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Einrichtung zur periodischen Drehrichtungsumsteuerung eines Elektromotors
Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zur periodischen Umsteuerung der
Drehrichtung eines Elektromotors für hin- und hergehende Maschinenteile u. dgl.
Solche Antriebsprobleme liegen beispielsweise bei Schleifmaschinen, Hobelmaschinen
und Motorsägen vor.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Steuerung zu schaffen,
die mit einem Minimum an mechanischen Kontakten aufgebaut ist, wenig Platz benötigt
und mit großer Betriebssicherheit arbeitet.
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Die Befehle zur periodischen Drehrichtungsumsteuerung werden meist
durch Endschalter gegeben, die auf die Drehrichtungsschalter des Antriebsmotors
einwirken. Im vorliegenden Fall sind als Endschalter besonders die auf elektromagnetischer
Grundlage nach Art einer Kippschaltung arbeitenden Endschalter geeignet.
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Zum Aufbau der Einrichtung für dieDrehrichtungsumsteuerung werden
bekannte logische Elemente herangezogen, bei denen Undgatter, Odergatter, Umkehrstufen
und Gedächtnisschaltungen zu unterscheiden sind. Ein Undgatter weist zwei oder mehr
Eingänge und einen einzigen Ausgang auf, an welchem nur dann ein Signal entstehen
kann, wenn an sämtlichen Eingängen Signale vorhanden sind. Auch ein Odergatter verfügt
über mindestens zwei Eingänge und einen Ausgang, an dem aber im Gegensatz zum Undgatter
jeweils dann ein Signal ansteht, wenn ein einziger der Eingänge ein Signal führt.
Eine Umkehrstufe mit einem oder mehreren Eingängen und ebenfalls einem einzigen
Ausgang führt stets dann ein Ausgangssignal, wenn eingangsseitig kein Signal anliegt.
Das Ausgangssignal verschwindet jedoch sofort, wenn eingangsseitig ein Signal angelegt
wird. Eine Gedächtnisschaltung besteht im allgemeinen aus einer bistabilen Kippschaltung
(Flip-Flop-Schaltung); sie hat mindestens zwei Eingänge und zwei Ausgänge. Eine
solche Gedächtnisschaltung hat die Aufgabe, ein kurzzeitig an ihrem Eingang auftretendes
Signal für eine bestimmte Zeit zu speichern. Gibt man auf den einen der beiden Eingänge
kurzzeitig eine Signalspannung, so führt der entsprechende Ausgang ein Dauersignal,
das auch dann nicht verschwindet, wenn der Eingangsimpuls verschwindet; die Schaltung
kann erst dadurch in ihre andere Betriebslage umgesteuert werden, daß auf den anderen
der beiden Eingänge ein Signal gegeben wird. Hierbei verschwindet das Signal an
dem vorerwähnten Ausgang, erscheint aber gleichzeitig an dem anderen Ausgang.
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Unter Anwendung der vorerwähnten logischen Elemente besteht die Erfindung
bei einer Einrichtung zur periodischen Umsteuerung der Drehrichtung eines Elektromotors
mit Endschaltern zur Erteilung der Umkehrbefehle und jedem Endschalter nachgeordnetem
Undgatter mit zwei Eingängen, dessen erster Eingang am zugehörigen Endschalter angeschlossen
ist, darin, daß die zweiten Eingänge der Undgatter mit einem Ausgang einer von den
Aus- und Einschaltern der gesamten Einrichtung gesteuerten Gedächtnisschaltung verbunden
sind und von dieser bei Betätigung des Einschalters ein Ausgangssignal erhalten,
und daß die Ausgangssignale der Undgatter über Verriegelungskippschaltungen die
Drehrichtungsschalter des Motors betätigen.
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Um Störungen im Betrieb zu verhindern, kann man grundsätzlich das
komplementäre Ausgangssignal der Gedächtnisschaltung über eine Umkehrstufe dem einen
und über ein Odergatter oder Ventil dem anderen Eingang einer bistabilen Kippschaltung
zuführen. Diese Kippschaltung gibt beim Erhalten nur eines Eingangssignales ein
dem Eingangssignal entsprechendes Ausgangssignal, beim Erhalten beider Eingangssignale
jedoch kein Ausgangssignal ab. An die Ausgänge dieser Kippschaltung können Verstärker
angeschlossen werden, die abwechselnd durch einzelne Eingangssignale der Kippschaltung
in Tätigkeit gesetzt werden.
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Auf weitere Merkmale der Erfindung wird in der nachfolgenden Beschreibung
eines Ausführungsbei-
Spiels, das in der Zeichnung schematisch dargestellt
ist, sowie in den Ansprüchen näher hingewiesen.
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In Fig. 1 ist zunächst der grundsätzliche Aufbau einer Umkehrsteuereinrichtung
angedeutet. Auf einem Schlitten 12 ist ein Werkstück 10 befestigt, das mittels eines
Werkzeuges 14 bearbeitet wird. Dieses Werkzeug kann eine Säge; Schleifscheibe od.
dgl. sein. Am Schlitten 12 ist ein Arm 16 angebracht, der in den Endlagen des Schlittens
Endschalter LS1 und LSz betätigt. Die Ausgangssignale dieser Endschalter werden
einer Steuereinrichtung 18 zugeführt, die entweder ein Schütz 20 oder ein Schütz
28 erregt. Die Stromversorgung erfolgt aus einem Netzgerät 34.
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Wenn das Schütz 20 seine Kontakte 22 und 24 schließt, läuft der Anker
26 des Motors M in der einen Richtung; wenn das Schütz 28 seine Kontakte 30 und
32 schließt, läuft der Anker in der entgegengesetzten Richtung. Über einen nicht
näher bezeichneten Zahnstangentrieb wird durch den Motor der Schlitten 12 angetrieben.
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Fig. 2 zeigt eine Möglichkeit zur Ausbildung der Steuereinrichtung
nach der Erfindung, wobei die Stromversorgung der Übersichtlichkeit wegen nicht
dargestellt ist. Der eine Eingang einer Gedächtnisschaltung 40 ist über einen Startschalter
38 und einen Stopschalter36 an dasNetzgerät 34 angeschlossen. Der Startschalter
ist mit einem Arbeitskontakt, der Stopschalter mit einem Ruhekontakt ausgerüstet.
Der eine Ausgang der Gedächtnisschaltung 40 ist an einen der beiden Eingänge der
Undgatter 42 und 44 geführt, deren zweite Eingänge jeweils vom Signal des Endschalters
LS1 bzw. LS2 besetzt werden.
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Die Endschalter können in bekannter Weise eine Magnetwicklung aufweisen,
deren Induktanz in Abhängigkeit von der Stellung eines um eine Achse drehbaren Permanentmagneten
veränderbar ist. Wird durch den Arm 16 am Schlitten der Permanentmagnet an die Wicklung
herangeführt, so sinkt die Impedanz dieser Wicklung auf einen kleinen Wert, so daß
der an eine Stromquelle angeschlossene Endschalter ein Steuersignal liefert.
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An das Undgatter 42 ist eine Umkehrstufe 46 angeschlossen, die zur
Phasenumkehr des Signals dient. Von der Umkehrstufe wird das Signal dem einen Eingang
einer Verriegelungskippschaltung 48 zugeführt, die ihrerseits ein Signal an den
einen Eingang einer bistabilen Kippschaltung 50 liefert. An einen Ausgang dieser
Kippschaltung ist über eine Umkehrstufe 52 und ein Odergatter oder ein Ventil 54
ein Verstärker 56 angeschlossen, der das Schütz 20 mit ; den Kontakten 22 und 24
erregt.
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Das Ausgangssignal des Undgatters 44 ist dem einen Eingang einer zweiten
Verriegelungskippschaltung 58 zugeführt, deren Ausgangssignal über ein Odergatter
oder Ventil 66 an den zweiten Eingang der ; bistabilen Kippschaltung 50 ein Signal
liefert. In diesem Fall entsteht am zweiten Ausgang dieser Kippschaltung ein Signal,
das über ein Odergatter 60 oder ein Ventil und einen Verstärker 62 das Schütz 28
mit den Kontakten 30 und 32 erregt.
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Die beiden Verriegelungskippschältungen 48 und 58 sind so ausgebildet,
daß sie nach Eintreffen eines Signals am ersten Eingang so lange ein Ausgangssignal
liefern, bis dem Löscheingang ein Signal zugeführt wird. Die Verriegelungskippschaltungen
erfüllen demnach zugleich eine Gedächtnisfunktion. Wie aus Fig. 2 ersichtlich, sind
die Löscheingänge der Verriegelungskippschaltungen 48 und 58 jeweils an den Eingang
der anderen Verriegelungskippschaltung angeschlossen, so daß nur eine von beiden
Kippschaltungen ein Signal liefern kann. Sollte jedoch infolge einer Betriebsstörung
an den Ausgängen beider Verriegelungskippschaltungen ein Signal entstehen, so gibt
die bistabile Kippschaltung 50, da beide Eingänge besetzt sind, überhaupt kein Ausgangssignal
ab und der Antrieb wird stillgesetzt.
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Diese Eigenschaft der bistabilen Kippschaltung 50 kann dazu ausgenutzt
werden, zu jedem beliebigen Zeitpunkt den Antrieb anzuhalten. Zu diesem Zweck wird
absichtlich an beide Eingänge der Kippschaltung 50 ein Signal gelegt, wie weiter
unten noch beschrieben wird.
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Zur Einschaltung des Antriebs wird der Startschalter 38 betätigt.
Dadurch wird die Gedächtnisschaltung 40 angestoßen, so daß an ihrem oberen Ausgang
ein Signal erscheint. Der Startschalter 38 kann dann wieder geöffnet werden.
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Je nachdem, welcher der beiden Endschalter LS1 oder LS, nun ein Signal
abgibt, wird eines der beiden Undgatter 42 oder 44 durchlässig. Es ersteht nun am
oberen Eingang der Verriegelungskippschaltung 48 oder 58 ein Signal, das in der
bereits erläuterten Weise über die bistabile Kippschaltung 50 entweder das eine
oder das andere Schütz für den Motor betätigt. Das gleichzeitig an den Löscheingang
der anderen Verriegelungskippschaltung gelieferte Signal sorgt dafür, daß am Ausgang
dieser Kippschaltung kein Signal entsteht.
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Da die Verriegelungskippschaltungen auch Gedächtnisfunktionen erfüllen,
läuft der Motor auch nachVerschwinden des Signals des einen Endschalters so lange
weiter; bis der andere Endschalter ein Signal liefert. Durch dieses Signal wird
über das zugeordnete Undgatter die zugehörige Verriegelungskippsehaltung angestoßen
und die andere Verriegelungskippschaltung gelöscht. Dies hat zur Folge, daß die
Drehrichtung des Motors umgekehrt wird.
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Diese Vorgänge wiederholen sich nun periodisch bei jeder Betätigung
eines Endschalters.
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Soll der Antrieb angehalten werden, so wird kurzzeitig der Stopschalter
36 geöffnet. Dadurch entsteht am Ausgang der Umkehrstufe 37 ein Signal, das dem
Löscheingang der Gedächtnisschaltung 40 zugeführt wird. Es verschwindet dann das
bisher den Undgattern 42 und 44 zugeführte Signal, und statt dessen entsteht ein
komplementäres Ausgangssignal am unteren Ausgang der Gedächtnisschaltung. Dieses
Signal wird über eine Umkehrstufe 64 dem einen und über ein Odergatter oder Ventil
66 dem anderen Eingang der bistabilen Kippschaltung 50 zugeführt, so daß an deren
beiden Ausgängen kein Signal entsteht.
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In dieser Zeit wird jedoch diejenige Verriegelungskippschaltung, die
gerade ein Ausgangssignal führt, dieses Signal beibehalten. Sobald der Startschalter
38 kurzzeitig betätigt wird, wird die Gedächtnisschaltung 40 wieder in die andere
Ruhelage gekippt, so daß ihr komplementäres Ausgangssignal wieder verschwindet.
Dadurch erhält nur noch ein Eingang der bistabilen Kippschaltung 50 von einer der
Verriegelungskipp-Schaltungen 48, 50 ein Signal, so daß der Motor in der gleichen
Richtung, die er vor dem Anhalten hatte, wieder anläuft.
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Die Ausbildung der einzelnen logischen Elemente ist an sich beliebig
und kann. beispielsweise auf magnetischer oder auf Halbleitergrundlage erfolgen.
Je nach der Schaltung der Undgatter kann beispielsweise die
Umkehrstufe
46 entbehrlich sein oder aber dem Undgatter 44 nachgeschaltet werden. Die Odergatter
können durch Ventile verwirklicht werden, die dafür sorgen, daß keine Rückwirkung
der gesteuerten Organe auftreten kann. Für die Gedächtnisschaltung und die einzelnen
Kippschaltungen können vorteilhaft die üblichen Bauformen mitTransistorenAnwendung
finden.
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Will man die elektromechanischen Schütze im Ankerkreis des Motors
vermeiden, so kann man auch hier kontaktlos arbeiten, beispielsweise zur Speisung
des Motors einen Gegentaktmagnetverstärker heranzuziehen.