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Vorrichtung zum Abbremsen Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung
zum Abbremsen eines längs einer Bahn schnell in eine definierte Endstellung zu bewegenden
Körpers mittels eines in seiner Geschwindigkeit steuerbaren Motors.
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Es sind bereits Antriebsvorrichtungen bekanntgeworden, bei denen die
Beschleunigungsphase mit konstantem Motorstrom durchfahren wird, so daß sich im
wesentlichen konstante Beschleunigung und ein linear ansteigendes Geschwindigkeitsdiagramm
ergeben. Wird jedoch für die Verzögerungsphase die gleiche Steuerungstechnik angewendet,
d. h. ein konstanter Bremsstrom, der zu einem linar absteigenden Geschwindigkeitsverlauf
führen soll, treten durch nicht genau beherrschbare Reibungseinflüsse Streuungen
für in Null-Durchgang dieses absteigenden Geschwindigkeitsverlaufs und entsprechende
Wegstreuungen auf. Um diese für eine senane
Positionierung nicht
tragbare Streuung des Endpunkt es zu vermeiden, hat man bereits Steuerungen so ausgebildet,
daß eine bestimmte Weglänge vor der Endstellung oder beim Erreichen einer gewissen
Mindestgeschwindigkeit der Motor auf konstante Geschwindigkeit bis in die Endstellung
uGgeschaltet wird. Für diese Kriechbewegung in die Endstellung wird jedoch erheblich
Zeit aufgewendet, wenn die Geschwindigkeit hierfür mit Rücksicht auf die zulässigen
Streuungen in der Endstellung ausreichend niedrig gewählt wird, Diese Steuerung
bleibt deshalb bezüglich der erreichbaren Bewegungszeiten unbefriedigend.
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Ziel der Erfindung ist es, eine Vorrichtung der eingangs genannten
Art zu schaffen, bei der die Abbremsung des schnell bewegten Körpers ohne Uberschreitung
eines höchstzulässigen Verzögerungswertes so rasch wie möglich und mit hoher Zielgenauigkeit
erfolgt.
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Gemäß der Erfindung ist eine Vorrichtung der eingangs genannten Art
dadurch gekennzeichnet, daß ein Geber für ein der jeweiligen Geschwindigkeit des
Körpers entsprechendes Signal und ein Geber für ein der bis zum Erreichen der Endstellung
zurückzulegenden Weglänge entsprechendes Signal vorgesehen sind, daß dem Weglängengeber
ein Speicher für
den Zusammenhang zwischen den zulässigen Geschwindigkeitswerten
und der bis zum Erreichen der Endstellung zurückzulegenden Weglängen zugeordnet
ist und daß eine Vergleichsvörrichtung vorgesehen ist, die das Signal für die jeweilige
Geschwindigkeit des Körpers mit einem Signal für die zulässige Geschwindigkeit vergleicht
und den Motor entsprechend dem Ergebnis des Vergleichs bestromt.
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Bei einer erfindungsgemäßen Vorrichtung wird die tatsächliche Geschwindigkeit
des Körpers zu jedem Zeitpunkt verglichen mit der in dem jeweiligen Abstand von
der zu erreidhenden Endstellung noch zulässigen Geschwindigkeit, so daß der Motor
an Jedem Punkt der Bremsstrecke auf der größtmöglichen Geschwindigkeit gehalten
werden kann. Die Einhaltung dieser jeweils höchstmöglichen Geschwindigkeit bis zum
Erreichen des Endpunktes kann durch schaltungstechnische Maßnahmen sichergestellt
werden. Auf diese Weise läßt sich deshalb die bei einer vorgegebenen höchstzulässigen
negativen Beschleunigung theoretisch erreichbare Zeit für das Zurucklegen einer
bestimmten Strecke tatsächlich erreichen.
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Weitere Ausgestaltungen und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus
den Unteransprüchen im Zusammenhang mit der Beschreibung von Ausführungsbeispielen,
die anhand von Figuren erläutet sind. Es zeigen
Fig. 1 eine Vorrichtung
zum schrittweisen Transport eines langen Bandes in einer schematischen Darstellung,
Fig. 2 eine Vorrichtung zur hin- und hergehenden Bewegung eines mechanischen Bauteils
und Fig. 3 Teil eines Schaltungsbildes zur Steuerung der Vorrichtung gemäß Fig.
2.
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In Fig. 1 ist mit 1 ein langes Band aus flexiblem Material, z. B.
ein Band fotografischen Kopiermaterials bezeichnet, das durch ein Transportrollenpaar
2, 3 auf einen gewissen Befehl hin um eine vorbestimmte Weglänge transportiert werden
soll. Die Transportrolle 3 sitzt auf der Welle eines Gleichstrommotors, eines Scheibenläufermotors
4, auf dessen Welle ebenfalls ein Tachogenerator 5 angebracht ist. Ferner sitzt
auf der Welle eine gleichförmig gezahnte Scheibe 6, deren Bewegungen mittels einer
Lichtquelle 7 und eines Fotoempfängers 8 in eine Impulsfolge umgesetzt werden.
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Zur Steuerung des Motors ist eine Schaltung 9 vorgesehen, die im wesentlichen
als Blockschaltbild dargestellt ist.
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An eine Leitung 10 als Eingang für Startimpulse ist jeweils der eine
Eingang einer Folge von Und-Gattern 11, 12, 13 und 14 angeschlossen, deren andere
Eingänge jeweils getrennt an Spannung gelegt werden können. Die Gatter 11 bis 14
steuern
Jeweils ein Flip-Flop 15, 16, 17 und 18, deren Ausgänge
an einem Digital-Analog-Umsetzer 19 angeschlossen sind.
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Dessen Ausgang ist an einem Signalumformer 20 angeschlossen, der z.
B. mittels einer Germanlum-Diode das Ausgangssignal des,Umsetzers 19 in einer bestimmten
Weise, z. B. unter Annahme einer konstanten Verzögerung b entsprechend der Gleichung
v (s) =
parabelförmig verändert.
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über einen Widerstand 21 ist das Ausgangssignal des Umformers 20 an
den einen Eingang eines Vergleichsverstärkers 22 angeschlossen, dessen anderer Eingang
an Masse liegt.
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An dem ersten Eingang des Verstärkers 22 liegt außerdem das Ausgangssignal
des Tachogenerators 5.- An den Ausgang des Vergleichsverstärkers 22 ist gegebenenfalls
über eine Leistungsendstufe der Motor 4 angeschlossen.
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Die Flip-Flops 15 bis 18 bilden eine durch die Gatter 11 bis 14 jeweils
teilweise einschaltbare Zählkette, die die Impulse des Fotoempfängers 8 jeweils
von der einstellbaren Ausgangszahl abzieht.
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Die Wirkungsweise der beschriebenen Vorrichtung ist wie folgt: Zunächst
muß die zurückzulegende Schrittlänge festgelegt werden, was durch die Anlage eines
entsprechenden Potentials
an die zweiten Eingänge der Gatter 11
bis 14 geschieht. Dabei bewirkt das Gatter 11 die Aktivierung einer Zählst<ffe
mit einer die kleinste Einheit darstellenden Weglänge, das Gatter 12 für die doppelte
Weglänge, das Gatter 13 für die vierfache und das Gatter 14 für die achtfache Weglänge.
Soll z. B. die zurückzulegende Weglänge 9 kleinste Einheiten betragen, so wird das
Gatter 11 und das Gatter 14 an Spannung gelegt. Mit dem Startsignal durch einen
Impuls an der Leitung 10 werden die Zählstufen 15 und 18 in ihre am Ausgang ein
Signal liefernde Stellung gebracht, so daß der Umsetzer 19 ein analoges Signal entsprechend
der noch zurückzulegenden Weglänge liefert.
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Der Signalumformer 20 formt das Signal aus dem Umsetzer 19 so um,
daß es ein Signal für die unter Berücksichtigung der zulässigen Verzögerungswerte
für die zuruckzulegende Strecke noch zulässige Geschwindigkeit darstellt. Dieses
Signal wird im Verstärker 22 verglichen mit dem Ausgangssignal des Tachogenerators
5, der aufgrund des Stillstandes des Motors zu diesem Zeitpunkt ken Signal abgibt.
Die Polge ist ein starkes Ungleichgewicht am Vergleicher 22, was zu einer Beaufschlagung
des Motors 4 mit dem stärksten zulässigen Strom führt. Dieser beschleunigt dann
das Band mit einer konstanten Beschleunigung, was in der Geschwindigkeitszeitkurve
zu einem etwa
geradlinig ansteigenden Verlauf führt. Zu-jedem Zeitpunkt
der Beschleunigungsphase wird Jedoch überprüft, ob die Geschwindigkeit, gemessen
durch den Tachogenerator 5, noch unter der für diese Entfernung zum Endpunkt zulässigen
Geschwindigkeit liegt oder diese schon erreicht hat. Mit dem Erreichen der vorgegebenen
Geschwindigkeitskurve s.etzt dann der eigentliche Regelvorgang ein, nachdem bis
zu diesem Zeitpunkt die Stromstärke für den Motor 4 durch andere, nicht in jedem
Fall im Verstärker 22 liegende Mittel begrenzt wurde. Mit dem Erreichen der vorgegebenen
Kurve für die höchstzulässigen Geschwindigkeiten durch die gerade ermittelte Geschwindigkeit
setzt der Bremsvorgang ein, der den Motor 4 über den Verstärker 22 mit einem entsprechenden
Bremsstrom beaufschlagt.
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Mit dem weiteren Abbau der vorgegebenen Weglängenrate in der Zählkette
15 bis 18 durch die Impulse 8 wird das Signal für die zurückzulegende Weglänge am
Umsetzer 19 kleiner und der Umformer 20 liefert ein entsprechend reduziertes Signal
an den Vergleichsverstärker 22, bis bei dem Abstand zu der definierten Endstellung
Null auch die Geschwindigkeit auf Null absinkt. Die Einhaltung des vorgeschriebenen
Geschwindigkeitsverlaufs fordert jedoch ständig Bremsströme, die an der zulässigen
Grenze liegen Die gewnschte Endstellung
ist damit mit der zu Jedem
Zeitpunkt für den Körper höchstzulässigen Beschleunigung bzw. Verzögerung erreicht
worden, so daß sich insgesamt auch die kürzestmögliche Transportzeit ergibt.
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Für einen neuen Transportschritt braucht nur der Eingang 10 erneut
bestromt zu werden, um über die Gatter 11 bis 14 die Zählkette 15 bis 18 zu aktivieren.
Wird eine andere Transportlänge gewünscht, brauchen nur die zweiten Eingänge der
Gatter 11 bis 14 an andere entsprechende Potentiale gelegt zu werden.
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In Fig. 2 ist ein Beispiel für eine hin- und hergehende Bewegung eines
mechanischen Bauteils, z. B. eines Parbfilters 23, gezeigt, das innerhalb eines
fotografischen Kopiergerätes auf einen Befehl zur Beendigung einer Farbbelichtung
mit hoher Geschwindigkeit in den Strahlengang gebracht werden soll. Hierbei sind
verhältnismäßig große Wege zurückzulegen, während durch die Masse des Glasfilters
23 auch beträchtliche Massenkräfte zu bewältigen sind. Der Antrieb geschieht mittels
eines sogenannten Linearmotors, bei dem eine mit dem Filter 23 durch Traversen 25
verbundene Spule 24 mit Stromanschlüssen versehen ist. Die Spule 24 ist längs des
Mittelholms eines
E-förmigen Permanentmagneten 26 reibungsarm geführt,
dessen Feld im Bereich der Spalte annähernd homogen ist-. Durch Einschalten eines
Stromes in der Spule 24 wird äe nach Stromrichtung die Spule in der Figur nach rechts
oder links bewegs, In fester räumlicher Zuordnung zu dem Magnet 26 ist etwa im Abstand
der Länge des Filters 23 an der Bahn des Filters eine Fotozelle, bestehend aus Lichtquelle
27 und Fotoelement 28 angeordnet, die- die Bewegung eines Kammes 29 am Rand des
Filters 23 in Weglängenimpulse umsetzt. Der Kamm ist ungleichförmig geteilt und
zwar so, daß sich bei Einhaltung eines vorgegebenen, dreieckförmigen Geschwindigkeitsdiagramms
der zeitliche Abstand der von den Zähnen verursachten Impulse als konstant ergibt.
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In Fig. 3 ist in Abweichung von der Steuerung gemäß Fig. 1 eine Ersatz
schaltung gezeigt für das Signal des Uachogenerators 5. Bei Anordnungen gemäß Fig.
2 besteht eine gewisse Schwierigkeit darin, Zuleitungen zu der schnell und häufig
bewegten Spule 24 zu verlegen. Die Möglichkeit, das Geschwindigkeitssignal durch
eine mit der Spule 24 bewegte Wicklung zu gewinnen, ist deshalb nicht sehr günstig.
Stattdessen wird zur Erzeugung eines Signals, das der elektromotorischen Kraft in
der Spule proportional ist, ein Widerstand 30 in Reihe zu der Spule gelegt. Dessen
Spannungsabfall wird durch Widerstände 31, 32 über einen Vergleichsverstärker 34
verglichen mit dem Spannungsabfall an einem
Widerstand 35 parallel
zur Motorspule 24. Das Ausgangssignal des über einen Widerstand 36 im Gegenkopplungskreis
analog verstärkenden Verstärkers 34 stellt dann ein Maß für die Geschwindigkeit
des Teils 23 dar, das in Fig. 1 dem Verstärker 22 zugeleitet werden kann. Im übrigen
entspricht die Schaltung zur Steuerung des Spulenstromes 24 der Schaltung 9 nach
Fig. 1, wobei Jedoch die zurückzulegende Weglänge des Filters 23 immer dieselbe
ist und die Und-Gatter 11 bis 14 nicht benötigt werden. Auch der Signalumformer
20 ist nicht mehr erforderlich, nachdem die Speicherung des Zusammenhangs zwischen
der noch zurückzulegenden Weglänge und der zulässigen Geschwindigkeit durch den
Kamm 29 erfolgt. Das Ausgangssignal der Zählkette 15 bis 18 ist deshalb ein direktes
Maß für die zulässige Geschwindigkeit.
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Die Wirkungsweise der Einrichtung gemäß Fig. 2 und 3 ist so, daß nach
einem Impuls an der Leitung 10 alle Speicher der Zählkette 15 bis 18 in ihre aktive
Stellung gebracht werden und aufgrund des fehlenden Geschwindigkeitssignals die
Spule 24 von dem Verstärker 22 mit Strom beaufschlagt wird, der der höchstzulässigen
Beschleunigung entspricht.
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Durch die symmetrische Ausgestaltung des Kammes 19 bezüglich seiner
beiden Endlagen wird hier der zeitlich gleiche Signalabstand
auch
zur Steuerung des Spulenstromes während der Beschleunigungsphase verwendet. Mit
dem Erreichen der Endstellung sinkt auch der Strom in der Spule 24 ebenso wie die
Geschwindigkeit des Bauteils 23 auf Null ab.
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Für die Rückbewegung können diese Einrichtungen sinngemäß zur Geschwindigkeitssteuerung
bei entsprechender Umpolung der Speicher ebenso Verwendung finden. Ebenso kann der
Weglängeneahler mehr oder weniger Zählstufen aufweisen.