DE1638105A1 - Motorsteuerschaltung - Google Patents

Description

Bei einer Transportvorrichtung für Magnetbänder wird der Bandantriebsmotor durch Zuführen eines Stromimpulses in Betrieb gesetzt und wieder angehalten· Beim Anhalten oder Stillsetzen des Motors dient ein zur Drehzahl des Motors proportionales Signal dazu, den Zeitgeberkondensator eines monostabilen Multivibrators aufzuladen, der die Breite des Stromimpulses bestimmt, mittels dessen der Motor endgültig zum Stillstand gebracht wird»

Die Erfindung bezieht sich allgemein auf mit einem Magnetband arbeitende Geräte, und sie betrifft insbesondere eine neuartige und verbesserte Schaltung zum Regeln des Abbremsens des Bandantriebswellenmotors bei derartigen Geräten.

Es hat sich gezeigt, daß beim Betrieb eines mit einem Magnetband arbeitenden Geräts mit Bandlaufgeschwindigkeiten von über 190 cm/sec ein Bandantriebswellenmotor, der als gedruckte Schaltung ausgebildet ist, völlig einwandfrei arbeitet. Gewöhnlich ermöglicht es ein solcher mit gedruckten

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Schaltungen arbeitender Motor, eine Drehzahl oder Laufgeschwindigkeit innerhalb von +5 $> auf einem vorbestimmten Wert zu halten, wenn mit einer Spannungsquelle von ausreichender Leistung gearbeitet wird.

Ein mit einem Magnetband arbeitendes Gerät muß gewöhnlich so ausgebildet sein, daß es möglich ist, das Magnetband innerhalb weniger Millisekunden in Bewegung zu setzen und es wieder anzuhalten; daher ist es sehr wichtig, daß die Be-

φ schleunigungszeit und die Verzögerungs- oder Abbremszeit genau geregelt wird, wenn das Gerät einwandfrei arbeiten soll, um das Magnetband jeweils im gewünschten Zeitpunkt in Bewegung zu setzen bzw. anzuhalten. Während der Beschleunigung kann dem Motor ein konstanter Strom während einer festen Zeitspanne zugeführt werden, die so berechnet ist, daß die Drehzahl des Motors auf einen Wert gebracht wird, der der gewünschten Betriebsdrehzahl innerhalb von + 5$ entspricht_o Dann kann man die Motorantriebsschaltung an eine Quelle für eine konstante .- Spannung anschließen, die dazu dient, den Motor genau auf der

^ Solldrehzahl zu halten.

Wenn man versucht, den Motor innerhalb einer vorbestimmten Zeitspanne zum Stillstand zu bringen, ergibt sich jedoch eine Schwierigkeit, die auf mehrere variable Größen zurückzuführen ist, durch welche die Drehzahl des Motors direkt beeinflußt wird. Beispielsweise muß man auf einen Motor unterschiedliche Bremskräfte aufbringen, wenn mit der Motorwelle verschieden große Lasten verbunden sind. Eine unterschiedliche Brems- oder Anhaltekraft wird ferner bei unter-

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schiedliclien Drehzahlen benötigt, mit denen der Motor in dem Augenblick arbeiten kann, in welchem ein Anhaltesignal gegeben wird, denn eine Abweichung der Motordrehzahl um z.B. +5 $> ist zulässig. Daher ist es nicht zweckmäßig bzw. sogar unmöglich, einen bestimmten wert für einen Abbremsstrom festzusetzen, mittels dessen die Motordrehzahl innerhalb der vorbestimmten Zeitspanne auf den Wert Hull oder eine andere gewünschte Drehzahl gebracht wird.

Eine Hauptaufgabe der Erfindung besteht nunmehr darin, eine neuartige und verbesserte Steuerschaltung zum Abbremsen eines Motors vorzusehen, die es ermöglicht, die Drehzahl eines Motors innerhalb einer vorbestimmten Zeitspanne auf einen vorbestimmten >7ert zu verringern.

Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht in der Schaffung einer Abbremsschaltung, die es ermöglicht, einen Motor unabhängig von anderen variablen Größen zu steuern.

Ferner sieht die Erfindung eine neuartige und verbesserte Abbremssteuerschaltung zur Verwendung in Verbindung mit einem Motor der Bauart mit gedruckten Schaltungen vor, die es ermöglicht, den Motor innerhalb einer vorbestimmten Zeitspanne zum Stillstand zu bringen.

Weiterhin sieht die Erfindung eine Abbremssteuerschaltung vor, die es ermöglicht, die Drehzahl eines Motors mit gedruckter Schaltung von einer Anfangsdrehzahl aus, die innerhalb bestimmter Toleranzen nach oben oder unten abweichen kann, auf eine vorbestimmte Drehzahl zu verringern.

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Allgemein gesprochen ist es bei der erfindungsgemäßen Steuerschaltung zum Abbremsen eines Motors vorgesehen, dem Motor während einer vorbestimmten Zeitspanne einen Gegenstrom zuzuführen und danach die durch den umlaufenden Anker erzeugte gegenelektromotorische Kraft abzufragen. Danach wird der Motor erneut während einer Zeitspanne durch Zuführen eines ^egenstroms abgebremst, wobei diese Zeitspanne durch einen monostabilen Multivibrator bestimmt wird, bei dem die Breite des Ausgangsimpulses eine funktion der Größe der abgefragten gegenelektro-. φ motorischen Kraft ist.

Die Erfindung wird im folgenden an Hand schematischer Zeichnungen an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert.

Pig. 1 zeigt schematisch eine erfindungsgemäße logische Schaltung.

Fig. 2 ist ein schematisch.es Schaltbild, das die Verbindungen zwischen den verschiedenen Schaltungselementen erkennen läßt, mittels deren die logischen Funktionen gemäß jtk Fig. 1 bewirkt werden.

Mg. 3 zeigt in einer graphischen Darstellung die Verzögerungskurve für einen Motor, dessen Drehzahl innerhalb eines vorbestimmten loleranzfrereichs variiert.

Fig. 4 zeigt eine Verzögerungs-Hüllkurve, wie sie auf dem Bildschirm eines Oszillographen für den Fall erscheinen w&rde, daß ein Motor in der gewünschten Weise abgebremst wird.

Fig. 5 zeigt eine Verzögerungs-Hüllkurve ähnlich derjenigen nach Fig. 4, läßt Jedoch eine Verzögerungsgeschwindigkeit

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erkennen, die eine gewünschte endgültige Motordrehzahl in negativer Richtung überscliwingt.

Fig. 6 zeigt eine Verzögerungs-Hüllkurve ähnlich derjenigen nach Fig. 4, läßt jedoch eine Verzögerungsgeschwindigkeit erkennen, die eine gewünschte endgültige Motordrehzahl in positiver Richtung überschwingt.

In ]?ig. 1 erkennt man ein insgesamt mit 10 bezeichnetes mit einem Magnetband arbeitendes G-erät mit zwei Spulen 11 und 12 oder beliebigen anderen geeigneten Bandspeichermitteln sowie einer Bandantriebswelle 13· Bin zur Speicherung von Informationen dienendes Band 14, z.B. ein Lochstreifen oder ein Magnetband, bildet zwei Schleifen 15 und 16, in denen auf bekannte Weise Bandmaterial zeitweilig gespeichert wird·

Damit das Band 14 angetrieben werden kann, ist die drehbare Bandantriebsrolle 13 mit einem geeigneten, eine geringe Massenträgheit aufweisenden Motor 17 verbunden, wie es in Pig. 1 mit einer gebrochenen gestrichelten Linie 18 schematisch angedeutet ist. Als Beispiel für einen geeigneten Motor sei ein Motor mit gedruckter Schaltung genannt, der mit einem Dauermagnetfeld arbeitet. Um die Spannung des Bandes 14 möglichst genau auf einem vorgewählten Wert zu halten, wird jede der beiden Spulen durch einen Servomotor 19 bzw. 20 angetrieben.

Der Anker 17 des Bandantriebsmotors ist mit einer Gleichstromquelle 21 über einen normalerweise geschlossenen Schalter 21· und mit einer Stromquelle 21» durch einen Schalter 21"·

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verbunden. Es sei bemerkt, daß die Stromquellen 21 und 21" entgegengesetzte Spannungen aufweisen, und daß es sich bei den Schaltern 21· und 21"· um geeignete elektronische Schalter bekannter Art, z.B. um Transistorschalter handeln kann. Y/enn der Motor die Bandantriebswelle 13 antreibt, ist der Schalter 21* geschlossen, während der Schalter 21 ·" offen ist. Beim Eintreffen eines Befehlssignals zum Stillsetzen des Motors von einer geeigneten Quelle aus, z.B. einem Rechengerät oder einem mit der Hand zu betätigenden Druckknopf, wird der Schalter 21' geöffnet, wie es in Pig. 1 durch die gestrichelte Linie g schematisch angedeutet ist, und der Schalter 21"· wird auf eine noch zu erläuternde ϊ/eise geschlossen.

Der Anker des Bandantriebswellenmotors 17 ist an einen l3iff-?-:iitialverstärker 23 angeschlossen, der die gegenelektromo'üörische Kraft ohne Rücksicht auf deren Polarität verstärkt; Dioden D1 und D2 führen gemäß Fig. 2 einem Emitterfolgekreis 24 ein positives Signal über eine Klemmschaltung zu. Diese Klemmschaltung hält die dem Emitterfolgekreis 24 zugeführte Eingangs spannung auf einem vorgewählten Y/ert, wenn der Motor eingeschaltet wird. Wird die Stromquelle 21 abgeschaltet, damit die gegenelektromotorische Kraft gefühlt werden kann, wird die Klemmschaltung wirkungslos gemacht, und der Spannungspegel am Eingang des Emitterfolgekreises repräsentiert schnell die gegenelektromotorische Kraft, Bei der bevorzugten Anordnung ist die durch die Klemmschaltung aufrechterhaltene Spannung gLeich Bull.

Gemäß der Erfindung kann die Stromquelle bzw. eine einfache Motorantriebsschaltung 21 geeignete Mittel umfassen,

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um den Motor sowohl in der Rückwärtsrichtung als anoh in der Vorwärtsrichtung "anzutreiben"· Mit anderen forten₉ ®aa kann eine einzige bipolare Antriebsschaltung 21 verwenden, um sowohl die Abbremsung als auch die Beschleunigung des Motors 17 zu regeln. Aus Gründen der Deutlichkeit sind in Jig. 1 getrennte Schaltkreise dargestellt.

V/enn der Llotor 17 stillgesetzt werden soll, wird ein anfänglicher Aniialtestromimpuls dem Anker 17 durch die Schaltung 21" zugeführt; dies geschieht in Abhängigkeit von einem Anhaltebex'ehl, der mit Hilfe bekannter, hier nicht gezeigter Schaltungen zeitabhängig gesteuert wird. Dieser Anhaltestromimpuls wird zweckmäßig während einer Zeitspanne zugeführt, die annähernd 80$ der gesamten Zeit entspricht, die zum Stillsetzen des Motors benötigt wird. Ein solcher anfänglicher Anhalteimpuls ist in Pig. 1 als Impuls a-b dargestellt.

Am Ende des anfänglichen Anhalteimpulses wird dem Motoranker 17 keine Speisespannung zugeführt, so daß der Motor im Freilauf arbeitet. Die Klemmschaltung 25 ermöglicht es in diesem ^eitpunict, die durch den sich frei drehenden Motor 17 erzeugte ge_e-enelektromotorische Kraft der Emitterfolgeschaltung 24 zuzuführen. Das Ausgangssignal der Bmitterfolgeschaltung 24 dient dazu, den Zeitgeberkondensatör eines Multivibrators 26 auf eine Spannung aufzuladen, die eine Funktion der ü-röße der gegenelektromotorischen Kraft des Motors und damit der Motordrehzahl ist, Es sei bemerkt, daß die Dauer des von dem Multivibrator 26 abgegebenen Ausgangsimpulses eine Funktion der durch den Motor erzeugten gegenelektromotorischen

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Kraft ist.

Die Zeitspanne, während welcher der Anker 17 des Motors im Freilauf arbeitet, kann als "Abfrageintervall¹· oder als "Intervall zum Fühlen der gegenelektromotorischen Kraft" bezeichnet werden. Das Abfrageintervall, ist in Figo 1 durch die Strecke b-c wiedergegeben,* während der endgültige Anhaltestromimpuls bei c-d wiedergegeben ist.

Bei einem mit einem Band der erwähnten Art arbeitenden φ Gerät ist es gewöhnlich erforderlich, das Band in schneller Folge wiederholt in Bewegung zu setzen und es wieder anzuhalten. Da sicii die Erfindung insbesondere auf den zum Stillsetzen des Bandes dienenden Teil eines Arbeitszyklus bezieht, wird hier nur die zugehörige logische Schaltung dargestellt und beschrieben· Beispielsweise bewirkt in der richtigen zeitlichen fieilienfolge, die auf bekannte V/eise durch die Wahl der Schaltung bestimmt ist, das Ausgangs signal einer Multivibratorschaltung 27 die zeitabhängige Steuerung für den anfänglichen Impuls des Anhaltestroms a-b. Dieses Ausgangssignal wird einem ^ Oder-Gatter 29 zugeführt, um den Schalter 21"· zu schließen, wie es in Fig. 1 durch die gestrichelte Linie f schematisch angedeutet ist·

Die Multivibrators chaltung 27 ist so ausgebildet', daß sie sich am Ende der durch den Impuls a-b repräsentierten Zeitspanne automatisch zurückstellt, und die Hinterflanke des Impulses a-b triggert eine weitere Multivibratorschaltung 30 über eine Verbindung 31. Die Klemmschaltung 25 wird "geöffnet", d.h. ihre Vorspannung wird beseitigt; dies geschieht durch

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ein Signal, das über eine Verbindung 32 in Abhängigkeit von der Triggerung der Multivibratorschaltung 30 zugeführt wird« Am Ende einer Verzögerungszeit, die gleich dem Intervall b-c ist, dessen Länge durch die Konstruktion der Schaltung bestimmt wird, wird ein Stromimpuls c-d über eine Verbindung und das Oder-Gatter 29 dem Schalter 21"' zugeführt, um diesen Schalter zu schließen.

Zwar wird angenommen, daß ein !Fachmann auf dem Gebiet, auf das sich die Erfindung bezieht, nach der vorstehenden Beschreibung in Verbindung mit der Darstellung der logischen ' Schaltung in Pig. 1 in der Lage ist, eine Motorabbrems-Steuerschaltung der beschriebenen Art herzustellen, doch sollen weitere Einzelheiten der Steuerschaltung an Hand von Fig· 2 beschrieben werden.

In Hg. 2 sind die dargestellten Schaltungselemente mit den gleichen Bezugszahlen bezeichnet wie entsprechende in Fig. 1 gezeigte Schaltungselemente. Eine Seite des Motorankers 17 ist an die Basis 35 eines Transistors 36 angeschlossen, und ^ die andere Seite des Ankers ist mit der Basis 37 eines weiteren Transistors 38 verbunden. Der Gewinn des durch die Transistoren und 37 gebildeten Differentialverstärkers kann in der üblichen //eise mit Hilfe eines Potentiometers 39 eingestellt werden·

Die beiden Dioden D1 und D2 ermöglichen es, die positiv gerichtete Spannung ohne Rücksicht darauf, ob sie dem Kollektor 40 des Transistors 36 oder dem Kollektor 41 des Transistors 38 entnommen wird, an die Basis 42 eines Transistors 24 anzulegen, der einen Bestandteil einer Emitterfolgeschaltung

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bildet. Die Transistoren 46 und 47 halten die Dioden D1 und D2 auf dem Erdpotential, wenn der Anker 17 eingeschaltet ist· Es sei bemerkt, daß die -.transistoren 46 und 47 normalerweise leitfähig sind, und daß ihre Leitfähigkeit durch einen Impuls unterbrochen wird, der dem monostabilen Multivibrator 30 entnommen wird. Entsprechend wird ein !Transistor 52, der ebenfalls mit dem Ausgang des mono3tabilen Multivibrators 30 verbunden ist, durch einen Ausgangsimpuls des Multivibrators 30 in den nicht leitfähigen Zustand überführt.

φ Während eines Abfrageintervalls wird die tfirkung der Klemmschaltung auf das Eingangssignal für den Transistor 24 beseitigt, und das Ausgangssignal dieses Transistors wird dem Zeitgeberkondensator C des monostabilen Multivibrators 26 über einen Transistor 54 zugeführt. Der monostabile Multivibrator 26 umfaßt zwei transistoren 56 und 59_f die so geschaltet sind, daß im Ruhezustand der Transistor 59 leitfähig ist, während der Transistor 56 nicht leitfähig ist. ,»ie jedem Fachmann geläufig, ist die Zeitspanne, während welcher der

_ Multivibrator 26 in seinem unstabilen Zustand verbleibt, nachdem von dem Transistor 52 aus der Basis des !Transistors 59 ein Trigger impuls zugeführt wird, eine Punktion der in dem Kondensator C angesammelten Ladung. Diese Ladung ist inrerseits eine !Punktion der gegenelektromotorischen Kraft des Ankers 17, denn das Abfrageintervall ist konstant.

Während des Betriebs öffnet ein Anhaltebefehl den Schalter 21», und er triggert den Multivibrator 27- Das Ausgangssignal des Multivibrators 27 schließt den Schalter 21"'

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während einer bestimmten Zeitspanne, während welcher der Motor um etwa 80# dadurch abgebremst wird, daß ihm ein entgegengesetzter Strom von der Stromquelle 21" aus zugeführt wird, deren Polarität der Polarität der Stromquelle 21 entgegengesetzt ist.

An der Hinterflanke des Ausgangssignals des Multivibrators 27 öffnet sich der Schalter 21"·, und der monostabile Multivibrator 30 wird getriggert, so daß ein Ausgangsimpuls erzeugt wird, durch den die Transistoren 46, 47 und 52 abgeschaltet werden, v/ährend des Intervalls, während dessen sich der Multi— vibrator 30 in seinem unstabilen Zustand befindet, nimmt der Zeitgeberkondensator C des monostabilen Multivibrators eine Ladung auf, die eine Punktion der durch den Abker 17 erzeugten gegenelektromotorischen Kraft ist· Die Hinterflanke des Ausgangsimpulses des Multivibrators 30 triggert den Multivibrator über den i'ransistor 52· ϊ/ährend des Intervalls, während dessen sich der Multivibrator 26 in seinem unstabilen Zustand befindet, bewirkt sein Ausgangssignal, das dem Oder-Gatter zugeführt wird, daß der Schalter 21^WI geschlossen wird. Durch geeignetes Einstellen der Schaltungsparameter ist es möglich, dafür zu sorgen, daß am Ende dieses zweiten variablen Intervalls c-d der Motor auf die Drehzahl Null abgebremst wird, und zwar ohne Rücksicht auf die Drehzahl des Motors am Ende des anfänglichen Verzögerungsintervalls a-b.

Um näher zu erläutern, was als Überschwingen in der negativen Richtung bzw. in der positiven Richtung bezüglich des Abbremsene des Motors auf die Solldrehzahl bezeichnet wird, die im vorliegenden Fall gleich Hull ist, wird im folgenden

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auf .Pig· 3 Bezug genommen· Die Schaulinie 70 repräsentiert die Drehzahl des Motors für den Fall, daß der Mo'tor mit der gewünschten Zahl von Umdrehungen je Minute arbeitet, und die beiden gestrichelten Linien geben den Variationsbereich gegenüber der Solldrehzahl wieder, der zugelassen werden kann, und der im Hinblick auf andere variable" Größen zu erwarten ist.

Wenn ein Anhaltebefehlssignal eine vorbestimmte Breite besitzt, die auf der Basis der Schaulinie 70 berechnet ist, um die Drehzahl des Motors bis auf die Linie 71 innerhalb des Zeitintervalls 72 herabzusetzen, und wenn in dem Augenblick, in welchem das Signal zugeführt wird, der Motor mit einer Drehzahl läuft, die durch die gestrichelte Linie 73 repräsentiert wird, läuft der Motor nach der Beendigung des Anhaltebefehlssignals immer noch mit einer Drehzahl, die durch die gestrichelte Linie 74 repräsentiert wird« Eine ähnliche Situation kann sich ergeben, wenn die Drehzahl des Motors um 5°/o unter der Solldrehzahl liegt, oder wenn der Motor mit einer beliebigen Drehzahl arbeitet, die sich von der bestimmten Drehzahl unterscheidet, für welche die Breite des Anhaltesignals berechnet und eingestellt ist,

Fig. 4 zeigt die Hüllkurve der Motordrehzahl, wie sie auf dem Bildschirm eines Oszillographen dann erscheinen würde, wenn die Drehzahl des Motors genau auf Null herabgesetzt wird. Fig. 5 zeigt dagegen den Fall, daß der Anhaltestromimpuls beendet wird, während der Motor noch läuft und dann im Freilauf bis zum Stillstand ausläuft. Fig. 6 zeigt, was geschieht,

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wenn das Anhaltebefehlssignal zu lang ist, so daß der Motor beginnt, in der entgegengesetzten Drehrichtung umzulaufen, bevor das Ende des Signals erreicht ist. Diese Kurven zeigen deutlicher die Notwendigkeit, Mittel vorzusehen, um die Breite bzw. die Dauer des Anhaltebefehlssignals in eine Beziehung zum tatsächlichen Wert der Motordrehzahl zu bringen· Gemäß der vorstehenden Beschreibung sieht die Erfindung solche Mittel vor.

Es sei bemerkt, daß man bei dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel die verschiedensten Abänderungen und Abwandlungen vorsehen kann, ohne den Bereich der Erfindung zu verlassen.

Patentansprüches

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Claims (1)

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Motorabbremsungs-Steuerschaltung zum Herabsetzen der Drehzahl eines Motors auf einen vorbestimmten ./ert innerhalb einer vorbestimmten Zeitspanne, gekennzeichnet durch einen Elektromotor (17) mit einer drehbaren welle, Mittel, um auf die drehbare ./eile eine 1/erzögerungsicraft wänrend einer Zeitspanne aufzubringen, die kurzer ist als die erwähnte vorbestimmte Zeitspanne, Schal— tungsmittel, die auf eine gegenelektromotorische Kraft des Motors am Ende der erwähnten Zeitspanne ansprechen, um ein Signal mit vorbestimmten Charakteristiken zu erzeugen, sowie gesonderte Schaltungsmittel, die auf das erwähnte Signal ansprechen, um auf die drehbare ivelle eine γ/eitere Verzögerungskraft aufzubringen und so die Drehzahl des kotore auf die vorbestimmte Drehzahl herabzusetzen.

2. Motorabbreias-oteuerschaltung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine mit dem Elektromotor drehi'est verbundene Sandantriebswelle (13).

5. LiOtorabbrems-oteuerschaltung nach Anspruch 2, gekennzeichnet durcii üiinaestens auf einer 3eite der Bandantrielsswelle angeordaete B

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4. Hotorabbrems-Steuersehaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die an zweiter Stelle erwähnten Schaltungsmittel Mittel umfassen, um eine elektrische spannung zu erzeugen, die in einer vorbestimmten Beziehung zu der gegenelektromotorischen Kraft steht»

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