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Volltransistorisiertes Antriebs system Die Erfindung betrifft ein
volitransistorisiertes Antriebssystem mit durch eine Betätigungsfunktion einstellbarer
Drehrichtung und stufenlosem Drehzahlbereich.
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Bei bekannten Antriebssystemen, die nicht volltransistorisiert sind,
ist es notwendig, für die Drehrichtung und den Drehzahlbereich zwei Betätigungsfunktionen
auszuüben.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein volltransistorisiertes
Antriebssystem zu schaffen, das einfacher zu bedienen ist, das verzögerungsfrei
und möglichst verlustfrei arbeitet.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß in einem volltransistorisierten
Antriebssystem mit durch eine Betätigungs-Runktioneinstellbarer Drehrichtung und
stufenlosem Drehzahlbereich dadurch gelöst, daß ein von einem Rechteckgenerator
getriggerter Sägezahngenerator ein mit dem Rechtecksignal superpositioniertes Sägezahnsignal
an eine rnechanisch oder elektrisch einstellbare Steuereinheit liefert, in der das
superpositionierte Signal mit dem RechtecksiOnal verglichen wird und deren Ausgangssignal
einerseits einer Einheit für die Richtungssteuerung zugeführt wird, die entsprechend
der Polarität des Ausgangssignals einen Umschalter für die Polung des dem Antriebsmotor
zugeführten Stromes steuert, und deren Ausgangssignal andererseits
einer
Stufe für die Geschwindigkeitssteuerung mit nachgeschalteter Leistungsstufe zugeführt
wird, die in Abhängigkeit von der Amplitude des sägezahnförmigen Ausgangssignals
die Impulsdauer für die Stromzufuhr zum Antriebsmotor einstellt.
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Mit dem erfindungsgemäßen Antriebssystem werden durch eine einzige
Betätigungsfunktion im Antriebssystem zwei Funktionen ausgelöst, nämlich die Drehrichtung
und die Leistung. Das Antriebssystem bietet auf Grund der angewandten superpositionierten
Zeitamplitudensteuerung und der kombinierten Leistungs- und Richtungssteuerung einen
günstigen Wirkungsgrad bei relativ einfachem und kompaktem Aufbau.
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Das Antriebssystem erlaubt eine galvanische Verbindung der einzelnen
Stufen und schließt Zeitglieder, die stets einen bestimmten Unsicherheitsfaktor
in die Steuerung bringen, für die Leistungssteuerung aus.
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Nach einem vorteilhaften Vorschlag der Erfindung besitzen die mechanisch
oder elektrisch einstellbare Steuereinheit, die Einheit für die Richtungssteuerung
d und die Stufe für die Geschwindigkeitssteuerung ein Potentiometer oder eine elektrische
Brückenschaltung, an dessen manuell oder elektrisch einstellbarer Mittelanzapfung
das superpositionierte Signal anliegt und an dessen beiden anderen Anschlüssen über
zwei Spannungsteiler das Rechtecksignal liegt, die mit den Eingängen eines die Leistungsstufe
ansteuernden Schmitt-Triggers ohne Emitterwiderstand und ferner über Dioden mit
den Eingängen eines bistabilen Multivibrators gekoppelt sind, an dessen Ausgang
der Umschalter für die Polung des dem Antriebsmotor zugeführten Stromes liegt.
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Das erfindungsgemäße volltransistoilsierte Antriebssystem eignet sich
in vorteilhafter Weise für die Verwendung in einem Fahrzeug mittels Zweiradantrieb.
Bei einer solchen Verwendung ist erfindungsgemäß neben der einen ersten Kanal
bildenden
einstellbaren Steuereinheit, der Einheit für die Richtungssteuerung und der Stufe
für die Geschwindigkeitssteuerung mit der nachgeschalteten Leistungsstufe und dem
daran liegenden Antriebsmotor ein zweiter, gleich aufgebauter Kanal vorgesehen,
wobei die manuell einstellbaren Mittelanzapfungen der gotentiometer über eine Kreuzhebelmechanik
betätigbar sind.
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Durch die Ausbildung von zwei Kanälen erhält man ein differenzielles
Antriebsverhalten bei einer Betätigungsfunktion. Die Richtungsänderung des Fahrzeuges
wird durch verschieden starke Leistungsansteuerungen der Motoren erreicht.
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Im folgenden wird die Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert.
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Im einzelnen zeigen Fig. 1 ein Blockschaltbild des Antriebsystems
mit zwei Kanälen, Fig. 2 das Schaltbild zu dem Blockschaltbild der Fig. 1 und Fig.
5 ein Teil einer elektrisch einstellbaren Steuereinheit.
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Von einem Rechteckgenerator 1 wird ein definiertes Signal zu einem
Sägezahngenerator 2 und zu den Stufen 5 a, 5 b für die Geschwindigkeitssteuerung
geleitet. Das Rechtecksignal triggert den Sägezahngenerator 2. Am Ausgang des Sägezahngeneratorstwird
ein verstärktes Rechtecksignal mit superpositioniertem Integrationsimpuls gleicher
Frequenz abgeleitet. Dieses SägezahnSörmige superpositionierte
Signal
ist über die Anstiegsflanke der Impulsbreite in der Amplitude variabel. Das superpositionierte
Signal wird dem Eingang einer mechanisch oder elektrisch einstellbaren Steuereinheit
5 a, 5 b zugeführt. An den beiden Ausgängen dieser Steuereinheit 5 a, 3 b sind der
Eingang der einheit für die Richtungssteuerung 4 a, 4 b und die Stufe 5 a, 5 b für
die Geschwindigkeitssteuerung mit nachgeschalteter Leistungsstufe 6 a, 6 b angeschlossen.
An dem Ausgang der Einheit für die Richtungssteuerung ist der Umschalter für die
Polung des dem Antriebsmotor 7 a, 7 b über die Stufe 6 a, 6 b zugeführten Stromes
Ctngeschlossen. Die Einheit 4 a, 4 b für die Richtungssteuerung arbeitet derart,
daß entsprechend der Polarität des Ausgangssignales der Steuerheit 3 a, 3 b die
Polung des Stromes für den Antriebsmotor geschaltet wird.
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Die Stufe für die Geschwindigkeitssteuerung arbeitet in der Weise,
daß in Abhängigkeit von der Amplitude des sägezahnförmigen Ausgangssignals die Impulsdauer
für die Stromzufuhr zum Motor eingestellt wird.
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Die Puriktion des volltransistorisierten Antriebssystems wird im folgenden
anhand des Schaltbildes im einzelnen erläutert.
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1) Schwingungserzeugung: Mit Hilfe eines Unijunction Transistors wird
eine Sägezahnspannung erzeugt. Dazu tragen die Bauelemente T1, R1, C1, D1, D2 bei.
Eine zweite Schwingung ist ein Rechtecksignal, welches in einer als Sperrwandler
arbeitenden Stufe erzeugt wird. Die dazu beitragenden Bauelemente sind t4, C2, R5,
R6, Tr.1, D5, R7 und C5. Die Rechteckschwingung gelangt über den Spannungsteiler
R2,R4 an die Basis des Transistors T), wird verstärkt und auf den Emitter des UniJunction
Transistors Ti gegeben, wodurch eine Triggerung von T1 bewirkt wird. Beide Frequenzen
der Rechteckschwingung
und der Sägezahnschwingung haben den Wert
160 Hz. Das getriggerte, superpositionierte Signal gelangt auf die Basis von T2,
wird hier verstärkt und fällt am Emitterwiderstand R3 als positives Signal ab. Dieses
Signal gelangt auf die Mittelanzapfung der beiden Potentiometer Pl, P2 und wird
durch die Jeweilige manuell einstellbare Potentiometerstellung amplitudenmäßig beeinflußt.
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Statt des Potentiometers kann auch die in Fig. 5 dargestellte Brückenschaltung
angeschlossen werden. Die Punkte A, B, C sind an die entsprechenden Punkte der Schaltung
der Fig. 2 angeschlossen. Die einzelnen Bauelemente sind so ausgewählt, daß bei
U gS = 0 das Potential an den Punkten A und B gleich ist. Durch Anlegen einer Spannung
U4 f 0 wird dieses Potential verschoben, so daß die nachgeschalteten Stufen oder
Einheiten angesteuert werden. Dieses elektrische Brückenschaltung, bei der die Einheit
über die Spannung U a gesteuert wird, eignet sich insbesondere für die Fernsteuerung.
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2) Gesohwindigkeitssteuerung Da die beiden Kanäle gleich aufgebaut
sind, wird nachfolgend nur der obere Kanal beschrieben.
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Zwei Signale gelangen über die Spannungsteiler R110, R112 und Rill,
R113 an die Basis der Transistoren T14 und T15: Die Original-Rechteckschwingung
des Sperrwandlers und das über die Potentiometer einstellbare superpositionierte
verstärkte Signal. Die Potentiometer sind so dimensioniert, daß in Mittelstellung
die Transistoren T14, T15, ein schwach negatives Signal erhalten und somit gesperrt
sind. Man kann die Kombination T14! T15 als Schmitt-Trigger ohne Emitterwiderstand
bezeichnen, da die Funktion die gleiche wie die
des Schmitt-Triggers
ist. Ab einer gewissen Basisspannung wird einer der Transistoren T14 oder T15 übersteuert
und formt den anlieÒenden Sägezahn zu einem Rechteck u. Die Frequenz des neu entstehenden
Rechtecks bleibt 160 Hz, jedoch Impuls zeit und Totzeit sind auf Grund der unterschiedlichen
Steuerungsamplitude stark verschieden. Bei voller Aussteuerung erreicht die Impulszeit
nahezu Gleichspannungsform und die Totzeit geht gegen-O. Welcher der beiden Transistoren
T 14, T15 gerade durchgeschaltet wird, hängt von der Richtung der Potentiometereinstellung
ab.
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3) Richtungssteuerung Die Richtungssteueruno erfolgt über die Transistoren
Teil, T12 und T13. T11 und T12 bilden einen bistabilen Vibrator.
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Gelangt über D11 das amplitudenbeeinflußte Signal an die Basis von
T12, so wird mit Hilfe der Diode D11 in einen angenäherte Rechteckimpuls umgewandelt
und schaltet den Transistor T12 durch. Der Strom fließt nunmehr von - über den Emitter
zum Kollektor und gelangt als positives Signal auf die Basis von T13. Dies bewirkt
ein Durchschalten des Transistors T13 und ermöglicht das Anziehen des Relais FL11
nach links. Gleichzeitig wird T11 gesperrt.
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Entsprechendes gilt, wenn die Basis von T11 angesteuert wird. Dann
wird T12 gesperrt und ebenfalls T13, so daß das Relais aus der dargestellten Stellung
nicht umschalten kann.
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Die Diode D13 bildet für die am Relais entstehende Gegen-ZMK einen
Kurzschluß und schützt somit den Transistor T13 vor Zerstörung.
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4) Leistungsendstufe Das am Emitter der Transistoren T14 und T5 anstehende
Rechtecksignal gelangt auf die Basis des Transistors T16, der lediglieh zur Erzeugung
des Basisstromes für die Endstufe dient. Die Endstufe wird aus zwei parallel geschalteten,
ausgesuchten pnp-Leistungstransistoren T17, T18 gebildet, die zusammen die Ausgangssleistung
erzeugen.
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Zwischen den Basen und den Emittern dieser Transistoren T17, T18 ist
ein Widerstand 114 geschaltet, durch den ein stabiles Temperaturverhalten erreicht
wird. Die Diode D14 fängt wie die Diode D1) beim Relais die entstehende Gegen-EMK
auf.
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5) Antrieb Als Antrieb wird ein Gleichstrommotor mit permanent-magnetischer
Erregung verwendet. Der Grund hierfür liegt im hohen 9Mirkungsgrad und im Wegfall
einer Felderzeugung, wodurch die Batterie unnötig belastet würde.
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Patentansprüche: