DE1613350C2 - Drehzahlregelbare Antriebsvorrichtung mit einem Kupplungsmotor - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine drehzahlregelbare Antriebsvorrichtung mit einem Kupplungsmotor gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Eine solche Vorrichtung ist durch die CH-PS 4 08 999 bekannt.

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 Impulsbreitensteuerung mit Hilfe von Thyristoren zu bewirken. Dabei wird der Stromkreis mit einer festgelegten Folgefrequenz eingeschaltet 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 Stellbereich der gepulsten Spannung bei maximal 1 :20.

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 (US-PS 32 01624). Es ist ferner bekannt, in ähnlicher Weise einen die elektromagnetische Kupplung speisenden Verstärker mittels einer Sägezahnspannung abwechselnd auf und zu zu steuern, deren Mittelwert sich entsprechend der Differenz zwischen Ist- und Sollwert der Drehzahl ändert (GB-PS 9 10 884), 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 (FR-PS 14 20 154). 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 (AT-PS 2 28 343). 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.

Günstiger sind in dieser Hinsicht Antriebe mit Kupplungsmotoren, bei denen zur Drehzahlregelung nicht nur die elektromagmetische 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 (AT-PS 2 45 912). 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 (ältere Patentanmeldung gemäß DE-AS 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 oder Bremse je nach dem Vorzeichen der Regelabweichung über Magnetverstärker (US-PS 28 16 635) oder ein Flip-Flop (CH-PS 4 08 999) mittels Impulsbreiten- bzw. Impulsfrequenzsteuerung wechselweise eingeschaltet werden, eine Arbeitsweise, die im übrigen auch für im Start-Stop-Betrieb mit lückender Speisung (Kupplung-Bremse) arbeitende Antriebe bekannt ist (DE-AS 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 Vorrichtung der eingangs genannten Art als Positionierantrieb hoher Anhaltegenauigkeit auszubilden, der bei großem Regelbereich SoHwertänderungen rasch und mit kleinen Drehzahlschwankungen folgt und außerdem den an Kupplung und Bremse in Wärmeenergie umgesetzten Anteil der Antriebsenergie kleinhält.

Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 gekennzeichneten Merkmale gelöst.

Dadurch, daß zur Bildung der Ansteuerimpulse für Kupplung und Bremse zwei unterschiedliche Bezugsspannungen herangezogen werden, wird im Gegensatz zu den vorstehend geschilderten, durchweg als Zweipunktregelungen oder -Steuerungen aufgebauten Antriebsvorrichtungen eine im Hinblick auf die Regeldynamik vorteilhafte Art von Dreipunktregelung erhalten. Des weiteren wird bereits auf Grund der Schaltung dafür gesorgt, daß Bremse und Kupplung stets zeitlich etwas versetzt erregt und entregt werden. Bis das Feld von der Bremswicklung oder von der Kupplungswicklung aufgebaut ist, steht für den Abbau des Feldes in der Kupplung bzw. in der Bremse eine gewisse Zeitspanne zur Verfügung, so daß gegenüber bekannten Antrieben, bei denen das Ausschalten der einen und das Einschalten der anderen Wicklung zeitlich etwa zusammenfallen, weniger Reibungswärme entsteht.

Ausgestaltungen der Vorrichtung nach Anspruch 1 sind in den Ansprüchen 2 bis 11 gekennzeichnet.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden an Hand der Zeichnungen erläutert. Es zeigt

F 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,

Fig.6 bis 9 verschiedene Signale, die bei der Schaltungsanordnung nach den F i g. 2 bis 5 auftreten, und

Fig. 10 einen Teilschnitt durch einen Kupplungsmotor mit einer Mehrstufenkupplung, der in Verbindung mit dem Regler nach der Erfindung eine Drehzahlregelung in beiden Drehrichtungen ermöglicht.

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 magnetisierbarem Werkstoff. In einer Nabe 4 des Lagerschildes 5 und einem mit dem Lagerschild verschraubten Bremswiderlager 6 aus magnetisierbarem Material 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 magnetisierbarem Werkstoff sowie einen Kupplungsbelag 15 trägt. In entsprechender Weise besteht die Kupplungsscheibenhälfte 11 aus einem Kunststoff ring 16, einem Außenring 17 aus magnetisierbarem Werkstoff und einem Kupplungsbelag 18.

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

so den Ring 3 der Schwungscheibe 2.

Wird die Kupplungswicklung 22 unter Strom gesetzt, bildet sich ein magnetischer Kraftfluß 26 aus und der Kupplungsbelag 15 der Kupplungsscheibenhälfte 10 wird gegen den Ring 3 der Schwungscheibe 2 angedrückt. Die Abtriebswelle 7 ist mit der Motorwelle 1 gekuppelt. Wird statt dessen die Bremswirkung 23 erregt, bildet sich ein entsprechender magnetischer Kraftfluß 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.

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 Fig.2 und 3 insgesamt mit 30 bezeichneten Drehzahlistwertgeber, 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.

Der in F i g. 1 dargestellte Kupplungsmotor ist nicht Gegenstand dieser Erfindung.

Wie aus F i g. 2 und 3 bis 5 hervorgeht, ist dem Drehzahlgeber 30 ein Signalumsetzer 3t, 35 nachgeschaltet Dieser enthält einen dreistufigen Verstärker 31, dessen Transistoren bis in die Sättigung ausgesteuert werden. Der Verstärker 31 wandelt das Gebersignal a (s. ι ο F i g. 6, 7) am Knotenpunkt A in eine Folge b von im wesentlichen rechteckigen Impulsen um, die am Knotenpunkt B erscheinen, deren Amplitude drehzahlunabhängig ist, deren Impulsdauer und Impulsfolgefrequenz jedoch eine Funktion der Drehzahl π der '5 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.

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 cumsetzt, deren Impulsfolgefrequenz gleich derjenigen, der Impulsfolge b ist, deren Impulse aber eine konstante, frequenzunabhängige Impulsdauer i, aufweisen. Die durch das ÄC-Glied 36, 37 des Monoflops 35 vorgegebene Impulsdauer f/ bestimmt die Höchstfrequenz und damit die Höchstdrehzahl, die der Regler verarbeiten kann.

An den Ausgang C des Monoflops 35 ist eine insgesamt mit 39 bezeichnete Integrationsstufe (Fig.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 U durch eine im wesentlichen konstante Basisspannung aufgesteuert wird und dessen den Entladestrom des Kondensators 40 bestimmender Emitterstrom mit Hilfe eines Potentio- to meters 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 Neigung der Entladekennlinie hängt von dem Entladestrom und damit von der Einstellung des Potentiometers 42 ab. Die in den Impulsintervallen t_v gesperrte Diode 41 verhindert eine Entladung des Kondensators 40 über den Transistor des Monoflops 35.

Parallel zu dem Kondensator 40 liegt der hochohmige Eingang eines als Impedanzwandler geschalteten Transistors 45, an dessen niederohmigen 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 und damit proportional der Drehzahl der Abtriebswelle 7 ist.

Die Sägezahnspannung d liegt über eine Diode 47 an der Basis des Transistors 48 einer Vergleichsstufe 49. &o Der Emitter des Transistors 48 ist über einen Spannungsteiler 50, 51 auf einem konstanten Potential -Ui gehalten. Solange das Basispotential des Transistors 48 negativer als das Emitterpotential — U\ ist, wird der Transistor 48 gesperrt und liegt am Kollektor des Transistors 48 Massepotential. Wird das Basispotential des Transistors 48 positiver als das Emitterpotential — Ui, 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 — Ui wird.

Über einen Stellwiderstand 55 und eine Diode 56 wird die Sägezahnspannung d ferner an die Basis des Eingangstransistors 58 eines zweiten Schmitt-Triggers 59 angelegt (F i g. 2 und 5). Das Emitterpotential — Ui 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 —U₂ 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 — U₂ wird, kommt die Kupplungswicklung 22 unter Strom (Kurve / in F i g. 6 und 7). In diesem Falle wird also der Eingangstransistor 58 selbst als Vergleichsglied ausgenutzt, das es erlaubt, einen mittels des Stellwiderstandes 55 einstellbaren Teil der Sägezahnspannung d mit dem Potential — U₂ zu vergleichen.

Das Potential 42 ist mit einem Stellglied, z. B. einem Pedal 64, mechanisch gekuppelt Der Einfluß einer Verstellung des Potentiometers 42 auf den Regler ist in F i g. 6 skizziert. Es sei zunächst angenommen, daß das Potentiometer 42 auf einem hohen Widerstandswert entsprechend einer niedrigen Solldrehzahl π steht. Die Frequenz des Drehzahlgebersignals a und damit die Impulsfolgefrequenz der Impulsfolgen b und c sowie die Neigung der Entladekennlinie 44 des Kondensators 40 sind klein. Die Sägezahnspannung d über- bzw. unterschreitet wechselweise kurzzeitig die Potentiale - Ui 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 und Bremse in sehr engen Grenzen pendelt.

Wird nunmehr durch Betätigen des Pedals 64 der Widerstandswert des Potentiometers 42 verkleinert, wird die Entladekennlinie 44 des Kondensators 40 steller. Das bedeutet, daß bei im ersten Augenblick noch konstanter Impulsfolgefrequenz der Folgen b und c die Sägezahnspannung d für eine größere Zeitspanne i* positiver als das Potential — U₂ wird und entsprechend die Kupplungswicklung 22 langer unter Strom kommt. Die Abtriebswelle 7 wird länger beschleunigt und nimmt infolgedessen eine höhere Drehzahl an. Die Impulsintervalle ivder Impulsfolge cnehmen 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 Pedals 64 und der Drehzahl η erhalten wird.

Für die Praxis besonders bedeutsam ist, daß der

Regler die mittels des Potentiometers 42 eingestellte Drehzahl η 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 η ab. Der Mittelwert der Sägezahnspannung d verschiebt sich in Richtung des Potentials — L^. Die Kupplungswicklung 22 kommt länger unter Strom. Dieser Vorgang wird noch dadurch unterstützt, daß bei größer werdendem Impulsintervall U die Neigung 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

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 Potentiometer 42 eingestellten Sollwert entspricht Die Frequenz des Drehzahlgebersignals a steigt Der zeitliche Mittelwert der Sägezahnspannung d wandert in Richtung des Potentials — U\. Das Integral des Kupplungsstromes sinkt, während dasjenige des Bremsstromes steigt, bis wieder Gleichgewicht erreicht ist

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 300 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.

Zur Positionierung ist der Regler mit einem Positionsgeber ausgestattet, wie er im mittleren und unteren Teil der F i g. 2 und 3 bis 5 dargestellt ist

Das Abschaltsignal (Signal Λ in Fig.8) wird im Ausführungsbeispiel einem Signalgeber (Positionsgeber) 66 am Knotenpunkt H 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 angeordnet. 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_u in F i g. 8), wenn die Isolierstellen 68, 69 unter den Bürsten 70 bzw. 71 vorbeilaufen. Die beiden Ausgänge G₀, g_u 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-Schaltungen 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 Monofloptransistors 77 wirksam gemacht, der das jeweilige Synchronisatorsignal g in einen Rechteckimpuls h von vorbestimmter Amplitude und vorgegebener kleiner Impulsdauer umwandelt. Dadurch, daß die Synchronisatorsignale g nicht unmittelbar zur Steuerung der angeschlossenen Schaltglieder benutzt, sondern zunächst mittels eines Monoflops geformt werden, wird die Steuergüte 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_a 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 Ausgang eines weiteren Flip-Flops 93 in Verbindung.

Der Schalter 5_a und ein zweiter Schalter Sb sind mit dem Pedal 64 mechanisch verbunden. Solange das Pedal 64 ganz oder auf eine beliebige Zwischenstellung niedergedrückt ist, ist der Schalter S₃ 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.

Wird jetzt das Pedal 64 losgelassen (Zeitpunkt ίο in F i g. 8), öffnet der Schalter Sb und schließt der Schalter S₃. Der Schalter S₃ bereitet die Entsperrung der UND-Schaltung 85 vor. Das Potentiometer 42 wird von einer nicht veranschaulichten Rückzugsfeder oder dergleichen in die Ausgangsstellung gebracht, die so gewählt ist, daß dem Regler als Solldrehzahl die Abschaltdrehzahl, z. B. 30 Umdrehungen pro Minute, vorgegeben wird, aus der heraus die Endabschaltung erfolgen soll. Die an sich bekannte (AT-PS 2 45 912) Stillsetzung des Antriebs von einer vorbestimmten, konstant gehaltenen Abschaltdrehzahl aus ist wesentlich, wenn hohe Steuergüte (rasches und genaues Anhalten) erzielt werden soll. Die Potentiale — LJ\ 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 — U\. Die Bremswicklung 23 kommt unter Dauerstrom (Kurve /in Fig.8), während der Kupplungsstrom zu Null wird (Kurve j in Fig. 8). Die Abtriebswelle wird abgebremst.

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 /κι (Kurve j in Fi g. 8) das Flip-Flop 93 um (Kurve k in Fig.8), das seinerseits über den Ausgang % das Monoflop 89 anstößt (Kurve /in F i g. 8). Das Monoflop 89 hat die Aufgabe, die UND-Schaltung 85 im Anschluß an den Kupplungsstromimpuls Λα noch für eine

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vorbestimmte Zeitdauer f_s 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 Steuergüte ist

Wenn am Ende der Zeitspanne t_s das Monoflop 89 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 η 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 /in Fig.8) ab, der über einen weiteren Impedanzwandler 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 / in Fig.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.

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 G₀ sperrt und die UND-Schaltung 76 des Synchronisatorausgangs Gu freigibt. Das bedeutet, daß die Arbeitswelle in der von der Isolierstelle 68 bestimmten Winkellage zum Stillstand kommt.

Soll die Arbeitswelle in die von der anderen Isolierstelle 69 bestimmte Winkellage gebracht werden, wird ein Schalter Sz (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 gebracht 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 St eine halbe Umdrehung aus.

Um im Bedarfsfall die Arbeitswelle eine volle Umdrehung machen zu lassen, ist weiter ein Schalter 53 vorgesehen, bei dessen Schließen zur Zeit t_t über eine Leitung 114 das Flip-Flop 91 (Kurve ο in Fi 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 läßt die Arbeitswelle eine Umdrehung mit Abschaltdrehzahl (Annäherungsdrehzahl) ausführen (Kupplungsstrom gemäß Kurve ρ in

ίο Fig.9 und Bremsstrom gemäß Kurve q in Fig.9), worauf die Stillsetzung in der bereits erläuterten Weise erfolgt

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_o entsprechenden Anhaltestellung gestoppt werden. Dazu ist nur vor Beginn des Anhaltevorgangs der Schalter S₂ zu schließen. Bevor über die UND-Schaltung 85 ein Abschaltimpuls zum Flip-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 Impedanzwandlers 104 auf Null liegt. Die UND-Schaltung lit bleibt daher gesperrt. In der dem Synchronisatorausgang G₁₁ 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 Ausgang 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 G₀ bewirkt
Nicht immer ist in der Praxis eine kontinuierliche Drehzahleinstellung erforderlich. Es kann vielmehr ausreichend sein, wenn eine gewisse Anzahl von Drehzahlstufen wahlweise einstellbar ist.

Soll insbesondere bei der kontinuierlichen Drehzahlregelung gemäß den F i g. 2 bis 5 der verfügbare Drehzahlbereich noch vergrößert werden, kann die erfindungsgemäße Vorrichtung statt mit einer einfachen Kupplung nach F i g. 1 vorteilhaft mit einer Mehrstufenoder Kaskadenkupplung ausgestattet werden, wie sie in F i g. 10 dargestellt, in ihrem baulichen Teil jedoch nicht

so Gegenstand der Erfindung ist. Die Ausgänge des Reglers sind hierbei auf die Endstufe einer solchen Kupplung umschaltbar.

Bei der Anordnung nach Fig. 10 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 Keilprofi! 161 begrenzt axial verschiebbar sind. Auf ihrer äußeren Stirnfläche sind die Kupplungsscheibenhälften 162,163 mit Kupplungsbelägen 164 versehen.

. 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.

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.

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 Fig. 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.

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

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 Drehrichtungsumkehrstufe 180 mit der Motordrehzahl entgegen der Drehrichtung der Motorwelle mitgenommen werden.

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 Abtriebswelle 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 Fig.2 bis 5 kann dadurch die Drehzahl in beiden Drehrichtungen kontinuierlich vorgegeben werden.

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 prc 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.

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 (CH-PS 4 08 999, 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 FR-PS 14 20 154, Fig. 2,3) Stellungsgeber ersetzt werden.

Ferner braucht der Drehzahlgeber nicht auf der Abtriebswelle 7 zu sitzen. Er kann beispielsweise auch auf der Arbeitswelle befestigt werden.

Hierzu 8 Blatt Zeichnungen

Claims (11)

Patentansprüche:

1. Drehzahlregelbare Antriebsvorrichtung mit einem Kupplungsmotor, dessen mit seiner Abtriebswelle kraft- und formschlüssig verbindbare Kupplungsscheiben mittels eines Transistoren enthaltenden Drehzahlreglers über impulsweise angesteuerte Stellglieder wechselweise mit der ständig umlaufenden Motorwelle oder mit einem Bremswiderlager kuppelbar sind, gekennzeichnet durch

a) einen Signalumsetzer (31, 35) der eine der Istdrehzahl der als Positionierantrieb ausgebildeten Antriebsvorrichtung proportionale Wechselspannung (a) in eine Impulsfolge (c) mit '⁵ einer der Istdrehzahl proportionalen Impulsfrequenz umsetzt,

b) eine an den Signalumsetzer (31,35) angeschlossene Integrationsstufe (39) mit einem Speicherglied (40), das sich durch die einzelnen Impulse auflädt und in den Impulspausen (t_v) mit einer dem einstellbaren Drehzahlsollwert entsprechenden Geschwindigkeit entlädt,

c) zwei mit der Integrationsstufe (39) verbundene Vergleichsstufen (58,48), die über Schwellwertschalter (53,59) als Stellglieder die Kupplungswicklung (22) einschalten, wenn das Ausgangssignal (d) der Integrationsstufe (39) dem Betrag nach kleiner als eine zugeordnete erste Bezugsspannung (—1/2) ist, und die Bremswicklung (23) einschalten, wenn das Ausgangssignal (d) der Integrationsstufe (39) dem Betrag nach größer als eine zugeordnete, von der ersten Bezugsspannung (— i/2) unterschiedliche zweite Bezugsspannung (— U\) ist, sowie

d) einen das Haltkommando liefernden und den Regelkreis beeinflussenden Positionsgeber (66).

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Signalumsetzer (31,35) einen in die Sättigung aussteuerbaren Verstärker (31) und ein diesem nachgeschaltetes Monoflop (35) aufweist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schwellwertschalter (53, 59) Schmitt-Trigger sind.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1 bei Anwendung einer Mehrstufenkupplung, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgänge des Regelkreises auf die Endstufe der Mehrstufenkupplung (153,160) umschaltbar sind (Fig. 10).

5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere wahlweise einschaltbare Drehzahlgeber (30) mit unterschiedlicher Impulsfrequenz vorgesehen sind.

6. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Positionsgeber (66) das Haltkommando ausgehend von einer vorbestimmten Annäherungsdrehzahl gibt.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Positionsgeber (66) ein Meßglied aufweist, das bei Erreichen der Annäherungsdrehzahl die Endabschaltung freigibt.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Meßglied eine an die Kupplungswicklung (22) angeschlossene Kippschaltung (93) ist.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 8, gekennzeichnet durch ein Sperrglied (89), das die Endabschaltung verhindert, bis der Regler nach Erreichen der Annäherungsdrehzahl stabiles Be

triebsverhalten angenommen hat.

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 9, gekennzeichnet durch ein nach Erreichen der Annäherungsdrehzahl wirksames Schaltglied (91), das den Regler aus- sowie die Bremswicklung (23) einschaltet.

11. Vorrichtung nach Anspruch 5, gekennzeichnet durch wahlweise betätigbare Schaltelemente (Sh, S3), mit denen ein selbsttätiger Antrieb einer mit der Abtriebswelle (7) gekuppelten Arbeitswelle um eine Umdrehung oder um einen Bruchteil einer Umdrehung auslösbar ist.