beeondere Ausführungsform für die in den Moduln A und B verwendeten Positionsleser ia. perspektivischer Darstellung und in größerem Maßstab veranschaulicht. Man sieht in Fig. 2 quaderföraige magnetische Bleche, die unter Zwischenlage von isolierenden Platten 15 gleicher Stärke aneinandergereiht sind, und eine Bleche 12 und Platten 13 umgebende Erregerspule 11. Tor dieses den festen Induktionskreis des Positionslesers bildenden

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Aufbau wird ein Magnetkern 14 mit einer Wicklung 16, der fest mit dem beweglichen Zeiger des betreffenden Poaitionslesers verbunden ist, verschoben, und dieser Magnetkern 14 besteht bei dem dargestellten Beispiel aus Profilstäben 20 mit einander komplementärem Profil, die Seite an Seite nebeneinander gestellt sind und zwischen sich vor den magnetischen Blechen 12 die Luftspalte des Magnetkreises bildende Trennfugen 21 aufweisen, die mit Hilfe dünner Folien aus amagnetischem Material, insbesondere mit Hilfe von Goldfolien realisiert werden können. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel weist der den Lesekopf bildende Magnetkern I4 sechs Profilstäbe 20 und fünf Trennfugen 21 zwischen diesen Profilstäben 20 auf.

Fig. 3 veranschaulicht die Gegenüberstellung der magnetischen Bleche 12 und der dazwischen angeordneten isolierenden Platten 13 mit den Profilstäben 20 und ihren Trennfugen 21. Mit Vorteil ist die Dicke der Profilstäbe 20 so gewählt, daß aie in einem vorgegebenen einfachen Verhältnis zur Sicke der magnetischen Bleche 12 steht, so daß die für die Erzielung eines elektrischen Impulses in der Wicklung 16 erforderliche Verschiebung des beweglichen Zeigers 2 des Positionslesers kleiner/drd, aber im gleichen Verhältnis zur Dicke der magnetischen Bleche 12 steht. Wenn die Bleche 12 beispielsweise eine Dicke von 5/100 m aufweisen, was aus technologischen Gründen eine untere Grenze darzustellen scheint, besitzen die Profilstäbe 20 eine Dicke von 9/100 mm, während die Breite der Trennfugen 21 vernachlässigbar klein ist. unter diesen Bedingungen genügt eine als Bezugsgröße angenommene Verschiebung von I/IOO mm für den beweglichen Zeiger zur Erzeugung eines elektrischen Impulses in der Wicklung 16. In Fig. 3 sind fünf aufeinanderfolgende magnetische Bleche 12 durch hinzugefügte Indizes von 1 bis 5 markiert, während die ihnen gegenüberstehenden sechs Profilstäbe 20 fünf Trennfugen 21 aufweisen, die ebenfalls mit Indizes von 1 bis 5 bezeichnet sind. Wenn nun der erate elektrische Impuls der Verschiebung der ersten in das Magnetfeld des Bleches 12. eintretenden Trennfuge 21. um die Bezugsgröße von 1/100 mm entspricht, so wird der zweit« elektrische Iapuls durch

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die folgende Verschiebung um die Bezugsgröße Ton I/IOO mm erzeugt, die die zweite Trennfuge 21 in das Magnetfeld des magnetischen Bleches 12 eintreten läßt, und soport für jede weitere Verschiebung um eine Bezugsgröße bis zum fünften elektrischen Impuls, der durch den Eintritt der fünften Trennfuge 21,- in das Magnetfeld des magnetischen Bleches 12,. erhalten wird. Da jedoch jedes magnetische Blech 12 eine Dicke von 5/¹OO mm besitzt, sieht man sofort, daß der sechste elektrische Impuls während der nächsten Verschiebung um eine Bezugsgröße durch den Austritt der ersten Trennfuge 21. aus dem Magnetfeld des ersten magnetischen Bleches 12. erzeugt wird, und so weiter bis zum zehnten elektrischen Impuls, der durch den Austritt der letzten Trennfuge 21- aus dem Magnetfeld des magnetischen Bleches 12,- erhalten wird. Die dargestellte Anordnung, die eine Art von Nonius darstellt, ermöglicht also die Erzeugung von elektrischen Impulsen für Verschiebungen um eine Bezugsgröße, die erheblich unter der effektiven Breite der verwendeten magnetischen Bleche 12 liegt.

In Fig. 3 sind außerdem die Einzelheiten einer kombinierten elektronischen Impulsformer- und Verstärkerstufe I9 dargestellt, die mit der Wicklung 16 des beweglichen Zeigers 2 eines Positionslesers des entsprechenden Moduls und mit dessen Sichtungsindikator 17, 18 gekoppelt ist. Die von der Wicklung 16 abgegebenen Impulse werden eines Verstärker 22 zugeführt, gelangen von dessen Ausgang zu einem Gleichrichter 23 und über diesen zu einem Impulsformer 24, an dessen Ausgang die Impulse schließlich in Form von Rechteckimpulsen mit hoher Flankensteilheit auftreten. In gleicher Weise wird das in der Wicklung 18 duroh die Verschiebung dee Magnetkernes 17 erzeugte Signal auf einen Differenzverstärker 25 gegeben, gelangt von dessen Ausgang zu einem Impulsformer 26 und von dort schließlich zu einer Kippstufe 27, die ihrerseits das öffnen von Toren 28 oder 29 steuert, die dann wahlweise die vom Impulsformer 24 abgegebenen Hechteckimpulse auf den einen oder den anderen Eingang einer Schaltungsstufe 30 gelangen lassen, die ihrerseits die Drehung des Schrittmotors 9 i* jeweils anderen Modul mit passendem Drehsinn bewirkt.

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Fig· 4 und 5 veranschaulichen im Schnitt bzw. in Seitenansicht eine praktische Realisierungsform für einen der Moduln von Fig« 1. Die Welle 31 des Schrittmotors 9 ist mit einem Koppelorgan 6o für ihre Ankopplung an ein Ende der Schraubenspindel 8 versehen. Die Schraubenspindel 8 dreht sich in Lagern 33 ^un(i 34» die ihrerseits in Lagerböcken 35 bzw. 36 sitzen, die einander mit Abstand in einem äußeren Schutzgehäuse 37 gegenüberstehen. Der Tragwagen 7» durch den die Schraubenspindel 8 hindurchgeführt ist, besitzt eine Längshülse. 38, die in ihrer Mitte ein Kernstück 39 mit Innengewinde trägt und an ihren Enden Querschultern 40 und 41 aufweist. Die Querschultern 40 und 41 weisen an ihren Außenflächen Vorsprünge 42 auf, die, wie insbesondere Fig· 5 zeigt, die Form dreieckiger Prismen aufweisen, deren obere Kaate^in Längsrinnen 43 auf der Innenseite des Schutzgehäuses 37 eingreifen und damit eine Längsführung für den Tragwagen 7 bei dessen Verschiebung längs der Schraubenspindel 8 durch deren Drehung über den Schrittmotor 9 gewährleisten. Auf der Hülse 38 ist frei darauf verschiebbar ein Masselkopf 44 gelagert, der den beweglichen Zeiger für den Positionsleser bildet und dessen Rolle in Verbindung mit dem feststehenden Induktionskreis bereits oben erläutert ist. Dieser Masselkopf 44 weist an seinen entgegengesetzten Stirnflächen Ausnehmungen 45 und 46 für die Abstützung zweier Federn 3 bzw· 4 mit geeichter Kompressibilität auf, deren jeweils andere Enden an den Querschultern 40 bzw. 4I des Tragwagens 7 in dafür vorgesehenen Ausnehmungen 47 bzw. 48 abgestützt sind. Vorzugsweise und zur Erzielung eines besseren Gleichgewichts für den beweglichen Hasselkopf 44 gegenüber dem Tragwagen 1 sind die Federn und 4 auf der anderen Seite der Hülse 38 durch zwei weitere Federn 3* bzw. 4¹ (Fig· 4) ergänzt, wobei die Federn 3 und 3¹ einerseits und 4 und 4' andererseits mit gleichzeitiger Kompression entsprechend der Belatiwerschiebung des Masselkopfes 44 auf der Hülse 38 arbeiten. Auf dem Masselkopf 44 sind schließlich mittels Splinten 49 und 50 zwei Zugstangen 5I bzw. 52 befestigt, die parallel zueinander und zur Schraubenspindel 8 verlaufen. Diese beiden Zugstangen 51 und 52 dienen zur Steuerung der Verschiebung des Masselkopfes 44» wozu sie

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außerhalb des Schutzgehäuses 37 über Schraubenmuttern 54 an einer Quertraverse 53 festgelegt sind, die ihrerseits fest mit der Stange des betreffenden Moduls verbunden ist. Sie Lagerböcke 35 und 36 sowie die Querschultern 40 und 4I enthalten Bohrungen 55 für den Durchgang der Zugstangen 51 und 52· In Fig» 5 ist außerdem ein mehradriges elektrisches Kabel dargestellt, das die Speisung des Positionslesers und des Richtungsindikators mit den erforderlichen Speiseströmen über an einer Anschlußplatte 58 vorgesehene Anschlußklemmen 57 gestattet.

Bei dem oben beschriebenen Ausführungsbeispiel besteht das Betätigungsorgan für den Masselkopf aus mindestens einer Stange, die durch Kompression einer oder mehrerer parallel zueinander auf dem Tragwagen sitzender Federn in eine Axialbewegung versetzt werden kann. In Abwandlung dieser Ausführungsform kann man die Betätigungsstange ohne weiteres durch ein Handrad oder eine analoge Einrichtung Versetzen, die dann ein Drehmoment erzeugt, das über eine Zahnstange, ein Zahnradgetriebe oder eine ähnliche Übertragungseinrichtung auf den Masselkopf übertragen wird, wobei nach dem gleichen Grundprinzip wie oben eine Kompression der geeichten Federn bewirkt wird, die in diesem Falle einander auf dem Tragwagen nicht mehr auf einer gemeinsamen Achse, sondern auf zwei zu einem gemeinsamen Kreis gehörigen Kreisbögen gegenüberstehen. Eine solche Ausführungsvariante ist schematisch in Fig. 6 und 7 veranschaulicht.

Bei diesen Ausführungsbeispiel besitzt jeder der Moduln der Vorrichtung einen Rahmen 70, au» des ein Schrittmotor 71 befestigt ist, dessen Ausgangszeile 72 ein Zahnrad 73 trägt, das mit einer Zahnung 74 in Eingriff steht, die am umfang eines Bauteils 75 angeordnet ist, das hier die Rolle des Tragwagens übernimmt. Dieses Bauteil 75 besitzt eine Verlängerung 76 in Form einer rohrförmigen Hülse, auf der ein Masselkopf 77 drehbar gelagert ist, der die Verlängerung 76 teilweise überdeckt. Wie insbesondere die Schnittdarstellung in Fig. 7 deutlich zeigt, ist der Masselkopf 77 mit zwei Federn 78 bzw. 79 von vollkommen geeichter Komprimierbarkeit ge-

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koppelt, die relativ zum Masselkopf 77 durch Eingreifen ihrer einen Enden in Ausnehmungen Θ0 und 81 am Masselkopf 77 und durch Abstützung ihrer jeweils entgegengesetzten Enden an zwei Ausnehmungen 82 und 8J im Bauteil 75 gehalten sind. Mit Vorteil werden die Federn 78 und in ihrer Lage relativ zu dem Bauteil 75 einerseits und zu dem Masselkopf 77 andererseits durch eine gekrümte Führungsstange 84 gehalten, die fest mit dem Bauteil 75 verbunden ist, die Federn 78 und 79 axial durchsetzt und eine Bohrung 8$ im Masselkopf 77 durchquert. Vorzugsweise sind die Federn 78 und 79 wieder durch zwei weitere Federn 78* und 79' erg«t*zt, die symmetrisch dazu in Bezug auf die Achse des Bauteils 75 angeordnet sind, wobei die Federn 78' und 79' so betrieben werden, daß sie bei den Verschiebungen des Masselkopfes relativ zum Bauteil 75 die gleichen Kompressionen erfahren wie die ihnen entsprechenden Federn 78 bzw. 79·

Der Masselkopf 77 ist fest mit einer Welle 85 verbunden, die durch eine Bohrung 86 im Bauteil 75 hindurchgeführt und in Lagerböcken 87 und 87' gelagert ist, die zum Rahmen 70 gehören. Die Welle 85 trägt auf der anderen Seite des Masselkopfes 77 ein Zahnrad 891 das mit einem Zahnkranz 90 kämmt, der über einen Stift fest mit einer Welle 91 verbunden ist, die parallel zur Welle 85 verläuft und ihrerseits in Lagerböcken 95 und 94 gelagert ist, die ebenfalls zum Bahmen 70 gehören. Die Welle 91 setzt sich nach rechts in Fig. 6 so weit fort,_t daß ihr eine Bedienungsperson für den in der Zeichnung dargestellten Modul eine bestimmte Drehung aufprägen kann, die sich über den Zahnkranz 90 und das Zahnrad 89 in einer Verdrehung des Masselkopfes 77 und je nach der üiehtung dieser Rotation in einer Kompression der Federn 78 und 78· oder 79 und 79' äußert. Auf der Verlängerung der Welle 85 über den Lagerbock 87' hinaus ist schließlich eine Einrichtung 95 der Bauart Selsyn oder eine analoge Einrichtung angeordnet, die den Positionßleser und den Richtungsindikator für die Verschiebung des Maesslkopfee 77 bildet· Der zweite Modul ist ebenso aufgebaut wie der oben beschriebene und ermöglicht erfindungsgeaäß eine Nachbildung der Drehbewegungen

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der Steuerwelle 91 und,eine Bückübertragung der sich aus seiner eigenen Verschiebung ergebenen Kräfte auf diese Steuerwelle, wobei die vom Positionsleser 95 gelieferten Anzeigen für die Verschiebung des einen Moduls auf den Schrittmotor für den anderen Modul wirken und umgekehrt.

Die Arbeitsweise der erfindungsgemäßen Vorrichtung in der Ausführungsform nach Fig. 6 und 7 ist genau die gleiche, wie sie oben für die erste AusführungsVariante beschrieben äst. Eine Drehung der Steuerwelle 91» die in diesem Falle das Betätigungsorgan darstellt, führt zu einer Verschiebung des Masselkopfes 77 und zu einer Kompression einer der Federn 78 oder 79» und gleichzeitig gibt der Positionsleser 95 eine Serie elektrischer Impulse ab. Diese Impulse führen nach passender Formung ihrerseits zu einer Drehung der Welle des Sohrittmotors 71 des angekoppelten Moduls, die ihrerseits über das Zahnrad 73 und die Zahnung 74 eine Verschiebung des den Tragwagen bildenden Bauteils 75 und seine winkelmäßige Verschiebung gegenüber dem Masselkopf 77 hervorruft, wodurch die Federn 78 oder 79 wieder ihre anfängliche Länge einnehmen, die eventuell durch die Verschiebungsbedingungen für die Welle 91 des anderen Moduls modifiziert wird. Selbstverständlich wird das Grundprinzip der Vorrichtung nicht durch den besonderen Antrieb für ihre Bauteile unmittelbar beeinflußt. Insbesondere könnte man das Zahnrad 89 und den Zahnkranz 90 ohne weiteres weglassen, so daß dann die Welle 91 ein unmittelbar auf die Welle 85 und den Positionsleser 95 einwirkendes Betätigungsorgan darstellen würde.

Unabhängig von der speziellen Ausführungsform führt die Erfindung zu einer Anordnung für die Übertragung mechanischer Informationen von besonderer Einfachheit und Zuverlässigkeit, die insbesondere auch den Schwierigkeiten für die Nachahmung der Bewegungen eines Steuerorgans durch ein Nachführorgan angepaßt ist. Die Erfindung läßt sich mit Vorteil auf dem Gebiete der Telemanipulatoren für eine unmittelbare oder ferngesteuerte Rückübertragung der sich auf Seiten des Nachführorgans ergebenden Widerstände an den das Steuerorgan be-

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tätigenden Benutzer verwenden, so daß dieser jeweils über die Betriebsbedingungen für das Nachführorgan in dessen Umgebung unterrichtet ist. Daneben lassen sich aber auch andere Inwendungsfälle, insbesondere auf dem Gebiete der Fernsteuerung von Maschinen und Geräten mit oder ohne unmittelbare mechanische Verbindung oder über Funk durch die Erfindung mit Vorteil bedienen. Ebenso ist ein Einsatz der Erfindung bei Fördergeräten, Werkzeugmaschinen oder Simulatoren möglich. Im Aufbau der oben beschriebenen Ausführungsbeispiele lassen sich selbstverständlich zahlreiche Abwandlungen treffen, ohne den Bereich der Erfindung zu verlassen; so können insbesondere die in den einzelnen Moduln verwendeten Federn durch andere !compressible Bauelemente mit eichbarer Kompressibilität ersetzjus^-Tfobei insbesondere pneumatische Kapseln oder Klötze aus einem Material mit passend festlegbarer Elastizität in Betracht kommen. Ähnliche Überlegungen gelten auch für die Positionsleser und die Richtungsindikatoren, die in verschiedener Weise realisiert werden können, wobei beispielsweise ein System mit auf dem beweglichen Zeiger sitzenden Photozellen und Zählung von auf einem feststehenden Lineal vorüberlaufenden Teilungsstrichen, ein digitales Codierwerk, ein Drehheber oder ein anderes System zum Umsetzen mechanischer Verschiebungen in elektrische Impulse Verwendung finden können. Insbesondere ist die Verwendung einer potentiometrischen Steuerung unter Einsatz eines Potentiometers mit linearem Widerstandsgang denkbar, dessen Schleifer mit dem beweglichen Zeiger fest verbunden ist. Die zwischen diesem Schleifer und einem Ende des Potentiometers auftretende elektrische Spannung ist dann zu eichen, so daß jeder Bewegung des beweglichen Zeigers um eine Bezugsgröße beispielsweise eine Spannungsänderung um eine vorgegebene Einheit entspricht. In diesem Falle gibt die Richtung dieser Änderung gleichzeitig auch die Richtung für die Verschiebung des beweglichen Zeigers wieder. Eine solche variable Spannung kann dann in eine angeschlossene elektronische Schaltung eingespeist werden, die ihrerseits den Schrittmotor mit den für seinen Antrieb erforderlichen Impulsen speist, der dann seinerseits den beweglichen Zeiger des als Empfänger arbeitenden Moduls in Abhängigkeit von den Verhältnissen auf der Seite des als Sender wirkenden Moduls und umgekehrt in der oben angegebenen Weise verschiebt.

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Claims (12)

Pat entansprüche

1.)Vorrichtung zum ferngesteuerten Abgeben, Übertragen und reziproken Aufnehmen mechanischer Informationsgrößen zwischen zwei identischen Moduln, dadurch gekennzeichnet, daß Jeder Modul einen Positionsleser mit einem beweglichen Zeiger zum Umsetzen von Information über die mechanische Bewegung eines mit dem Zeiger gekoppelten Betätigungsorgans in aufeinanderfolgende elektrische Impulse, ein zwischen einem Tragwagen und dem Zeiger durch dessen Bewegung zusammendrückbar angeordnetes Element mit geeichter Komprimierbarkeit, einen Steuermechanismus zum Verschieben des Tragwagens parallel zur Bewegung des Zeigers und einen Richtungsindikator zum Anzeigen der Richtung dieser Bewegung aufweist und daß der Steuermechanismus jedes Moduls durch den Positionsleser und durch den Richtungsindikator des jeweils anderen Moduls betätigbar ist und dabei eine Verschiebung des zugehörigen Tragwagens im Sinne einer Rückführung des entsprechenden zusammendrückbaren Elements auf seine anfängliche Länge auslöst.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Steuermechanismus jedes Moduls eine mit einer am Tragwagen sitzenden Schraubenmutter zusammenwirkende und von einem Schrittiiotor drehbare Schraubenspindel enthält und daß die Ganghöhe der Schraubenspindel und die Schrittweite des Schrittmotors so gewählt sind, daß die Verschiebung des Tragwagens bei einem Schritt des Schrittmotors etwa gleich der Verschiebung des Zeigers des Positionslesers zwischen zwei aufeinanderfolgenden elektrischen Impulsen wird.

3· Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Positionsleser einen Induktionskreis aus einer feststehenden Wicklung^ die um einen Stapel aus identischen, parallel«*- zueinander und senkrecht zur Verschiebungsrichtung für den beweglichen Zeiger angeordneten und durch isolierende Platten voneinander getrennten magnetischen Blechen herumgelegt ist, und aus einem an

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Zeiger angebrachten Induktionskopf mit mindestens einem mit einer Induktionswicklung versehenen Magnetkern aufweist, der einen einen Luftspalt bildenden Schlitz enthält und sich in unmittelbarer Nachbarschaft zu dem Magnetblechstapel verschiebt.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3» dadurch gekennzeichnet, daß die magnetischen Bleche des Induktionskreises die gleiche Dicke aufweisen wie die dazwischen liegenden isolierenden Platten, daß der Induktionskopf mehrere nebeneinanderliegende Magnetkerne mit je einem Luftspalt enthält und daß der Abstand zwischen den Luftspalten zweier benachbarter Magnetkerne in einem einfachen Verhältnis zu dem Abstand zwischen zwei benachbarten Magnetblechen des Induktionskreises steht.

5. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Positionsleser aus einem Steuerpotentiometer besteht, dessen Schleifer fest mit dem beweglichen Zeiger verbunden ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Fositionsleser aus einem Lineal mit durch eine mit dem beweglichen Zeiger verbundene Photozelle ablesbarer Strichteilung besteht.

7· Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Modul im Inneren eines äußeren.. Schutzgehäuses zwei Bollenlager zum w Lagern und axialen Zentrieren einer Schraubenspindel mit einem an einem Ende daran angreifenden Schrittmotor für den Drehantrieb der Schraubenspindel und einen den beweglichen Zeiger des Positionslesers bildenden beweglichen Masselkopf aufweist, der auf einer Hülse am Tragwagen frei gleiten kann und an entgegengesetzten Stirnflächen Ausnehmungen für die Abstützung je eines Endes von tarierten und nur auf Kompression arbeitenden Federn enthält, deren jeweils andere Enden an zwei auf der Hülse sitzenden Querschultern abgestützt sind.

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8. Vorrichtung nach Anspruch 7» dadurch gekennzeichnet, daß als Betätigungsorgan für den Positionsleser mindestens eine die Federn am Masselkopf und die Querschultern der Hülse durchsetzende Steuerstange vorgesehen ist, die sich über das äußere Schutzgehäuse hinaus nach außen fortsetzt.

9. Vorrichtung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Masselkopf mit zwei parallelen Betätigungsstangen fest verbunden ist, die mit vier Federn gekoppelt sind, die paarweise auf entgegengesetzten Seiten der Zugstangen sitzen und gleichzeitig paarweise auf Kompression arbeiten.

10. Vorrichtung nach Anspruch 7» dadurch gekennzeichnet, daß die Querschultern der Hülse vorspringende Teile von der Form dreieckiger Prismen aufweisen, deren in einer durch die Achse der Schraubenspindel gehenden Ebene liegende Außenkanten in Längsnuten auf der Innenseite des Schutzgehäuses eingreifen.

11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Hichtungsindikator aus einem mit dem beweglichen Zeiger des Positionslesers gekoppelten Magnetstab besteht, der sich im Inneren einer Induktionsspule verschieben läßt.

12. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Modul zwischen einem um eine Achse drehbaren Masselkopf und einem den Tragwagen bildenden Bauteil zwei einander entgegengerichtete tarierte Federn aufweist, die entlang zweier Bögen eines auf die Drehachse für den Masselkopf zentrierten Kreises angeordnet sind und daß ein Antriebsorgan unmittelbar oder mittelbar mit dem Masselkopf und mit dem Positionsleser verbunden ist und den Masselkopf um seine Drehachse dreht.

13* Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß das den Tragwagen bildende Bauteil eine Außenzahnung aufweist, die

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mit einem Zahnrad zusammenwirkt, das fest mit der Welle eines den Steuermechanismus bildenden Schrittmotors verbunden ist.

14· Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Positionsleser aus einem elektromagnetischen Geber insbesondere der Bauart Selsyn besteht.

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