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Schrittweise arbeitender elektrischer Motor Die Erfindung betrifft
schrittweise arbeitende elektrische Motoren.
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Es ist bekannt, schrittweise arbeitende Motoren mit einer Anzahl von
Feldwicklungen und einem Anker zu versehen, deren Feldwicklungen durch von einem
Impulserzeuger abgegebene Impulse erregt werden, so daß eine schrittweise Drehung
des Ankers erfolgt. Der Motor wird z. B. durdh einen bistabilen Multivibrator in
Gang gesetzt, indem die Impulse dieses Multivibrators abwechselnd dem einen bzw.
dem anderen Wicklungspaar der Feldwicklung zugeführt werden. Die Impulse gelangen
fortlaufend ohne Auslassung einzelner Impulse in die Wicklung.
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Es ist nun in manchen Fällen erwünscht, den Motor so zu betreiben,
daß nicht jeder Impuls der Impulsreihe, sondern nur jeder sa-te Impuls eine Fortschaltung
des Motors bewirkt. In anderen Fällen soll die Übersetzung zwischen dem Impulserzeuger
und der Fortschaltbewegung veränderlich sein.
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Gemäß der Erfindung ist zwischen dem Impulsgeber und den Feldwicklungen
eine Zählvorrichtung, insbesondere eine Zählschaltung, z. B. eine Zählkette oder
mehrstellige Zählröhre, angeordnet, so daß ein Drehschritt nur ausgeführt wird,
wenn der Zählvorgang einen vorbestimmten Wert erreicht hat und der durch die Zählvorrichtung
abgezählte Impuls an die betreffende Wicklung -gelangt.
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Die Röhre oder Röhren sind vorzugsweise auf verschiedene Zählwerte
einstellbar, so daß die Frequenz der Drehschritte verändert werden kann.
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Angenommen, es sei eine langsame Drehung erwünscht, dann kann die
Zählvorrichtung auf einen solchen Zähl-,vert eingestellt werden, daß sie eine Weiterschaltung
von Stufe zu Stufe, z. B. 25mal je Sekunde, vornimmt, so daß 25 Drehstufen je Sekunde
erhalten werden, wobei die Wicklungen einzeln nacheinander in jeder Stufe eingeschaltet
werden. Bei einem rasdheren Betrieb kann der Zählwert so eingestellt werden, daß
die Zählvorrichtung eine Fortschaltung von Stufe zu Stufe mit einer höheren Geschwindigkeit
vornimmt.
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Bei einem Ausführungsbeispiel der Erfindung ist ein dreipoliger Anker
in dem Feld von vier stationären Feldspulen angeordnet, die gleiche Winkelabstände
haben. Die Spulen sind je mit einem Ausgang einer Zählröhre verbunden., und zwar
je eine Röhre für jede Spule, wobei die Röhre in Form einer Kette angeordnet sind.
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Den Zählketten werden Impulse mit einer vorbestimmten Frequenz zugeführt;
jede Röhre zählt so lange, bis die Ausgangsstufe erreicht ist, worauf die zugeordnete
Spule erregt wird, um den Anker um einen Schritt weiterzuschalten; gleichzeitig
wird die nächste Röhre in der Kette eingeschaltet, die dann zu zählen beginnt. Die
höchste Geschwindigkeit der stufenweisen Drehung wird erhalten, wenn jede Röhre
nur einen Impuls zählt, und dann sofort auf die Ausgangsstufe schaltet. Für sehr
niedrige Geschwindigkeiten mit langen Ruheintervallen kann jeder Spule eine Kette
von Röhren zugeordnet werden, so daß die gewünschte Zählkapazität vorhanden ist.
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Die Drehstufen sind gewöhnlich einander gleich, es kann aber auch
durch geeignete Einstellung der Röhren eine ungleichmäßige Drehung erzielt werden,
indem einige Stufen länger als andere sind. Durch eine entsprechende Anordnung der
Schaltmittel, die von dem Drehanker und/oder durch Verwendung von Befehlssignalen
in einem Speicher gesteuert werden, können einzelne Umdrehungen einer Reihe von
Umdrehungen mit einer abweichenden Geschwindigkeit erfolgen.
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Die Erfindung ist in Verbindung mit ortsfesten Spulen und einem umlaufenden
Anker beschrieben worden, es kann jedoch auch die umgekehrte Anordnung verwendet
werden.
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Die Erfindung wird in den Zeichnungen an Hand der Fig. 1 bis 3 näher
beschrieben. Es zeigt Fig. 1 die Prinzipskizze eines Ausführungsbeispieles eines
Schrittmotors entsprechend der Erfindung.
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Fig. 2 und 3 zwei Anwendungsbeispiele entsprechend der Erfindung.
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Der in Fig.1 im Prinzip gezeigte Schrittmotor besteht aus dem Joch
1, an dem die Polschuhe 2/1 bis 2/4 befestigt sind. Diese tragen die Feldspulen
3/1 bis 3/4. Zwischen den Polschuhen ist der dreiteilige Anker 5 mit der Welle 6
drehbar gelagert. Durch aufeinanderfolgendes Erregen der einzelnen Spulen 3/1 bis
3/4 kann dieser Anker schrittweise bewegt werden. Die Erregung der Feldspulen 3/1
bis 3/4 kann beispielsweilse
dadurch erfolgen, daß sie in den Anodenkreis
einer Triode eingeschaltet werden. deren Gitter in Ahhängigkeit von der Stellung
einer Zählröhre gesteuert wird. wie dies in Fig. 2 gezeigt ist. Mit Hilfe der in
Fig. 2 gezeigten Einrichtung ist es möglich, die schrttweise Bewegung des Ankers
5 durch Impulse zu steuern. Diese Impulse werden von Leitung 7 über die steuerbaren
Tore 8/1 bis 8/4 den Zählstufen 9/1 bis 9/4 zugeführt.
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Die Zählstufen 9/1 bis 9/4 sind so aufgebaut, daß entsprechend der
jeweiligen Zählstellung an den Ausgangsleitungen 10/1 bis 10/9, 11/1 bis 11/9, 12/1
bis 12/9 bzw. 13/1 bis 13/9 eine positive Spannung auftritt. je eine dieser Ausgangsleitungen
10/1 bis 13/9 kann über den entsprechenden der Schaltarme 14/1 bis 14/4 mit dem
Gitter der zugehörigen Triode 15/1 bis 15/4 verbunden werden. Die Wirkungsweise
der Einrichtung ist folgende: Im Ausgangszustand ist das steuerbare Tor 8/1 geöffnet,
d. h. Impulse von Leitung 7 gelangen über dieses in Zählstufe 9/1. Die steuerbaren
Tore 8/2 bis 8/4 sind dagegen geschlossen und sperren Impulse.
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Weiterhin ist die Zählstellung der einzelnen Zählstufen 9/1 bis 9/4
in der Ausgangsstellung so, daß die Ausgangsleitungen 10/1 bis 13/9 keine Spannung
führen. d. h. sie liegen an Erdpotential. Dieses wird über die Schaltarme 14/1 bis
14/4 auf die entsprechenden Gitter der Trioden 15/1 bis 15/4 übertragen, so daß
diese gesperrt sind. da die Kathoden durch den Spannun.-steiler aus den beiden Widerständen
16 und 17 positiv vorgespannt sind. Wenn nunmehr von Leitung 7 über das geöffnete
steuerbare Tor 8/1 der Zählstufe 911 Impulse zugeführt werden, dann wird
diese so lange schrittweise weitergezählt, bis ihre Zählstellung der Ausgangsleitung
entspricht, welche über Schaltaren 14/1 mit dem Gitter der Triode 15/1 verbunden
ist. Durch die in der Zählröhre bestehende Glimmentladung wird an dem zugehörigen
Kathodenwiderstand dieser Zählstelle ein positiver Spannungsabfall erzeugt. welcher
über die entsprechende Ausgangsleitung 10/1 his 10/9 und den Schaltarm 14/1 auf
das Gitter der Triode 15/1 übertragen wird. Dieser positive Spannungsabfall ist
so bemessen, daß die Triode 15/1 leitend wird, d. h. der Anodenstrom. der nunmehr
fließt. erregt die dieser Triode 15/1 zugeordnete Feldspule 3/1. Dadurch wird der
entsprechende Arm des Ankers 5 von dieser Feldspule 3/1 angezogen. Der beim Erreichen
der entsprechenden Zählstellung an der zugeordneten Ausgangsleitung 10/1 bis 10/9
auftretende positive Spannungssprung wird über Leitung 18/1 der Differentiierstufe
19/1 zugeführt. Die positive ansteigende Flanke dieses Spannungssprunges wird in
dieser Differentiierstufe diffarentiiert und als positiver Impuls an die beiden
Steuerleitungen 20/1 und 21/2 der beiden steuerbaren Tore 8/1 und 8/2 geliefert.
Das steuerbare Tor 8/l wird durch diesen Impuls geschlossen und das steuerbare Tor
8/2 geöffnet. Dadurch gelangen nunmehr die weiteren von Leitung 7 zugeführten Impulse
über das steuerbare Tor 8/2 zur Zählstufe 9/2. Diese wird nun so lange schrittweise
weitergezählt, bis der nacheinander an den einzelnen Ausgangsleitungen 11/1 bis
11/9 auftretende positive Spannungssprung an der Ausgangsleitung auftritt, welche
über den Schaltarm 14/2 an das Gitter der zugehörigen Triode 15/2 gelegt ist. Dadurch
wird nunmehr die Triode 15/2 stromführend und somit die Feldspule 3/2 erregt. Gleichzeitig
gelangt diese positive Spannung über Schaltarm 14.!2 und Leitung 18/2 zur Differerntiierstufe
19/2. Der durch Differentiation der Stirnflanke auftretende positive Impuls wird
über die beiden Steuerleitungen 20/2 und 21/3 den beiden Torstufen 8/2 und 8/3 zugeführt.
Das steuerbare Tor 8/2 wird geschlossen und das steuerbare Tor 8/3 dadurch geöffnet.
Gleichzeitig gelangt dieser Impuls über Leitung 23/1 und Verstärker 24/1 an die
Ausgangsleitung 10/0 der Zählstufe 9/1. Dadurch wird diese Zählstufe auf ihre Ausgangsleitung
zurückgeschaltet. Die positive Spannung an der durch Schaltarm 14/1 ausgewählten
der Leitungen 10/1 bis 10/9 verschwindet dadurch. Die Röhre 15/1 wird somit wieder
gesperrt und Feldspule 3/1 entregt. In gleicher Weise gelangen über das nunmehr
geöffnete steuerbare Tor 8/3 Impulse zur Zählstufe 9/3 und zählen diese so lange
weiter. bis die Triode 15/3 stromführend wird. Durch den dabei über Schaltarm 14/3
der Differentiierstufe 19;3 zugeführten Spannungssprung und den in dieser Differentiierstufe
erzeugten positiven Impuls wird das steuerbare Tor 8/3 geschlossen und das steuerbare
Tor 8/4 geöffnet. Gleichzeitig wird Zälhlstufe 9/2 durch den positiven Impuls. welcher
über Leitung 23/2 und Verstärker 24/2 an Ausgangsleitung 11/0 gelangt, in ihre Ausgangsstellung
zurückgestellt. Durch Öffnen des steuerbaren Tores 8/4 werden die an Leitung 7 ankommenden
Impulse nunmehr der Zählstufe 9/4 zugeführt und. zählen diese ebenfalls so lange
-weiter, bis an der durch Schaltarm 14/4 ausgewählten der Ausgangsleitungen 13/1
bis 13/9 eine positive Spannung auftritt. Dadurch wird Feldspule 3/4 erregt und
der positive Spannungssprung in Differentiierstufe 19/4 differentiiert. Durch den
dabei entstehenden positiven Impuls wird das steuerbare Tor 8/4 geschlossen und
das steuerbare Tor 8/1 geöffnet. Der in Differentiierstufe 19/4 entstehende positive
Impuls wird über Leitung 21/1 dem steuerbaren Tor 8/1 zugeführt. Gleichzeitig gelangt
dieser Impuls über Leitung 23/3 und Verstärker 24/3 an Ausgangsleitung 12/0 der
Zählstufe 9/3 und stellt diese auf Null zurück. Werden nunmehr von Leitung 7 weiter
Impulse zugeführt, dann gelangen diese wiederum, wie zuvor beschrieben, in Zählstufe
9/1. Der bei Beendigung der Zählung in Zählstufe 9/1 durch die Differentiierstufe
19/1 erzeugte positive Impuls wird über Leitung 23/4 und Verstärker 24/4 der Ausgangsleitung
13/0 der Zählstufe 9/4 zugeführt und stellt diese in gleicher Weise wie die Zählstufen
9/1 bis 9/3 auf Null zurück.
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Durch die wahlweise Einstellung der Schaltarme 14/1 bis 14/4 ist es
möglich, die Anzahl der Impulse, welche dazu benötigt werden, um den Schrittmotor
um jeweils einen Schritt weiterzuschalten, für jede der Zählstufen 9/1 bis 9/4 verschieden
oder gleich zu bemessen, d. h. es kann eine einfache Frequenzuntersetzung stattfinden,
oder die Zeit zwischen den einzelnen Schaltschritten des Schrittmotors kann bei
gleicher Impulsfrequenz variiert werden.
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Soll nur eine Untersetzung der Schrittfrequenz gegenüber der Impulsfrequenz
stattfinden, dann kann beispielsweise eine Einrichtung gemäß Fig. 3 verwendet werden.
Diese enthält eine Zählstufe 25, welcher Impulse von Eingangsleitung 26 zugeführt
werden. \Tach dem Zuführen einer bestimmten Anzahl von Impulsen entste4it an Leitung
27 ein Ausgangsimpuls, welcher der Zählstufe 28 zugeführt wird. Diese Zählstufe
28 ist mit Ausgangsleitungen 29/0 bis 29/9 versehen, welche die Gitter der entsprechenden
Trioden 30/0 bis 30/9 steuern. In die Anodenkreise der einzelnen Trioden sind die
Feldspulen 31/1 bis 31/9 eingeschaltet. Die Vorspannung an den einzelnen Leitungen
29/0 bis 29!9 ist so gewählt, daß nur diese Leitung eine positive Vorspannung aufweist.
welche
der gerade eingestellten Zählstellung der Zählstufe 28 entspricht,
d. h. daß die ihr zugeordnete der Trioden 30/0 bis 30/9 stromführend ist und die
in den Anodenkreis dieser Triode eingeschaltete Feldspule 31/0 bis 31/9 erregt wird.
In dem in Fig. 3 gezeigten Beispiel sind zehn Feldspulen 31/0 bis 31/9 vorgesehen,
d. h. es wird im Zusammenhang mit dieser Einrichtung ein Schrittmotor entsprechend
der Fig. 1 verwendet, welcher zehn Feldspulen an Stelle der in Fig. 1 gezeigten
vier Feldspulen 3/1 bis 3/4 aufweist. Demzufolge wird bei diesem Schrittmotor auch
der Anker 5 nicht dreiteilig, sondern mit neun ausgeprägten Ankerpolen ausgebildet.
Die Erzeugung eines Impulses an Leitung 27 erfolgt dadurch, daß Zählstufe 25 mit
neun Ausgangsleitungen 32/1 bis 32/9 ausgestattet ist. An jeweils einer dieser Ausgangsleitungen
tritt entsprechend der Zählstellung der Zählstufe 25 eine positive Spannung auf.
Durch den Schaltarm 33 des Stufenschalters kann eine dieser Leitungen 32/1 bis 32/9
ausgewählt werden, d. h. an Leitung 26 müssen so viele Impulse zugeführt werden,
um an Schaltarm 33 einen positiven Spannungssprung zu erzeugen, bis die Zählstufe
25 die Zählstellung erreicht hat, welche der ausgewählten der Leitungen 32/1 bis
32/9 entspricht. Im gezeigten Beispiel müssen vier Impulse an Leitung 26 zugeführt
werden. Der dann an Schaltarm 33 auftretende positive Spannungssprung wird in Differentiierstufe
34 differentiiert, so daß an Leitung 35 ein bei der Differentiation entstehender
positiver Impuls abgegeben wird. Dieser wird, wie bereits beschrieben, über Leitung
27 der Zählstufe 28 zugeführt, jedoch auch gleichzeitig über Verstärker 36 und Leitung
32/0 der Zählstufe 25. Diese wird damit auf ihre Ausgangsstellung zurückgeschaltet.
Durch erneute Zufuhr von Impulsen an Leitung 26 kann der beschriebene Vorgang wiederholt
werden. Dies bedeutet, daß die Impulsfrequenz der an Leitung 26 zugeführten Impulse
entsprechend der Stellung des Schaltarmes 33 vermindert wird. Bei der gezeigten
Ausführung kann beispielsweise eine Verminderung der Impulsfrequenz um den Faktor
»1« bis »10« erfolgen. Die gezeichnete Stellung des Schaltarmes 33 entspricht einer
Verminderung der Impulsfrequenz um den Faktor vier.
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Aus dem zuvor Gesagten ist es ersichtlich, daß die einzelnen Feldspulen
des Schrittmotors nicht nur in die Anodenkreise von Hochvakuumröhren eingeschaltet
werden können, sondern daß sie beispielsweise auch in dein Entladungsstromkreis
von Gasentladungsröhren liegen können. Diese können zweckmäßigerweise zu einer Ringzählkette
verschaltet werden. Dabei muß jedoch nicht notwendigerweise in dem Entladungskreis
jeder der einzelnen Gasentladungsröhren eine Feldspule liegen, sondern es kann vielmehr
auch bei einer solchen Einrichtung eine Frequenzteilung dadurch erreicht werden,
daß in der Zählkette Gasentladungsröhren vorgesehen werden, in deren Entladungskreis
keine Feldspule eingeschaltet ist. Bei einer solchen Anordnung ist es auch möglich,
die Anzahl der Impulse, welche dazu benötigt werden, um den Schrittmotor um einen
Sehritt weiterzuschalten, zu variieren, d. h. den gleichen Effekt wie bei der Einrichtung
gemäß Fig. 2 zu erzielen.