DE2309750A1

DE2309750A1 - Vorrichtung zum antrieb von schreibund druckerwagen in datenschreibern

Info

Publication number: DE2309750A1
Application number: DE19732309750
Authority: DE
Inventors: Fritz Giebler
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1973-02-27
Filing date: 1973-02-27
Publication date: 1974-09-19
Also published as: JPS502429A; BE811642A; DE2309750B2; CA1008500A; IT1003599B; CS180627B2; AU6551774A; DK137291B; NL7401698A; SE384767B; CH568157A5; GB1449701A; US4012676A

Description

Vorrichtung zum Antrieb von Schreib- und Druckerwagen in Datenschreibern

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Antrieb von Schreibwagen in Datenschreibern oder dergleichen unter Verwendung eines Linearmotors.

Bei einen derartigen Antrieb ist neben der Schnelligkeit, der genauen Steuerbarkeit bei schrittweisem Betrieb und der Gleichmäßigkeit, insbesondere bei Verwendung in Tintenstrahlschreiber·/!, auf eine geräuschlose Funktion V,^rert zu legen. Die bisher benutzten Antriebe verwenden eine Vielzahl von mechanischen Einzelteilen. So v/ird bei den heute verwendeten Datenschreibern der Schreibwagen vorzugsweise mit Hilfe von Seilzügen entlang einer parallel zum Papierwagen verlaufenden Fürhungsbahn bewegt. Sine Anordnung dieser Art eignet sich ganz besonders zur Verwendung eines Linearantriebs.

Es sind Linearmotoren bekannt, bsi denen ein elastischer Wicklungsträger in dem Luftspalt von mehreren Permanentmagneten bewegt wird (deutsches Patent 1 106 855), v/ob ei die Stromzuleitung zu dem Wicklungsträger über Schleifenschuh: vor sich geht. Es ist außerdem bekannt, statt dem elastischen Wicklungsträger eine starre Wicklungsplatte zu verwenden (franz. Patentschrift 1 260 803) oder statt der Wicklungsplatte den Magnetträger zu bewegen. Alle diese Linearmotoren verwenden jedoch lang ausgedehnte, über Schleifschuhe mit Strom versorgte Wicklungsspulen, d.h. die elektromotorische

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Kraft wirkt auf diese Spule und erzeugt einen Vortrieb, der mit Hilfe mechanischer Vorrichtungen an dieser Spule abgenommen werden muß, das heißt diese Spule ist äquivalent den Seilzügen der Antriebe in Datenschreibern, die bisher zur Anwendung kamen. Vorrürtungen dieser Art bringen wegen der zu beschleunigenden großen Hassen keine entscheidenden Vorteile gegenüber bisher verwendeten Antrieben mit Motoren über Seilzüge mit sich.

Aus der OS 2 126 481 ist ein Antrieb für eine Fernschreibmaschine unter Verv/endung eines linearen Elektromotors bekannt, bei dem nach Anspruch 4 "zur Erzeugung des Magnetfeldes ein Dauermagnet (30, 336) zv/ischen zwei parallelen Platten (332, 34, 354, 358) die über eine magnetische Brücke verbunden sind, engeordnet ist". Das Erzeugen des Magnetfeldes mit Hilfe eines langen Dauermagneten bedingt aber große Nachteile bei der Regelung der elektromotorischen Kräfte in der Antriebsspule. So ist die Fertigung von gleichmäßig magnetisieren Platten, die sich über eine große Fläche erstrecken, technisch besonders schwierig. Wegen des benötigten Feldverlaufes können in dieser Anordnung die Magnetplatten auch nicht bis an den Rand der ferromagnetischen Schienen geführt werden, so daß sich insbesondere an den Kanten starke Streufelder ergeben. Die alternative Verwendung von Elektromagneten ist ebenfalls nicht durchführbar, genauso wie eine ausreichend exakte örtliche Veränderung des Magnetfeldes, um zum Beispiel eine ortsabhängige Kraft zu erzeugen. Die Lage des Magnetfeldes im Luftspalt bedingt große Dimensionen der gesamten Anordnung und ein daraus resultierendes großes Gewicht.

Es ist Aufgabe der Erfindung, die zum Vorschub erforderliche elektromotorische Kraft ohne Verwendung eines besonderen bandförmigen Wicklungsträgers zu erzeugen und

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sie besonders exakt zu regeln, um insbesondere bei schrittweisem Betrieb eine genaue Positionierung zu ermöglichen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß an mindestens einem Ende von zwei in engem Abstand parallel verlaufenden langgezogenen ferromagnetischen Schienen ein Magnet angepaßt ist, und zwar derart, daß der oder die Magneten ein gerichtetes Feld zwischen den Schienen erzeugen und daß auf diesen Schienen eine stromdurchflossene Spule beweglich geführt ist.

Zur Steuerung des Vortriebs noch Ort und Geschwindigkeit ist nach einer V/'eiterbildung der erfindungsgemäßen Vorrichtung neben der Antriebsspule eine Meßspule vorgesehen, in der eine bewegungsabhängige Spannung induziert wird, wobei diese Spannung dann in einem Vergleicher mit dem vorgegebenen Sollwert verglichen wird und entsprechend über einen Verstärker die Antriebsspule steuert.

Wird an der Antriebsspule eine ortsabhängige Kraftv/irkung gewünscht, uin z.B. bei der Anwendung im Tintenstrahlschreiber die Beschelunigungszeit des Schreibkopfes zu verkürzen, so sind nach einer anderen bevorzugten Weiterbildung der erfindungsgemäßen Vorrichtung in den ferromganetischen Schienen Aussparungen vorgesehen, die derart angeordnet sind, daß sich zwischen den einzelnen Schienen eine unterschiedliche Feldverteilung des magnetischen Feldes ergibt, wodurch am Anfang und am Ende der einzelnen Schienen höhere Kräfte an der Antriebsspule entstehen.

Vorteile der Erfindung bestehen insbesondere darin, daß das Magnetfeld mit Hilfe eines einzigen kompakten Magneten, der z.B. auch ein Elektromagnet sein kann, erzeugt werden kann, daß atCerclem das Magnetfeld vollkommen gleich-

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mäßig und ohne störende Streufelder verläuft, Durch den Strom in der Spule kann die Richtung und Größe der Antriebskraft gesteuert werden, woraus sich bei Anwendung der Erfindung in einem Tintenstrahlschreiber Belegungen des Druckerv.'agens für den Vor- oder den Rücklauf, die Beschleunigung oder das Bremsen über elektronische Mittel steuern lassen. Durch die spezielle Ausgestaltung der Antriebsspule als Doppelspule lassen sich auch die Streufelder des Magnetfeldes für den Vortrieb ausnützen. Das Gesamtgewicht der beschleunigenden Massen bleibt durch die angegebene Ausgestaltung besonders niedrig, was insbesondere für den schrittweisen Vortrieb zum Vorteil gereicht. Der Aufbau des Antriebs ist sehr einfach und aus diesem Grunde besonders wartungsfreundlich und in der Herstellung besonders preisgünstig. Ein sehr großer Vorteil ist außerdem sein nahezu geräuschloses Arbeiten.

Ausführungsformen der Erfindung seien im folgenden anhand der Zeichnungen bespielsweise beschrieben.

Es zeigen

Fig. 1 eine Prinzipdarstellung der Erfindung, Fig. 2 eine Ausführungsform der Erfindung,

Fig. 3 , :. verschiedene Ausführungsformen der Magnetanordnung ,

Fig. 4 eine Magnetanordnung zur Erzeugung einer unterschiedlichen Feldverteilung,

Fig. 5 ein Blockschaltbild der Erfindung mit einem Regelkreis bei Anwendung in einem Tintenstrahlschreiber,

Fig. 6 eine mögliche Schaltungsanordnung des Regelkreises von Fig. 5 und

Fig. 7 ein Blockschaltbild der Erfindung in einem Drucker mit einer Regelschaltung für schrittweisen Vorschub.

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Die Fig. 1 zeigt eine Prinzipdarstellung der Erfindung. Dabei wird zwischen den beiden langgezogenen ferromagnetischen Schienen 1 mit Hilfe der an ihren jeweiligen Enden angepaßten Magneten 2 ein gerichtetes Magnetfeld erzeugt. Auf den Schienen wird eine stromdurchflossene Spule 4 beweglich geführt. Die Richtung der Bewegung der Spule 4 wird bestimmt durch die Strornrichtung in der Spule. Der hauptsächliche Vortrieb dieser Vorrichtung wird durch die zwischen den Schienen verlaufende Spule 4a erzeugt. Statt der Doppelspule kann beispielsweise auch eine Einfachspule, die über nur eine Schiene verläuft, zur Anwendung kommen. Die Doppelspule ermöglicht aber eine leichtere Führung der gesamten Vorrichtung. Die auf der Zeichnung angebrachten Buchstaben N und S dienen zur Kenntlichmachung der, Nord- bzw. Südpoles der jeweiligen Permanentmagneten. Die Kraft, die mit Hilfe einer derartigen Anordnung zum Vortrieb erzeugt werden kann, ist porportional dem Querschnitt der Weicheisenschiene, der im Eisen erzeugten Induktion, der Wicklungszahl und dem Strom in der Spule. Sie ist umgekehrt proportional der Gesamtlänge der Weicheisenschiene. Daraus folgt, daß das hier vorgeschlagene Prinzip bevorzugt für sehr kurze bis mjfctlere Zeilen in einen Tintenstrahlschreiber und niedere Wagengewichte wirtschaftlich ist.

Die Fig. 2 zeigt eine Ausführungsform der Erfindung, wobei der Schreibkopf 6 mit der an Führungen 5 bev/eglich gelagerten Spule 4 kraftschlüssig verbunden ist und entlang den ferromagnetischen Schienen 1 bewegt wird. Die Dauermagneten 2 sind jeweils am Kopfende angebracht.

Die Fig. 3 zeigt verschiedene Ausführungsformen der Magnetanordnung, die in gleicher Weise ein gerichtetes

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Magnetfeld 3 zwischen zwei ferromagnetischen Schienen erzeugt. Durch diese speziellen Anordnung kann ein Magnet eingespart werden. Das erfordert eine wesentlich stärkere Magnetisierung. Anordnungen dieser Art sind beispielsweise von Vorteil, wenn aus konstruktionstechnischen Gründen die beiden ferronagnetischen Schienen 1 an einem Ende offen sein müssen, wie das z.B. notvrendig sein kann, wenn der Vortrieb über eine Druckstange erzeugt wird.

Die Fig. 4 zeigt eine Magnetanordnimg zur Urzeugung einer unterschiedlichen Feiaverteilung. Durch die Aussparungen 7, welche eine entlang den ferromagnetischen Schienen unterschiedliche Breite des Luftspaltes 8 zur Folge haben, wird eine unterschiedliche Feldverteilung verursacht. In diesem speziellen Fall bedeutet dies höhere Kräfte am Anfang und am Ende einer Zeile, wenn man dabei annimmt, daß sich die Spule in den Gebiet mit dichteren Feldlinien bewegt. Eine Anordnung dieser Art ist beispielsweise von Vorteil, um die Beschleunigungsund Verzögerungsphase am Anfang bzw. am Ende einer Zeile zu verkürzen.

Figur 5 zeigt ein Blockschaltbild der Erfindung mit einem Regelkreis bei Anwendung in einem Tintenstrahlschreiber. Mit einer Anordnung dieser Art läßt sich auf einfache Weise ein Linearmotor gemäß der Erfindung steuern. Die bei der Bewegung des Schreibkopfes in der Meßspule 9 induzierte Spannung wird einem Vergleicher zugeführt, dort mit einem vorher eingegebenen Sollwert 11, der die Drten über Vorlauf, Rücklauf und Ruhe enthält, verglichen und einem Verstärker 12 zugeführt. Dieser Verstärker steuert in bekannter Weise über den Strom die Richtung und Geschwindigkeit des Druckwagens 6,

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Die Regelung nach dem Ort läßt sich in der V/eise wie sie z.B. von Positioniersystenen von Plattensprechern her bekannt ist, bewerkstelligen. Als Weggeber kommen z.B. ein indukti\'er Weggeber nach dem Iläanderprinzip, ein optischer Weggeber oder ein magnetischer Weggeber in Frage.

Die Fig. 6 zeigt eine Schaltungsanordnung des Regelkreises von Fig. 5. Mit den beiden Transistoren T1 und T2 v/erden die durch die Zenerdiode ZD1 stabilisierten Sollwerte für den Wagenvorlauf 13 und den Wagenrücklauf 14 angeschaltet. Legt keiner der beiden an, so ist durch den Widerstand R automatisch der Sollwert für den Ruhezustand des Wagens vorgesehen. Der Differenzverstärker OP vergleicht den Sollwert mit dem von der Meßspule 9 gelieferten Wert und steuert entsprechend über den Leistungsverstärker Tj5 und T4 die Antriebsspule 4. Der Widerstand RA begrenzt zusammen mit den beiden Zenerdioden ZD2 und ZD3 den maximalen Strom in der Spule und damit die Kraft und die Beschleunigung am Wagen. Dies ist notwendig, da im Tintenstrahlschreiber die Beschleunigung über einen bestimmten Wert nicht hinausgehen darf, da sonst die Tintenversorgung nicht mehr gewährleistet ist.

Die Fig. 7 zeigt ein Blockschaltbild der Erfindung in einem Drucker mit einer Regelschaltung für schrittweisen Vorschub. Parallel zu der Magnetschiene 1, auf der die Antriebsspule 4 beweglich gelagert ist, ist eine Positionierdungsschiene 17 angebracht, auf der sich dreieckige Marken 17/1, 17/2... zur Positionierung des Schreibkopfes 6 befinden. Diese Marken werden vorzugsweise mit einer optoelektronischen Einrichtung 15, die je zwei Abtastpunkte 15a und 15b besitzt und mit der Antriebsspule 4 kraftschlüssig verbunden ist, abgetastet. Das Differenzsignal dieser beiden Meßpunkte wird mit Hilfe eines

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Differentialabtasters 16 einer elektronischen Einrichtung 27 zugeführt, die über den Verstärker 12 die Äntriebsspule 4 steuert.

Die grobe Positionierung nach dem Ort geschieht durch Abzählen der einzelnen Dreiecke 17/1, 17/2 etc. der Positionierschiene 17. Die Ruhelage des Druckwagens 6 ist eindeutig bestimmt durch die Zuordnung der Steigungen und 19 der Positionierdreiecke 17/1» 17/2 etc.. Y/ird er aus dieser stabilen L&ge infolge einer Krafteinwirkung ausgelenkt, so sorgt die Polarität des Differenzsifytials der Abtastpunkte 15a und 15b in der Antriebsspule 4 für eine entgegengerichtete Kraft, die den Druckwagen in die Ruhelage zurückführt.

Soll der Druckwagen nun schrittweise von Positionierpunkt zu Positionierpunkt gefahren werden, so wird zunächst durch Betätigen der gekoppelten Schalter 20 und 21 die Bewegungsrichtung festgelegt. Gleichzeitig wird durch Invertieren des Differenzsignals mit Hilfe der Vorrichtung 22 eine instabile Lage hergestellt, d.h. der Stabilitätspunkt v/ird von der Dreiecksspitze 23 der Positionierpunkte in die Dreieckssenke 24 verlegt. Ein Auslenksignal 25» dessen Polarität die Bewegungsrichtung bestimmt, setzt den Druckwagen in Bewegung. Dieser wird nun beschleunigt und fährt infolge seiner Trägheit über die stabile Senke 24 hinweg, wobei die entgegengesetzt wirkende Kraft ihn abbremst. Um zu verhindern, daß sich der Schreibwagen 6 nun auf die Senke 24 stabilisiert, werden mit Hilfe eines Rückstellsignals 26 die Schalter 20 und 21 in ihre Ruhelage zurückgeführt. Dadurch wirkt auf die Antriebsspule 4 wiederum das ursprüngliche Differenzsignal und der Schreibwagen 6 stabilisiert sich an der Dreiecksspitze 23a. Der Zeitpunkt des Anlegens des Rückstellsignals 26 ist unter

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anderem von der Masse des Schreibwagens 6 und der Stärke und Dauer des Auslenkimpulses 25 abhängig und aus diesera Grunde v/ird das Rückstellsignal von einem einstellbaren Zeitglied gesteuert.

5 Patentansprüche
7 Figuren

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Claims

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Patentansprüche

( 1.)Vorrichtung insbesondere zum Antrieb von Schreiboder Druckerv/agen in Datenschreibern oder dergl. unter Verwendung eines Linearmotors, dadurch gekennzeichnet , daß an mindestens einen·. Ende von zwei in engem Abstand parallel verlaufenden langgezogenen, ferromagnetischen Schienen (1) ein Magnet (2) angepaßt ist, und zv/ar derart, daß der oder die Magneten (2) ein gerichtetes Feld (3) zwischen den Schienen erzeugen, und daß auf diesen Schienen eine strorndurchflossene Spule (4) beweglich geführt ist.
2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß neben der Antriebsspule (4) eine Meßspule (9) vorgesehen ist, in der eine bewegungsabhängige Spannung induziert wird, wobei diese Spannung in einem Vergleicher (10) mit einem vorgegebenen Soll-Wert (11) verglichen wird

• und entsprechend über einen Verstärker (12) die Antriebsspule (4) steuert.
3. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Luftspalt zwischen den beiden ferromagnetischen Schienen (1) mit Hilfe von Aussparungen (7) oder Formänderungen derart verändert wird, daß sich zwischen den einzelnen Schienen (1) eine unterschiedliche Feldverteilung des magnetischen Feldes (3) ergibt, woraus sich am Anfang und am Ende der Einzelschienen höhere Kräfte an der Antriebsspule erzeugen lassen.

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4. Anordnung nach Anspruch 1 bis 3> dadurch gekennzeichnet , daß zur Steuerung des Antriebs für einen Tintenstrahlschreiber die stabilisierten Soll-Werte für den Wagenvorlauf (13) und den Wagenrücklauf (14) über Transistoren (T1 und T2) an einen Operationsverstärker (OP) angeschlossen werden und daß an diesem Operationsverstärker (OP) ein Widerstand (R) liegt, über den automatisch der Soll-Wert für den Ruhe zu. stand "des Wagens vorgegeben wird, und daß der Operationsverstärker diesen Soll-Wert mit dem von einer ließspule (9) gelieferten Wert vergleicht und entsprechend über Leistungstransistoren (T3 und T4) eine Antriebsspule (4) steuert, und daß zv/ischen den Transistoren ein Widerstand (RA) angeschaltet ist, der zusammen mit zwischengeschalteten Zenerdioden (ZD2 und ZD3) den maximalen Strom in der Antriebsspule (4) und damit die Kraft und die Beschleunigung am Wagen begrenzt.
5. Anordnung nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet , daß parallel zu der ferromagnetischen Schiene (1) eine Positionierschiene (17) angeordnet ist, auf der Positionierraster (17/1, 17/2 etc) angebracht sind und daß diese Raster vorzugsv/eise mit einer optoelektronischen Einrichtung (15) abgetastet und dieses Abtastsignal dann einem Differentialabtaster (16) zugeführt v/ird und daß diesem Differentialabtaster eine elektronische Einrichtung (27) nachgeschaltet ist, die mit ihrem Ausgangssignal die Antriebsspule (4) steuert.

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