DE1253545B - Vorrichtung zum Umwandeln einer kontinuierlichen in eine intermittierende Drehbewegung - Google Patents

Description

DEUTSCHES WTsm PATENTAMT DeutscheKJ.: 47 h-21

AUSLEGESCHRIFT

Nummer: 1253 545

Aktenzeichen: N 27110 ΧΪΙ/47 h

1 253 545 Anmeldetag: 30.Juli 1965

Auslegetag: 2. November 1967

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Umwandeln einer kontinuierlichen in eine intermittierende Drehbewegung mit die Drehbewegung überlagernden Schwingungen.

Es ist häufig erforderlich, ein drehbares Glied intermittierend zu bewegen, d. h., dieses Glied soll eine Folge von Bewegungsschritten mit dazwischenliegenden effektiven Totzeiten durchführen. In dem Begriff »effektive Totzeit« sollen folgende drei Möglichkeiten eingeschlossen sein:

1. Die Winkelgeschwindigkeit des drehbaren Gliedes wird verringert, erreicht jedoch nicht den Wert Null;

2. die Winkelgeschwindigkeit wird bis zum Wert Null verringert;

3. die Winkelgeschwindigkeit wird über den Wert Null hinaus verringert, d. h., zwischen jedem Bewegungsschritt erfolgt eine kurzzeitige Rückwärtsbewegung.

Vorrichtung zum Umwandeln einer
kontinuierlichen in eine intermittierende
Drehbewegung

Anmelder:

The National Cash Register Company,
Dayton, Ohio (V. St. A.)

Vertreter:

Dr. A. Stappert, Rechtsanwalt,
Düsseldorf N., Feldstr. 80

Beanspruchte Priorität:

V. St. v. Amerika vom 3. August 1964 (387 085)

Eine Bewegung dieser Art wird beispielsweise in Druckwerken angewandt, in denen Schriftzeichen nacheinander in Druckstellung gebracht werden, sowie in Filmprojektoren, bei denen der Film jeweils um eine Bildteilung weiterbewegt wird und dann für kurze Zeit stehenbleibt, um jeweils eine Projektion durchzuführen.

In bekannten Vorrichtungen zur Erzielung einer solchen intermittierenden Bewegung werden verschiedene mechanische Lösungen, z. B. das Malteserkreuz, angewandt. Ein Nachteil dieser bekannten Vorrichtungen besteht darin, daß die damit erreichbare Schrittgeschwindigkeit begrenzt ist und daß sie aufeinandergleitende Teile enthalten, so daß bei höheren Geschwindigkeiten ein beträchtlicher Verschleiß auftritt.

Auch bekannt ist ein mit einem federbeeinflußten Steuerwerk ausgerüstetes Geschwindigkeitswechselgetriebe, bei dem sich der Drehbewegung eine Federschwingung überlagert, wobei die Umlaufgeschwindigkeit der Antriebswelle nach Maßgabe ihres Belastungswechsels selbsttätig geändert werden kann. Die bei dieser bekannten Einrichtung überlagernden Schwingungen sind aperiodisch und zur Erzeugung von intermittierenden Drehbewegungen nicht verwendbar.

Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung einer wesentlich verbesserten Vorrichtung zum Erzielen eines intermittierenden Arbeitens.

Das Erfinderische liegt darin, daß die Schwingungen periodisch sind. Dabei kann als Schwingungserzeuger ein magnetischer Oszillator verwendet werden, dessen Frequenz mit der eigenen Frequenz des getriebenen Ghedes annähernd übereinstimmt. Zusätzlich kann eine Torsionswelle mit einer auf den magnetischen Oszillator abgestimmten eigenen Frequenz vorgesehen werden, um die intermittierende Wirkung am getriebenen Glied zu verstärken.

Durch die Anwendung dieser die Drehbewegung überlagernden periodischen Schwingungen wird erst ein retardierendes und anschließend ein beschleunigendes Moment zur Erzielung einer intermittierenden Bewegung hervorgerufen. Dabei ergeben sich Stillstandszeiten auch bei Geschwindigkeiten, bei denen die Erzeugung eines Stillstandes wegen der hierfür fehlenden Möglichkeit bisher nicht durchgeführt werden konnte.

In einem Seriendrucker wird ein Typenrad 2800mal in der Sekunde bewegt, d. h., es wird 2800 effektiven Totzeiten pro Sekunde unterworfen. Diese Geschwindigkeit liegt um zwei Größenordnungen höher als die Geschwindigkeit einer bekannten mechanischen Vorrichtung zum Erzeugen einer intermittierenden Bewegung. Ein Filmprojektor arbeitet mit einer Geschwindigkeit von 64 effektiven Tot- oder Stillstandzeiten pro Sekunde.

Im folgenden werden an Hand der Zeichnungen verschiedene Ausführungsbeispiele der Erfindung beschrieben, und zwar zeigt

F i g. 1 eine Draufsicht auf einen Seriendrucker,

F i g. 2 eine Seitenansicht des Seriendruckers, die längs der Linie II-II in den F i g. 1 und 5 teilweise geschnitten dargestellt ist,

F i g. 3 eine Schnittansicht entlang der Linie III-III in F i g. 1,

709 680/220

F i g. 4 eine Vergrößerung eines Teiles von F i g. 3,

F i g. 5 fünf Kurven, die den Verlauf verschiedener effektiver Totzeiten veranschaulichen,

F i g. 6 eine Prinzipdarstellung des Geschwindigkeitssteuersystems des Seriendruckers,

F i g. 7 eine perspektivische Ansicht eines Filmprojektors,

F i g. 8 eine längs der Linie XVIII-XVIII in F i g. 9 geschnittene Teilansicht,

F i g. 9 eine teilweise geschnittene Ansicht entlang der Linie XIX-XIX in F i g. 10,

F i g. 10 eine den Filmprojektor betreffende Kurve,

F i g. 11 einen Längsschnitt durch einen Trommeldrucker,

F i g. 12 eine Prinzipdarstellung des Geschwindigkeitssteuersystems des Trommeldruckers,

F i g. 13 einen Längsschnitt eines Magnetfederdruckers und

F i g. 14 und 15 vergrößerte Seitenansichten jeweils eines Details der F i g. 13 in Richtung der Pfeile ao XXVII bzw. XXVIII gesehen.

Seriendrucker (F i g. 1 bis 4)

Der Hauptbestandteil des Seriendruckers ist eine as Kombination zylinderförmiger Massen 1 (F i g. 2), die symmetrisch um die Mittellinie 2 rotieren.

Die Kombination der zylinderförmigen Massen oder drehbaren Elemente setzt sich aus drei Grundbestandteilen zusammen: einer Welle 3, die mittels Lager 6 und 7 in Lagerböcken 4 und 5 gelagert ist, einem mittels einer Feder-Nut-Verbindung 9 an der Welle 3 befestigten Schwungrad 8 sowie einem ebenfalls mittels einer Feder-Nut-Verbindung 11 an der Welle 3 befestigten Typenrad 10. An dem Schwungrad 8 ist eine Antriebsscheibe 12 angebracht, die von einer Antriebsscheibe 15 eines Motors 14 über einen Riemen 13 angetrieben wird. Das Typenrad 10 weist bei einem genügend hohen Festigkeitswert in der zur Mittellinie 2 senkrechten Ebene ein minimales Trägheitsmoment auf.

Die in F i g. 2 gezeigte Welle 3 wirkt als Torsionsfeder zwischen dem Schwungrad 8 einschließlich der Antriebsscheibe 12 und dem Typenrad 10. Ein magnetischer Oszillator oder eine Erregungsvorrichtung 20 dient dazu, Drehschwingungen des Typenrades 10 in bezug auf das Schwungrad 8 zu erzeugen. Die Erregungsvorrichtung 20 enthält einen Rotor 21, der mittels einer Feder-Nut-Verbindung 22 an der Welle 3 befestigt ist und zwei Kränze von Außenzähnen 21a (F i g. 4) hat. Jeder Zahnkranz hat so viele Zähne, wie Totzeiten des Typenrades 10 erwünscht sind. Zum Beispiel sind 56 Zähne 21a vorgesehen, was der Anzahl der auf dem Typenrad 10 angeordneten Schriftzeichen 10 a entspricht.

Der Rotor 21 besteht aus weichmagnetischem Material und arbeitet mit einem Stator 23 zusammen, der zwei Kränze von Innenzähnen 23 a aufweist, deren Anzahl jeweils der Anzahl der Zähne 21a entspricht. Die Zähne 21a und 23 a beider Kränze sind demzufolge in 56 Winkelstellungen des Rotors 21 (F i g. 3 und 4) miteinander ausgerichtet, wobei sich zwischen den Zähnen 21 α und 23 a ein Luftspalt 24 befindet, um das zur Gewährleistung einer berührungsfreien Drehbewegung zwischen Rotor 21 und Sta- 6s tor 23 erforderliche Spiel zu schaffen.

Der Stator 23, ebenfalls aus magnetischem Material, besteht aus zwei Teilen, die längs der Linie 25-25

(F i g. 3) aufeinandergepaßt sind und durch Bolzen 26 zusammengehalten werden. Der zweiteilige Stator 23 umschließt eine ringförmige Wicklung 27, die bei ihrer Erregung Flußpfade 29 (F i g. 2 und 4) erzeugt, die in durch die Welle 3 verlaufenden Ebenen liegen.

Der Stator 23 ist mittels in einer an seiner Mantelfläche vorgesehenen Nut 31 laufenden Kugellagern 30 so gelagert, daß er sich annähernd reibungslos drehen kann. Durch die Drehbewegung des Stators 23 wird der Kern 34 eines linearen, variablen Differenzialübertragers 35 betätigt. Mittels einer Feder 37 und einer über einen Hebel 36 b (F i g. 3) und den Kern 34 mit dem Stator 23 gekuppelten Gegenfeder 36 wird dieser in einer Mittellage gehalten. Um den Gesamtwinkelweg des Stators 23 zu begrenzen, ist ein verstellbarer Anschlag 38 vorgesehen, während durch die Einstellung der Federspannungen an den Haken 36a, und 37 a (F i g. 1) die statische und dynamische Stellung des Stators 23 bestimmt wird.

Fließt ein elektrischer Strom bei stillstehendem Antriebsmotor 14 durch die Wicklung 27, dann »sperrt« der Rotor 21 den Stator 23, so daß die Zähne 21a und 23a in der in den Fig. 3 und 4 gezeigten Weise ausgerichtet sind. Diese Sperrwirkung ist relativ stark und kann ausreichend sein, um d$s Anlaufen des Antriebsmotors 14 zu verhindern. Ist dies der Fall, dann wird die Spannung an die Wicklung 27 erst dann angelegt, wenn das Schwungrad 8 bereits eine bestimmte Geschwindigkeit erreicht hat. Durch ein weit niedrigeres Durchschnittsdrehmoment des laufenden Motors 14 wird dem magnetischen Oszillator 20 genügend Erregungsenergie zugeführt. Das Schwungrad 8 muß gegenüber den Schwingungen des Typenrades 10 eine solche Trägheit aufweisen, daß seine gleichförmige Drehbewegung dadurch nur geringfügig oder überhaupt nicht beeinflußt wird.

Die Welle 3 wirkt als Torsionsfeder zwischen dem Schwungrad 8 und dem Typenrad 10. Nimmt man an, daß das Schwungrad 8 festgehalten und das Typenrad 10 gedreht und dann plötzlich freigegeben wird, dann schwingt das Typenrad 10 mit einer bestimmten Resonanzfrequenz f_r in bezug auf das Schwungrad 8. Besteht die Welle 3 aus hochwertigem, vergütetem Stahl, dann ist die innere Dämpfung des Materials der Welle extrem niedrig, und die Resonanzfrequenz f_r ist gleich der Eigenfrequenz /„ des aus der Welle 3 und dem Typenrad 10 bestehenden Systems. Die Frequenz dieses Systems wird im folgenden als Frequenz f_n bezeichnet, die als die Eigenfrequenz des Systems angesehen werden kann. Letztere wird als die Frequenz definiert, bei der für eine sinusförmige Anregungskraft dieser Frequenz die Größe der Anregungskraft in Phase mit der Geschwindigkeit irgendeines schwingenden Punktes im System ist. Um die die Bewegung des Typenrades 10 beschreibenden Gleichungen zu bestimmen, seien zunächst nur die Drehschwingungen der Torsionswelle 3 und des Typenrades 10 betrachtet. Für einen beüebigen Radius (Radius des Typenrades) der in bezug auf das Typenrad 10 festgelegt wird, ist die Winkelstellung (relativ zu seiner Stellung, wenn keine Schwingungen auftreten) in einem beliebigen Augenbhck durch die Funktion

Φι sin 2 π f_n t

gegeben, worin Φι die maximale Winkelverdrehung des Typenrades 10 in bezug auf das Schwungrad 8 ist und wobei ein geeigneter Ausgangszeitpunkt für die

durch die Variable t dargestellte Zeit gewählt wird. punkte sämtlicher effektiven Totzeiten lassen sich

Als nächstes wird die Bewegung des Schwungrades 8 durch Differenzieren der Gleichung (3) finden:
betrachtet. Für einen in bezug auf letzteres gewählten
Radius ist dessen Winkelstellung Φ eindeutig durch dew

Θ₀ = 2πηί (1)

= — 4π² /»*Φ sin 2π/„ t . (4) dt

,. , „,,,„. _T, Um die maximalen und minimalen Punkte zu

gegeben, worin « die Drehzahl der WeUe 3 in Um- _{finden( wird diese Ableitung} ^_{eich Null gesetzt Es}

drehungen pro Sekunde darstellt. Die Gesamtbe- •J_{t dann a}j_SQ

wegung des Typenrades 10 ergibt sich durch die Über- io . _

lagerung der gleichförmigen Drehung des Schwung- sin/π/» — , { )

rades 8 und der Drehschwingung des Typenrades 10 _{woraus sich er}^_bt

um das Schwungrad 8. Die Winkelstellung 0t des

Typenradradius zu jedem beliebigen Zeitpunkt ist

daher durch die Gleichung 15 /„ t = 0, —, 1, — ,2 usw. (6)

2 2

0f = 2 π η t + Φι sin 2 π /„ t (2)

In der Gleichung (2) ist der Mittelpunkt einer gegeben. effektiven Totzeit bei t = 0 erreicht. Die Mittelpunkte

Die augenblickliche Winkelgeschwindigkeit ω eines so der effektiven Totzeiten hegen daher bei
festen Punktes auf dem Typenrad 10 zu einem beliebigen Zeitpunkt / wird durch Differenzieren der /» t = 0,1, 2, 3 usw. (7)
Gleichung (2) gefunden ^ ^ ^ .

d0t „ „ , _Λ ^ , ^a5 t = 0, —, —, — usw. (8)

ω= = 2πη + 2π/_ηΦιθθ%2π f_nt. (3) fn fn fn

dt

. , , „ . ,.^₁ , . In gleicher Weise hegen die maximalen Umfangs-

Die Gleichung (3) .definiert die Charakteristiken _geschwindigkeiten des schwingenden Typenrades 10

jeder effektiven Totzeit fur jeden Schwingungszyklus 30 _bej

des Typenrades 10 bei der Frequenz /„, der Ampli- 13 5

tude Φι und der Drehzahl η des Schwungrades 8. t — — , , usw. (9)

Die effektiven Totzeiten werden dadurch bewirkt, 2/„ 2 f_n 2f_n
daß die Schwingungen des Typenrades 10 der gleichförmigen Drehung des Schwungrades 8 überlagert 35 Die Gleichungen (8) und (9) zeigen, daß eine die sind, wobei die Winkeldrehung des Typenrades 10 Umfangsgeschwindigkeit des schwingenden Typenwährend einer Hälfte jedes Schwingungszyklus der rades 10 anzeigende Vorrichtung unabhängig von Drehbewegung des Schwungrades 8 entgegengesetzt der Drehzahl des Schwungrades 8 die Schwingist. Die größte Winkelgeschwindigkeit des Typen- frequenz f_n feststellt.

rades 10 in bezug auf das Schwungrad 8 tritt in dem 40 D sei die Anzahl der Mittelpunkte der effektiven

Augenblick auf, in dem die Spannung in der Welle 3 Totzeiten pro Umdrehung, wenn die Drehzahl des

den Wert Null besitzt, d. h., wenn der momentane Schwungrades 8 mit η Umdrehungen pro Sekunde

Verdrehungswinkel der Welle Null ist. Dies ist konstant ist.

zweimal in jedem Zyklus der Fall, und zwar addiert Da einmal in jedem Schwingungszyklus mit der

sich diese relative Winkelgeschwindigkeit einmal zur 45 _Periode 1 _{dne effektive Totzeit auftrftt ist somit}

Vorwartsdrehung des Schwungrades 8, wahrend sie /»

sich das andere Mal von der letzteren subtrahiert. ,

Der maximale Verdrehungswinkel Φι bestimmt die D=—. (10)

maximale Winkelgeschwindigkeit, die auftritt, wenn ⁿ

der augenblickliche Verdrehungswinkel Null ist. 50

Mit dem Begriff »effektive Totzeit« werden ein oder Die Gleichung (10) ist der allgemeine Ausdruck für

sämtliche von drei möglichen Totzeitarten pro Zyklus die Anzahl der effektiven Totzeiten pro Umdrehung

, r. · j 1 , •L_i des Schwungrades 8. Für einige Anwendungsfälle,

der Penode bezeichnet: _{D f}.. , ⁰ ₀ . , , . . ⁰ . °_A „ J.

fn z. B. fur den Senendrucker, ist es wesentlich, daß D

55 eine ganze Zahl ist und daß die Drehzahl η des

1. Keine kurzzeitige Totzeit pro Zyklus, Schwungrades 8 praktisch konstant bleibt, so daß die

2. eine kurzzeitige Totzeit pro Zyklus, Mittelpunkte der effektiven Totzeiten sich nicht

zeitlich verschieben.

3. zwei kurzzeitige Totzeiten pro Zyklus. Auf Grund der Tatsache, daß der Rotor 21 der

60 Erregungsvorrichtung 20 mit einer Anzahl von Zähnen Wie im Zusammenhang mit den verschiedenen Aus- 21a versehen ist, die gleich der Anzahl der pro Umführungsbeispielen gezeigt, kann jeweils für bestimmte drehung des Schwungrades 8 erwünschten effektiven Anwendungsfälle eine der drei vorgenannten effek- Totzeiten ist, z. B. 56, entsprechend der Anzahl von tiven Totzeitarten von Nutzen sein. Schriftzeichen 10 a auf dem Typenrad 10, ist es für

Die vorgenannte erste Art tritt auf, wenn das 65 das ordnungsgemäße Arbeiten lediglich erforderlich, Schwingglied einmal in jedem Zyklus in Bezug zu das Schwungrad 8 mit einer Geschwindigkeit anzueinem ortsfesten Punkt langsamer wird, jedoch nicht treiben, die die Schwingungen des Typenrades 10 in zu einem vollständigen Stillstand kommt. Die Mittel- bezug auf das Schwungrad 8 auf oder in der Nähe

der maximalen
frequenz // ist

Amplitude hält. Die Erregungsdie Gleichung (12) in Gleichung (17) substituiert, wodurch sich folgendes ergibt:

ff = nT

(11) Φι =

(19)

worin T die Anzahl der Rotorzähne 21a darstellt. Für eine maximale Schwingungsamplitude wird // praktisch gleich f_n sein; aus diesem Grunde ist die richtige Drehzahl zur Erregung des Systems mit seiner Eigenfrequenz

η =

fn_

(12)

Ein wichtiger Fall ist der, wenn eine oder zwei kurzzeitige Totzeiten pro Zyklus auftreten. Eine kurzzeitige Totzeit tritt dann auf, wenn man in der Gleichung (2) ω = 0 setzt, woraus sich ergibt

worin Φ im Bogenmaß gemessen wird.

Die Gleichungen (12) und (19) können in Gleichung (2) substituiert werden, woraus sich die Winkel-Verdrehungsgleichung für nur eine kurzzeitige Totzeit pro Zyklus für den Fall ergibt, wenn nur die Anzahl der Rotorzähne 21a und die Eigenfrequenz bekannt sind.

„ 2π/„ t — sm.2nf_nt

Wt- .

y

(20)

In gleicher Weise ist für den allgemeinen Fall für eine effektive Totzeit pro Zyklus

η + fn Φι cos 2 π f_n t = 0.

(13)

Θ* =

2 JT fn t

- CP₁ sin 2 π/„r. (21)

Löst man Gleichung (13) nach t auf, dann ergibt sich 1 Jn

t =

Inf_n

COS"

/ηΦΐ

(14)

Substituiert man die Gleichung (14) in Gleichung (2), dann ergibt sich nach Vereinfachung

fn

COS^-

ίηΦί

+ Φι

Ί

Α Φι

(15)

Die Gleichung (15) definiert die Lage von kurzzeitigen Totzeiten in bezug auf den gewählten Bezugsradius des Typenrades für den allgemeinen Fall, d. h. entweder eine oder zwei kurzzeitige Totzeiten pro Zyklus und eine beliebige Anzahl (nicht notwendigerweise eine ganze Zahl) von Totzeiten pro Umdrehung des Schwungrades 8.

Tritt nur eine kurzzeitige Totzeit pro Zyklus auf, dann liegen diese Totzeiten jeweils im Mittelpunkt der effektiven Totzeiten, und die Gleichung (7) kann in Gleichung (13) substituiert werden, wodurch sich ergibt

«-/»Φι = 0 (16)

Φι =

fn

(17)

Durch Substitution der Gleichung (17) in Gleichung (15) ergibt sich nach Vereinfachung

-cos^-

._{1(1) =} _2^_{) (18)}

fn

worin k eine ganze Zahl ist.

Die Gleichung (18) gibt die Lage von Mittelpunkten effektiver Totzeiten in bezug auf die Ausgangsstellung

desTypenradradius an, ν/εηηΦι = für den allgemei-

Jn

nen Fall einer beliebigenAnzahl (Bruchzahl oder ganze Zahl) von Totzeiten pro Umdrehung des Schwungrades 8. Für eine kurzzeitige Totzeit pro Zyklus wird In den Gleichungen (20) und (21) wird angenommen, daß das Schwungrad 8 mit der richtigen Drehzahl zur Anregung des Drehschwingungssystems mit seiner Resonanzfrequenz angetrieben wird.

F i g. 5 zeigt eine Kurvenschar, durch die die Gleichung (21) veranschaulicht wird. Für diese Kurven beträgt die Anzahl der Rotorzähne Tund damit die Anzahl der effektive Totzeiten D pro Zyklus 64. Die Einheit für die horizontale Achse ist f_nt, so daß die Abszissenwerte 0 und 1 einander entsprechende Punkte in aufeinanderfolgenden Zyklen darstellen. Die vertikale Achse stellt die lineare Verdrehung, entlang des Bogens gemessen, eines auf dem Umfang eines sich drehenden und schwingenden Gliedes mit dem Radius 3,914 cm liegenden Punktes dar, so daß die Ordinatenwerte 0 und 0,3833 zwei aufeinanderfolgende Mittelpunkte von effektiven Totzeiten veranschaulichen, deren Abstand 0,3833 cm beträgt. Der Fall einer einzigen kurzzeitigen Totzeit pro Zyklus

ist durch Φι = ~ = 0,015625 im Bogenmaß gegeben.

Es sei bemerkt, daß in F i g. 5 für Werte von Φι größer als -^_r (0,015625) zwei kurzzeitige Totzeiten pro Zyklus auftreten und daß während dieser effektiven Totzeitperiode eine geringe Rückwärtsdrehung des Typenrades erfolgt. Die Größe der Rückwärtsdrehung erhöht sich mit einem Anwachsen der Amplitude des Verdrehungswinkels Φι, und da letzterer sich ohne weiteres durch Variieren der an die Erregungswicklung 27 (F i g. 2) des magnetischen Oszillators 20 angelegten Spannung steuern läßt, steht ein einfaches Mittel zum Ändern der Charakteristik der effektiven Totzeit zur Verfügung. Diese steuerbare Verschiebungen um den Nullpunkt (f_nt = 0,1, 2 usw.) ist beim Drucken von großem Nutzen, da sie zu einer leichten Reibwirkung zwischen dem Hammer 17 und dem Typenzeichen IOa (Fig. 2) führt. Dies ist insbesondere dann von Vorteil, wenn an Stelle von druckempfindlichem Papier 18 ein Farbband oder Kohlepapier zwischen dem Druckhammer 17 und einem einfachen unbehandelten Papier verwendet wird, da durch eine leichte Reibwirkung die Übertragung von Druckfarbe auf das Papier begünstigt wird. Diese leichte Reibwirkung ist nicht zu verwechseln mit der beim Drucken mit einem sich

gleichförmig drehenden Typenrad, das keine effektiven Totzeiten hat, auftretenden Schmierwirkung.

Aus der Gleichung (10) ergibt sich, daß die Anzahl der effektiven Totzeiten pro Umdrehung des Schwungrades 8 nur dann eine ganze Zahl ist, wenn f_n ein genaues Vielfaches von η ist. Es sei angenommen, daß η einen solchen Wert aufweist und daß die Anzahl der effektiven Totzeiten D pro Umdrehung des Schwungrades 8 etwas niedriger als eine ganze Zahl D' ist. In diesem Fall wird eine Größe n! durch die Gleichung

D' -■■ ^fn — (22) («-«')

definiert. Die Lage des Mittelpunktes der ersten effektiven Totzeit nach einer vollständigen Umdrehung des Schwungrades 8 wird durch Einsetzen von D' für k in Gleichung (18) angegeben

Dieser Winkel ist etwas größer als 2 π, so daß die effektive Winkelstellung des Mittelpunktes der ersten effektiven Totzeit nach einer Umdrehung des Schwungrades 8

Gt-In = 2π —-

η — η'

ist. Die Lage dieses Mittelpunktes der ersten Totzeit pro Umdrehung ist in einer durch ~ gegebenen Zeit

Jn

um diesen Winkel weitergerückt. Der Mittelpunkt der ersten effektiven Totzeit pro Umdrehung rückt daher mit einer Geschwindigkeit weiter, die durch das Verhältnis des genannten Winkels zu der genannten Zeit bestimmt wird, und zwar in Bogeneinheiten pro

Sekunde oder -~—mal dieses Verhältnis in Um-2 π

drehungen pro Sekunde. Diese Geschwindigkeit ist dann ή.

Sämtliche Mittelpunkte von effektiven Totzeiten können also als mit der gleichen Geschwindigkeit weiterrückend angesehen werden, wobei eine Gesamtzahl von D' Mittelpunkten von effektiven Totzeiten vorhanden ist, d. h. mit anderen Worten, daß das gesamte Muster von Mittelpunkten von effektiven Totzeiten als mit einer Geschwindigkeit«' rotierend angesehen werden kann. Somit kann der Fall, wo die Anzahl von Mittelpunkten von effektiven Totzeiten nicht ganzzahlig ist, mit Hilfe der Gleichung (22) so interpretiert werden, daß zwar eine ganzzahlige Anzahl D' von Mittelpunkten effektiver Totzeiten vorhanden ist, deren Lage jedoch um die Achse der Welle 3 mit der Geschwindigkeit n' rotiert.

Die durchschnittliche Drehzahl des Rotationssystems 1 (Fig. 2) des Seriendruckers in Vorwärtsrichtung wurde willkürlich auf 50 Umdr./Sek. (3000 Umdr./Min.) festgelegt, und zwar durch die Ausbildung des Typenrades 10, des Erregungsrotors 21 und der Torsionswelle 3. Das Trägheitsmoment Iw des Typenrades 10 zusammen mit dessen Lager ist 335 gern². In diesem Gesamtträgheitsmoment Iw ist also, wie bereits erwähnt, das Trägheitsmoment der Lager, z. B. des Lagers 7 (F i g. 2), enthalten, das mit einer solchen Drehzahl in Betracht gezogen werden muß, die etwas geringer als die Hälfte der augen-

blicklichen Drehzahl des Typenrades 10 ist. Das Lager 7 besitzt einen inneren und äußeren Lagerring und ein nicht gezeigtes Dämpfungsglied. Dieses Dämpfungsglied, dessen Dichte etwas geringer ist als die Dichte von Stahl (7,84 g/cm³) ist erforderlich, um eine axiale Kraft auf den inneren Laufring auszuüben und die Kugeln des Lagers 7 in Berührung mit dem inneren und äußeren Lagerring zu halten, da außer den Drehschwingungen des Typenrades 10 ίο longitudinale Schwingungen in bezug auf das Schwungrad 8 parallel zur Mittellinie 2 (Fig. 2) auftreten. Diese longitudinale Schwingung, die eine Frequenz von 2 ff besitzt, wird durch die Verkürzung der Welle 3 infolge deren Verdrehung um den maximalen Verdrehungswinkel Φι verursacht.

Da 56 Rotorzähne 21 a verwendet werden (Fig. 2 und 4), ist die Frequenz /„ in Ubereinstimmung mit Gleichung (12) 56 · 50 = 2800 Hz. Das Trägheitsmoment des Typenrades und die Frequenz /„ bestimmen die Abmessungen der Torsionswelle 3, wobei das System so dimensioniert wurde, daß die maximale Spannung in der Torsionswelle 3 ein Mimmum ist. Die genaue Länge der Welle 3 wurde im Beispiel mit /1 = 18,9 cm bestimmt.
Der Radius und die maximale Spannung wurden mit 1,27 cm bzw. 1,29 · IO⁹ dyn/cm² festgelegt, wobei Φι = 0,0198 Bogeneinheiten (1,14°) ist.

Der mittels einer Nut-Feder-Verbindung 22 (F i g. 2 und 3) auf der Welle 3 befestigte Rotor 21 verändert die Steifigkeit der Welle 3 über die Länge des Rotors. Nachdem die Rotorlänge zu der errechneten Wellenlänge von 18,9 cm addiert wurde, muß die Länge der Welle mit einem Durchmesser von 2,54 cm um einen Wert vermindert werden, der der Steifigkeit des Rotorabschnittes äquivalent ist. Diese äquivalente Wellenlänge für den Rotorabschnitt, der eine Länge von 2,54 cm und einen Durchmesser von 3,81 cm besitzt, kann wie folgt errechnet werden:

(2 54Y

Äquivalente Länge = —'-—2,54 = 0,50 cm.

(3,81)

Die korrigierte Länge für die Welle 3 ist somit: Korrigierte Länge = 18,9 + 2,5-0,5 = 20,9 cm.

Durch diese Maßnahme behält die Welle ihre ursprünglich berechnete Steifigkeit, jedoch wird die Frequenz geringfügig geändert, da sich das Wellenträgheitsmoment erhöht. Da der Rotor 21 eine örtlich begrenzte Masse ist, weicht auch die Verdrehungskurve der Welle 3 etwas von dem errechneten Wert ab. Die Wellenrundungen an dem Rotor 21 und an der Verbindung zwischen der Welle 3 und dem Schwungrad 8 bzw. dem Typenrad 10 beeinflussen ebenfalls die Wellensteifigkeit und müssen bei einer genaueren Berechnung ebenfalls berücksichtigt werden.

Steuerung der Mittelpunktlage der effektiven Totzeiten

Eine unkontrollierte zufällige Bewegung ist in einer Vorrichtung zum Erzeugen einer intermittierenden Bewegung völlig unbrauchbar, und es müssen besondere Verfahren angewandt werden, um die Totzeiten in einem bestimmten Verhältnis zu einer festen Bezugslmie zu halten. Dies kann durch die drei folgenden Verfahren erreicht werden:

1. Das erste System, das z. B. bei einem Filmprojektor (F i g. 7 bis 10) verwendet wird, besteht aus einem synchronisierten Antrieb für das die gleich-

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förmige Drehbewegung bewirkende Glied und aus einer Erregungsvorrichtung mit einem festen Stator. Dieses ist das einfachste der drei Systeme und ist insbesondere für niedrige Frequenzen bestimmt, da bei niedrigen Frequenzen der feste Stator eine Erregungsfrequenz solcher Stärke erzeugt, die die Eigenfrequenz ft, unwirksam zu machen vermag, wenn die beiden Frequenzen nur um einen geringen Wert voneinander verschieden sind. Der feste Stator verhindert das Abwandern der Totzeitlagen und vereinfacht die Gesamtkonstruktion.

Für höhere Frequenzen ist jedoch eine wesentlich feinere Drehzahlsteuerung erforderlich, da der Drehzahlbereich, für den es noch möglich ist, die Eigenfrequenz des Wellen-Rad-Systems zu überbieten bzw. unwirksam zu machen, äußerst schmal wird. Um nun die Abweichungen der augenblicklichen Totzeiten zu steuern, wird der Stator im Uhrzeigersinn oder im Gegenuhrzeigersinn gedreht und dadurch die relative Drehzahl zwischen der gleichförmigen Drehbewegung und dem Stator konstant gehalten.

Das zweite und dritte System wird bei Vorrichtungen zur Erzeugung einer sehr hohen Schrittfrequenz verwendet.

2. Beim zweiten System, z. B. für Seriendrucker (F i g. 1 bis 4), wird die Drehzahlsteuerung des Schwungrades 8 durch Drehreaktionskräfte des Stators 23 der Erregungsvorrichtung 20 erreicht.

3. Das dritte System, das z. B. für Trommeldrucker (F i g. 11 und 12) verwendet wird, enthält eine schwingende Typentrommel mit zwei magnetischen Oszillatoren mit fest einstellbaren Statoren und mit einem Schwingungsübertrager (oder einer optischen Abtastvorrichtung) zur Steuerung der Vorwärtsdrehgeschwindigkeit des Systems.

Steuerung der Mittelpunktlage der effektiven Totzeiten bei einem Seriendrucker

In F i g. 6 ist die Steuerung des Druckhammerantriebsmechanismus bzw. der Hammerbetätigungsvorrichtung 16 und des Antriebsmotors 14 des Schwungrades 8 gezeigt. Die Steuervorrichtung für den Druckhammerbetätigungsmechanismus enthält eine Vorrichtung zur Anzeige der jeweiligen Stellung des Typenrades 10 in bezug auf den Hammer 17. Ein elektronischer Zähler 300 wird gemäß der Stellung des Typenrades 10 durch einen zugeordneten Impulsverstärker 301, der wiederum durch einen Magnetkopf 71 angesteuert wird, weitergeschaltet. Der Magnetkopf 71 liest die gleichmäßig voneinander beabstandeten magnetischen Markierungen 72 und die zusätzliche magnetische Markierung 73 ab, die auf dem Schwungrad 8 permanent aufgezeichnet sind. Beim Ablesen der zusätzlichen magnetischen Markierung 73 wird der Zähler 300 rückgestellt, und zwar einmal pro Umdrehung des Schwungrades 8. Das von der Markierung 73 erzeugte Signal wird zuvor einem i?C-Glied des Impulsverstärkers 301 zugeführt, das die Unterscheidung zwischen dem kurzen Zeitintervall des durch die Markierung 73 erzeugten Impulses und den Impulsen der gleichmäßig voneinander beabstandeten Markierungen 72 durchführt. Eine Vergleichsschaltung 302 vergleicht die Signale auf den Informationsleitungen 303 mit den Ausgangssignalen des Zählers 300, um ein elektrisches Ausgangssignal an die Hammertreiberschaltung 304 für den Hammerbetätigungsmechanismus 16 anzulegen, wenn die auf den Informationsleitungen 303 auftretenden Signale das gleiche Zeichen darstellen wie das Ausgangssignal des Zählers 300. Das Ausgangssignal der Vergleichsschaltung 302 wird einem Koinzidenzglied 305 zugeführt, das durch das vom Impulsverstärker 301 kommende Drucksignal geöffnet wird. Das den gleichmäßig voneinander beabstandeten Markierungen 72 entsprechende Drucksignal ist etwas kürzer als das Ausgangssignal der Vergleichsschaltung 302, wodurch eine genaue Zeitgabe für das Öffnen des Koinzidenzgliedes 305 und für die Erregung der Hammertreiberschaltung 304 erzielt wird.

Der Servosteuerkreis für den Motor 14 enthält den magnetischen Oszillator 20, die Lagefeststellvorrichtung bzw. den linearen variablen Differentialüberträger 35, einen Abfühlverstärker 306 und eine Steuervorrichtung 307.

Filmprojektor (F i g. 7 bis 10)

Der Filmprojektor arbeitet mit einer relativ niedrigen Geschwindigkeit. Das in F i g. 7 perspektivisch dargestellte Gerät enthält einen Synchronmotor 74, dessen Drehzahl durch ein Getriebe auf 180 Umdr./Min. herabgesetzt ist und über eine mit der Ausgangswelle des Motors 74 verbundene Zahnscheibe 78 und einen mit den Zahnscheiben 75a, 76a und 77 kämmenden Zahnriemen 79 die Wellen 75 und 76 antreibt, wobei die Scheiben 75 a, 76 a, 77 und 78 jeweils die gleiche Zähnezahl aufweisen.

Die Wellen 75 und 76 treiben die Filmtransportrollen 75 b und 76 b mit einer gleichförmigen Geschwindigkeit von 180 Umdr./Min. an. Da die Filmtransportrollen 75b und 76b jeweils acht Zahnpaare 80 besitzen, wird der Film 81 mit einer Geschwindigkeit von 1440 Teilungen pro Minute oder 24 Teilungen pro Sekunde bewegt.

Gemäß F i g. 10 besitzt die Filmtransportrolle 90 einen Wellenteil 90 a, der in einem doppelreihigen Kugellager 91 läuft, und einen hohlen Wellenteil 90 ό, dessen Hohlraum das verstärkte Ende 92 a einer Torsionswelle 92 aufnimmt. Auf dem hohlen Wellenteil 906 ist ein Schwungrad 93 fest angeordnet.

Durch Verstellen zusätzlich angeordneter Einstellschrauben 96 kann das Trägheitsmoment des Schwungrades 93 geändert und außerdem eine genaue Auswuchtung desselben in bezug auf die Torsionswelle 92 erzielt werden. In gleicher Weise ist auch das Schwungrad 97 mit einem größeren Trägheitsmoment als das Schwungrad 93 auf einem Wellenteil 92c befestigt, der einen verstärkten Teil der Torsionswelle 92 darstellt. Dieser verstärkte Teil 92 c befindet sich am äußeren Ende des kurzen Abschnittes 92 a" der Torsionswelle 92, weist jedoch den gleichen Durchmesser wie der Hauptteil der Torsionswelle 92 auf.

Das Schwungrad 97 ist durch eine Metallfederdose

102 mit dem Rotor 101 der Erregungsvorrichtung fest verbunden, wobei jedoch die Metallfederdose 102 an dem Schwungrad 97 mittels mehrerer Einstellschrauben

103 befestigt ist. Durch die Federdose 102 wird eine Bewegung des Schwungrades 97 in einer Richtung parallel zur Torsionswelle 92 ermöglicht, verhindert jedoch eine Verdrehung des Schwungrades 97 in bezug auf den Rotor 101.
Der Rotor 101 weist in gleichmäßigem Abstand voneinander acht Zähne 101a auf, die mit acht an der Innenseite des Statorringes 105 ausgebildeten Zähnen 105a (F i g. 9) magnetisch zusammenarbeiten. Der Rotor 101 kann auf Kugellagern 106 um einen

in den Stator 108 (F i g. 8) eingepreßten Stift 107 frei rotieren. Der Rotor 101, der Statorring 105 und der Stator 108 bestehen jeweils aus magnetisch weichem Material. Ein mit dem Statorring 105 und dem Stator 108 fest verbundener Ringmagnet 109 erzeugt einen magnetischen Flußpfad 110 über die zwischen den Rotor- und Statorzähnen 101« und 105a vorhandenen Luftspalte 111 (F i g. 9). Der Flußpfad verläuft noch über einen weiteren Luftspalt 112 (F i g. 8), der ein Drehsitzspiel des Rotors 101 gewährleistet. Eine Magnetflußüberbrückungsscheibe 113 ist durch drei Einstellschrauben 114, die ein stiftförmiges Ende 114a aufweisen, parallel zu der Welle 92 einstellbar. Dadurch kann der Betrag der auf das Schwungrad 97 einwirkenden Erregungsenergie gesteuert werden. Hierbei ist zur Aufrechterhaltung des Magnetfeldes keine Energie erforderlich.

Der Stator 108 ist mit seinem Ansatz 108a in einer Bohrung 115a eines winkelförmigen Trägers 115 einstellbar befestigt, wobei die Einstellung der Winkellage des Stators mittels einer Rändelschraube 119 und einer mit einem Schneckensegment 121 kämmenden Schnecke 120 vorgenommen wird.

An einer Trägerplatte 122 ist ein Auge 122a ausgebildet, das ein Kugellager 126 aufnimmt. Das Kugellager 126 gestattet ein leichtes Drehen der Antriebsscheibe 77 koaxial zur Mittellinie der Torsionswelle 92 und ist ohne Führungsrillen für die Kugeln ausgebildet, wodurch sowohl eine zirkuläre als auch eine axiale Bewegung ermöglicht wird.

Der verdickte Teil 92 b der Torsions welle 92 bildet einen Knoten zwischen den beiden aus den Schwungrädern 93 bzw. 97 gebildeten Massesystemen. Dies bedeutet, daß während des Arbeitens der Vorrichtung dieaugenblicklicheSchwingungsbewegungdesSchwungrades 93 immer in entgegengesetzter Richtung wie die Schwingungsbewegung des Schwungrades 97 erfolgt, während der Wellenteil 92b keine Schwingbewegung durchführt. Die gleichförmige Drehbewegung des Systems wird diesem über die Antriebsscheibe 77 zugeführt, und zwar mittels eines elastischen Zylinders 131, der mit der inneren Mantelfläche einer zylindrischen Lagerbuchse 127 und mit der Mantelfläche des verdickten Wellenteiles 92 b verbunden ist. Durch den elastischen Zylinder 131 wird erreicht, daß das schwingende Zwei-Massen-System von dem Trägheitsmoment an der Antriebsscheibe 77 vollkommen unbeeinflußt bleibt.

Das Trägheitsmoment des Schwungrades 93 addiert sich zu dem Trägheitsmoment der Transportrolle 90 und dient zur Stabilisierung der Schwingungsamplitude.

Die Fig. 10 zeigt eine graphische Darstellung einer effektiven Totzeitcharakteristik für die Transportrolle 90 und den Vorschub des Filmes 81. Der vertikale Maßstab gibt den Weg an, den ein Punkt auf dem Umfang der Transportrolle 90 und damit der Füm 81 zurücklegt. Es ist ersichtlich, daß die effektive Totzeit drei Viertel eines Zyklus einnimmt und von einem Filmvorschub von 0,76 cm während des verbleibenden Viertels jedes Zyklus gefolgt wird. Wie durch die vollausgezogene Linie in Fig. 10 dargestellt, läuft die Transportrolle 90 während der effektiven Totzeit zurück, während der Film 81 während dieser Periode die Schleife 89 bildet, so daß dieser, wie durch die gestrichelte Linie in Fig. 10 dargestellt, an der Projektionsstelle 88 während der gesamten Totzeit stillsteht.

Eine weitere Möglichkeit zum Festhalten des Films 81 während der ganzen effektiven Totzeit besteht darin, zwischen dem Ende 92a der Torsionswelle und der Welle 90 a der Transportrolle eine besondere Kupplung mit einem bestimmten Rückwärtsleerlauf einzubauen.

Zur Erzielung der langen effektiven Totzeiten ist ein großer Verdrehungswinkel (0,725 Bogeneinheiten) erforderlich. Das Lager 126 und die Federdose 102 fangen die Verkürzung der Torsionswelle 92 auf, die bei deren maximalem Verdrehungswinkel auftritt. Durch das Einstellen der Drehmomente der Schwungräder 93 und 97 kann die Resonanzfrequenz des Wellen-Schwungrad-System auf die Erregungsfrequenz des magnetischen Oszillators 118 abgestimmt werden.

Paralleldrucker (Fig. 11 und 12)

Die Fig. 11 zeigt einen Querschnitt eines Teils eines Parallelschnelldruckers. Die in Fig. 11 nicht gezeigte Hälfte des Schnelldruckers ist ein genaues Spiegelbild der in dieser Figur dargestellten Hälfte. Auf der Mantelfläche 132 a der Typentrommel 132 sind in 120 Zeichenspalten je 64 in gleichen Abständen angeordnete Zeichen 133 (F i g. 12) angeordnet, so daß die Typentrommel insgesamt 7680 Zeichen trägt.

An der Typentrommel 132 sind Zähne 1326 ausgebildet, die genau in an den hohlen Torsionswellen 134 bzw. 135 ausgebildete Zähne 134 a bzw. 135 a eingreifen. Wie aus Fig. 11 ersichtlich, weisen diese Zähne leichte Abschrägungen auf, um das Herausnehmen der Trommel 132 zu erleichtern. Im Betrieb üben diese Zähne jedoch eine selbsthaltende Wirkung aus. Die einander abgewandten Enden der Torsionswellen 134 und 135 sind mit jeweils einem Rotor 136 bzw. 137 verkeilt. Die Rotoren 136 und 137 arbeiten jeweils mit einem magnetischen Oszillator 138 bzw. 139 zusammen, die ähnlich aufgebaut sind, wie der magnetische Oszillator20 des Seriendruckers (Fig. 1 bis 4).

Die Statorteile 140 und 140 a umschließen die Erregungswicklung 142 des magnetischen Oszillators 138, die Statorteile 143 und 143 a die nicht gezeigte Erregungswicklung des magnetischen Oszillators 139.

Der Statorteil 140 ist an einem Trägerglied 144 befestigt, das mit seinem Ansatz 144a in eine Bohrung eines gehäusefesten Trägers 146 verstellbar eingepaßt ist. Der Träger 146 ist, wie aus Fig. 11 ersichtlich, an seiner Oberseite radial geschlitzt. Das Trägerglied 144 wird durch Zusammenpressen der geschlitzten Teile mittels einer Spannschraube 147 in den Träger 146 festgeklemmt.

In dem Trägerglied 144 ist ein Kugellager 149 angeordnet, das eine konzentrische Drehbewegung des Wellenteiles 150 a einer Lagerbüchse ermöglicht. Eine Federscheibe 151 drückt den äußeren Laufring des Lagers 149 nach rechts (F i g. 11), um das Lager 149 unabhängig von der longitudinalen Schwingung der Lagerbüchse 150 unter einer konstanten Vorspannung zu halten. Auf den Wellenteil 150 a ist eine Abfühlkappe 152 aus gehärtetem Stahl gepreßt. Mit dieser Stahlkappe 152 befindet sich die Nadel eines Grammophontonabnehmersystems 153 in Berührung, das zusammen mit einer Dämpfungsmasse 155 an einer Feder 154 befestigt ist. Das Tonabnehmersystem 153 dient zur direkten Feststellung der Schwingungsfrequenz des Systems, da die Drehbewegung

des Systems auf die Nadel keinen Einfluß ausübt. Die Nadelspitze berührt die ebene Fläche der Abfühlkappe 152 im Rotationsmittelpunkt der Torsionswelle 134, um unerwünschte Geräusche auszuschalten.

Die Torsionswelle 134 ist außerdem in einem Knotenbereich 0-0 (F i g. 11) gelagert und wird an der gleichen Stelle mittels eines Zahnriemens 156 angetrieben, der in die Zähne 157 einer Buchse 158 eingreift, die dazu dient, die Torsionswelle 134 mit dem inneren Laufring des Kugellagers 159 zu zentrieren. Auf der Buchse 158 ist eine Lagerfläche für einen Taktring 160 vorgesehen. Die Buchse 158 berührt die Torsionswelle 134 nur in dem Bereich der Fläche 158a, die, wie aus Fig. 11 ersichtlich, symmetrisch zu dem Knotenbereich 0-0 liegt. Die Buchse 158 ist an dem genannten Knotenbereich 0-0 mit der Torsionswelle 134 in gleichem Abstand mittels mehrerer Einstellschrauben 161 verbunden. Die Einstellschrauben 161 sind an ihrem inneren Ende mit Plastikgliedern 162 versehen, die ein Eindrücken der Schrauben in die Oberfläche der Torsionswelle 134 verhindern.

Die Trommelfrequenz f_n beträgt etwa 2560 Hz und somit die Trommeldrehzahl (60/64) /», d. h. 2400 Umdr./Min. Um die Hysterese-Synchronmotoren 167 und 168 mit annähernd ihrer Nenndrehzahl von 1800 Umdr./Min. antreiben zu können, ist es erforderlich, die Motordrehzahl um ein Verhältnis von 4:3 zu erhöhen. Dies wird durch entsprechende Dimensionierung der Antriebsscheibe 157 und der Antriebsscheibe des Motors 167 erzielt. Die dem Motor 168 zugeordneten Antriebsscheiben haben die gleichen Zähnezahlen, um das gleiche Übersetzungsverhältnis zu erzielen. Das System wird demzufolge mit einer solchen Drehzahl angetrieben, die bewirkt, daß die magnetischen Oszillatoren 138 und 139 Erregungsfrequenzen erzeugen, die mit der Resonanzfrequenz f_n des Systems übereinstimmen.

Die im vorangehenden für die Torsionswelle 134 gegebene Beschreibung ist auch für die Torsionswelle 135 gültig. Um eine befriedigende Druckgenauigkeit für die Typentrommel 132 zu erhalten, müssen die Torsionswellen 134 und 135 und deren zugeordnete Lagersysteme mit hoher Genauigkeit gefertigt werden.

In Fig. 12 wird ein Farbband 174 mittels Rollen 175 so an der Typentrommel vorbeigeführt, daß es die letztere leicht berührt. Das von hinten nach vorn bewegte Papier 176 wird an einer beispielsweise 120 Druckhämmer aufweisenden Druckhammereinheit 177 vorbeigeführt. Wie aus F i g. 11 ersichtlich, ist die Wanddicke der Typentrommel 132 so dimensioniert, daß zwischen den Querschnitten /-/ und m-m bei der maximalen Verdrehung der Torsionswellen 134 und 135 eine möglichst geringe Winkelverdrehung auftritt. Der maximale Verdrehungswinkel am Querschnitt m-m (dies ist die Mitte der Typentrommel 132, wo die Wanddicke derselben am geringsten ist) ist abhängig von dem Wanddickeverlauf der Typentrommel 132 immer geringfügig größer als der maximale Verdrehungswinkel an dem Querschnitt /-/. Die Zeichen sind jedoch auf der Typentrommel 132 so angeordnet, daß die effektiven Totzeitmittelpunkte auf einer geraden Linie auftreten, die parallel zu der Achse der Typentrommel 132 verläuft. Durch die richtige Auswahl des maximalen Verdrehungswinkels und der Druckhammeranschlagszeit wird sichergestellt, daß kein merkbarer Unterschied der Druck-

qualität zwischen den Enden und dem mittleren Bereich der Typentrommel 132 auftritt.

Zum schnellen Auswechseln der Typentrommel 132 können die Träger 146 und 163 auf getrennten Grundplatten befestigt werden, die parallel zu der Mittellinie der Typentrommel 132 verschoben und an der Grundplatte 148 festgeklinkt werden können.

Wie aus F i g. 12 zu ersehen, wird der elektronische Zähler 310 entsprechend der Stellung der

ίο Typentrommel 132 durch von dem Lesekopf 165 erzeugte und dem Verstärker 311 verstärkte Impulse weitergeschaltet. Der Lesekopf 165 liest die 63 Zähne 160a, wodurch eine Impulsfolge erzeugt wird, die nach jedem 63sten Impuls eine Impulslücke aufweist. Der Zähler 310 wird durch den fehlenden Impuls, d. h. einmal pro Umdrehung der Typentrommel 132, zurückgestellt. Eine Vergleichsschaltung 312 vergleicht die auf den Datenleitern 313 eintreffenden Signale mit den Ausgangssignalen des Zählers 310 und überträgt immer dann ein Signal zu ausgewählten Druckhammertreiberschaltungen in der Druckhammertreibereinheit 314, wenn die auf den Datenleitern 313 und an dem Zähler 310 vorhandene Signale dem gleichen Informationszeichen entsprechen.

Für jede der 120 Typenspalten der Typentrommel 132 ist eine Hammertreiberschaltung, z. B. 314a und 3146, vorgesehen. Eine jeweils ausgewählte Hammertreiberschaltung dient dazu, einen ausgewählten der 120 nicht gezeigten Druckhämmer der Druckhammereinheit 177 zu erregen. Der jeweils zu betätigende Druckhammer wird durch eine bestimmte von 120 Torschaltungen, wie z. B. die Torschaltungen 315a und 3153 der Torschaltungseinheit 315, bestimmt. Diese Torschaltungen werden durch einen Spaltenzähler 322 geöffnet, an dem ein von einem Taktimpulsgenerator 321 erzeugter, periodisch wiederkehrender Taktimpuls angelegt wird, wobei der genannte Taktimpulsgenerator durch eine nicht gezeigte Datenspeichereinheit gesteuert wird. Das Ausgangssignal der Ver-

*o gleichsschaltung 312 wird an alle Torschaltungen der Torschaltungseinheit 315 angelegt. Erzeugt die Vergleichsschaltung 312 ein Ausgangssignal, wenn die auf den Datenleitern 313 auftretenden Signale mit dem Zeichen in dem ersten Rasterfeld der zu druckenden

f5 Datenzeichen übereinstimmen, dann wird die Torschaltung 314« durch den Spaltenzähler 322 geöffnet und der erste Druckhammer an dem linken Ende der Druckhammereinheit 177 wird betätigt, um das gewünschte Zeichen in die erste Spalte des Papiers 176

jo zu drucken.

Drehzahlsteuersysteme

Bei einem System, wie es beispielsweise der beschriebene Paralleldrucker darstellt, ist es erforderlich,

>5 die Drehzahl der Torsionswelle in sehr engen Grenzen zu steuern, so daß die Erregungsfrequenz // in einem sehr genauen Verhältnis zu der Eigenfrequenz /„ des Schwingungssystems gehalten wird. Für eine solche Drehzahlsteuerung ist es erforderlich, die tat-

)o sächlich durchgeführten Schwingungen abzufühlen und ein Rückkopplungssignal für die Drehzahlsteuerung des Antriebsmotors bzw. der Antriebsmotoren abzuleiten. Im folgenden werden vier Verfahren zum Überwachen der Schwingungen des Systems be-

>5 schrieben.

1. Infolge der Verdrehung der Torsionswelle erfährt die Welle geringe Längenänderungen mit einer

Frequenz, die der doppelten Schwingungsfrequenz entspricht. Ein Kristalltonabnehmer, wie beispielsweise eine Grammophonnadel, der an einem Ende der Welle angeordnet ist, fühlt diese Schwingungen ab und erzeugt ein diesen proportionales Signal. Dieses Verfahren wird bei dem Paralleldrucker angewandt.

2. Wie eingangs durch die Gleichungen (8) und (9) gezeigt wurde, kann eine Vorrichtung, die die augenblickliche Geschwindigkeit eines schwingenden Elementes eines Systems feststellt, die Schwingungen abfühlen. Wird ein Ringmagnet mit einem radialen Magnetfeld an einer geeigneten Stelle mit der Torsionswelle verbunden, dann erhält man ein solches Schwingungselement. Versieht man den Magneten mit einer zylindrischen, leitenden Oberfläche und mit zwei in axialer Richtung voneinander beabstandeten Kontaktbürsten, dann wird zwischen den beiden so Bürsten eine Spannung erzeugt, die der momentanen Winkelgeschwindigkeit des Magneten proportional ist und die für die Drehzahlsteuerung verwendet werden kann. Ein Nachteil dieses Verfahrens besteht darin, daß Schleifkontakte erforderlich sind, wodurch in dem System eine unerwünschte Reibung erzeugt wird.

3. Versieht man die Torsionswelle an einer geeigneten Stelle mit einer zylindrischen magnetisierbaren Oberfläche, auf deren Umfang eine große Anzahl gleichmäßig voneinander beabstandeter Impulse in Form permanenter Markierungen aufgebracht sind, dann erhält man beim Ablesen dieser Impulse mittels eines Magnetkopfes ein Signal, dessen Frequenz und Amplitude proportional zu der Oberflächengeschwindigkeit der magnetisierbaren Fläche sind. Durch Amplitudendemodulation dieses Signals erhält man ein für die Drehzahlsteuerung verwendbares Signal.

Durch die mittels der obigen Verfahren 2 und 3 erzeugten Signale kann zwar eine Drehzahlsteuerung, jedoch keine Phasensteuerung des Systems durchgeführt werden. Bei der Steuerung der Drehzahl kann die Phase dadurch automatisch gesteuert werden, daß der Stator des magnetischen Oszillators in einer bestimmten Lage festgehalten wird. Bei dem nächsten Verfahren, das dem Verfahren 1 ähnlich ist, wird eine unmittelbare Phasensteuerung der Schwingungen des Systems angewandt und kann als eine Phasenmodulationssteuerung der Drehzahl angesehen werden. Dies entspricht der in den Verfahren 2 und 3 verwendeten Frequenzmodulation.

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4. An einer geeigneten Stelle der Torsionswelle ist ein dünnes zylindrisches Band angebracht, auf dessen Umfang 64 in axialer Richtung verlaufende weiße Streifen in gleichen Abständen aufgebracht sind, die durch 64 ebenfalls in axialer Richtung verlaufende schwarze Streifen voneinander getrennt sind. Das Band wird mit einer einen gleichmäßigen Lichtstrom liefernden Lichtquelle beleuchtet und scheint für das menschliche Auge still zu stehen, wenn die Erregungsfrequenz genau f_n ist, oder sich langsam zu drehen, wenn die Erregungsfrequenz geringfügig von f„ abweicht. Durch Abtasten der Lage der Kante einer der

Streifen mittels einer feststehenden Photozelle wird ein Signal erzeugt, dessen Amplitude der Schwingungsphase direkt proportional ist. Dieses Signal kann verwendet werden, um die Phase des Motortreibersignals zu steuern.

Drehzahlsteuerung des Paralleldruckers

Das von dem Tonabnehmer 153 (F i g. 12) erzeugte Signal mit der Frequenz 2// (5120 Hz) wird in einem Verstärker 318 verstärkt und an einen Frequenzteiler 319 angelegt, der diese Frequenz um einen Faktor 84 herabsetzt. Das Ausgangssignal des Frequenzteilers 319 besitzt deshalb eine Frequenz von etwa 61 Hz und weist ein definiertes Phasenverhältnis zu den mechanischen Schwingungen der Welle 134 auf. Dieses Signal wird über einen Verstärker 320 und eine Steuereinheit 317 an die Motoren 167 und 168 angelegt. Die Motoren 167 und 168 sind als Vierpolmotoren ausgebildet, deren Drehzahl die Hälfte der Frequenz des Treibersignals, d. h. etwa 30 Hz, beträgt. Diese Drehzahl wird mittels der Antriebsscheibe 157 und der Antriebsscheibe des Motors 167 auf 40 Umdr./Sek. für die Welle 134 heraufgesetzt. Der Grund für das Übersetzungsverhältnis der Antriebsscheiben von 42:32 liegt darin, daß eine genaue Teilung der von dem Tonabnehmer 153 erzeugten Frequenz durch eine ganze Zahl erforderlich ist, was nicht erreicht werden kann, wenn für das Übersetzungsverhältnis der Antriebsscheiben ein Verhältnis von 4:3 verwendet wird. Das von der Steuereinheit 317 erzeugte Treibersignal steht in einem phasenstarren Verhältnis zu den Schwingungen der Welle 134 und soll mit der Rotation der Welle 134 bei einer bestimmten konstanten Frequenz in Phase sein. Weicht die Frequenz des Systems von dieser konstanten Frequenz ab, dann ist das Treibersignal für die Motoren 157 und 167 geringfügig außer Phase mit deren Rotation, wobei das Treibersignal bestrebt ist, die Drehbewegung wieder in Phase mit sich selbst zu ziehen. Durch diesen Vorgang wird die Frequenz des Systems effektiv geändert, so daß diese wieder auf ihren konstanten Wert eingestellt wird. Eine geeignete Phaseneinstellung kann in der Rückkopplungsschleife erfolgen, um eine Steuerung der konstanten Frequenz zu ermöglichen. Wie bei dem Seriendrucker wird durch die Steuerung der Frequenz eine Beeinflussung der Schwingungsamplitude ermöglicht. Es sei darauf hingewiesen, daß bei der hier beschriebenen Anordnung im Gegensatz zum Seriendrucker die Frequenz auf der Eigenfrequenz f_n, bei der die Schwingungsamplitude ein Maximum ist, gehalten werden kann.

Da die Typentrommel 132 als Torsionsfeder wirken kann, kann eine unerwünschte Vibration zwischen den Rotoren 136 und 137 auftreten. Durch Verwendung eines Lesekopfes 169 in Verbindung mit einem Taktring 170, die dem Lesekopf 165 und dem Taktring 160 ähnlich sind, kann das Phasenverhältnis zwischen den Rotoren 137 und 136 (unter Verwendung des Lesekopfes 165) festgestellt werden, wozu beispielsweise ein herkömmlicher elektronischer Phasenmesser verwendet wird. Das von dem nicht gezeigten Phasenmesser erzeugte Signal kann dann zur Steuerung eines geeigneten Schaltelementes verwendet werden, das die Abtrennung der Spulenanschlußleiter 171 und 172 von den zugeordneten Speiseschaltungen bewirkt, bevor sich eine unerwünschte Vibration bis zu einer unzulässig hohen Amplituden aufschaukeln kann.

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Eine weitere Sicherheitsvorkehrung gegen unerwünschte Funktionen kann durch Verwendung eines zweiten Kristalltonabnehmers 173 (F i g. 12) erreicht werden. Durch einen Vergleich der durch die beiden Tonabnehmer 153 und 173 erzeugten Signale können Unterschiede der Schwingungsamplitude der beiden Torsionswellen 134 und 135 festgestellt werden, wonach das soeben erwähnte Schaltelement betätigt wird, um zu verhindern, daß solche Amplitudenunterschiede die zulässigen Grenzen überschreiten.

Magnetfederdrucker (F i g. 13 bis 15)

In Fig. 13 ist die Trommel eines Parallel- oder Trommeldruckers dargestellt, der an Stelle des Torsionswellenfedersystems ein »Magnetfedersystem« verwendet. Zwei auf einer Grundplatte 214 befestigte Halteplatten 210 und 211 tragen jeweils einen Erregungsstator 212 bzw. 213. Die Statoren 212 und 213 enthalten jeweils eine Erregungswicklung 212 a bzw. 213 a, die bei ihrer Erregung das Schwingen einer Trommel 215 in bezug auf einen inneren Zylinder 216 bewirken.

Die F i g. 14 zeigt eine vergrößerte Darstellung von Statorzähnen 2126 des Stators 212, die mit Zähnen 215 a einer inneren zylindrischen Fläche eines Rotors 215 6 zusammenarbeiten, der fest mit der Trommel215 verbunden ist. Ein ähnlicher Rotor 215o* mit Zähnen

215 c ist mit dem rechten Ende der Trommel verbunden und arbeitet mit dem festen Stator 213 zusammen. Die Erregungsvorrichtungen an jedem Ende der Trommel 215 sind in ihrem Prinzip den in Verbindung mit dem Seriendrucker (F i g. 1 bis 4) und dem Paralleldrucker (Fig. 11 und 12) beschriebenen Erregungsvorrichtungen ähnlich und dienen zur Erregung der Trommel 215 mit seiner Resonanzfrequenz in bezug auf den Zylinder 216.

Die »Magnetfeder« verläuft über die ganze Länge des Zylinders 216 und wird lediglich durch Spulen 217 unterbrochen, die zur Erregung eines magnetischen Flußpfades dienen, der durch die Zähne 216 a des Zylinders 216 und die Zähne 215e der Innenfläche der Trommel 215 verläuft. Diese für die Magnetfeder verwendeten Zähne sind in ähnlicher Weise ausgebildet wie die in den Erregungsvorrichtungen an den beiden Enden der Trommel 215 verwendeten Zähne, wobei jedoch die Anzahl der Zähne nicht mit der erforderlichen Anzahl von effektiven Totzeiten pro Umdrehung des Zylinders 216 im Zusammenhang stehen muß. Ist beispielsweise erwünscht, daß die Trommel 215 während einer Umdrehung des Zylinders 216 vierundsechzig effektive Totzeiten besitzt, dann ist erforderlich, daß die Statoren 212 und 213 vierundsechzig Zähne 212 6 bzw. 2130 aufweisen, jedoch ist es nicht erforderlich, daß auch um den Zylinder 216 vierundsechzig gleichmäßig voneinander beabstandete Zähne 216a angeordnet sind. Vielmehr ist es möglich, durch die Anzahl der Zähne auf der Trommel 215 und dem Zylinder 216 im Hinblick auf den erforderlichen Verdrehungswinkel zur Erzielung der gewünschten Totzeiten so zu wählen, daß sich die größtmögliche »Magnetfederkonstante« und die höchste Schwingungsfrequenz der Trommel 215 in bezug auf den Zylinder

216 ergibt. Die Fig. 15 zeigt einen vergrößerten Ausschnitt (im gleichen Maßstab wie die Fig. 14) der »Federzähne« auf dem Zylinder 216 und der Trommel 215, wobei durch die beiden gestrichelt dargestellten Zähne 215a und 216a eine extreme Schwingungslage dargestellt ist.

Zwei Wellen 218 und 219 sind in den Zylinder 216 gepreßt und in Lagern 220 und 221 gelagert, um die Drehbewegung des Zylinders 216 zu ermöglichen. Die Lager 220 und 221 sind in den Erregungsstatoren 212 bzw. 213 angeordnet. Zwei weitere, ebenfalls auf den Wellen 218 und 219 befindliche Lager 222 und 223 sitzen in den Erregungsrotorelementen 2156 bzw. 2150" und dienen dazu, die Drehbewegung der Trommel 215 in bezug auf den Zylinder 216 zu ermöglichen. Die vorzugsweise aus magnetisch weichem Material bestehenden Rotorelemente 2156 und 215a* sind starr mit der Trommel 215 verbunden.

Eine auf der Welle 218 befestigte Antriebsscheibe

224 wird über einen Riemen 225 angetrieben, wodurch dem Zylinder 216 eine gleichförmige Drehbewegung erteilt wird. Ein weiteres Lager 226 stützt die Welle 218 in der Nähe der Antriebsscheibe 224 ab. Es ist erforderlich, daß die Welle 218 eine gewisse Torsionselastizität besitzt, da das Trägheitsmoment des Zylinders 216 in bezug auf die Trommel 215 nicht so hoch gemacht werden kann, daß er als ideales Schwungrad wirkt. Das System arbeitet vielmehr so, als ob es um einen unsichtbaren Knoten schwingt, d. h., die Schwingungen des Zylinders 216 verlaufen jeweils in umgekehrter Richtung wie die Schwingungen der Trommel 215. Aus diesem Grunde ist der erforderliche Schwingungswinkel für einen effektiven Totpunkt Φι+Φ_ε, worin 0_C der entgegengesetzte maximale Schwingungswinkel des ZyHnders 216 ist, und der resultierende Winkel die tatsächliche Winkelverdrehung zwischen der Tromel 215 und dem Zylinder 216 darstellt. Die zweckmäßigste Dimensionierung des Systems ist die, bei der das Trägheitsmoment der Trommel 215 so gering wie möglich und das Trägheitsmoment des Zylinders 216 so hoch wie möglich ist.

Die Elastizität der Welle 218 verändert die »Magnetfederkonstante« nicht, ermöglicht jedoch die Aufnahme der infolge der Schwingungen der Trommel215 in dem Zylinder 216 in entgegengesetztem Sinne wirkende Trägheitsmomentreaktion, wobei verhindert wird, daß die Schwingungen auf den Antriebsriemen

225 übertragen werden.

Mittels in den Trägern 210 bzw. 211 befindlichen Schnecken 227 und 228 können die Erregungsstatoren fest eingestellt werden, wodurch der Bedienungsperson ermöglicht wird, die Lage der effektiven Totzeitmittelpunkte in bezug auf einen festen Bezugspunkt einzustellen.

Die Erregung der Spule 217 erfolgt über Schleifringe 229, die mit Bürsten 230 zusammenarbeiten. Da die Statoren 212 und 213 nur um einen kleinen Winkel verdreht werden können, sind für die Erregung der Spulen 212 a und 213 a keine Schleifringe erforderlich.

Durch die Höhe der Gleichstromerregung der Spulen 217 kann der Wert der »Magnetfederkonstanten« bestimmt werden, während durch die Höhe der Gleichstromerregung der Spulen 212 a und 213 a der Betrag der dem System zugeführten Erregungsenergie festgelegt wird. Aus diesem Grunde sind zur Erzielung einer bestimmten Frequenz und Schwingungsamplitude drei Variable zu steuern, d. h. die Vorwärtsdrehgeschwindigkeit der Trommel, die »Magnetfederkonstante« und die Erregungsenergie.

Ein Vorteil des Magnetfedersystems gegenüber den im vorangehenden beschriebenen Torsionsfedersystemen besteht darin, daß durch Änderung der Magnetfederkonstante unterschiedliche Trommelgeschwindig-

Claims (3)

keiten erzielt werden können. Außerdem wird durch Wegfallen der Torsionswelle eine kompaktere Bauweise erreicht, wodurch wiederum die Herstellung wesentlich einfacher wird. Durch die gleichmäßige Federwirkung über die ganze Länge der Trommel 5 wird verhindert, daß sich ein Abschnitt der Trommel in bezug auf andere Teile derselben verdreht. Die maximale Frequenz des Magnetfedersystems ist lediglich durch den erreichbaren Wert der Magnetfederkonstante begrenzt. Die Dämpfung des Magnet- federsystems ergibt sich aus den Hyteresisverlusten und den Wirbelstromverlusten in den Zahnbereichen zwischen der Trommel 215 und dem Zylinder 216. Da alle während des Schwingens erzeugten Kräfte in tangentialer Richtung wirken, wird bei dem Magnetfedersystem im Vergleich zu den Torsionswellensystemen nur eine geringe Störschwingung erzeugt. Die Drehmomentverhältnisse der Magnetfeder sind abhängig von der Dimensionierung bzw. der Form der Zähne der Trommel 215 und des Zylinders 216, dem verwendeten Material, der Magnetisierungsintensität usw. und sind nicht notwendigerweise eine lineare Funktion, wie dies bei einer Torsionswellenfeder der Fall ist. Demzufolge kann die Beziehung zwischen einem nichtlinearen Drehmoment und dem Schwingungswinkel in dem System verwendet werden, wobei die effektiven Totzeitcharakteristiken geändert oder verbessert werden. Das Magnetfedersystem besitzt eine Resonanzfrequenz und muß mit dieser Frequenz durch Antreiben des Zylinders 216 mit einer bestimmten Drehzahl erregt werden. Die Wicklungen 217 müssen mit einem Gleichstrom erregt werden, um in der in F i g. 13 gezeigten Weise abwechselnd Nord- und Südpole zu erzeugen. Alle Pole können jedoch ohne Änderung der Funktion auch umgekehrt werden. Für ein System mit einer einzigen festen Geschwindigkeit können die Spulen 217 durch Permanentmagnetringe ersetzt werden, wodurch die Kupfer-(12R-)Verluste der Gleichstrom-Magnetfeder vermieden werden. Patentansprüche:

1. Vorrichtung zum Umwandeln einer kontinuierlichen in eine intermittierende Drehbewegung mit die Drehbewegung überlagernden Schwingungen, dadurch gekennzeichnet, daß die Schwingungen periodisch sind.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Schwingungserzeuger ein magnetischer Oszillator (20) verwendet wird, dessen Frequenz mit der eigenen Frequenz des getriebenen Gliedes (10) annähernd übereinstimmt.

3. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich eine Torsionswelle (3) mit einer auf dem magnetischen Oszillator abgestimmten eigenen Frequenz vorgesehen ist, um die intermittierende Wirkung am getriebenen Glied (10) zu verstärken.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschriften Nr. 547 914, 636 280, 445 1065 871;
schweizerische Patentschrift Nr. 111 437.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

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