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Die Erfindung betrifft eine drehzahlregelbare Antriebsvorrichtung
mit einem Kupplungsmotor, dessen mit der Abtriebswelle in Triebverbindung stehende
Kupplungsscheibe unter dem Einfluß eines Reglers, der von einem drehzahlproportionalen
Istwert und einem einstellbaren Sollwert beaufschlagt ist, auf elektromechanischem
Wege wahlweise mit der ständig umlaufenden Motorwelle oder mit einem Bremswiderlager
kuppelbar ist.
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Bei Gleichstrommotoren bietet eine Drehzahleinstellung keine Schwierigkeiten.
Dagegen fehlt es an Lösungen, die es gestatten, bei Drehstrom- oder Einphasenwechselstrommotoren
die Drehzahl in weiten Drehzahlbereichen auf einfache, zuverlässige und kostensparende
Weise vorzugeben. Es ist bekannt, die Verstellung der Drehzahl eines Hauptstrommotors
durch eine Impulsbreitensteuer-ungmlt Hilfe von Thyristoren zu bewirken. Dabei wird
der Stromkreis mit einer festgelegten Folgefrequenz ginge= schaltet und nach einer
bestimmten, innerhalb der Schaltperiode liegenden Zeitspanne wieder ausgeschaltet.
Der Mittelwert des innerhalb einer Periode fließenden Stromes wird durch die Impulsbreite,
d. h. durch die zwischen dem Einschalten und dem Ausschalten liegende Zeit, bestimmt.
Die Thyristoren übernehmen dabei die Funktion schneller, kontaktloser Schalter.
Gleichwohl liegt der Stehbereich der gepulsten Spannung bei maximal 1: 20.
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Drehzahlregelbare Antriebe wurden auch bereits mit Kupplungsmotoren
ausgestattet. Dabei ist es bekannt, über einen Thyristor eine Impulsbreiten- oder
Spannungszeitflächensteuerung der vorstehend genannten
Art bei
der elektromagnetischen Kupplung vorzunehmen (USA.-Patentschrift 3 201624). Es ist
ferner bekannt, in ähnlicher Weise einen die elektromagnetische Kupplung speisenden
Verstärker mittels einer Säg ezahnspannung abwechselnd auf und zu zu steuern,
deren Mittelwert sich entsprechend der Differenz zwischen Ist- und Sollwert der
Drehzahl ändert (britische Patentschrift 910884), oder über einen mit der
Abtriebswelle gekuppelten Impulsgeber einen Kondensator aufzuladen, der ein den
Kupplungsstromkreis auftrennendes Relais ansprechen läßt, sobald die Istdrehzahl
einen vorbestimmten Wert überschreitet (französische Patentschrift 1420 154).
Es ist auch bekannt, die Magnetkupplung als Schlupfkupplung auszubilden, die in
Abhängigkeit von der Ausgangsspannung eines mit der Abtriebswelle gekuppelten Tachogenerators
mit einem mehr oder minder großen Erregerstrom gespeist wird (österreichische Patentschrift
228 343). Weil bei diesen Antrieben eine Verzögerung nur durch Aberregen der elektromagnetischen
Kupplung und Senken der Drehzahl unter dem Einfluß der Last möglich ist, hat der
Regelkreis eine verhältnismäßig große Zeitkonstante. Insbesondere beim Übergang
von einer höheren auf eine niedrigere Solldrehzahl wird die neue Solldrehzahl erst
nach Ablauf einer erheblichen Zeitspanne erreicht.
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Günstiger sind in dieser Hinsicht Antriebe mit Kupplungsmotoren, bei
denen zur Drehzahlregelung nicht nur die elektromagnetische Kupplung, sondern auch
eine elektromagnetische Bremse herangezogen wird. So ist es bei einem solchen Antrieb
bekannt, entweder der Kupplung oder der Bremse ständig einen vorbestimmten konstanten
Strom zuzuführen und gleichzeitig die Bremse bzw. die Kupplung in einem von der
Differenz zwischen Solldrehzahl und Istdrehzahl abhängigen Maße mehr oder weniger
stark zu erregen (österreichische Patentschrift 245 912). Es wurde auch vorgeschlagen,
Kupplung und Bremse gleichzeitig gemeinsam auf den getriebenen Teil einwirken zu
lassen und die Erregung von Kupplung und Bremse gegensinnig zu verändern, um einen
Positionierantrieb auf eine vorgegebene Abschaltdrehzahl einzuregeln (Anmeldung
gemäß deutscher Offenlegungsschrift 1513 773). Diese Lösungen. sind jedoch mit dem
Nachteil behaftet, daß wegen der gleichzeitigen Erregung von Kupplung und Bremse
Reibungswärme in besonders hohem Maße erzeugt wird. Die thermische Belastung ist
geringer, wenn in ebenfalls bekannter Weise Kupplung und Bremse je nach dem Vorzeichen
der Regelabweichung über Magnetverstärker (USA.-Patentschrift 2 816 635) oder ein
Flip-Flop (schweizerische Patentschrift 408 999) wechselweise eingeschaltet werden,
eine Arbeitsweise, die im übrigen auch für im Start-Stop-Betrieb arbeitende Antriebe
bekannt ist (deutsche Auslegeschrift 1196 285 und Zeitschrift »Der Elektromeister«,
Heft 12/1955, S. 358). Beim raschen Umschalten von Kupplung auf Bremse und umgekehrt
klingt jedoch das Feld der zuvor eingeschalteten Magnetspule nur allmählich ab,
während das Feld der anderen Magnetspule bereits aufgebaut wird. Das bedeutet, daß
auch in diesem Falle Kupplung und Bremse für eine Übergangszeit jeweils gleichzeitig
erregt sind. Insbesondere bei niedrigen Drehzahlen und hoher Last kann dadurch ein
gefährlicher Wärmestau auftreten. Kupplung und Bremse können klebenbleiben. Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine einen Kupplungsmotor aufweisende Antriebsvorrichtung
mit einstellbarer Drehzahl zu schaffen, die innerhalb eines großen Regelbereiches
Sollwertänderungen rasch folgt und bei der gleichwohl die Wärmeentwicklung an Kupplung
und Bremse besonders klein ist.
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Diese Aufgabe wird bei der eingangs vorausgesetzten Vorrichtung erfindungsgemäß
gelöst durch die Verwendung einer Formerschaltung, die den Istwert in eine der Istdrehzahl
proportionale Folge von Impulsen gleicher Amplitude und Zeitdauer umwertet, einer
an die Formerschaltung angeschlossenen Integrationsstufe mit einem Speicherglied,
das mittels der Impulse aufgeladen und in den Impulspausen mit einer dem Sollwert
entsprechenden, einstellbaren Geschwindigkeit entladen wird, sowie zweier mit der
Integrationsstufe verbundener Vergleichsstufen, die die Kupplungs- oder Bremsspule
über Schwellwertschalter einschalten, solange das Ausgangssignal der Integrationsstufe
dem Betrage nach kleiner als die der Kupplungsspule zugeordnete Bezugsspannung bzw.
größer als die der Bremsspule zugeordnete Bezugsspannung ist, und damit die Kupplung
und die Bremse wechselweise in einer durch die Lade- und Entladezeit des Speichers
bestimmten Zeitfolge wirksam machen. Bei der Anordnung nach der Erfindung ist dafür
gesorgt, daß Bremse und Kupplung stets zeitlich etwas versetzt geschaltet werden.
Kupplung und Bremse kommen infolgedessen nicht gleichzeitig in. Eingriff. Entsprechend
den Regelsollwerten entsteht bei geringer Regelabweichung nur die Minimalwärme,
die auf den für eine bestimmte Drehzahl notwendigen Schlupf zurückzuführen ist.
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Vorzugsweise wandelt die Formerschaltung das Gebersignal in eine Folge
von Rechteckimpulsen um, da solche Impulse bequem erzeugt und weiterverarbeitet
werden können.
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Die Formerschaltung weist zweckmäßig einen in die Sättigung aussteuerbaren
Verstärker und ein diesem nachgeschaltetes Monoflop auf. Auf diese Weise läßt sich
die Forderung nach Impulsen gleicher Amplitude und Zeitdauer besonders einfach erfüllen.
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Zwecks Sollwertvorgabe kann die Entladegeschwindigkeit des Speichergliedes
kontinuierlich oder in Stufen einstellbar sein.
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Eine besonders hohe Genauigkeit wird erzielt, wenn der oder die Schwellwertschalter
Schmitt-Trigger sind.
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Bei Anwendung auf Mehrstufenkupplungen sind vorzugsweise die Ausgänge
des Regelkreises auf die Endstufe der Mehrstufenkupplung umschaltbar, so daß für
sämtliche Kupplungsstufen nur ein Regelkreis erforderlich ist.
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Der Regelbereich läßt sich noch dadurch zusätzlich erweitern, daß
zwei oder mehr wahlweise einschaltbare Drehzahlgeber mit unterschiedlicher Drehzahl-Gebersignalfrequenz-Charakteristik
vorgesehen sind.
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Uni einer ebenfalls häufigen Anforderung nachkommen zu können, die
darin besteht, eine mit der Abtriebswelle des Kupplungsmotors verbundene Arbeitswelle
genau und schnell in vorbestimmter Soll-Haltestellung anzuhalten, ist in weiterer
Ausgestaltung der Erfindung der Regelkreis in an sich bekannter Weise über einen
eine Soll-Haltestellung ermittelnden Stellungsgeber beeinflußbar, der zweckmäßig
auf einen Abschaltbefehl hin zunächst eine
selbsttätige Abbremsung
der Abtriebswelle auf eine vorbestimmte Abschaltdrehzahl bewirkt und ein Meßglied
aufweist, das bei Erreichen der Abschaltdrehzahl die Endabschaltung freigibt..Bei.dem
Meßglied kann es sich einfach um eine an die Kupplungswicklung angeschlossene Kippschaltung
handeln. Um den angetriebenen Teil im Anschluß an die Stillsetzung in Soll-Haltestellung
wieder freizugeben, macht vorzugsweise der Stellungsgeber auf einen Abschaltbefehl
hin die Bremse nur für eine voreingestellte Zeitdauer wirksam.
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Damit die Endabschaltung mit Sicherheit ausgehend von der Abschaltdrehzahl
erfolgt, ist vorteilhafterweise ein Sperrglied vorgesehen, das die Endabschaltung
verhindert, bis der Regler nach Einziehen der Abtriebswelle auf Abschaltdrehzahl
stabiles Betriebsverhalten angenommen hat. Zweckmäßig ist ferner ein nach Erreichen
der Abschaltdrehzahl wirksames Schaltglied vorhanden, das den Regler aus- sowie
die Bremse einschaltet. Dadurch wird sichergestellt; daß der Übergang in die Soll-Haltestellung
innerhalb kürzester Zeit erfolgt.
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Schließlich können wahlweise betätigbare Schaltelemente vorgesehen
sein, mittels deren ein selbsttätiger Antrieb der Arbeitswelle um eine Umdrehung
oder um einen Bruchteil einer Umdrehung auslösbar ist.
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Die Erfindung ist in der Beschreibung in Verbindung mit den Zeichnungen
an Hand von Ausführungsbeispielen erläutert. Es zeigt l~' i g. 1 einen Teilschnitt
durch einen nicht zur. Erfindung gehörenden Kupplungsmotor, bei dem der Regler nach
der Erfindung anwendbar ist, F i g. 2 ein Blockschaltbild einer bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung, die eine kontinuierliche Drehzahleinstellung erlaubt, F i g. 3, 4
und 5 aneinandergelegt ein Schaltbild der Anordnung nach F i g. 2, F i g. 6 bis
9 verschiedene Signale, wie sie bei der Schaltungsanordnung nach den F i g. 2 bis
5 auftreten, F i g. 10 ein Blockschaltbild einer abgewandelten Ausführungsform der
Erfindung finit stufenweise einschaltbarer Drehzahl, F i g. 11 und 12 nebeneinandergelegt
ein Schaltbild der Anordnung nach F i g. 10 und F i g. 13 einen Teilschnitt durch
einen Kupplungsmotor mit einer Mehrstufenkupplung, der in Verbindung mit dem Regler
nach der Erfindung 'eine Drehzahleinstellung für beide Drehrichtungen ermöglicht.
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In F i g. 1 ist mit 1 die dauernd umlaufende Welle eines Drehstrom-
oder Einphasenwechselstrommotors bezeichnet, auf der die Schwungscheibe 2 fest angebracht
ist. Die Schwungscheibe 2 trägt auf der Abtriebsseite einen Ring 3 aus magnetisch
leitendem Werkstoff. In einer Nabe 4 des Lagerschildes 5 und einem mit dem Lagerschild
verschraubten Bremswiderlager 6 ist die Abtriebswelle 7 gelagert. Das Lagerschild
5 ist mit dem Motorgehäuse 8 verschraubt. Auf der Abtriebswelle 7 ist eine Abtriebsscheibe
9 befestigt, die über einen Keilriemen mit einer nicht veranschaulichten Arbeitswelle
verbunden werden kann. Das von der Abtriebsscheibe 9 abliegende Ende der Abtriebswelle
7 trägt Kupplungsscheibenhälften 10, 11, die über ein Keilprofil mit der
Abtriebswelle 7 drehfest verbunden, auf ihr jedoch begrenzt axial verschiebbar sind.
Die Kupplungsscheibenhälfte 10 weist einen Kunststoffring 13 auf, der einen Außenring
14 aus magnetisch leitendem Werkstoff sowie einen Kupplungsbelag 15 trägt. In entsprechender
Weise besteht die Kupplungsscheibenhälfte 11 aus einem Kunststoffring 16, einem
Außenring 17 aus magnetisch leitendem Werkstoff und einem Kupplungsbelag 18.
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Zwischen dem Motorgehäuse 8 und dem Lagerschild 5 ist ein Wicklungsgehäuse
19 fest eingespannt, das die Kupplungsscheibenhälften 10, 11 koaxial umschließt
und im wesentlichen doppel-T-förmigen Querschnitt hat. In dem Wicklungsgehäuse 19
sitzen zwei wechselweise erregbare, axial nebeneinanderliegende scheibenförmige
Wicklungen 22, 23. Der radial außen liegende Schenkel 24 des Wicklungsgehäuses 19
umfaßt das Bremswiderlager 6 sowie mit geringem Radialabstand den Ring 3 der Schwungscheibe
2.
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Wird die Kupplungswicklung 22 unter Strom gesetzt, bildet sich ein
magnetischer Kraftfiuß 26 aus, und der Kupplungsbelag 15 der Kupplungsscheibenhälfte
10 wird gegen den Ring 3 der Schwung: scheibe 2 angedrückt. Die Abtriebswelle
6 ist mit der Motorwelle 1 gekuppelt. Wird statt dessen die Bremswicklung
23 erregt, bildet sich ein entsprechender magnetischer Kraftfiuß aus, der den in
F i g. 1 rechten Teil des Wicklungsgehäuses 19, das Bremswiderlager 6 und
den Außenring 17 der Kupplungsscheibenhälfte 11 durchsetzt, so daß der Kupplungsbelag
18 gegen das feststehende Bremswiderlager 6 angepreßt wird.
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Auf der Abtriebswelle 7 sitzt ein aus Dynamoblech ausgestanztes Zahnrad
27, dem ein Magnetkopf 28 gegenübersteht, der auf einer Scheibe 29 im Lagerschild
5 befestigt ist. Das Zahnrad 27 und der Magnetkopf 28 bilden einen in den F i g.
2 und 3 insgesamt mit 30 bezeichneten Drehzahlgeber, der bei a ein im wesentlichen
sinusförmiges Signal a
(F i g. 6 und 7) liefert, dessen Frequenz proportional
der Zähnezahl des Zahnrades 27 und der Drehzahl der Abtriebswelle 7 ist.
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Der in F i g. 1 dargestellte Kupplungsmotor ist nicht Gegenstand dieser
Erfindung.
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Wie aus F i g. 2 hervorgeht, ist dem Drehzahlgeber 30 ein dreistufiger
Verstärker 31 nachgeschaltet, dessen Transistoren bis in die Sättigung ausgesteuert
werden. Der Verstärker 31 wandelt das Gebersignal a (s. F i g. 6, 7) in eine Folge
b von im wesentlichen rechteckigen Impulsen um, deren Amplitude drehzahlunabhängig
ist, deren Impulsdauer und Impulsfolgefrequenz jedoch eine Funktion der Drehzahl
N der Abtriebswelle 7 sind. Durch eine Rückkopplung im Emitterzweig des Transistors
33 -der letzten Verstärkerstufe wird dabei für eine besonders große Steilheit der
Vorderflanken 34 der Impulsfolge b gesorgt.
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Mit den Vorderflanken 34 der Impulsfolge b wird eine monostabile Kippschaltung
35, im folgenden kurz Monoflop genannt, angestoßen, die die Impulsfolge b in eine
am Ausgang c erscheinende Impulsfolge c umsetzt, deren Impulsfolgefrequenz gleich
derjenigen der Impulsfolge b ist, deren Impulse aber konstante, frequenzunabhängige
Impulsdauer ti aufweisen. Die durch das RC-Glied 36; 37 des Monoflops 35 vorgegebene
Impulsdauer t; bestimmt die Höchstfrequenz und damit die Höchstdrehzahl, die der
Regler verarbeiten kann.
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An den Ausgang c des Monoflops 35 ist eine insgesamt
mit
39 bezeichnete Integrationsstufe (F i g. 2 und 4) angeschlossen, deren Kondensator
40 über eine Diode 41 von den Impulsen des Monoflops 35 aufgeladen wird. Die Entladung
des Kondensators 40 erfolgt im Takt der Impulsfolge c über einen Transistor
43, der in den Impulsintervallen t" durch eine im wesentlichen konstante
Basisspannung aufgesteuert wird und dessen den Entladestrom des Kondensators 40
bestimmender Emitterstrom mit Hilfe eines Potentiometers 42 einstellbar ist. Bei
vorgegebenem Widerstandswert des Potentiometers 42 ist also die Entladekennlinie
(44 in Kurve d der F i g. 6 und 7) des Kondensators 40 im wesentlichen linear. Die
Steigung der Entladekennlinie hängt von dem Entladestrom und damit von der Einstellung
des Potentiometers 42 ab. Die in den Impulsintervallen t,, gesperrte Diode 41 verhindert
eine Entladung des Kondensators 40 über den Transistor des Monoflops 35.
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Parallel zu dem Kondensator 40 liegt der hochohmige Eingang eines
als Impedanzwandler geschalteten Transistors 45, an dessen niederohmigem Ausgang
d das Ausgangssignal der Integrationsstufe in Form einer Sägezahnspannung d ansteht.
Der zeitliche Mittelwert der Sägezahnspannung d ist dem Integral der Impulsfolge
c proportional, das seinerseits proportional der Impulsfolgefrequenz der Impulsfolgen
c und b damit proportional der Drehzahl der Abtriebswelle 7 ist. Die Funktion der
Integrationsstufe 39 läßt sich also auch als Messung der Impulsperiode T der Impulsfolge
c und somit als Messung der Drehzahl N verstehen.
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Die Sägezahnspannung d liegt über eine Diode 47 an der Basis des Transistors
48 einer Vergleichsstufe 49. Der Emitter des Transistors 48 ist über einen Spannungsteiler
50, 51 auf einem konstanten Potential - Ul gehalten. Solange das Basispotential
des Transistors 48 negativer als das Emitterpotential - U1 ist, wird der
Transistor 48 gesperrt und liegt am Kollektor des Transistors 48 Massepotential.
Wird das Basispotential des Transistors 48 positiver als das Emitterpotential -
U1, öffnet der Transistor 48 und steht am Ausgang der Vergleichsstufe
49 ein negatives Signal an. Der Ausgang der Vergleichsstufe 49 ist
mit dem Eingang eines Schmitt-Triggers 53 verbunden, in dessen Ausgangskreis die
Bremswicklung 23 in Reihe mit einem Vorwiderstand 54 liegt. Der Schmitt-Trigger
ist so ausgelegt, daß die Bremswicklung 23 immer dann (Kurve e in F i g. 6 und 7)
stromführend ist, wenn der Transistor 48 sperrt, d. h., wenn die Sägezahnspannung
d negativer als das vorgegebene Potential - U1 wird.
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Über einen Stehwiderstand 55 und eine Diode 56 wird die Sägezahnspannnng
d ferner an die Basis des Eingangstransistors 58 eines zweiten Schmitt-Triggers
59 angelegt (F i g. 2 und 5). Das Emitterpotential des Transistors 58 wird von einer
Diode 60 bestimmt. Im Ausgangskreis des Schmitt-Triggers 59 liegt die Kupplungswicklung
22 in Reihe mit einem Vorwiderstand 61. Ist das Basispotential des Transistors
58
negativer als das Emitterpotential dieses Transistors, sperrt der Ausgangstransistor
62 des Schmitt-Triggers 59, und die Kupplungswicklung 22 ist nicht stromführend.
Sobald das Basispotential des Transistors 58 positiver als das Emitterpotential
wird, kommt die Kupplungswicklung 22 unter Strom (Kurve f in F i g. 6 und 7). In
diesem Falle wird also der Eingangstransistor 58 selbst als Vergleichsglied ausgenutzt,
das es erlaubt, die Sägezahnspannung d mit einem mittels des Stehwiderstandes 55
einstellbaren Potential - U2 zu vergleichen.
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Das Potentiometer 42 ist mit einem Stellglied, z. B. einem Fußtritt
64, mechanisch gekoppelt. Der Einfluß einer Verstellung des Potentiometers 42 auf
den Regler ist in F i g. 6 skizziert. Es sei zunächst angenommen, daß das Potentiometer
auf einem hohen Widerstandswert entsprechend einer niedrigen Drehzahl
N steht. Die Frequenz des Gebersignals a und damit die Impulsfolgefrequenz
der Impulsfolgen b und c sowie die Steigung der Entladekennlinie 44 des Kondensators
40 sind klein. Die Sägezahnspannung d über- bzw. unterschreitet wechselweise kurzzeitig
die Potentiale - U1 und - U2. Dementsprechend werden im Wechsel die Kupplungswicklung
22 und die Bremswicklung 23 stromführend. Die Abtriebswelle 7 wird im Takt des Signals
a wechselweise von der Schwungscheibe 2 beschleunigt und am Bremswiderlager 6 abgebremst.
Es stellt sich eine mittlere, niedrige Drehzahl der Abtriebswelle 7 ein, um die
die Ist-Drehzahl der Welle 7 wegen des schnellen Ansprechens von Kupplung, Bremse
und Regler in sehr engen Grenzen pendelt.
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Wird nunmehr durch Abtreten des Fußtrittes 64 der Widerstandswert
des Potentiometers 42 verkleinert, wird die Entladekennlinie 44 des Kondensators
40 steiler. Das bedeutet, daß beim ersten Augenblick noch konstanter Impulsfolgefrequenz
der Folgen b und c die Sägezahnspannung d für eine größere Zeitspanne
tk positiver als das Potential - U2 wird und entsprechend die Kupplungswicklung
22 länger unter Strom kommt. Die Abtriebswelle 7 wird länger beschleunigt und nimmt
infolgedessen eine höhere Drehzahl an. Die Impulsintervalle t" der Impulsfolge c
nehmen ab. Das Integral dieser Impulsfolge steigt, und der zeitliche Mittelwert
der Sägezahnspannung d wird positiver. Die Bremswicklung kommt nicht mehr unter
Strom. Der Regler schwingt auf die dem geänderten Potentiometerwert entsprechende
neue, höhere Drehzahl ein. Die Potentiometerkennlinie ist dabei zweckmäßig so ausgelegt,
daß Proportionalität zwischen der Bewegung des Fußtrittes 64 und der Drehzahl N
erhalten wird.
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Für die Praxis besonders bedeutsam ist, daß der Regler die mittels
des Potentiometers 42 eingestellte Drehzahl N auch bei Schwankungen der Belastung
der Abtriebswelle 7 hält. Dies ist in F i g. 7 skizziert. Nimmt dort, ausgehend
von einem Betriebszustand gemäß dem linken Teil der Figur, die Belastung zu, sinkt
im ersten Augenblick die Drehzahl N ab. Der Mittelwert der Sägezahnspannung d verschiebt
sich in Richtung des Potentials - U2. Die Kupplungswicklung 22 kommt länger unter
Strom. Dieser Vorgang wird noch dadurch unterstützt, daß bei größer werdendem Impulsintervall
t,, die Steigung der Entladekennlinie 44 unverändert bleibt. Der Bremsstrom verschwindet.
Die Kupplungswicklung 22 wird intermittierend mit einem solchen Tastverhältnis an
Spannung gelegt, daß die ursprüngliche Drehzahl wiederhergestellt wird. Das heißt
durch eine Vergrößerung des Integrals des Kupplungsstromes und eine gleichzeitige
Verringerung des Integrals des Bremsstromes wird die Lastzunahme kompensiert.
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Nimmt umgekehrt die Belastung plötzlich ab, treibt die den bewegten
Teilen innewohnende kinetische Energie im ersten Augenblick die Abtriebswelle 7
mit einer höheren Drehzahl an, als dies dem
am Potenfiometer
42 eingestellten Sollwert entspricht. Die Frequenz des Gebersignals a steigt.
Der zeitliche Mittelwert der Sägezahnspannung d wandert in Richtung des Potentials
- Ui. Das Integral des Kupplungsstromes sinkt, während dasjenige des Bremsstromes
steigt, bis wieder Gleichgewicht erreicht ist.
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Die gezeigte Anordnung erlaubt es also, die Drehzahl der Abtriebswelle
7 praktisch lastunabhängig zu verstellen. Versuche ergaben, daß Drehzahlverhältnisse
von 1:100 und mehr, z. B. von 30 bis 3000 Umdrehungen pro Minute, ohne weiteres
sicher beherrscht werden können. Durch das Wechselspiel von Kupplung und Bremse
wird die Regelabweichung so klein gehalten, daß bei einer Verstellung der Solldrehzahl
mittels des Potentiometers 42 nach oben oder nach unten im wesentlichen dieselbe
Widerstands-Drehzahl-Kennlinie durchlaufen wird, d. h. zwischen Auf- und Abwärtsregelung
praktisch keine Hysterese spürbar wird. Da die Bremse im allgemeinen nur bei der
Abwärtsregelung kurzzeitig in Funktion tritt, erfolgt keine nennenswerte Mehrerwärmung
der Kupplung.
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In der Praxis wird bei Antrieben der vorliegend betrachteten Art häufig
die Aufgabe gestellt, die Arbeitswelle nicht nur mit einstellbarer Drehzahl anzutreiben,
sondern auch in vorbestimmter Winkelstellung rasch und genau, d. h. mit hoher Steuergüte,
anzuhalten. Der vorstehend beschriebene Regler eignet sich auch dafür hervorragend
und wird in einem solchen Falle vorzugsweise mit einem Stellungsgeber kombiniert,
wie er im mittleren und unteren Teil der F i -g. 2 und 3 bis 5 dargestellt ist.
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Das Abschaltsignal (Signal h in Fi g. 8) wird im gezeigten Ausführungsbeispiel
einem Signalgeber 66
entnommen. Der Signalgeber 66 weist einen Synchronisator
in Form einer auf der Arbeitswelle sitzenden oder synchron mit ihr umlaufenden elektrisch
leitenden Walze 67 mit um 180° gegeneinander versetzten Isolierstellen
68, 69 auf. Die Walze 67 ist mit Masse verbunden und wirkt mit Bürsten
70, 71 zusammen, die über Vorwiderstände an Spannung liegen. Zwischen jeder der
Bürsten 70, 71 und dem Masseanschluß der Walze 67 ist ein Kondensator 73
bzw. 74 geschaltet: Die Kondensatoren 73, 74 sind kurzgeschlossen,
solange die Bürsten 70, 71 auf dem leitenden Teil der Walze 67 stehen, und laden
sich jedesmal auf (Signal g, in F i g. 8), wenn die Isolierstellen 68, 69 unter
den Bürsten 70 bzw. 71 vorbeilaufen. Die beiden Ausgänge go, g, des Synchronisators
sind über je eine UND-Schaltung 75 bzw. 76 mit dem Eingang eines den Transistor
77 aufweisenden Monoflops verbunden. Der zweite Eingang der beiden UND-Sehaltungen
75, 76 ist über eine Leitung 78 bzw. 79 an je einen der beiden Ausgänge
80
bzw. 81 einer bistabilen Kippschaltung (Flip-Flop) 82 angeschlossen.
Je nach der Stellung des Flip-Flops wird infolgedessen die eine oder- die andere
UND-Schaltung 75 bzw. 76 aufgesteuert und dementsprechend die eine oder die andere
Bürste 70 bzw. 71 am Eingang des Monofioptransistors 77 wirksam gemacht, der das
jeweilige Synehronisatorsignal g in einen Rechteckimpuls h von vorbestimmter Amplitude
und vorgegebener kleiner Impulsdauer umwandelt. Dadurch, daß die Synchronisatorsignale
g nicht unmittelbar zur Steuerung -der angeschlossenem Schaltglieder benutzt; sondern
zunächst mittels eines Monoflops geformt werden, wird die Steuergüte weiter verbessert.
An den Ausgang des Signalgebers 66 ist der eine Eingang 84 einer UND-Schaltung 85
angeschlossen, deren zweiter Eingang über eine Leitung 86 mit einem Schalter S,
und deren dritter Eingang über eine Leitung 87 mit dem Ausgang eines Monoflops 89
verbunden ist. Der über einen Impedanzwandler mit dem Transistor 90 geführte Ausgang
der UND-Schaltung 85 ist an den einen Eingang eines Flip-Flops 91 angeschlossen.
Der andere Eingang des Flip-Flops 91 steht über eine Leitung 92 mit dem einen Eingang
eines weiteren Flip-Flops 93 in Verbindung.
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Der Schalter S" und ein zweiter Schalter Sb sind mit dem Fußtritt
64 mechanisch verbunden. Solange der Fußtritt 64 ganz oder auf eine beliebige
Zwischenstellung niedergedrückt ist, ist der Schalter Sa offen, während der Schalter
Sb geschlossen ist. Die UND-Schaltung 85 ist daher gesperrt, so daß das Ausgangssignal
h des Signalgebers 66 nicht wirksam werden kann.
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Wird jetzt der Fußtritt 64 losgelassen (Zeitpunkt to in F i g. 8),
öffnet der Schalter Sb und schließt der Schalter S, Der Schalter Sa bereitet
die Entsperrung der UND-Schaltung 85 vor. Das Potentiometer 42
wird
von einer nicht veranschaulichten Rückzugsfeder od. dgl. in die Ausgangsstellung
gebracht, die so gewählt ist, daß dem Regler als Solldrehzahl die Abschaltdrehzahl,
z. B. 30 Umdrehungen pro Minnte, vorgegeben wird, aus der heraus die Endabschaltung
erfolgen soll. Die an sich bekannte (österreichische Patentschrift 245 912) Stillsetzung
des Antriebes von einer vorbestimmten, konstant gehaltenen Abschaltdrehzahl aus
ist wesentlich, wenn hohe Steuergüte (rasches und genaues Anhalten) erzielt werden
soll. Die Potentiale - Ui und - U2 sind mittels der Widerstände 50 und
55 derart eingestellt, daß beim Lauf der Abtriebswelle 7 mit Abschaltdrehzahl
Kupplung und Bremse wechselweise kurzzeitig unter Strom kommen, wie dies im linken
Teil der F i g. 6 angedeutet ist. Infolge der kinetischen Energie der rotierenden
Teile ist zunächst jedoch die Ist-Drehzahl noch wesentlich höher als die Soll-Drehzahl
(Abschaltdrehzahl). Entsprechend dem rechten Teil von F i g. 7 wandert daher der
Mittelwert der Sägezahnspannung d gegen das Potential -U1. Die Bremswicklung 23
kommt unter Dauerstrom (Kurve i in F i g. 8), während der Kupplungsstrom zu Null
wird (Kurve j in F i g. 8). Die Abtriebswelle wird abgebremst.
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Sobald die Ist-Drehzahl bis auf die Abschaltdrehzahl abgesenkt ist,
wird die Kupplungswicklung 22 im Takt des Gebersignals a wieder kurzzeitig stromführend.
über eine Leitung 95, die den Ausgang des Schmitt-Triggers 59 mit dem einen Eingang
des Flip-Flops 93 verbindet, stößt der erste Kupplungsstromimpuls Ix 1 (Kurve j
in F i g. 8) das Flip-Flop 93 um (Kurve k in F i g. 8), das seinerseits über den
Ausgang 96 das Monoflop 89 anstößt (Kurve l in F i g. 8). Das Monoflop 89 hat die
Aufgabe, die UND-Schaltung 85 im Anschluß an den Kupplungsstromimpuls I,Ki noch
für eine vorbestimmte Zeitdauer t, gesperrt zu halten, die etwas größer als die
Einschwingzeit des Reglers gewählt ist. Dadurch wird gewährleistet, daß die Endabschaltung
aus einem stabilen Betriebszustand des Reglers heraus erfolgt, was ebenfalls wichtig
für die Erzielung hoher Steuergifte ist.
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Wenn am Ende der Zeitspanne t, das, Monoflop 98 in seine Gleichgewichtslage
zurückkippt, gibt es die
UND-Schaltung 85 frei. Der nächste
Rechteckimpuls h .des Signalgebers 66 kann infolgedessen die UND-Schaltung 85 passieren
(Kurve m in F i g. 8) und setzt das Flip-Flop 91 (Kurve n in F i g. 8). Das Signal
am Ausgang 97 des Flip-Flops 91 gelangt über einen Impedanzwandler 98, eine
Entkopplungsdiode 99 und die Leitung 100 an den Eingang des Schmitt Triggers
59 und schaltet den Kupplungsstrom aus. Der Ausgang 102 des Flip-Flops 91 springt
gleichzeitig auf Null und stößt dadurch ein Monoflop 103 an. Das Monoflop
103 gibt einen negativen Impuls von vorbestimmter Zeitdauer tb (Bremsstromkurve
i in Fi g. 8) ab, der über einen weiteren Impulswandler 104, eine Leitung
105 und Entkopplungsdiode 106 das Basispotential des Transistors 48 unter
das Emitterpotential dieses Transistors absenkt. Infolgedessen kommt die Bremswicklung
23 unter Dauerstrom (Kurve i in F i g. 8). Innerhalb der Zeitspanne tb wird die
Abtriebswelle 7 von der Abschaltdrehzahl auf Stillstand heruntergebremst. Wenn am
Ende der Zeitspanne tb das Monoflop 103 in seine Ruhelage zurückkehrt, wird die
Bremse wieder freigegeben.
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Die Schaltung ist im vorliegenden Ausführungsbeispiel derart ausgelegt,
daß das Flip-Flop 82 bei der in den F i g. 2 und 4 gezeigten Stellung der Schalter
stets die UND-Schaltung 75 des Synchronisatorausgangs g, sperrt und die UND-Schaltung
76 des Synchronisatorausgangs g, freigibt. Das bedeutet, daß die Arbeitswelle in
der von der Isolierstelle 68 bestimmten Winkellage zum Stillstand kommt.
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Soll nunmehr die Arbeitswelle in die von der anderen Isolierstelle
69 bestimmte Winkellage gebracht werden, wird ein Schalter S2 (F i g. 2 und 4) geschlossen.
Dadurch wird über eine Leitung 109 der eine Eingang des Flip-Flops 82 mit dem auf
Null-Potential liegenden Ausgang 110 einer UND-Schaltung 111 mit nachgeschaltetem
Impedanzwandler verbunden. Das Flip-Flop 82 wird umgestellt. Es gibt die
UND-Schaltung 75 frei und sperrt die UND-Schaltung 76. Zugleich stellt das Flip-Flop
82 mittels. eines Ausgangssignals über eine Leitung 112 das Flip-Flop
91
zurück, wodurch der Regler freigegeben und die Abtriebswelle 7 auf die
Abschaltdrehzahl beschleunigt wird. Beim Umschalten des Flip-Flops 82 wird durch
Induktion ein Spannungsstoß erzeugt. Um nun zu verhindern, daß das Flip-Flop 91
vom Signalgeber 66 über die UND-Schaltung 85 sofort wieder gesetzt wird und den
Regler ausschaltet, wird mittels des über die Leitung 112 laufenden Ausgangssignals
des Flip-Flops 82 zugleich das Monoflop 89 am Eingang 113 für
eine ausreichende Zeitdauer (z. B. 10 Millisekunden) angestoßen und damit die UND-Schaltung
85 gesperrt. Nachdem die Isolierstelle 69 die Bürste 71 erreicht hat, wird das Flip-Flop
91 gesetzt und die Abtriebswelle 7 in der oben beschriebenen Weise abgestoppt. Liegen
die Isolierstellen 68, 69 um 180° gegeneinander versetzt, dann führt also die Arbeitswelle
auf Grund des Schließens des Schalters S2 eine halbe Umdrehung aus.
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Um im Bedarfsfall die Arbeitswelle eine volle Umdrehung machen zu
lassen, ist weiter ein Schalter S3 vorgesehen, bei dessen Schließen zur Zeit t,
über eine Leitung 114 das Flip-Flop 91 (Kurve o in F i g. 9), nicht aber das Flip-Flop
82 umgestellt wird. Eine unerwünschte sofortige Rückstellung des Flip-Flops 91 wird
ähnlich, wie zuvor beschrieben, durch gleichzeitiges Anstoßen des Monoflops 89 am
Eingang 115 verhindert. Der Regler wird freigegeben und l'äßt die Arbeitswelle eine
Umdrehung mit Abschaltdrehzahl ausführen (Kupplungsstrom gemäß Kurve p in F i g.
9 und Bremsstrom gemäß Kurve q in F i g. 9), worauf die Stillsetzung in der bereits
erläuterten Weise erfolgt.
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Schließlich kann auch mit Hilfe der UND-Schaltung 111 aus einer beliebigen,
oberhalb der Abschaltdrehzahl liegenden Drehzahl der Abtriebswelle selbsttätig in
der dem Synchronisatorausgang g, entsprechenden Anhaltsstellung gestoppt werden.
Dazu ist nur vor Beginn des Anhaltevorgangs der Schalter S2 zu schließen. Bevor
über die UND-Schaltung 85 ein Abschaltimpuls zumFlip-Flop 91 gelangt, liegt der
über eine Leitung 116 mit dem einen Eingang der UND-Schaltung 111 verbundene
Ausgang 102 des Flip-Flops 91 auf negativem Potential, während der
über eine Leitung 117 an den anderen Eingang der UND-Schaltung 111 angeschlossene
Ausgang des Impulswandlers 104 auf Null liegt. Die UND-Schaltung 111 bleibt daher
gesperrt. In der dem Synehronisatorausgang g" entsprechenden Anhaltestellung springt
der Ausgang 102 des Flip-Flops 91 auf Null und wird über das Monoflop
103 der Ausgang des Impedanzwandlers 104 auf negatives Potential gezogen.
Sobald jetzt das Monoflop 103 in die Gleichgewichtslage zurückkehrt, kommt auch
der Ausgang des Impedanzwandlers 104 auf Null-Potential zu liegen, so daß
die UND-Schaltung 111 angesteuert wird und ihr Eingang 110 auf Null geht. Dadurch
wird das Flip-Flop 82 angestoßen, das in der oben beschriebenen Weise eine Weiterdrehung
der Arbeitswelle in die Anhaltestellung des Synchronisatorausgangs g" bewirkt.
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Nicht immer ist in der Praxis eine kontinuierliche Drehzahleinstellung
erforderlich. Es kann vielmehr ausreichend sein, wenn eine gewisse Anzahl von Drehzahlstufen
wahlweise einstellbar ist. Eine gegenüber den F i g. 2 bis 5 vereinfachte Schaltungsanordnung
für zwei Drehzahlstufen, z. B. 500 und 1000 Umdrehungen pro Minute und Anhalten
in vorbestimmter Winkellage der Arbeitswelle ist als Blockschaltbild in F i g. 10
und im einzelnen in den F i g. 11 und 12 veranschaulicht. Die Anordnung eignet sich
unter anderem besonders für den Antrieb von Unterschlag-Nähmaschinen. Baugruppen
und Bauelemente, die funktionsmäßig denen nach den F i g. 2 bis 5 entsprechen, sind
dabei mit den gleichen Bezugszeichen wie dort versehen.
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Der Drehzahlgeber 30 ist an den Eingang eines in diesem Falle zweistufigen
Verstärkers 31 angeschlossen, der wiederum das Gebersignal a in eine Folge
b
von Rechteckimpulsen konstanter Amplitude und drehzahlabhängiger Impulsfolgefrequenzen
umformt. In der oben erläuterten Weise verwandelt das dem Verstärker 31 nachgeschaltete
Monoflop 35 die Impulsfolge b in eine Impulsfolge c, deren Impulse konstante Impulsdauer
tz haben. Mit den Ausgangsimpulsen c des Monoflops 35 wird der Kondensator
40
der Integrationsstufe 39 aufgeladen. Die Entladung des Kondensators
40 erfolgt in den Stellungen 0 und 1 eines zwei Schaltebenen S, und SII aufweisenden
Drehzahlwählschalters 120 über einen Widerstand 121 sowie in der Stellung 2 des
Schalters 120 über einen Widerstand 122. Parallel zu dem Kondensator 40 liegt
der hochohmige Eingang eines Impedanzwandlertransistors 45, an dessen niederohmigem
Ausgang d das Ausgangssignal der Integrationsstufe 39 als Sägezahnspannung d gemäß
den F i g. 6 und 7 erscheint. Der zeitliche Mittelwert der Sägezahnspannung
d
ist dem Integral der Impulsfolge c proportional. Die Steigung der Entladekennlinie
44
des Kondensators 40 wird von dem Wert des jeweils eingeschalteten Widerstandes
121 bzw. 122 bestimmt.
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Die an der Basis des Eingangstransistors 58 des Schmitt-Triggers 59
anstehende Sägezahnspannung wird mit dem Emitterpotential des Transistors 58 verglichen.
Solange das Basispotential des Transistors 58 positiver als das Emitterpotential
ist, sperrt der Ausgangstransistor 62 des Schmitt-Triggers 59 und bleibt die Kupplungswicklung
22 ohne Strom. Sinkt das Basispotential am Transistor 58 unter das Emitterpotential,
kippt der Trigger-und wird die Kupplung 22 erregt.
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Die Drehzahlregelung erfolgt bei dieser Ausführungsform also durch
intermittierendes Einschalten der Kupplung. Abweichend von der Anordnung nach den
F i g. 2 bis 5 hat der Regelvorgang keinen Einfluß auf die Bremse. Die Widerstände
121, 122 können so bemessen sein, daß in der Schaltstellung 1 ein Sollwert
von 500 Umdrehungen pro Minute und in der Schaltstellung 2 ein Sollwert von 1000
Umdrehungen pro Minute vorgegeben wird.
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Der AbschaItsignalgeber 66 entspricht demjenigen nach den F i g. 2
und 3, mit der Ausnahme, daß auf die zweite Sollhaltestellung (Isolierstelle 69
und Bürste 71) verzichtet ist und dementsprechend auch die beiden UND-Schaltungen
75, 76 entfallen. An den Signalgeber 66 schließt sich die UND-Schaltung 85 an, deren
Ausgang mit dem einen Eingang 124 des Flip-Flops 91 verbunden ist. Der andere Eingang
125 des Flip-Flops 91 steht über Dioden 126, 127 mit den den Schaltstellungen 1
bzw. 2 zugeordneten Kontakten der Schaltebene SII des Wählschalters 120 in Verbindung.
über eine Leitung 128 ist der Kontakt der Schaltstellung 1 ferner an den einen Eingang
eines Monoflops 130 angeschlossen, dessen Ausgang über eine Leitung
131 mit dem Eingang eines Leistungsverstärkers 133 verbunden ist.
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Soll nun z. B. der auf der hohen Drehzahlstufe (Schaltstellung 2)
laufende Antrieb in vorbestimmter Stellung der Arbeitswelle angehalten werden, wird
der Schalter 120 in den F i g. 10 und 11 im Uhrzeigersinn in die Schaltstellung
0 gebracht. Sobald dabei in der Schaltebene SII die Schaltstellung 1 überlaufen
wird, wird über die Leitung 128 Nullpotential an den Eingang 129 des Monoflops
130 angelegt. Das Monoflop 130 kippt und schaltet über die Leitung 131 für
eine vorbestimmte Zeitspanne tb 1 ein Signal an den Eingang des Verstärkers
133 an. Der Ausgangstransistor 134 des Verstärkers wird aufgesteuert.
Die im Kollektorkreis des Transistors 134 liegende Bremswicklung 23 kommt unter
Strom. Zugleich wird über den Ausgang 135 der ersten Verstärkerstufe und eine Leitung
136 das Basispotential des Eingangstransistors 58 des Schmitt-Triggers 59 so weit
angehoben, daß der Transistor 62 sperrt und die Kupplungswicklung 22 stromlos
wird. Das bedeutet, daß für die Zeitspanne tb 1 die Drehzahlregelung ausgeschaltet
ist. Die Zeitspanne tb 1 ist derart bemessen, daß während dieser Zeit die Abtriebswelle
7 mit Sicherheit von der hohen auf die niedrige Drehzahlstufe oder darunter abgebremst
ist.
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Fällt nach Ablauf von tb 1 das Monoflop 130 in die Gleichgewichtslage
zurück, wird die Bremse ausgeschaltet und der Regler freigegeben. Der Regler zieht
die Drehzahl auf die vorliegend gleichzeitig als Ab-Schaltdrehzahl ausgenutzte niedrige
Drehzahlstufe gemäß Schaltstellung 1.
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Durch das Rückstellen des Monoflops 130 wird außerdem über die Leitung
138 ein zweites Monoflop 139 angestoßen, das die UND-Schaltung 85 über eine Leitung
140 für die Zeitspanne ts gesperrt hält, die, wie im vorherigen Ausführungsbeispiel,
so gewählt ist, daß das Einschwingen des Reglers auf die Abschaltdrehzahl gewährleistet
ist. Zuvor war die Freigabe der UND-Schaltung 85 am Eingang 141 durch den jetzt
in Nullstellung liegenden Schalter 120 vorbereitet worden. Nach Ablauf der Zeit
t, wird die UND-Schaltung 85 geöffnet, so daß der nächstfolgende Abschaltimpuls
h zum Eingang 124 des Flip-Flops 91 durchläuft und das Flip-Flop setzt. über die
Ausgangsleitung 143 des Flip-Flops 91 wird das Basispotential des Transistors
58 angehoben. Dadurch wird der Regler ausgeschaltet und die Kupplungswicklung
22 dauernd stromlos gemacht. über den anderen Ausgang 144 des Flip-Flops 91 wird
das Monoflop 130 nochmals angestoßen und gibt in der zuvor erläuterten Weise an
den Verstärker 133 einen zweiten Bremsimpuls, dessen Zeitdauer tb 2 so bemessen
ist, daß der Antrieb mit Sicherheit von der Abschaltdrehzahl auf Null abgebremst
wird.
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Wird anschließend der Schalter 120 aus der Stellung 0 in die Stellung
1 gebracht, würde ohne besondere Vorkehrungen das Monoflop 130 wieder erregt.
Das hätte zur Folge, daß der Antrieb nicht oder nur verzögert anläuft. Um dem zu
begegnen, wird das Monoflop 130 in der Nullstellung des Flip-Flops 91 über die Leitung
145 gesperrt.
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Es versteht sich, daß das oben erläuterte Prinzip der Stufenregelung
nicht auf nur zwei Drehzahlstufen beschränkt ist.
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Soll insbesondere bei der kontinuierlichen Drehzahlregelung gemäß
den F i g. 2 bis 5 der verfügbare Drehzahlbereich noch stärker erweitert werden,
kann der erfindungsgemäße Regler statt mit einer einfachen Kupplung nach F i g.
1 vorteilhaft mit einer Mehrstufen- oder Kaskadenkupplung kombiniert werden, wie
sie in F i g.13 dargestellt, in ihrem baulichen Teil jedoch nicht Gegenstand der
Erfindung ist. Die Ausgänge des Reglers sind hierbei auf die Endstufe einer solchen
Kupplung umschaltbar.
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Bei der Anordnung nach F i g.13 bildet die auf der Motorwelle 1 fest
angebrachte Schwungscheibe 2 das eine Antriebsteil einer insgesamt mit 153 bezeichneten
ersten Kupplungsstufe. In der Nabe 154 eines Lagerschildes 155 ist eine Zwischenwelle
156 gelagert. Das Lagerschild 155 ist zusammen mit dem Lagerschild 5 mit dem Motorgehäuse
8 verschraubt. Auf dem einen Ende der Zwischenwelle 156 ist eine Antriebsscheibe
159 einer zweiten, insgesamt mit 160
bezeichneten Kupplungsstufe befestigt.
Auf dem anderen Ende der Zwischenwelle 156 sitzen Kupplungsscheibenhälften 162,
163 der Kupplung 153, die mit der Zwischenwelle 156 drehfest verbunden, aber auf
ihr über ein Keilprofil 161 begrenzt axial verschiebbar sind. Auf ihrer äußeren
Stirnfläche sind die Kupplungsscheibenhälften 162, 163 mit Kupplungsbelägen 164
versehen.
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Auf der Nabe 154 des Kupplungslagerschildes 155 ist ein Zahnrad 165
kugelgelagert, das das andere Antriebsteil der Kupplungsstufe 153 bildet. Das Zahnrad
165 kämmt mit einem Zahnrad 167, das auf dem einen Ende einer in einem Lagerbock
168 des Kupplungslagerschildes 155 gelagerten Hilfswelle 169
sitzt.
Mit dem anderen Ende der Hilfswelle 169 ist eine Zahnriemenscheibe 170 drehfest
verbunden, die über einen Zahnriemen 171 mit einer Zahnriemenscheibe 172
auf der Motorwelle 1 in Triebverbindung steht. Im veranschaulichten Ausführungsbeispiel
bilden die Zahnriemenscheibe 172 und die Schwungscheibe 2 ein Stück.
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In dem dem Motor zugekehrten Ende des Kupplungslagerschildes 155 ist
ein Wicklungsgehäuse 175 fest angebracht, das die Kupplungsscheibenhälften 162,
163 der Kupplungsstufe 153 koaxial umschließt. In dem Wicklungsgehäuse 175 sitzen
zwei wechselweise erregbare ringförmige Wicklungen 176, 177.
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Im einen in dem Lagerschild 5 sitzenden, das Bremswiderlager bildenden
Deckel 178 und der Nabe 4 des Lagerschildes 5 ist die Abtriebswelle 7 gelagert,
mit der entsprechend F i g. 1 über ein Keilprofil 179 die Kupplungsscheibenhälften
10, 11 der Kupplungsstufe 160 drehfest, aber axial verschiebbar verbunden sind.
In dem Kupplungslagerschild 5 ist das Wicklungsgehäuse 19 mit den Wicklungen 22,
23 befestigt.
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Die Bauteile 165, 167, 170, 171 und 172 bilden eine der ersten Kupplungsstufe
153 zugeordnete Drehzahlwandlerstufe 180, die derart ausgelegt ist, daß sich
das Zahnrad 165 mit der Drehzahl der Zahnriemenscheibe 172, d. h. mit der Drehzahl
der Motorwelle 1, jedoch in entgegengesetzter Richtung dreht.
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Wird die Wicklung 23 der Kupplungsstufe 160 unter Strom gesetzt, wird
die Kupplungsscheibenhälfte 11 an dem von dem Deckel 178 gebildeten ortsfesten Bremswiderlager
festgehalten und hält ihrerseits die Abtriebswelle 7 fest. Wird an Stelle der Wicklung
23 die Wicklung 22 der Kupplungsstufe 160 an Spannung gelegt, wird
die Kupplungsscheibenhälfte 10
gegen die Antriebsscheibe 159 gepreßt. Die
Abtriebswelle 7 ist infolgedessen mit der Zwischenwelle 156 gekuppelt. Wird zusätzlich
die Wicklung 177 der Kupplungsstufe 153 unter Strom gesetzt, wird eine Triebverbindung
zwischen der Kupplungsscheibenhälfte 163 und dem Zahnrad 165 hergestellt. Dies hat
zur Folge, daß die Zwischenwelle 156 und mit ihr die Abtriebswelle 7 von der Motorwelle
1 über die Drehzahlwandlerstufe 180 mit der Motordrehzahl entgegen der Drehrichtung
der Motorwelle mitgenommen werden.
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Kommt statt der Wicklung 177 die Wicklung 176 der Kupplungsstufe 153
unter Strom, wird die Kupplungsscheibenhälfte 162 gegen die Schwungscheibe 2 angepreßt.
Die Motorwelle 1, die Zwischenwelle 156 und die Antriebswelle 7 sind unmittelbar
miteinander verbunden. Die Abtriebsscheibe 9 läuft mit der Motordrehzahl in der
Drehrichtung der Motorwelle um. In Verbindung mit der Schaltungsanordnung nach den
F i g. 2 bis 5 kann dadurch die Drehzahl in beiden Drehrichtungen kontinuierlich
vorgegeben werden.
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Ferner ist es möglich, mit der Abtriebswelle 7 zwei wahlweise einschaltbare
Drehzahlgeber zu verbinden, deren Gebersignale a sich in ihrer Frequenz um einen
vorbestimmten Faktor unterscheiden. Beträgt dieser Faktor z. B. 100 und wird angenommen,
daß der Regler einen Drehzahlregelbereich von 1:100 hat, kann der erste Geber z.
B. im Drehzahlbereich von 3000 bis 30 Umdrehungen pro Minute und der zweite Geber
im Drehzahlbereich von 30 bis 0,3 Umdrehungen pro Minute wirksam gemacht werden,
so daß insgesamt ein Regelbereich von 3000 bis 0,3 Umdrehungen pro Minute erhalten
wird. Eine solche Bereichsumschaltung läßt sich auch dadurch verwirklichen, daß
Frequenzvervielfacher oder Frequenzteiler vorgesehen werden, die wahlweise in den
Ausgang eines Gebers einschaltbar sind.
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Im übrigen versteht es sich, daß die Erfindung nicht auf die gezeigten
Ausführungsformen der Drehzahl- und Abschaltstellungsgeber beschränkt ist. Statt
des Signalgebers 30 könnte beispielsweise, wie an sich bekannt (schweizerische Patentschrift
408 999, Fig. 3), ein Fotozellengeber benutzt werden, durch dessen Strahlengang
eine auf der Abtriebswelle 7 sitzende Loch- oder Strichplatte läuft. Der Synchronisator
kann durch einen kontaktlosen, z. B. elektromagnetischen (vgl. die französische
Patentschrift 1420 154, Fig. 2, 3) Stellungsgeber ersetzt werden.
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Ferner braucht der Drehzahlgeber nicht auf der Abtriebswelle 7 zu
sitzen. Er kann beispielsweise auch auf der Arbeitswelle befestigt werden.