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Vorrichtung zur Betätigung eines Schreibstiftes Die Erfindung bezieht
sich auf einen geradlinig bewegbaren Stift und auf ein Zubehörsystem, das sich insbesondere
für die Verwendung in elektromechanischen Zeichengeräten bzw.
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Kurvenschreibern eignet.
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Der Stift und das Zubehörsystem sind hinsichtlich der Gesamtleistung
eines digitalen Kurvenschreibers von Bedeutung. Ein derartiges System steuert normalerweise
die Positionierung, die Betätigung und die Schreibkraft bzw. Zeichenkraft für die
verschiedenen Zusatzgeräte, die bei der automatischen Kurvendarstellung verwendet
werden, wie verschiedene Schreib-, Anreiß- und Schneidgeräte. Üblicherweise hängtdie
Betätigungs-und Aufzeichnungskraft von einem elektromagnetischen Relais bzw. Magnetrelais
ab. Die Hauptnachteile derartiger relaisbetätigter Systeme sind folgende:
1)
Die Abhängigkeit zwischen der Magnetrelais-Stößelhubstellung und der erzeugten Kraft.
Infolgedessen ändert sich die Aufzeichnungskraft eines Stiftes (oder anderen Instruments),
welches direkt mit dem Stößel gekoppelt ist, während der Aufzeichnung auf Grund
der Welligkeit oder auf Grund von Fehlern des Aufzeichnungsmediums. In entsprechender
Weise können Aufzeichnungskraftänderungen von Stift zu Stift erwartet werden, und
zwar auf Grund der Herstelltoleranzen. Eine derartige unkontrollierte Kraftänderung
ist nachteilig im Hinblick auf die Aufzeichnungsqualität.
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2) Infolge der vorstehend aufgeführten Eigenschaften werden der durch
ein Magnetrelais betätigte Stift und die Zubehörsysteme nach engen Toleranzmaßen
hergestellt, so daß eine Abmessungsänderung auf Grund einer Toleranzzunahme minimiert
ist. Infolgedessen sind derartige System teuer herzustellen.
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3) Ein typisches Magnetrelais besitzt die größte Kraft am Ende seines
Betätigungshubes. Demgemäß beginnt ein durch ein Magnetrelais betätigter Stift (oder
ein anderes Zeicheninstrument), sich langsam zu bewegen; der betreffende Stift erfährt
eine kontinuierliche Beschleunigung, bis er auf dem Aufzeichnungsmedium anschlägt
(z.B. auf Papier, Mylar, einem Anreißfilm, usw.).Ein derart fester Anschlag kann
das Aufzeichnungsgerät und den Aufzeichnungsträger beschädigen und die Aufzeichnungsqualität
verschlechtern. (Dies trifft sogar für den Fall zu, daß der Betätigungshub bei einem
Nennwert von 0,25 mm bis 0,63 mm gehalten wird).
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4) Die Betätigungszeit für den durch ein Magnetrelais betätigten Stift
und der Zubehörsysteme ist lang im Vergleich zu der Zeichengeschwindigkeit von modernen
Hochgeschwindigkeits-Kurvenschreibern. Dies ist das Ergebnis der Magnetrelais-Spuleninduktivität,
zufolge der typische Werte im Bereich von 10 bis 35 Millisekunden liegen.
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5) Ein durch ein Magnetrelais bzw. einen Hubmagnet betätigter Stift
und das Zubehörfsystem tragen selbst nicht zu einer dynamischen Kraftregelung bzw.
-steuerung bei. Die Forderung nach dynamischen Änderungen der Aufzeichnungskraft
während der Aufzeichnung bzw. Kurvendarstellung als Funktion der Aufzeichnungsgeschwindigkeit
brachte die moderne Generation der sich schnell bewegenden Kurvenschreiber mit sich:
Eine höhere Aufzeichnungskraft bei höheren Geschwindigkeiten und eine geringere
Kraft bei niedrigeren Geschwindigkeiten sind für eine gute Aufzeichnungsqualität
notwendig.
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Der Erfindung liegt demgemäß die Aufgabe zugrunde, ein geradlinig
sich bewegendes Spulen-Stift- und Zubehörsystem zu schaffen, welches gegenüber den
bekannten Magnetrelais-Betätigungssystemen in folgenden Merkmalen überlegen ist:
1. Die durch das Bewegungs-Spulen-Stiftsystem, welches Gegenstand der vorliegenden
Erfindung ist, erzeugte Aufzeichnungskraft hängt lediglich von dem Spulenstrom ab,
wodurch sie unabhängig von der Stellung längs des Spulenhubes und vorherbestimmbar,
steuerbar und gleichbleibend ist.
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2. Infolgedessen können weitere Herstelltoleranzen zugelassen werden,
was zur Senkung der Herstellkosten im Vergleich zu einem Magnetrelais-Betätigungssystem
führt.
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3. Die erzeugte Kraft des vorliegenden Systems hängt lediglich von
dem Spulenstrom ab; der Strom kann geändert werden, um eine schnelle Beschleunigung
zu Beginn des Hubes hervorzurufen und um anschließend eine Verringerung hervorzurufen,
um die Geschwindigkeit zu vermindern, wenn das Aufzeichnungsgerät auf dem Aufzeichnungsmedium
aufschlägt.
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Auf diese Weise wird der Aufschlag weicher gemacht, und ferner wird
eine mögliche Beschädigung des Aufzeichnungsgeräts und des Aufzeichnungsmediums
verhindert.
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4. Die Betätigungs-Ansprechzeit des Bewegungs-Spulen-Stiftsystems
ist kleiner als die des herkömmlichen Magnetrelais-bzw. Hubmagnetsystems, und zwar
auf Grund der niedrigen Spuleninduktivität.
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5. Das Bewegungs-Spulen-System ist ohne weiteres anpassungsfähig an
eine dynamische Aufzeichnungskraftsteuerung durch Verändern des Spulenstroms in
Abhängigkeit von der Aufzeichnungsgeschwindigkeit. Das schnelle Ansprechen dieses
Systems macht eine derartige Steuerung sinnvoll.
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Erzielt werden die vorstehend aufgeführten Vorteile durch eine die
oben erwähnte Aufgabe lösende Vorrichtung, die dadurch gekennzeichnet ist, daß ein
Gehäuse mit einem Permanentmagnetkern vorgesehen ist und daß eine zylindrische bewegliche
Spule vorgesehen ist, die den Permanentmagneten zu umgeben vermag. Der Anker, der
die Stiftanordnung trägt, ist an der Spule derart angebracht, daß er sich mit dieser
bewegt. Auf eine Erregung der Spule hin wird die Stiftanordnung mit einem Aufzeichnungsmedium
in Kontakt gebracht.
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An Hand von Zeichnungen wird die Erfindung nachstehend beispielsweise
näher erläutert.
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Fig. 1 zeigt in einer Perspektivansicht die physikalische Erscheinung
der Erfindung.
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Fig. 2 zeigt in einer Schnittansicht den mechanischen Aufbau, wohei
die betriebsmäßige Beziehung der verschiedenen Elemente veranschaulicht ist.
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Im folgenden wird eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung näher
beschrieben. In den Zeichnungen zeigt Fig. 1 die generellen Merkmale einer bevorzugten
Ausführungsform des Bewegungs-Spulen-Stift- und Zubehör-Systems. Ein elektromotorisches
Element bzw. Glied 10 ist grundsätzlich ein Gleichstrom-Linearmotor, der an einer
Führungsplatte 16 angebracht ist. Die Platte 16 dient für eine Schraubenbefestigung
des Systems an einem Kurvenschreiber mittels Schraublöcher 18 und zur Führung der
vertikalen Bewegung der Zeicheninstrumentanordnung 14 mittels eines Führungsloches
15. Die für den Antrieb des Zeicheninstruments dienende vertikale Kraft und Verschiebung
wird durch den Linearmotor erzeugt, der seine Bewegungs-Spulenanordnung 20 längs
eines kurzen vertikalen Hubes in Bewegung versetzt, wenn die Spulenanordnung von
einer externen elektrischen Stromquelle über ein Kabel 22 und einen Anschlußstecker
24 gespeist bzw. erregt wird. Ein Anker 36, der an einem Ende der Spulenanordnung
angebracht ist und in den das Zeicheninstrument 14 eingesetzt und mittels einer
Schraube 46 in einem Ring befestigt ist, und zwar an seinem anderen Ende, überträgt
die Spulenverschiebung und die Kraft auf das Zeicheninstrument. Auf diese Weise
kann das Zeicheninstrument durch externe Befehle im Zeichen- bzw. Aufzeichnungsbetrieb
nach unten oder im Bereitschaftsbetrieb nach oben gebracht werden.
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In Fig. 2 ist in einer Schnittansicht die innere Beziehung der wirksamen
Elemente gezeigt. Ein zylindrischer Permanentmagnet 26 mit der angegebenen Polung
ist im Preßsitz in einer Bohrung untergebracht, die in einer Eisenplatte 28 enthalten
ist. Diese Platte ist zusammen mit Eisenplatten 30 und 32 um den Magneten so angeordnet,
daß ein Rückführweg für den
magnetischen Fluß gebildet ist. Dabei
ist ein Loch 33 in solcher Lage vorgesehen, daß es konzentrisch zur Oberseite des
Magneten 26 verläuft. Dabei ist ein Luftspalt von etwa 0,89 mm zwischen der Oberseite
des Magneten und der Platte 32 vorhanden. Ein dünnwandiger Spulenträger 34 weist
eine einlagige Spule 35 auf, die um die Außenseite des Spulenkörpers herumgewickelt
ist und deren beide Enden an den Enden des Kabels 22 gemäß Fig. 1 angelötet sind.
Diese Spulenanordnung gleitet über dem Magneten und innerhalb des Luftspalts, wobei
ein hinreichender Zwischenraum vorhanden ist, der eine ungehinderte vertikale Bewegung
längs eines kurzen Hubes ermöglicht.
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Der Anker 36 ist mittels eines Epoxidsharzes an dem unteren Teil des
Spulenkörpers 34 angebracht, um zu einem mit der Spulenanordnung zusammenhängenden
Teil zu werden. Eine Rückholfeder 38, die konzentrisch um den Magneten 26 angeordnet
ist und die sich unbehindert um diesen bewegen kann, übt eine nach oben gerichtete
Kraft von etwa 25 Gramm auf die Spulenanordnung aus. Dadurch wird die Spulenanordnung
zur Oberseite ihres Hubes gegen einen Hartgummi-Puffer 40 gedrückt.
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Gemäß Fig. 2 ist die Stiftanordnung 14 (oder ein anderes Schribinstrument)
in ihrem Innern mit einer Kugelschreibermine 42 versehen. Die betreffende Stiftanordnung
14 ist in dem Schreibinstrument-Befestigungsloch 44 gehalten, welches in dem Anker
36 vorgesehen ist, und mittels der Schraube 46 in entsprechender Stellung befestigt.
Der untere Teil der Stiftanordnung 42 ist gleichzeitig in einem Führungsloch 50
eingesetzt; der betreffende Stiftanordnungsteil kann sich in diesem Loch frei bewegen.
Das betreffende Loch 50 ist in der Tragplatte 52 gebohrt; es verläuft konzentrisch
zu dem Instrumententragloch in dem Anker. Auf diese Weise ist die
Stiftanordnung
gemäß Fig. 2 (oder ein anderes Zeicheninstrument) mit der Spulen-Anker-Anordnung
verbunden; sie ist frei beweglich, um in vertikaler Richtung durch den Hub der Spulenanordnung
bewegt zu werden. Ist das System an einem Kurvenschreiber angebracht, so ist überdies
der Zwischenraum bzw. Abstand 54 der Stiftspitze 56 über dem Aufzeichnungsmedium
58 einstellbar, und zwar durch die relative Einstellung der Stiftanordnung 14 in
dem Anker-Instrumententragloch 44.
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Das Linear-Bewegungs-Spulen-Stift- und Zubehörsystem arbeitet wie
folgt: Das System wird in herkömmlicher Weise an einem Kurvenschreiber angebracht.
Die Stiftanordnung 14 (oder ein anderes Zeicheninstrument) wird durch das Loch 44
in dem Anker 36 und das Führungsloch 50 eingeführt und mittels der Schraube 46 in
entsprechender Stellung festgehalten, nachdem der Abstand 54 der Stiftspitze 56
über dem Aufzeichnungsmedium 58 auf etwa 0,) mm eingestellt ist. Die Stiftanordnung
wird in dieser Stellung - die die Bereitschaftsbetriebsstellung des Stiftes ist
- am oberen Ende des Spulenanordnungshubes durch die Rückholfeder 58 gehalten, solange
die Spule nicht erregt ist. Wenn die Spule 33 durch einen mit richtiger Phasenlage
von einer externen Stromquelle her gelieferten elektrischen Strom erregt ist (der
betreffende Strom wird der Spule über das Kabel 22 und den Anschlußstecker 24 gemäß
Fig. 1 zugeführt), übt das Magnetfeld des Magneten 26 in dem Luftspalt, in dem die
Spule untergebracht ist, einen abwärts gerichtete Kraft auf den stromführenden Draht
der Spule aus. Eine derartige Kraft hängt für eine gegebene Anordnung lediglich
von der Stromamplitude ab.
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Wenn ein hinreichend hoher Strom zugeführt wird (so daß in der Spule
eine abwärts gerichtete Kraft erzeugt wird, die größer ist als die nach oben gerichtete
Kraft der Rückholfeder), wird
die Spulenanordnung mit dem daran
angebrachten Anker und dem Stift nach unten bewegt bzw. angetrieben. Diese Abwärtsbewegung
wird beendet, wenn die Stiftspitze 56 auf dem Zeichenmediwn bzw. Zeichenträger 58
aufschlägt. In dieser Stellung befindet sich der Stift in der Zeichenbetriebs- bzw.
Schreibbetriebsstellung; er kann dann relativ zu dem Aufzeichnungsmedium durch den
Kurvenschreiber bewegt werden. Die Zeichenkraft bzw. Aufzeichnungskraft ist, wie
oben erwähnt, eine Funktion des Spulenstromes. Dieser Strom kann moduliert werden,
um die erforderliche Aufzeichnungskraft für das benutzte Instrument bei irgendeiner
gegebenen Aufzeichnungsgeschwindigkeit zu liefern. (Einzelheiten einer derartigen
Strommodulation oder Formung des Stromes beziehen sich nicht unmittelbar auf die
Erfindung und sind der Kürze halber weggelassen.) Wenn der Spulenstrom abgeschaltet
wird, führt die Rückholfeder 38 die Spulenanordnung zurück; dadurch wird die Stiftanordnung
in die Bereitschaftsbetriebsstellung überführt. Diese zuletzt erwähnte Operation
kann dadurch schneller gemacht werden, daß der Spule ein Stromimpuls mit umgekehrter
Polarität zugeführt wird, so daß eine zusätzliche aufwärts gerichtete Kraft erzeugt
wird.
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Obwohl die grundsätzliche Anordnung dargestellt und in Verbindung
mit einem herkömmlichen X-Y-Kurvenschreiber beschrieben worden ist, dürfte einzusehen
sein, daß die Anwendung der Erfindung darauf nicht beschränkt ist, sondern daß ohne
Abweichung vom Erfindungsgedanken eine Vielzahl von Abänderungen vorgenommen werden
kann.