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Elektrischer Präzisionsantrieb Die Erfindung betrifft elektrische
Präzisionsantriebe mit Wechselstrommotoren zur Abgabe einer genau gesteuerten und
konstanten Geschwindigkeit. Typische Antriebe dieser Art aind diejenigen, die zum
Antrieb des Reibrades. von magnetischen Aufzeichnungssys temen verwendet werden.
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Während die Erfindung für verschiedene Formen von Wechsel-Strolamotoren
anwendbar ist, ist sie insbesondere vorteilhaft für Hysteresis-Synchronmotoren,
welche oft dazu verwendet werden, Bandaufzeichnungs- oder Wiedergabevorrichtungen
mit einer bestimmten Geschwindigkeit anzutreiben.
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Es ist bekannt, wegen des verhältnismäßig geringen Gewichtes des Reibrades
und auch des Rotors und der Abtriebswelle des dn diesen System verwendeten schwachen
Synchronmotors ein Sehwltngrad relativ großer Masse zu verwenden, um für das Band,
insbesondere bei linearen Wiedergabegeräten, eine konus taste Antriebsgeschwindigkeit
sicherzustellen. Es wurden
Versuche ohne ein derartiges Schwungrad
angestellt, wobei ein Dauerton aufgenommen und auf einem Kathodenstrahl-Oszillographen
dargestellt wurde. Dabei stellte sich heraus, daß sich bei einer Frequenz der Stromquelle
von beispielsweise 60 IIz am Motorausgang eine Geschwindigkeitsänderung von 120
Hz gemäß der regelmäßig wechselnden Polarität des Stromeingangs ergab. Diese Veränderung
des Mo-torausgangs kann wirksam durch Vergrößern der Schwungradmasse herabgesetzt
werden. Die beträchtliche Zusatzinasse erhöht allerdings offensichtlich die Trägheit
des rotierenden Antriebssystemes, und dies führt zu einem zusätzlichen Steuerungsproblem,
wenn der Antrieb angehalten, gestartet oder in der Drehrichtung umgekehrt werden
soll.
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Obgleich verschiedene Vorschläge gemacht wurden, um Antriebssysteme
mit elektrischen Motoren oder Generatoren zu dämpfen, waren diese Vorschläge lediglich
auf die Dämpfung möglicherweise schädlicher Schwingungen ausgerichtet, die von einem
Antrieb für die Generatoren ausgingen, oer sie waren ausgerichtet auf Schwingungen,
die durch die angetriebene Last hervorgerufen erden, was insbesondere für die Trägheitsdämpfung
der Ausgänge von Positions-Servomotoren gilt.
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Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, unter Vorsieidilng
der vorstehend genannten Nachteile einen elektrischen Präzisionsantrieb zu schaffen,
bei dem durch eine Dämfungsvorrichtung mit geringem Gewicht peri odi sehe Dimomentschw
'<nkungen
an der Abtriebswelle des Antriebs vermieden werden.
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Diese Aufgabe wird bei einer elektrischen Antriebsvorrichtung mit
einem von einer Wechselstromquelle vorbestimmter Frequenz gespeisten Wechselstrommotor,
dessen Abtriebsrvelle mit einer drehbaren Last verbindbar ist, dadurch gelöst, daß
erfindungsgemäß eine Resonanz-Dämpfungsvorrichtung vorgesehenist, die von der Welle
angetrieben und auf das Zweifache der Frequenz der Wechselstromquelle abgestimmt
ist.
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Die Vorrichtung nach der Erfindung kann vorzugsweise derart ausgebildet
werden, daß die Dämpfungsvorrichtung direkt mit der Motorwelle verbunden ist. Weiterhin
kann vorgesehen werden, daß die Dämpfungsvorrichtung eine stnrr mit der Welle verbundene
Nabe, koaxial zu dieser und im Abstand davon einen Ring und mehrere nachgiebige
Speichenglieder aufweist, durch die der lting mit der Nabe verbunden ist.
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Ein bevorzugtes Ausführug;sbeispiel der Erfindung wird im folgenden
an Hand der Zeichnungen dargestellt: Es stellen dar Fig 1 eine typische Anwendung
eines Präzisions-Wechselstromantriebs nach der Erfindung obei ein Wechselstromntotor
die Spillwinde (oder das Reibrad) einer Bandaufnalme und/oder -wiedergabeeinheit
an treibt und
Fig.2 eine Dämpfungsvorrichtung geringen Gewichtes,
wie sie der Erfindung zugrundeliegt.
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In Fig.l gelangt das magnetische Aufnahmeband 10 von einer Vorratsspule
12 um leerlaufende Führungsrollen 14 herum zu einer Aufnahmespule 15. Zwischen den
Leerlaufrollen befindet sich ein Wandler 17, welcher aus Aufnahme- und Wiedergabeköpfen
oder aus beidem bestehen kann und welcher einen nicht dargéstellten Mechanismus
zur Bewegung des Kopfes oder der Köpfe quer zudem Band zur Aufnahme oder zur Wiedergabe
auf verschiedenen Spuren aufweisen kann, die sich längs des Bandes erstrecken. Dieses
wird angetrieben durch ein Reibrad (Kapstan) 20, wobei das Band gegen das Reibrad
durch eine Druckrolle 22 gepreßt wird.
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Das Reibrad ist, wie schematisch dargestellt ist, mit einem Antriebsrad
24 verbunden, das von einer Antriebsscheibe 25 über einen flexiblen Riemen 26 angetrieben
wird.
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Fig.2 stellt ein Präzisionsmotorantriebssystem dar, dessen elektrischer
Motor-30 die Leistung auveiner lSechselstromquelle aufnimmt. Diese Quelle arbeltet
gewöhnlich mit 6o Hz, wobei angemerkt sei, daß teilweise auch 25 I{z oder 50 I-Iz
Wechselstrom verwendet werden. Der Motor weist eine Abtriebswelle 35 auf, welche
mit der Scheibe 25 verbunden ist, und man hat herausgefunden, daß sich gerade bei
dieser Abtriebswelle Drehmomentsschlvankungen orgeben, welche auf die Frequenz der
lfechselstromquelle bezogen sind. Beispielsweise hat man bei einer 60 Hz-Stromversorgung
Drehmomentschwankungen von 120 Hz beobachtet, was im
allgemeinen
der sich regelmäßig ändernden Polarität des Wechselstromeingangs entspricht.
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Brfindungsgemäß ist eine Resonanz-Dämpfungsvorrichtung auf der Welle
35 vorgesehen, die als Nabenglied 37 auf der Welle befestigt ist, indem beispielsweise
eine Setzschraube 38 angezogen wird. Diese Welle wird min einem koaxial zur Nabe
37 liegenden Ring 40 umgeben, welche mit der Nabe 37 durch mehrere federnde Speichenglieder
42 verbunden ist. Diese Speichenglieder sind an den entgegengesetzten Enden mit
der Nabe bzw. dem Ring verbunden und werden vorzugsweise ausgewählt aus flachen
Streifen von Federstahl ansreichenden Federvermögens, um zu bewirken, daß das Naben-Speichenringsystem
eine Resonanzschwingungscharakteristik bei einer Frequenz aufeis, die ungefällr
der doppelten Frequenz der Wechselstromversorgung entspricht, beispielsweise also
l@@@@le.
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Es hat sich als erstrebenswert herausgestellt, die Welle 35 als einen
Teil der Resonanzdämpfungsvorrichtung auszubi.lulen, indem der Dämpfungsmechanismus
bei seiner Befestigung auf der Welle 35 sorgfältig abgestimmt wird, Da es erstrebenswert
ist, die Dämpfungsvorrichtung so nahe wie möglich auf die geryiinschte Resonanzfrequenz
abzustimmen, kann es erwünscht sein, Vorrichtungen zur Feinabstimmung der Resonanzfrequenz
des Systemes einzubauen, und es wurden befriedigende ergebnisse durch mehrere mit
Gewinde versehene Schrauben 45 erzielt, die in Gewindelöchern in regelmäßigen Abständen
(gewöhnlich jeweils 1200) auf dem Ring 40 aufgenommen sind.
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Es sind Befestigungsmuttern 46 vorgesehen, um jede Schraube in ihrer
ausgerichteten Stellung zu halteno Durch Drehen der Schrauben ist es möglich, ihre
Gewichte zur Rotationsachse der Vorrichtung hin oder von dieser weg zu bewegen und
damit das Trägheitsmoment des Ringes 40 um einen kleinen Betrag zu verändern, der
ausreicht, um die gewünschte genaue Abstimmung zu erreichen.
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Offensichtlich können andere Typen von Resonanzdämpfungsvorrichtungen
vorgesehen werden. Beispielsweise können auch Systeme verwendet werden, bei denen
verschiedene Formen von ;t'.-edern anstelle der Blattfedern 42 eingesetzt sind,
oder es einen nichtkontinuierliche Gewichte anstelle des Ringes 4o eingesetzt werden;
auch können die Federn durch Federglieder, wie beispielsweise Gummibuchten ersetzt
werden. Die zarge ngsform wird vorgezogen wegen ihres einfachen und konstenspaienden
Aufbaues und der Leichtigkeit, mit der sie sorgfältig auf die gewünschte Frequenz
abgestimmt werden kann.
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Weiterhin ist es durch zweckmäßige, sorgfältige Auswahl der Federtype
und ihres Materiales möglich, eine hinreichend genaue Abstimmung ohne die Netwendigkeit
zugerreichen, ohne daß einstellbare Gewichtsglieder in der dargestellten Form erforderlich
wären, Jedoch hat diese Form der Feinabstimmungsanordnung nicht die allerbesten
Ergebnisse geliefert.
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Ebenso ist es erstrebenswert, die Dämpfungsvorrichtung so nahe wie
möglich an der Schwingungsquelle anzubringen, folglich eine direkte Befestigung
der Nabe 37 auf der Welle 36 nahe dem Motor 30 vorzusehen, obwohl es möglich ist,
eine befriedigende Dämpfung zu erreichen, indem die Resonanzdämpfungsvorrichtung
irgendwo
in dem Antriebszug zwischen dem Motor 30 und dem Reibrad
20 angeordnet wird. Die Vorrichtung weist ein geringes Gewicht auf, bringt also
weiiig zusätzliche Masse mit stich, und die Trägheit des Antriebssystemes wird in
wünschenswerter Weise nicht durch ihren EinschluU in das System geändert.
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Dies ist wiederum vorteilhtt bei einem schnellen Start, Stop und einer
Drehrichtungsumkehr des Antriebssystemes. Dies vermindert auch das Problem, eine
große Masse auszuwuchten und setzt das Gewicht für die tragenden Lager herab.