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Linearmotor-Schreibeinrichtung für
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Kompensationsschreiber Die Erfindung bezieht sich auf eine Linearmotor-Schreibeinrichtung
für Kompensationsschreiber gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1.
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Mit dem Vordringen der Halbleitertechnik werden in zunehmendem Maße
die Meßwerkschreiber durch elektronische Kompensationsschreiber verdrängt. Ein Verstärker
vergleicht hierbei die zu messende Spannung mit der am Schleifer eines Meßpotentiometers
anliegenden Vergleichs-Spannung und bewegt bei Abweichungen den Schleifer mit Hilfe
eines Stellmotors solange, bis wieder Gleichgewicht herrscht. Kompensationsschreiber
haben gegenüber Meßwerkschreibern den Vorteil, daß sie robuste, unempfindliche Stellmotoren
mit hohem Drehmoment verwenden und die Meßempfindlichkeit und Genauigkeit fast ausschließlich
durch den Verstärker und den Stellungsgeber (z.B. Potentiometer) bestimmt wird.
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Darüberhinaus bieten solche Kompensationsschreiber, deren Stellmotor
als Linearmotor ausgeführt ist, den Vorteil, daß alle Übertragungsmittel wie Geradführung,
Seilscheiben, Umlenkrollen usw.
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entfallen können. Das einzige bewegte Teil des Linearmotors ist ein
das Schreibelement tragender, von einer Spule angetriebener Schlitten, dessen geradlinige
Bewegungen quer zur Registrierstreifen-Vorschubrichtung verlaufen.
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Es ist bekannt, Linearmotor-Schreibeinrichtungen so aufzubauen, daß
die von einem Schlitten geführte Antriebsspule einen stabförmigen Weicheisenkern
umschlingt und dabei in einem Luftspalt gleitet, den der Weicheisenkern zusammen
mit einer aus Jochteilen und Permanentmagnet bestehenden Magnetanordnung bildet.
Der für den magnetischen Rückschluß sorgende Weicheisenkern kann dabei mit einem
oder mit zwei symmetrisch angeordneten Permanentmagneten zusammenwirken.
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In dem Luftspalt wird ein nahezu homogenes Magnetfeld mit der Induktion
BL erzeugt, das auf die Antriebsspule mit der Windungszahl w und der im Magnetfeld
befindlichen Leiterlänge 1 bei einem Strom I eine Kraft F ausübt (F = BL 1 . I .
w).
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Wie die Formel zeigt, ist die auf die Antriebsspule wirkende Kraft
F also umso größer, je höher die Luftspaltinduktion BL ist und umso breiter der
Luftspalt ist, in dem sich die Leiter der Antriebsspule befinden.
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Eine hohe Induktion bedingt einen kräftigen Permanentmagneten, und
entsprechend dicke Weicheisenteile, für den magnetischen Rückschluß. Dadurch wird
jedoch die Linearmotor-Schreibeinrichtung, zu der ja auch noch das Schreibelement
und der Stellungsgeber gehören, voluminös und schwer. Gerade bei modernen elektronischen
Schreibern ist man aber bemüht, auch die mechanischen Teile möglichst raumsparend
aufzubauen. Hinzu kommt, daß bei einem Mehrkanal-Schreiber die Bauhöhe der Schreibeinrichtungen
besonders klein gehalten werden muß. Nur so lassen sich die einzelnen Schreibeinrichtungen
mit geringem konstruktiven Aufwand und mit vertretbarem Platzbedarf übereinander
anordnen.
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Es ist bekannt, einen quaderförmigen Permanentmagnet so-mit Weicheisenteilen
zu umgeben, daß sich diese an seine Schmalseiten anschließen, wobei auch die Magnetpole
an zwei sich gegenüberliegenden Schmalseiten ausgebildet sind (Prospektblatt von
Esterline Angus Nr. SS2P (1171) 2ob). Der zwischen dem Magnetpol bzw.
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seinem Polschuh und dem von der Antriebs spule umschlungenen Weicheisenkern
ausgebildete Luftspalt, hat nur eine geringe Breite. Damit trotz dieser geringen
Luftspaltbreite, die ja wegen der angestrebten geringen Bauhöhe nicht beliebig vergrößert
werden kann, eine ausreichende Antriebskraft erzielt wird, muß die Induktion erhöht
werden. Eine Erhöhung der Induktion kann wiederum nur durch Vergrößern der Bauhöhe
oder Baubreite der Magnetanordnung erzielt werden.
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Eine Vergrößerung der Bauhöhe führt zu Einschränkungen bei Mehrkanal-Schreibern;
es können z.B. dann nur zwei Linearmotor-Schreibeinrichtungen übereinander angeordnet
werden. Die Vergrößerung der
Baubreite der Magnetanordnung beeinträchtigt
den übrigen Aufbau des Schreibers, da hierdurch eine zu große Fläche abgedeckt und
der dahinterliegende Raum schwer zugänglich gemacht wird.
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Bei einem anderen bekannten Linearmotor ist die Gesamt-Luftspaltbreite
dadurch vergrößert, daß sich die Antriebsspule in zwei Luftspalten bewegt. Diese
werden beidseitig des von der Antriebsspule umschlungenen Weicheisenkerns durch
zwei sich gegenüberliegende Permanentmagnete gebildet. Der hierdurch entstehende
Aufbau mit dem zugehörigen Rückschluß erreicht aber wiederum eine relativ große
Bauhöhe und ist zudem recht aufwendig.
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Ähnlich liegen die Verhältnisse auch bei allen bekannten Linearmotoren,
die den Luftspalt dadurch zu vergrößern suchen, daß sie den von der Antriebs spule
umschlungenen Weicheisenkern als runden Stab ausbilden und den Permanentmagnet so
anpassen, daß er den Weicheisenkern mehr oder weniger umschließt (etz-b Band 27
(1975 H.18 S.485-487).
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Aufgabe der Erfindung ist es, eine Linearmotor-Schreibeinrichtung
für Kompensationsschreiber zu schaffen, die insgesamt wenig Raum beansprucht, sich
bei einem Einbau in Mehrkanal-Schreiber gut stapeln läßt und bezüglich der Antriebskraft
bekannten Schreibeinrichtungen nicht nachsteht. Diese Aufgabe wird bei einer Linearmotor-Schreibeinrichtung
der eingangs genannten Art durch die in Anspruch 1 gekennzeichneten Merkmale gelöst.
Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen
genannt.
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnungen dargestellt
und wird im folgenden beschrieben. Es zeigen Fig. 1: die Linearmotor-Schreibeinrichtung
in Perspektive Fig .2: die Linearmotor-Schreibeinrichtung ebenfalls in Perspektive
aber aus anderer Sicht Fig.3: den Vorderteil eines Mehrkanal-Schreibers mit 3 Linearmotor-Schreibeinrichtungen
Die
Fig.1 läßt die gesamte Linearmotor-Schreibeinrichtung erkennen. Diese besteht aus
einer Magnetanordnung 1, einem Schlitten 2, einem Stellungsgeber 3 und einem Schreibelement
4.
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Ein Weicheisenkern la und ein Permanentmagnet 1b bilden einen Luftspalt
1c, während ein Joch 1d mit den beiden Jochschenkeln le, if zusammen mit dem Weicheisenkern
la für den Rückschluß sorgt.
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Wie man der Fig.2 entnehmen kann, gleitet der Schlitten 2 auf Führungsschienen
5,6. Seine Bewegung wird durch eine mit ihm verbundene Antriebsspule 7 ausgelöst.
Die Stromzuführung zur Antriebsspule erfolgt über Spiralfedern 8,9, die um eine
Führungsschiene gewickelt sind. Die Gleitlager des Schlittens 2 liegen in den beidseitig
der Magnetanordnung 1 angeordneten Seitenteilen 2b, 2c des U-förmig gestalteten
Schlittens 2. ber das Seitenteil 2b sind außerdem ein Stellungsgeberelement 3a und
über das Seitenteil 2c ein Schreibelement 4 mit dem Schlitten 2 verbunden. Der zum
Kompensationskreis des Schreibers gehörende Stellungsgeber 3 besteht aus einem als
Stellungsgeberelement wirkenden Ferritkern 3a, einer Primärspule 3b und einer Sekundärspule
3c.
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Das Schreibelement 4 steckt in einem schubkastenartigen Halter 10
und vereinigt einen Tintenvorratsbehälter 4a, einen Filzschreiber 4b und einen Zeiger
4c, der sich vor einer Skalenscheibe 11 bewegt.
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Besonders bemerkenswert bei der erfindungsgemäßen Linearmotor-Schreibeinrichtung
ist ihre geringe Bauhöhe bei gleichzeitig geringem Gesamtvolumen. Die Abmessungen
eines Linearmotors werden im wesentlichen durch den Permanentmagneten (ggf. mit
Polschuh), den von der Antriebs spule umschlungenen Weicheisenkern und das zum magnetischen
Rückschluß gehörige Joch bestimmt. Da diese Teile unter Einbeziehung des Luftspaltes
in Schichten über- bzw. nebeneinander angeordnet werden müssen, ergibt sich zwangsläufig
eine beachtliche Schicht- bzw. Bauhöhe.
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Bei bekannten Linearmotor-Schreibeinrichtungen kommt hinzu, daß bevorzugt
Alnico-Permanentmagneten verwendet werden. Mit diesen Magneten wird nur dann eine
hohe Induktion erzielt, wenn die Polenden einen entsprechend großen Abstand zueinander
haben. Die
Polenden eines quaderförmigen Alnico-Permanentmagneten
liegen deshalb vorzugsweise an seinen Schmalseiten, an die sich auch die zum Rückschluß
gehörigen Teile anschließen. Im Bereich der Schmalseiten liegt dann auch der ebenso
schmale Luftspalt.
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Dem gegenüber wird bei der erfindungsgemäßen Linearmotor-Schreibeinrichtung
ein keramischer Permanentmagnet verwendet, bei dem bereits bei geringem Polabstand
eine hohe Induktion erreicht wird.
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Sowohl der Permanentmagnet wie auch der Weicheisenkern und das Joch
sind sehr flache, aber dafür breite Stäbe mit rechteckigem Querschnitt und einer
Länge, die etwas über der Schreibbreite des jeweiligen Schreibers liegt. Da die
Stäbe mit ihrer Breitseite den Luftspalt bilden, wird auch dieser entsprechend breit.
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Obwohl die Breite des Luftspaltes 1c größer ist als die Bauhöhe der
Magnetanordnung 1, sogar dann, wenn der die Magnetanordnung überspannende Schlitten
2 mit Antriebs spule 7 zur Bauhöhe hinzugerechnet wird, ist sie andererseits wesentlich
kleiner, als die Länge der Magnetanordnung. Dadurch wird es möglich, das Stellungsgeberelement
3a auf der einen Schmalseite der Magnetanordnung und das Schreibelement 4 auf der
anderen Schmalseite so am Schlitten anzuordnen, so daß diese Bauteile beim Stapeln
der Linearmotor-Schreibeinrichtung in Mehrkanal-Schreibern die Gesamt-Bauhöhe nicht
vergrößern. Durch die beidseitige Anordnung der vom Schlitten 2 zu tragenden Teile
3a, 4 ergibt sich auch eine gleichmäßige Belastung des Schlittens und der Führungsschienen
5,6. Der Schwerpunkt fällt etwa in die Mitte der Antriebsspule 7, so daß sich günstige
Antriebsverhältnisse ergeben.
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Der induktive Stellungsgeber 3 arbeitet kontaktlos und damit störungs-
und verschleißfrei. Das Schreibelement 4 ist bequem austauschbar, da es in einem
schubkastenartigen Halter 10 steckt, aus dem es herausgezogen werden kann. In Fig.3
sind drei Linearmotor-Schreibeinrichtungen mit ihren Breitseiten in einem Schreiber
übereinander angeordnet. Zwischen den Skalenscheiben 11 verbleibt dabei nur ein
geringer Abstand. Damit die Schreibelemente 4 trotzdem bequem aus dem Halter 10
gezogen werden können, sind die.Skalenscheiben 11 um Drehpunkte 12 nach oben schwenkbar
und geben dadurch
die dahinterliegenden Schreibelemente 4 frei.
Ebenso sind auch die Halter 10 der Schreibelemente 4 im Drehpunkt 14 schwenkbar
gelagert. Sie können dadurch ebenfalls nach oben geschwenkt werden und behindern
so den Austausch darunterliegender Schreibelemente nicht. Die Schreibeinrichtung
ist also nicht nur sehr raurnsparend sondern auch sehr servicefreundlich aufgebaut.
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L e e r s e i t e