DE2054501B1

DE2054501B1 - Verfahren und Vorrichtung zum Stillsetzen einer Arbeitswelle in vorbestimmter Winkellage

Info

Publication number: DE2054501B1
Application number: DE2054501A
Authority: DE
Inventors: Heinz 6100 Darmstadt Daab
Original assignee: Quick Rotan Becker and Notz KG
Current assignee: Quick Rotan Becker and Notz KG
Priority date: 1970-11-05
Filing date: 1970-11-05
Publication date: 1971-12-30
Also published as: JPS549266B1; NL162151B; US3761790A; CH528779A; ES395738A1; FR2113634A5; IT939854B; NL162151C; HK10678A; GB1339468A; NL7114265A

Description

Gegensatz zu dem bekannten Verfahren steht, bei dem das Abbremsen nach Erreichen der Abschaltdrehzahl und Ansprechen des Synchronisators ungeregelt verläuft. Dadurch kann die Anhaltegenauig-5 keit trotz Verkürzung des Stillsetzvorgangs durch Wegfall des Verweilens auf der Abschaltdrehzahl weiter verbessert werden.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung kann beim Einleiten des Stillsetzvorganges die Bremse zunächst

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum
Stillsetzen einer Arbeitswelle in vorbestimmter Winkellage mit einem elektrischen Kupplungsmotor, dessen
mit der Arbeitswelle in Triebverbindung stehendes
Kupplungsorgan zwecks Antrieb der Arbeitswelle mit
vorgegebener Arbeitsdrehzahl unter dem Einfluß
eines von der Regelabweichung zwischen gemessener
Istdrehzahl und eingestellter Solldrehzahl beaufschlagten Reglers mit einer ständig angetriebenen Hauptantriebswelle des Kupplungsmotors und/oder mit io voll erregt und erst nach erreichter Teilabbremsung einem Bremswiderlager elektromagnetisch kuppelbar auf den geregelten Bremsvorgang übergegangen werist, und auf eine Vorrichtung zur Durchführung des den. Die Abbremsung setzt in einem solchen Falle mit Verfahrens. voller Kraft ein, um erst in einem späteren Teil

Bekannte Positionierantriebe dieser Art arbeiten — jedoch ohne Verweilen auf einer Zwischendrehzahl allgemein in der Weise, daß die — während des 15 entsprechend der durch die deutsche Auslegeschrift Betriebs gegebenenfalls drehzahlgeregelte — Arbeits- 1 291 014 bekannten Vorrichtung — gemäß einer im welle beim Einleiten des Stillsetzvorganges, von der Drehzahl-Drehwinkel-Diagramm durch Null führenden Arbeitsdrehzahl ausgehend, auf eine vorgegebene, Funktion abzulaufen.

relativ niedrige Abschaltdrehzahl heruntergebremst Der Drehzahlistwert kann aus der Änderungsund dann vom Regler auf der Abschaltdrehzahl ge- 20 geschwindigkeit des Istwinkelmeßwertes abgeleitet halten wird, bis ein mit der Arbeitswelle in Trieb- werden. Statt dessen ist es auch möglich, den Winkelverbindung stehendes, die Soll-Anhaltestellung bestimmendes Schaltglied (der sogenannte Synchronisator) wirksam wird und die Endabbremsung von der
Abschaltdrehzahl auf die Drehzahl Null einleitet 25
(deutsche Auslegeschrift 1 291 014, deutsche Offenlegungsschrift 1 513 773). Der Anhaltevorgang erfolgt
also nicht stetig, sondern stufenweise mit einem
zwischenzeitigen Verweilen auf der Abschaltdrehzahl.
Die Verweildauer der Arbeitswelle auf der Abschalt- 30 welle des Kupplungsmotors und/oder mit einem drehzahl ist in Abhängigkeit von der Winkelstellung, Bremswiderlager elektromagnetisch kuppelbar ist, mit

einem den Eingriff des Kupplungsorgans mit der Hauptantriebswelle und/oder dem Bremswiderlager bestimmenden Regler, der zwecks Antrieb der Arbeitsder Arbeitswelle mit der niedrigen Abschaltdrehzahl 35 welle mit vorgegebener Arbeitsdrehzahl mit einer entspricht. Regelabweichung beaufschlagbar ist, die durch Vergleich eines Drehzahlsollwertes mit einem durch einen Istdrehzahlgeber laufend gemessenen Drehzahl-Istwert erhalten wird, sowie mit einem die vorbestimmte keit, sondern auch in kürzester Zeit auszuführen. 40 Winkellage vorgebenden Sollwinkelgeber, ist erfin-Dies wird verständlich, wenn man berücksichtigt, daß dungsgemäß gekennzeichnet durch ein an den Ist

istwert aus dem Drehzahlistwert zu bestimmen, indem die Impulse eines der Istdrehzahlmessung dienenden Drehzahlistwertgebers aufsummiert werden.

Ein zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens bestimmter Antrieb mit einem elektrischen Kupplungsmotor, der ein mit der Arbeitswelle in Triebverbindung stehendes Kupplungsorgan aufweist, das mit einer ständig angetriebenen Hauptantriebs-

die die Arbeitswelle beim Erreichen der Abschaltdrehzahl gerade einnimmt, mehr oder minder lang. Sie kann einen Wert erreichen, der einer vollen Umdrehung

Bei vielen Anwendungsfällen, so beispielsweise beim Antrieb von Industrienähmaschinen, ist es wesentlich, den Anhaltevorgang nicht nur mit größter Genauig-

Industrienähmaschinen täglich lOOOOmal und mehr geschaltet werden, so daß auch schon geringe Verkürzungen eines einzelnen Anhaltevorgangs von erheblichem Einfluß auf die Produktivität sind.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Stillsetzzeit eines Positionierantriebes zu verkürzen und die Anhaltegenauigkeit zu verbessern.

Diese Aufgabe wird, ausgehend von einem Verfahren der eingangs genannten Art, erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß aus der Ist-Drehzahl der Arbeitswelle kontinuierlich der jeweils bei einem vorgegebenen, unterhalb des maximalen Bremsmoments liegenden Bremsmoment erforderliche Bremswinkel er-

drehzahlgeber angeschlossenes Bremsfunktionsrechenglied, das aus der Istdrehzahl kontinuierlich den bei einem vorgegebenen, unterhalb des maximalen Bremsmoments liegenden Bremsmoment erforderlichen Bremswinkel errechnet, sowie einen an das Bremsfunktionsrechenglied und einen Istwinkelgeber angeschlossenen Vergleicher, der mit dem Regler für den Anhaltevorgang koppelbar ist.

Vorzugsweise werden an einem dem Regler vorgeschalteten zweiten Vergleicher das Ausgangssignal des Bremsfunktion-Istwinkel-Vergleichers sowie das !stund das Solldrehzahlsignal zusammengefaßt, um die den Stillsetzvorgang bestimmende Regelabweichung zu

rechnet wird, daß der Ist-Winkel der Arbeitswelle, 55 bilden. Für die oben erläuterte anfängliche Schnellbezogen auf die vorbestimmte Winkellage bis zur er- abbremsung vor dem Übergang auf den winkelabhänfolgten Stillsetzung, gemessen und mit dem errechneten
Bremswinkel verglichen wird und daß dem Regler die

aus diesem Vergleich und dem Drehzahl-Soll-Istwert-

gig geregelten Bremsvorgang sorgt zweckmäßigerweise ein mit dem Istdrehzahlgeber verbundenes Sperrsteuerglied, das den Ausgang des Bremsfunktionvergleich erhaltene Größe als das Stillsetzen in der 60 Istwinkel-Vergleichers sperrt, solange die Istdrehzahl vorbestimmten Winkellage bewirkende Regelabwei- oberhalb einer vorbestimmten Abschaltdrehzahl liegt, chung aufgedrückt wird.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren ist das Verweilen auf einer niedrigen Abschaltdrehzahl vermieden. Die Arbeitswelle wird vielmehr entsprechend einer vorbestimmten Bremsfunktion in einem Zuge auf Null abgebremst. Der Stillsetzvorgang ist bis zum völligen Anhalten kontinuierlich geregelt, was ebenfalls im

Bis zum Erreichen der Abschaltdrehzahl erfolgt daher das Abbremsen ausschließlich auf Grund des Drehzahl-Sollistwertvergleiches.

Während des Arbeitens mit einer am Solldrehzahlgeber beliebig voreingestellten Arbeitsdrehzahl kann ein unerwünschtes Positionieren in besonders zweckmäßiger Weise durch eine mit dem Solldrehzahlgeber

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verbundene Sperrstufe verhindert werden, die den wird während jeder Umdrehung einmal zurückge-

Ausgang des Bremsfunktion-Istwinkel-Vergleichers stellt.

sperrt, solange die eingestellte Solldrehzahl ungleich Das Bremsfunktionsrechenglied weist vorzugsweise Null ist. Erst wenn der Solldrehzahlgeber zwecks An- einen Operationsverstärker auf, dessen Rückkopphalten der Arbeitswelle in vorbestimmter Winkel- 5 lungsnetzwerk derart ausgelegt ist, daß bei Anlegen stellung auf Null gestellt wird, gibt die Sperrstufe einer Eingangsspannung x(t) am Ausgang des Operaden Ausgang des Bremsfunktion-Istwinkel-Vergleichers tionsverstärkers eine Ausgangsspannung y(t) = e^x + C frei. entsteht.

Dem Regler kann eine Steuerstufe vorgeschaltet Der Bremsfunktion-Istwinkel-Vergleicher und der

sein, die in Abhängigkeit von dem Erreichen der Soll- io dem Regler vorgeschaltete zweite Vergleicher können

haltestellung ein Entregen der Steuerwicklungen des zweckmäßig einen als Summenverstärker ausgelegten

Kupplungsmotors erzwingt. Die Arbeitswelle wird Operationsverstärker aufweisen. Derartige Operations-

dadurch — wie an sich durch die deutsche Offenle- verstärker stehen bekannterweise als preiswerte minia-

gungsschrift 1 513 773 bekannt ist — nach Erreichen turisierte Bausteine hoher Genauigkeit zur Verfü-

der vorbestimmten Winkellage freigegeben und kann, 15 gung.

falls erwünscht, beispielsweise von Hand gedreht In der Praxis stellt sich häufig die Aufgabe, nach

werden. Anhalten der Arbeitswelle in einer ersten Sollhalte-

Für die erfindungsgemäße winkelabhängig geregelte stellung in eine zweite Sollhaltestellung überzugehen, Abbremsung ist die genaue Erfassung des Istwinkels die von der ersten Sollhaltestellung um weniger als bis herab zu sehr niedrigen Drehzahlen von ent- 20 360° entfernt liegt. Für diesen Zweck kann in weiterer scheidender Bedeutung. Diesen Bedingungen wird in Ausgestaltung der Erfindung ein an den Istwinkelhervorragender Weise ein Winkelmeßglied mit einem geber angeschlossenes Steuerglied vorhanden sein, Hallgenerator gerecht, der durch eine mit der Arbeits- mittels dessen der Regler nach Anhalten der Arbeitswelle gekuppelte Magnetscheibe beeinflußt ist, die welle in der ersten Sollhaltestellung mit einem Steuereinen von einem größten zu einem kleinsten Wert 25 signal beaufschlagbar ist, das ein Nachdrehen der kontinuierlich abnehmenden Radius besitzt, der sich Arbeitswelle in die zweite Sollhaltestellung bewirkt. — bei gleicher Umlaufrichtung — vom kleinsten zum Dabei sind vorzugsweise Schaltglieder vorhanden, die größten Wert sprunghaft ändert. Ein solches Winkel- wechselweise den Ausgang des Bremsfunktion-Istmeßglied mißt frequenz- und damit drehzahlunab- winkel-Vergleichers und den Ausgang des der Vorgabe hängig. Infolgedessen kann auch bei kleinen Dreh- 30 der zweiten Sollhaltestellung dienenden Steuergliedes zahlen noch genau und reproduzierbar gemessen sperren, und es sind Programmschaltstufen vorgewerden. Außerdem ist das Winkelmeßglied kontaktlos, sehen, mittels deren diese Schaltglieder derart steuerwas hohe Betriebssicherheit und lange Lebensdauer bar sind, daß dem Anhalten in der zweiten Sollhaltesicherstellt. Die Sprungstelle im Profilverlauf der stellung stets ein Abbremsen der Arbeitswelle auf die Magnetscheibe kann in einfacher Weise zur Markie- 35 erste Sollhaltestellung vorangeht,
rung des Sollanhaltewinkels der Arbeitswelle heran- Der Befehl für den Übergang von der ersten in die gezogen werden, so daß das Winkelmeßglied zugleich zweite Sollhaltestellung kann mittels eines beliebigen die Funktionen eines Istwinkel- und eines Sollwinkel- gesonderten Schaltgliedes gegeben werden. Eine begebers erfüllt. sonders einfache Bedienung des Antriebes wird da-

AIs Istdrehzahlgeber kann grundsätzlich jedes be- 40 durch ermöglicht, daß mittels des Solldrehzahlgebers kannte Drehzahlmeßglied verwendet werden, z. B. auch der Befehl für den Übergang von der ersten in die ein Tachogenerator, der eine drehzahlabhängige zweite Sollhaltestellung auslösbar ist. In einem solchen Spannung oder eine Impulsfolge liefert, deren Impuls- Falle ist zweckmäßig eine zwischen dem Solldrehzahlfolgefrequenz durch die Drehzahl bestimmt ist. In geber und dem Regler liegende Sperrstufe vorgesehen, besonders vorteilhafter weiterer Ausgestaltung der 45 die eine Beeinflussung des Reglers durch das Ausgangs-Erfindung kann aber zur Drehzahlmessung auch der signal des Solldrehzahlgebers während des Laufs der Istwinkelgeber, insbesondere das vorstehend ge- Arbeitswelle von der ersten in die zweite Sollhaltenante Hallgenerator-Winkelmeßglied, in der Weise stellung verhindert.

mit ausgenutzt werden, daß als Istdrehzahlgeber ein Die Genauigkeit des vorstehend erwähnten, mit Rechenglied vorgesehen ist, das die Istdrehzahl aus 50 einem Hallgenerator versehenen Winkelmeßgliedes dem gemessenen Istwinkel errechnet. Da die Drehzahl kann dadurch weiter erhöht werden, daß Vergleicherdas Zeitdifferential des Drehwinkels ist, kann das die stufen vorhanden sind, die den Kleinstwert und den Istdrehzahl aus dem Istwinkel bestimmende Rechen- Höchstwert der vom Hallgenerator abgegebenen Hallglied grundsätzlich eine Differentiationsstufe beliebiger spannung mit Referenzspannungen vergleichen, sowie bekannter Ausführung sein. Nun führt eine unmittel- 55 daß Regelglieder vorgesehen sind, die in Abhängigkeit bare Differentiation aber leicht zu regeltechnischen von diesem Vergleich die Hallspannungskieinst- und Unstabilitäten. Diese lassen sich vermeiden, wenn -höchstwerte auf die Referenzwerte einregeln,
gemäß einer Weiterbildung der Erfindung das die Weitere Ausgestaltungen und Anwendungsmöglich-Istdrehzahl auf dem Istwinkel bestimmende Rechen- keiten der Erfindung ergeben sich aus der folgenden glied zwei hintereinandergeschaltete Operationsver- 60 Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele. In stärker aufweist, von denen der erste als Summen- den Zeichnungen stellt dar

verstärker und der zweite als Integrator geschaltet ist F i g. 1 ein Prinzipschaltbild einer erfindungsgemäß

und die derart rückgekoppelt sind, daß bei Anlegen aufgebauten Anordnung,

einer Eingangsspannung x(t) am Ausgang des Summen- F i g. 2 ein Prinzipschaltbild einer abgewandelten

Verstärkers eine Ausgangsspannung 65 Ausführungsform der Erfindung,

_v(t\ = χ A- hv (vat Fig. 3 ein schematisches Schaltbild einer weiteren

J abgewandelten Ausführungsform der Erfindung,

entsteht. Dabei hat b gegen 1 zu gehen; der Integrator F i g. 4 und 5 ein Funktionsschema bzw. ein Prinzip-

schaltbild einer bevorzugten Ausführungsform des Bremsfunktionsrechengliedes,

F i g. 6 und 7 ein Funktionsschema bzw. ein Prinzipschaltbild einer bevorzugten Ausführungsform des zur Ermittlung der Istdrehzahl aus dem Istwinkel verwendeten Rechengliedes,

F i g. 8 einen Schnitt eines bevorzugten Winkelmeßgliedes,

F i g. 9 eine Draufsicht auf die Polbleche des Winkelmeßgliedes nach F i g. 8,

F i g. 10 in größerem Maßstab einen Teilschnitt des Winkelmeßgliedes entlang der Linie X-X der F i g. 11,

F i g. 11 in größerem Maßstab einen Teilschnitt entlang der Linie XI-XI der F i g. 10,

F i g. 12 in größerem Maßstab eine Ansicht des Meßkopfes des Winkelmeßgliedes nach den F i g. 8 bis 11, von unten gesehen,

F i g. 13 den Verlauf des von dem Winkelmeßglied nach den F i g. 8 bis 12 abgegebenen Istwinkelsignals und

F i g. 14 eine Stabilisierungsschaltung für das Winkelmeßglied nach den F i g. 8 bis 12.

Das Bremsverhalten eines Kupplungsmotors ist im Einzelfalle bekannt oder kann in einfacher Weise empirisch ermittelt werden. Im allgemeinen verhalten sich Kupplungsmotoren derart, daß bei Anlegen einer konstanten Spannung an die Bremswicklung der Kupplung ein konstantes Abbremsmoment auf die Arbeitswelle ausgeübt wird. Bezeichnet man mit w den Drehwinkel und mit η die Drehzahl der Arbeitswelle sowie mit m die abzubremsende Masse, dann gilt für das abbremsende Drehmoment

M = m

= m

^aJL dt

U)

35

Da die Masse m konstant ist, wird für ein konstantes Bremsmoment M auch

dt

= const.

(2)

40

Andererseits gilt

w = fndt =

Aus den Gleichungen 2 und 3 folgt

(3)

(4)

Das heißt, zwischen dem Bremswinkel und der Drehzahl besteht bei konstantem Bremsmoment ein quadratischer Zusammenhang. Ein bekanntes, konstantes Bremsmoment vorausgesetzt, kann nach dieser quadratischen Beziehung also jedem Drehzahlwert ein Bremswinkel zugeordnet werden.

Es versteht sich, daß eine entsprechende Zuordnung auch bei einem anderen als einem konstanten Bremsmomentverlauf möglich ist. Im folgenden sei der Einfachheit halber jedoch von einem konstanten Bremsmoment ausgegangen.

Das erfindungsgemäße Prinzip besteht nunmehr im wesentlichen darin, daß mittels eines in Abhängigkeit von der bekannten Bremscharakteristik des Kupplungsmotors ausgelegten Rechengliedes während des Stillsetzvorganges zu jedem gemessenen Istdrehzahlwert der Bremswinkel errechnet wird, der errechnete

55

60 Bremswinkel mit dem auf die Sollhaltestellung bezogenen, ebenfalls ständig gemessenen Istwinkel verglichen wird und einem in an sich bekannter Weise die Erregung der Brems- und/oder der Kupplungswicklung des Kupplungsmotors steuernden Regler die aus dem Vergleich zwischen Bremswinkel und Istwinkel ermittelte Größe zusammen mit einer aus einem Drehzahl-Soll-Istwertvergleich erhaltenen Größe als Regelabweichung aufgedrückt wird. Dadurch wird die Arbeitswelle gezwungen, entsprechend der von dem Rechenglied vorgegebenen Bremswegfunktion in die Sollhaltestellung einzulaufen. Dieser Einlauf wird praktisch bis zum Erreichen der Sollhaltestellung ständig überwacht. Damit kann eine theoretisch unbegrenzt hohe Anhaltegenauigkeit erzielt werden. In der Praxis wird die Genauigkeit nur durch die Genauigkeit der benutzten Baukomponenten, insbesondere der Winkelgeber, begrenzt. Der Auslegung des Bremsfunktionsrechengliedes ist nicht das maximale Bremsmoment, sondern ein Bremsmoment zugrunde zu legen, das um einen gewissen, eine Regelung auch in Richtung stärkerer Abbremsung zulassenden Betrag unterhalb des maximalen Bremsmomentes liegt. Andernfalls wären beim Abbremsen entsprechend der errechneten Bremsfunktion keine Regelabweichungen zu beherrschen, die momentan eine Erhöhung des ausgeübten Bremsmomentes erfordern.

F i g. 1 zeigt eine schematische Blockdarstellung eines erfindungsgemäß aufgebauten Positionierantriebes. Der insgesamt bei 1 angedeutete Kupplungsmotor weist eine ständig mit maximaler Drehzahl rotierende Motorwelle 2 auf, die eine Schwungscheibe 3 trägt. Auf einer Abtriebswelle 4 sitzen eine Kupplungsscheibe 5 und eine Abtriebsriemenscheibe 6. Durch Betätigen einer Kupplungswicklung 7 kann die Kupplungsscheibe 5 mit der Schwungscheibe 3 in Eingriff gebracht werden. Durch Erregen einer Bremswicklung 8 läßt sich die Kupplungsscheibe 5 gegen ein Bremswiderlager 9 anpressen. Neben dieser Form des Kupplungsmotors sind auch Kupplungsmotoren bekannt (deutsche Offenlegungsschrift 1 613 346) und im Rahmen vorliegender Erfindung verwendbar, die eine geteilte Kupplungsscheibe aufweisen, mittels deren die Abtriebswelle gegebenenfalls gleichzeitig mit der Schwungscheibe und dem Bremswiderlager in mehr oder minder starken Eingriff gebracht werden kann. Die Wicklungen 7, 8 werden mittels eines Reglers 10 gesteuert.

Ein Drehzahlmeßglied 11 mißt ständig die Istdrehzahl einer von der Abtriebswelle 4 des Kupplungsmotors 1 aus angetriebenen, nicht veranschaulichten Arbeitswelle. Mittels eines Gebers 12 ist die Solldrehzahl der Arbeitswelle einstellbar. Die Ausgangssignale des Drehzahlmeßgliedes 11 und des Gebers 12 werden in einem Vergleicher 13 miteinander verglichen. Der Differenzwert wird dem Eingang des Reglers 10 zugeführt. Die insoweit beschriebene Anordnung ist bekannt (deutsche Offenlegungsschrift 513 773). Sie arbeitet in der Weise, daß der Regler 10 über den Kupplungsmotor 1 für einen Antrieb der Arbeitswelle mit der am Geber 12 eingestellten Solldrehzahl sorgt.

Erfindungsgemäß ist an das Drehzahlmeßglied 11 ein Rechenglied 14 angeschlossen, das in Abhängigkeit von dem ihm zugeführten Istdrehzahlsignal ein Ausgangssignal abgibt, das kennzeichnend für den Bremswinkel ist, der zum Stillsetzen der Arbeitswelle unter Anwendung eines unterhalb des maximalen Brems-

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moments liegenden Bremsmoments erforderlich ist. wird sichergestellt, daß während eines ersten Teiles Beispielsweise kann der Auslegung des Rechen- des Anhaltevorganges die Bremswicklung 8 auf Grund gliedes 14 ein Bremsmoment zugrunde gelegt werden, der großen Differenz zwischen den Ausgangssignalen das bei einer vorbestimmten Teilerregung der Brems- der Glieder 11,12 unabhängig vom Ausgangssignal wicklung 8 erzielt wird. Das Ausgangssignal des 5 des Vergleichers 16 voll erregt wird. Erst wenn die Rechengliedes 14 wird zusammen mit dem Ausgangs- Istdrehzahl auf eine vorbestimmte Drehzahl abgesignal eines Winkelmeßgliedes 15 an einen Ver- fallen ist, spricht das Steuerglied 18 an und öffnet das gleicher 16 angelegt. Das Winkelmeßglied 15 mißt Gatter 17, worauf die weitere Abbremsung geregelt in ständig den Winkel, den die Arbeitswelle bis zum Abhängigkeit sowohl von dem Drehzahl-Soll-Istwert-Erreichen der Sollanhaltestellung noch zurückzulegen io vergleich als auch von dem Vergleich zwischen dem hat. Im Vergleicher 16 wird dieser auf die Sollhalte- gemessenen Istwinkel und dem errechneten Bremsstellung bezogene Istwinkel mit dem vom Rechenglied winkel erfolgt. Dadurch wird ohne Verminderung der 14 bestimmten, bei der jeweiligen Drehzahl erforder- Anhaltegenauigkeit die Dauer des Anhaltevorgangs liehen Bremswinkel verglichen. Das Ausgangssignal weiter herabgesetzt,
des Vergleichers 16 liegt am Vergleicher 13 an. 15 Das Gatter 19 ist während des Anhaltevorganges

Die beschriebene Schaltungsanordnung arbeitet wie aufgesteuert, so daß das Ausgangssignal des Verfolgt : Sobald die Arbeitswelle angehalten werden soll, gleichers 13 zum Regler 10 gelangen kann. Sobald der wird der Drehzahlgeber 12 auf Null gestellt. Gleich- Istwinkel mit dem berechneten Bremswinkel übereinzeitig werden die Schaltungsteile 14, 15, 16 wirksam stimmt, d. h. die Sollanhaltestellung erreicht ist, vergemacht. Für diesen Zweck kann beispielsweise ein 20 schwindet auf der Leitung 20 das Entsperrsignal für nicht veranschaulichtes, zwischen dem Ausgang des das Gatter 19. Das Gatter 19 sperrt. Der Regler 10 Vergleichers 16 und dem Eingang des Vergleichers 13 wird abgeschaltet. Beide Wicklungen 7, 8 werden liegendes Gatter aufgesteuert werden, so daß das stromlos. Die Abtriebswelle des Kupplungsmotors Ausgangssignal des Vergleichers 16 zum Vergleicher 13 und damit die Arbeitswelle sind infolgedessen in der gelangen kann. Zunächst ist die Abweichung der Ist- 25 Anhaltestellung sowohl von der Schwungscheibe als drehzahl von der eingestellten Solldrehzahl Null groß. auch vom Bremswiderlager gelöst, was in vielen Dem Regler 10 wird dadurch über den Vergleicher 13 Fällen zweckmäßig ist. Wird der erfindungsgemäße ein Signal aufgedrückt, das eine Erregung der Brems- Antrieb beispielsweise für Industrienähmaschinen wicklung 8 bewirkt. Es erfolgt eine kräftige Abbrem- verwendet, wird die Nähmaschinenwelle — wie bereits sung der Abtriebswelle 4 des Kupplungsmotors und 30 bekannt (deutsche Offenlegungsschrift 1 513 773) — in infolgedessen auch der damit in Antriebsverbindung der Anhaltestellung freigegeben und kann, falls erstehenden Arbeitswelle. Je näher sich die Istdrehzahl wünscht, am Handrad verstellt werden,
der eingestellten Drehzahl Null nähert, desto stärkeren Bei Antrieben der vorliegend betrachteten Art ist es Einfluß gewinnt das Ausgangssignaides Vergleichers 16 häufig erforderlich, nach dem Bremsen der Arbeitsauf die Steuerung des Reglers 10. Dadurch wird die 35 welle in einer ersten Position in eine zweite Position Arbeitswelle auf die durch die Auslegung des Rechen- überzugehen, die weniger als 360° von der ersten gliedes 14 vorgegebene Bremsfunktion gezogen und Position entfernt ist. Zum Beispiel soll bei Industrieüber den Regler 10 entsprechend dieser Funktion ge- nähmaschinen oft in der untersten Nadelstellung angeregelt abgebremst, bis sowohl die Ausgangssignale der halten und dann auf die oberste Nadelstellung überGlieder 11, 12 als auch die Ausgangssignale der 40 gegangen werden, oder umgekehrt. Das heißt, die Glieder 14,15 einander gleich und damit die Regel- Arbeitswelle, in diesem Fall die Nähmaschinenwelle, abweichung am Ausgang des Vergleichers 13 zu Null soll, nachdem sie, ausgehend von der Arbeitsdrehzahl, geworden ist. in der ersten Position abgebremst worden war, um

F i g. 2 zeigt das Schaltschema einer aus der An- 180° in die zweite Position nachgedreht werden. Eine Ordnung nach F i g. 1 weiterentwickelten Stillsetz- 45 dafür geeignete Ausführungsform der Erfindung ist automatik. Dabei sind von dem Kupplungsmotor 1 in F i g. 3 schematisch dargestellt. Bei der Anordnung der Einfachheit halber nur die Kupplungs- bzw. nach F i g. 3 finden sich sämtliche Baugruppen der in Bremswicklungen 7, 8 veranschaulicht. Zusätzlich zu F i g. 2 veranschaulichten Anordnung wieder, mit der den Komponenten nach F i g. 1 weist die Anordnung Ausnahme, daß neben dem Winkelmeßglied 15 kein nach F i g. 2 ein zwischen dem Ausgang des Ver- 5° davon unabhängiges Drehzahlmeßglied entsprechend gleichers 16 und dem Eingang des Vergleichers 13 dem Drehzahlmeßglied 11 vorhanden ist, sondern der liegendes Gatter 17, ein mit dem Ausgang des Dreh- jeweilige Istdrehzahlwert mittels einer Differentiationszahlmeßgliedes 11 verbundenes Steuerglied 18, mittels stufe 24 aus dem Ausgangssignal des Winkelmeßwelchem das Gatter 17 geöffnet und gesperrt werden gliedes 15 abgeleitet wird. Der Vergleicher 13 weist kann, sowie ein zwischen dem Ausgang des Ver- 55 einen Summenverstärker 26 auf. Zusätzlich sind eine gleichers 13 und dem Eingang des Reglers 10 liegendes P2-Schaltung 27, zwischen dem Gatter 17 bzw. der Gatter 19 auf, das über eine Leitung 20 in Abhängig- P2-Schaltung 27 und dem Summenverstärker liegende, keit von dem Ausgangssignal des Vergleichers 16 zum Vergleicher 13 gehörende Pl- bzw. P2-Freigabegesteuert wird. stufen 28, 29, eine dem Drehzahlgeber 12 nachge-

Bei der normalen Arbeitsdrehzahl der Arbeitswelle 60 schaltete Sperrstufe 30, zwei Flip-Flops 31, 32, eine

sperrt das Gatter 17 den Durchgang des Ausgangs- monostabile Kippschaltung 33, eine UND-Schaltung

signals vom Vergleicher 16 zum Eingang des Ver- 34 und ein zeitverzögert ansprechendes Schaltglied 35

gleichers 13. Das Gatter 17 wird über das Steuer- vorhanden.

glied 18 erst geöffnet, wenn die vom Drehzahlmeß- Das Winkelmeßglied 15 liefert eine Sägezahnspan-

glied 11 bestimmte Istdrehzahl der Arbeitswelle wäh- 65 nung, deren Amplitude, ausgehend von einer der

rend des Anhaltevorganges auf einen durch die Aus- Position 1 entsprechenden Winkelstellung, linear an-

legung des Steuergliedes 18 vorgegebenen Wert abge- steigt und nach einer Drehung der Arbeitswelle um

fallen ist. Durch die Verwendung der Glieder 17,18 360° von einem Höchstwert auf den Ausgangswert

9 10

zurückfällt (F i g. 13). Eine besonders zweckmäßige zunächst nur das noch verhältnismäßig hohe Istdreh-Ausführungsform eines derartigen Winkelmeßgliedes zahlsignal und das Solldrehzahlsignal Null an. Der ist weiter unten in Verbindung mit den F i g. 8 bis 14 Regler 10 sorgt für eine volle Erregung der Bremsnäher erläutert. Der Drehzahlgeber 12 liefert eine der wicklung 8. Die Arbeitswelle wird unabhängig vom Solldrehzahl der Arbeitswelle analoge Gleichspannung 5 Ausgangssignal des Vergleichers 16 mit maximalem vorbestimmter Polarität. Mittels des Drehzahlgebers 12 Bremsmoment rasch heruntergebremst. Ist die Istdrehkann zugleich der Befehl für den Übergang von der zahl auf die vorbestimmte Abschaltdrehzahl abgefallen, Position 1 in die Position 2 gegeben werden. Dieser spricht das Steuerglied 18 an, und das Gatter 17 wird Befehl hat beispielsweise die Form einer Gleichspan- entsperrt. Über die weiterhin aufgesteuerte Pl-Freinung entgegengesetzter Polarität. io gabestufe 28 gelangt das aus dem Istwinkelsignal und

Die Schaltungsanordnung arbeitet wie folgt: Die dem Bremsfunktionssignal gebildete Differenzsignal Arbeitswelle befinde sich zunächst in Ruhestellung. zum Summenverstärker 26. Dem Drehzahl-Sollist-Wird nunmehr der Drehzahlgeber 12 in der einen wertvergleich wird infolgedessen das Istwinkel-Brems-Richtung verstellt, entsteht am Ausgang des Dreh- winkelvergleichssignal überlagert, was eine Schwäzahlgebers eine Gleichspannung, deren Amplitude 15 chung der Erregung der Bremse zur Folge hat. Die die Solldrehzahl der Arbeitswelle bestimmt. Das Soll- weitere Abbremsung erfolgt winkelabhängig geregelt drehzahlsignal läuft über die in diesem Betriebs- entsprechend der vom Rechenglied 14 vorgegebenen zustand entsperrte Sperrstufe 30 zu dem Eingangel Bremswegfunktion. Sobald das Istdrehzahlsignal und des Flip-Flops 31. Das Flip-Flop 31 wird eingestellt das Ausgangssignal des Vergleichers 16 Null geworden und gibt über eine Leitung 38 ein Entsperrsignal an 20 sind, ist die Position Pl erreicht. Die Arbeitswelle das Gatter 19, so daß Signale vom Summenverstärker steht still.

26 zum Regler 10 gelangen können. Das mit dem Das Schaltglied 35 ist so ausgelegt, daß es ein

Solldrehzahlsignal angesteuerte Flip-Flop 32 sperrt Ausgangssignal abgibt, wenn an seinem Eingang das über die Leitung 40 die P2-Freigabestufe 29. Von der der Position Pi entsprechende Istwinkelsignal eine /^-Schaltung 27 kann infolgedessen kein Signal zum 25 größere als eine vorbestimmte Zeitspanne anliegt. Summen verstärker 26 laufen. Die P 1-Freigabestiife 28 Diese Zeitspanne ist so bemessen, daß das Schaltwird über die Leitung 41 entsperrt, doch ist dies wegen glied 35 beim Überlaufen der Positional während der Sperrung des Gatters 17 zunächst ohne Einfluß auf des Rotierens der Arbeitswelle mit Arbeitsdrehzahl den Funktionsablauf. sowie während des Abbremsens nicht anzusprechen

Das Solldrehzahlsignal gelangt außerdem zum 30 vermag. Nachdem jetzt aber die Arbeitswelle in der Summenverstärker 26. Da die Arbeitswelle zunächst Position Pl stillgesetzt ist, wird das Schaltglied 35 noch stillsteht, ist das von der Differentiationsstufe 24 betätigt. Es gibt ein Signal an den Eingang el des an den Summenverstärker 26 gegebene Istdrehzahl- Flip-Flops 31. Das Flip-Flop 31 wird zurückgestellt, signal noch gleich Null. Das infolgedessen große wodurch über die Leitung 38 das Gatter 19 gesperrt Differenzsignal am Ausgang des Verstärkers 26 ge- 35 wird. Der Regler 10 wird dadurch vom Vergleicher 13 langt über das Gatter 19 zum Regler 10 und beeinflußt abgetrennt. Kupplungs- und Bremswicklung 7. 8 sind diesen in der Weise, daß die Kupplungswicklung 7 entregt. Die Arbeitswelle kann, falls erwünscht, von unter Strom kommt. Die Abtriebswelle 4 des Kupp- Hand frei gedreht werden.

lungsmotors wird mit der Motorwelle 2 gekuppelt; Wird nunmehr der Drehzahlgeber 12 in entgegen-

die Arbeitswelle wird beschleunigt. Das Solldrehzahl- 40 gesetzter Richtung verstellt, geht über die noch entsignal sperrt gleichzeitig über die Leitung 39 das sperrte Sperrstufe 30 ein Steuersignal entgegengesetzter Gatter 17, wodurch zunächst verhindert wird, daß Polarität an das Flip-Flop 32. Das Flip-Flop 32 wird der Vergleicher 13 mit dem Ausgangssignal des eben- umgestellt und stößt mittels des an seinem Ausgang^ 1 falls als Summenverstärker ausgebildeten Vergleichers erscheinenden Ausgangssignals die monostabile Kipp-16 beaufschlagt wird. Infolge des Umlaufens der Ar- 45 schaltung 33 an. Am Ausgang der Kippschaltung 33 beistwelle liefert das Winkelmeßglied 15 für jeden Um- erscheint ein Ausgangssignal für eine Zeitspanne, die lauf der Arbeitswelle eine von einem Kleinstwert bis größer als die Zeitdauer ist, die zum Verdrehen der zu einem Höchstwert linear ansteigende Spannung, Arbeitswelle von der Position 1 in die Position 2 erderen Anstiegsgeschwindigkeit durch Differenzieren forderlich ist. Dieses Ausgangssignal stellt das Flipin der Differentiationsstufe 24 ermittelt und als Ist- 50 Flop 31 am Eingang e2> erneut ein, wodurch über die drehzahlsignal im Summenverstärker 26 mit dem Soll- Leitung 38 das Gatter 19 entsperrt wird. Gleichzeitig drehzahlsignal verglichen wird. Sobald die am Ausgang wird über die Leitung 42 die Sperrstufe 30 gesperrt, des Summenverstärkers 26 erscheinende Differenz so daß vom Drehzahlgeber 12 kein Signal zum Verzwischen dem Soll- und dem Istdrehzahlsignal zu Null gleicher 13 gelangen kann. Das am Ausgang A1 des wird, ist der Drehzahlsollwert erreicht und schaltet 55 Flip-Flops 32 erscheinende Ausgangssignal entsperrt der Regler 10 die Kupplungswicklung 7 wieder ab. In über die Leitung 40 die />2-Freigabestufe 29. Die EntAbhängigkeit von dem Ausgangssignal des Summen- sperrung der Pl-Freigabestufe 28 wird aufgehoben. Verstärkers 26 hält der Regler 10 die Arbeitswelle auf Vom Vergleicher 16 kann kein Signal zum Summender eingestellten Solldrehzahl oder zieht die Arbeits- verstärker 26 gelangen.

welle im Falle einer Verstellung des Drehzahlgebers 12 60 Die /^-Schaltung 27 vergleicht das Istwinkelsignal auf einen neuen Drehzahlsollwert nach. des Winkelmeßgliedes 15 mit einer Bezugsspannung Üb·

Das Anhalten aus der Arbeitsdrehzahl in der Posi- Solange das Istwinkelsignal kleiner als die Bezugstion Pl wird dadurch eingeleitet, daß am Drehzahl- spannung ist, geht an den Vergleicher 13 ein Signal, geber 12 der Drehzahlsollwert auf Null gestellt wird. das ein Erregen der Kupplungswicklung 7 bewirkt. Dadurch verschwindet das Sperrsignal auf der Lei- 65 Die Arbeitswelle beginnt, sich erneut zu drehen, tung 39. Das Gatter 17 bleibt jedoch unter dem Sobald das Istwinkelsignal den Wert der Bezugs-Einfluß des Steuergliedes 18 vorläufig noch weiter spannung Ub erreicht hat, gibt die P2-Schaltung über gesperrt. Infolgedessen liegen am Summen verstärker 26 die P2-Frei gabestufe 29, den Summenverstärker 26

und das Gatter 19 einen Bremsbefehl an den Regler 10. Die Arbeitswelle wird abgebremst und in der Position Pl festgehalten.

Sobald die monostabile Kippschaltung 33 in die Ruhestellung zurückkehrt, wird das Flip-Flop 31 wieder zurückgestellt. Das Gatter 19 wird gesperrt, der Regler 10 vom Ausgang des Summen Verstärkers 26 abgetrennt. Beide Wicklungen 7, 8 werden stromlos. Zur Vorbereitung eines neuen Arbeitsspiels wird die Sperrung der Pl-Freigabestufe 28 und der Sperrstufe 30 aufgehoben; die Pl-Freigabestufe 29 wird wieder gesperrt.

Die UND-Schaltung 34 stellt sicher, daß das Flip-Flop 32 erst umgestellt werden kann, nachdem zuvor die Arbeitswelle in der Position Pl angehalten worden war. Dadurch wird erreicht, daß dem Positionieren in der Position Pl immer ein Positionieren in der Position P\ vorausgehen muß.

Wie oben gezeigt (Gleichungen 1 bis 4), besteht bei konstantem Bremsmoment ein quadratischer Zusammenhang zwischen Bremswinkel und Drehzahl. Die Quadratbildung ist jedoch schaltungsmäßig verhältnismäßig kompliziert. Die quadratische Funktion

/r

kann angenähert werden durch

Diese Gleichung läßt sich unter Verwendung eines rückgekoppelten Operationsverstärkers 45 gemäß F i g. 4 darstellen. Weil bei einer in Durchlaßrichtung betriebenen Germaniumdiode die bekannte Diodengleichung gilt, nach der die an der Diode anliegende Spannung proportional dem Logarithmus des durch die Diode fließenden Stromes minus dem Logarithmus des Sperrsättigungsstromes ist, kann das Rückkopplungsnetzwerk 46 nach F i g. 4 gemäß dem Schaltschema nach F i g. 5 durch einen Widerstand 47 und eine Germaniumdiode 48 in einfacher Weise realisiert werden.

Auch die mittels der Differentiationsstufe 24 erfolgende Differentiation des Istwinkelsignals erfolgt vorzugsweise nach einem Näherungsverfahren, weil die unmittelbare Differentiation leicht zu Unstabilitäten im Regelkreis führt. Es kann leicht gezeigt werden, daß die Gleichung

- ^dx

dt
ausgedrückt werden kann durch

y = χ

■by-Jy dt,

(6)

(7)

wenn b gegen 1 geht. Die Gleichung 7 kann durch zwei Operationsverstärker gemäß F i g. 6 dargestellt werden, von denen der erste (49) als Summenverstärker und der zweite (50) als Integrator geschaltet ist. Die Realisierung der Prinzipschaltung nach F i g. 6 erfolgt nach dem Schaltschema gemäß F i g. 7.

Für ein einwandfreies Funktionieren der Schaltungsanordnungen nach den F i g. 1, 2 und 3 ist die genaue Erfassung des Istwinkels von besonderer Bedeutung. Das Winkelmeßglied 15 spielt infolgedessen im Rahmen des Gesamtgerätes eine entscheidende Rolle. Im Hinblick auf Betriebssicherheit und hohe Lebensdaue^r soll das Winkelmeßglied kontaktlos sein. Es soll ferner zu jeder Winkelstellung unabhängig von der jeweiligen Drehzahl einen genau reproduzierbaren analogen Spannungswert liefern. Ein Winkelmeßglied, das diese Forderungen in hervorragender Weise erfüllt, ist in den F i g. 8 bis 12 veranschaulicht. Das Winkelmeßglied weist einen Drehkörper 60 auf, der auf das eine Ende der nicht veranschaulichten Arbeitswelle aufgesteckt und mittels einer Stellschraube gehalten wird, die in eine Gewindebohrung 61 des Drehkörpers 60 eingeschraubt ist. Auf den in F i g. 8 rechten, einen verringerten Durchmesser aufweisenden Teil des Drehkörpers 60 ist ein Kugellager 62 aufgezogen, dessen Außenring in einem stillstehenden Gehäuseteil 63 sitzt. An dem Gehäuseteil 63 ist mittels Schrauben 64 ein insgesamt mit 65 bezeichneter Meßkopf befestigt.
Der Meßkopf 65 weist ein Winkelblech 66 auf, mit dem isolierende Platten 67, 68 (F i g. 10 bis 12) verbunden sind. Zwischen den Platten 67, 68 sitzen vier hakenförmige Anschlußkontakte 69, mit deren durch Ausnehmungen der Platte 68 hindurchreichenden kurzen Schenkeln 70 die Kontaktfahnen 71 eines HaIlgenerators 72 verlötet sind. Der Hallgenerator 72 sitzt zwischen den abgebogenen Endteilen 73,74 zweier magnetisch leitender Meßstreifen 75, 76. Die Meßstreifen 75, 76 sind nebeneinanderliegend radial mit Bezug auf die Achse der Arbeitswelle bzw. des Drehkörpers 60 ausgerichtet. Das Winkelblech 66 trägt an der von den Platten 67,68 abliegenden Seite eine U-förmige äußere Abschirmung 78 sowie eine umgekehrt U-förmige innere Abschirmung 79, die gegenüber der äußeren Abschirmung 78 um 90° gedreht ist.

Die Breite der inneren Abschirmung 79 entspricht im wesentlichen dem gegenseitigen Abstand der voneinander abgewendeten Außenkanten der Meßstreifen 75,76. In den Raum zwischen den Schenkeln der äußeren Abschirmung 78 einerseits sowie den Schenkeln der inneren Abschirmung 79 und den Meßstreifen 75, 76 andererseits reichen zwei Polbleche 80, 81. Diese sind mittels einer Schraube 82 zwischen je einem Isolierstück 83 bzw. 84 und magnetisch leitenden Ringen 85 bzw. 86 eingeklemmt und drehen sich gemeinsam mit dem Drehkörper 60 und damit auch gemeinsam mit der Arbeitswelle. Zwischen den Ringen 85,86 sitzt ein axial gepolter ringförmiger Dauermagnet 87. Die Polbleche 80, 81 haben die aus F i g. 9 ersichtliche Form. Ihre Außenkante bildet eine Spirale, die die Bedingung

dw

= const.

dr

erfüllt, wenn mit r der Radius der Spirale bezeichnet wird. Die Ringe 85, 86 bilden eine Ummantelung für den Magneten 87, die verhindert, daß die Polbleche 80, 81 in die Sättigung kommen, die den Streufluß stark herabsetzt und die durch ihren definierten magnetisehen Widerstand die Feldstärke an den Polen festlegt. Mittels des Hallgenerators 72 und der Meßstreifen 75, 76 wird der magnetische Fluß zwischen den Polblechen 80, 81 im Bereich der Meßstreifen 75, 76 gemessen. Wegen der in F i g. 9 dargestellten Form der Polbleche ist dieser Fluß und damit auch die vom Hallgenerator 72 abgegebene Spannung proportional dem Drehwinkel des mit der Arbeitswelle auf Drehung verbundenen Drehkörpers 60. Am Ausgang des Hall-

generators entsteht eine Spannung gemäß F i g. 13. Es versteht sich, daß durch Einjustieren der Winkelstellung des Drehkörpers 60 mit Bezug auf die Arbeitswelle der Sollhaltewinkel (bzw. bei der Anordnung nach F i g. 3 die Position Pi) in einfacher Weise vorgegeben werden kann.

Als Drehzahlgeber 12 kann ohne weiteres eine Anordnung verwendet werden, die mit dem zuvor beschriebenen Winkelmeßglied 15 übereinstimmt, mit der Ausnahme, daß der Drehkörper 60 nicht mit der Arbeitswelle, sondern mit einem von Hand oder Fuß betätigbaren Stellorgan verbunden ist. Ein anderer, ebenfalls kontaktloser Drehzahlgeber, der sich für die vorliegenden Zwecke eignet, ist in einer älteren Anmeldung der Anmelderin vorgeschlagen werden.

F i g. 14 zeigt das Hallgenerator-Winkelmeßglied 15 nach den F i g. 8 bis 12 in Verbindung mit einer Stabilisierungsschaltung, die die im Rahmen der Erfindung besonders wichtige Istwinkelbestimmung weiter verbessert.

Wie erläutert, liefert das Winkelmeßglied 15 eine zwischen einem niedrigsten Wert U₀ und einem höchsten Wert U₁ (F i g. 13) linear ansteigende sägezahnförmige Spannung. Mittels der Schaltungsanordnung nach F i g. 14 werden die Spannungswerte U₀ und U₁, die beispielsweise OVoIt bzw. +6 Volt betragen, konstant gehalten, wodurch auch die zwischen diesen Extremwerten liegende Gerade exakt bestimmt ist. Für diesen Zweck werden die am Ausgang eines Operationsverstärkers 90 erfaßten Spannungswerte U₀ und U₁ auf Integratoren mit großen Zeitkonstanten gegeben, die im wesentlichen von einem Widerstand 91, einer Diode 92 und einem Kondensator 93 bzw. einer Diode 94 und einem Kondensator 95 gebildet werden. Die Ausgangsspannungen der Integratoren werden mit Referenzspannungen verglichen, von denen die eine das Massepotential darstellt und die andere von einer Zenerdiode 96 vorgegeben wird. Mittels der Regelabweichung des Spannungswertes U₁ wird über Transistoren 97, 98 und einen Widerstand 99 der Arbeitspunkt des Operationsverstärkers 90 entsprechend beeinflußt. Die Regelabweichung des Spannungswertes U₀ verändert über Transistoren 100, 101 und 102 den Hallgeneratorstrom. Steht z. ß. an der Diode 94 während einer längeren Zeitspanne eine positive Spannung an. was bedeutet, daß die Verstärkung zu gering ist, wird über die drei Transistoren 100.101.102 der Hallgeneratorstrom erhöht. Die Anordnung nach F i g. 14 erlaubt es, alle Temperatur- und Bauteilevariablen auszuschalten.

Gemäß einer abgewandelten Ausführungsform der Erfindung kann die Istdrehzahl der Arbeitswelle in bekannter Weise (deutsche Auslegeschrift ί 243 264) auch mit Hilfe eines Drehzahlmeßtachos bestimmt werden. Ein derartiger an sich bekannter (deutsche Auslegeschrift 1 243 264) Tachogenerator weist beispielsweise eine mit der Abtriebswelle 4 des Kupplungsmotors 1 auf Drehung verbundene Dauermagnetscheibe auf. deren Mantelfläche eine abwechselnde Folge von magnetischen Nord- und Südpolen bildet. Der Dauermagnetscheibe steht eine auf einen Magneten gewickelte Spule gegenüber, in der eine Spannung induziert wird, deren Amplitude und Frequenz im wesentlichen proportional zur Drehzahl der Abtriebswelle 4 ist.

In einem solchen Falle kann aus der so gemessenen Istdrehzahl der Istwinkel mittels einer dem Tachogenerator nachgeschalteten Integrationsstufe abgeleitet werden, die die Impulse des Tachogenerators aufsummiert und die mittels eines der Vorgabe des Sollhaltewinkels dienenden Synchronisators während jeder Umdrehung der Arbeitswelle einmal zurückgestellt wird. Der Synchronisator kann dabei die in der deutschen Offenlegungsschrift 1 763 657 beschriebene Form haben. Der Vorteil eines Drehzahlmeßtachos liegt in einer sehr hohen, störsicheren Ausgangsspannung, die dem Regler unmittelbar als Istwert zugeführt werden kann. Bei Benutzung eines Synchronisators gemäß der deutschen Offenlegungsschrift 1 763 657 können bei jedem Umlauf der Arbeitswelle an einem Hallgenerator reproduzierbare Spannungsimpulse für die gewünschte Sollanhaltestellung abgenommen werden.

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Stillsetzen einer Arbeitswelle in vorbestimmter Winkellage mit einem elektrischen Kupplungsmotor, dessen mit der Arbeitswelle in Triebverbindung stehendes Kupplungsorgan zwecks Antrieb der Arbeitswelle mit vorgegebener Arbeitsdrehzahl unter dem Einfluß eines von der Regelabweichung zwischen gemessener Istdrehzahl und eingestellter Solldrehzahl beaufschlagten Reglers mit einer ständig angetriebenen Hauptantriebswelle des Kupplungsmotors und/ oder mit einem Bremswiderlager elektromagnetisch kuppelbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß aus der Istdrehzahl der Arbeitswelle kontinuierlich der jeweils bei einem vorgegebenen, unterhalb des maximalen Bremsmoments liegenden Bremsmoment erforderliche Bremswinkel errechnet wird, daß der Istwinkel der Arbeitswelle, bezogen auf die vorbestimmte Winkellage bis zur erfolgten Stillsetzung, gemessen und mit dem errechneten Bremswinkel verglichen wird und daß dem Regler die aus diesem Vergleich und dem Drehzahl-Soll-Istwertvergleich erhaltene Größe als das Stillsetzen in der vorbestimmten Winkellage bewirkende Regelabweichung aufgedrückt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß beim Einleiten des Stillsetzvorganges die Bremse zunächst voll erregt und erst nach erreichter Teilabbremsung auf den geregelten Bremsvorgang übergegangen wird.

3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Drehzahlistwert aus der Änderungsgeschwindigkeit des Istwinkelmeßwertes abgeleitet wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Winkelistwert durch Aufsummieren der von einem der Istdrehzahlmessung dienenden Istdrehzahlgeber abgegebenen Impulse bestimmt wird.

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Regler abgeschaltet wird, nachdem die Arbeitswelle in der vorbestimmten Winkellage stillgesetzt ist.

6. Antrieb zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche mit einem elektrischen Kupplungsmotor, der ein mit der Arbeitswelle in Triebverbindung stehendes Kupplungsorgan aufweist, das mit einer ständig angetriebenen Hauptantriebswelle des Kupplungsmotor und/oder mit einem Bremswiderlager

elektromagnetisch kuppelbar ist, mit einem den Eingriff des Kupplungsorgans mit der Hauptantriebswelle und/oder dem Bremswiderlager bestimmenden Regler, der zwecks Antrieb der Arbeitswelle mit vorgegebener Arbeitsdrehzahl mit einer Regelabweichung beaufschlagbar ist, die durch Vergleich eines Drehzahlsollwertes mit einem durch einen Istdrehzahlgeber laufend gemessenen Drehzahlistwert erhalten wird, sowie mit einem die vorbestimmte Winkellage vorgebenden Sollwinkelgeber, gekennzeichnet durch ein an den Istdrehzahlgeber (11, 24) angeschlossenes Bremsfunktionsrechenglied (14), das aus der Istdrehzahl kontinuierlich den bei einem vorgegebenen, unterhalb des maximalen Bremsmoments liegenden Bremsmoment erforderlichen Bremswinkel errechnet, sowie einen an das Bremsfunktionsrechenglied und einen Istwinkelgeber (15) angeschlossenen Vergleicher (16), der mit dem Regler (10) für den Anhaltevorgang koppelbar ist.

7. Antrieb nach Anspruch 6, gekennzeichnet durch einen dem Regler (10) vorgeschalteten zweiten Vergleicher (13), der mit dem Ausgangssignal des Bremsfunktion-Istwinkel-Vergleichers (16) sowie mit dem Ist- und dem Solldrehzahlsignal beaufschlagbar ist.

8. Antrieb nach Anspruch 6 oder 7, gekennzeichnet durch ein mit dem Istdrehzahlgeber (11, 24) verbundenes Sperrsteuerglied (17, 18), das den Ausgang des Bremsfunktion-Istwinkel-Vergleichers (16) sperrt, solange die Istdrehzahl oberhalb einer vorbestimmten Abschaltdrehzahl liegt.

9. Antrieb nach einem der Ansprüche 6 bis 8, gekennzeichnet durch eine mit dem Solldrehzahlgeber (12) verbundene Sperrstufe (17), die den Ausgang des Bremsfunktion-Istwinkel-Vergleichers (16) sperrt, solange die eingestellte Solldrehzahl ungleich Null ist.

10. Antrieb nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß dem Regler (10) eine Steuerstufe (19) vorgeschaltet ist, die in Abhängigkeit von dem Erreichen der Sollhaltestellung ein Entregen der Steuerwicklungen (7, 8) des Kupplungsmotors (1) erzwingt.

11. Antrieb nach einem der Ansprüche 6 bis 10, gekennzeichnet durch ein Winkelmeßglied (15) mit einem Hallgenerator (72), der durch eine mit der Arbeitswelle gekuppelte Magnetscheibe (80, 81) beeinflußt ist, die einen von einem größten zu einem kleinsten Wert kontinuierlich abnehmenden Radius besitzt, der sich — bei gleicher Umlaufrichtung — vom kleinsten zum größten Wert sprunghaft ändert.

12. Antrieb nach einem der Ansprüche 6 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß als Istdrehzahlgeber ein Rechenglied (24) vorgesehen ist, das die Istdrehzahl aus dem gemessenen Istwinkel errechnet.

13. Antrieb nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß das die Istdrehzahl aus dem Istwinkel errechnende Rechenglied (24) zwei hintereinandergeschaltete Operationsverstärker (49, 50) aufweist, von denen der erste als Summenverstärker und der zweite als Integrator geschaltet ist und die derart rückgekoppelt sind, daß bei Anlegen einer Eingangsspannung x(t) am Ausgang des Summenverstärkers (49) eine Ausgangsspannung

y(t) = x + by-fydt
entsteht.

14. Antrieb nach einem der Ansprüche 6 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß das Bremsfunktionsrechenglied (14) einen Operationsverstärker (45) aufweist, dessen Rückkopplungsnetzwerk (46) derart ausgelegt ist, daß bei Anlegen einer Eingangsspannung x(t) am Ausgang des Operationsverstärkers eine Ausgangsspannung y(t) = e^x + C entsteht.

15. Antrieb nach einem der Ansprüche 6 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß der Bremsfunktion-Istwinkel-Vergleicher (16) ein als Summenverstärker ausgelegter Operationsverstärker ist.

16. Antrieb nach einem der Ansprüche 7 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß der dem Regler (10) vorgeschaltete zweite Vergleicher (13) einen als Summenverstärker ausgelegten Operationsverstärker aufweist.

17. Antrieb nach einem der Ansprüche 6 bis 16, gekennzeichnet durch ein an den Istwinkelgeber (15) angeschlossenes Steuerglied (27), mittels dessen der Regler (10) nach Anhalten der Arbeitswelle in einer ersten Sollhaltestellung mit einem Steuersignal beaufschlagbar ist, das ein Nachdrehen der Arbeitswelle in eine zweite Sollhaltestellung bewirkt.

18. Antrieb nach Abspruch 17, gekennzeichnet durch Schaltglieder (28, 29, 31, 32), die wechselweise den Ausgang des Bremsfunktion-Istwinkel-Vergleichers (16) und den Ausgang des der Vorgabe der zweiten Sollhaltestellung dienenden Steuergliedes (27) sperren.

19. Antrieb nach Anspruch 18, gekennzeichnet durch Programmschaltstufen (33, 35), mittels deren die Schaltglieder (28, 29, 31, 32) derart steuerbar sind, daß dem Anhalten in der zweiten Sollhaltestellung stets ein Abbremsen auf die erste Sollhaltestellung vorangeht.

20. Antrieb nach einem der Ansprüche 17 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß mittels des Solldrehzahlgebers (12) auch der Befehl für den Übergang von der ersten in die zweite Sollhaltestellung auslösbar ist.

21. Antrieb nach Anspruch 20, gekennzeichnet durch eine zwischen dem Solldrehzahlgeber (12) und dem Regler (10) liegende Sperrstufe (30), die eine Beeinflussung des Reglers durch das Ausgangssignal des Solldrehzahlgebers während des Laufs der Arbeitswelle von der ersten in die zweite Sollhaltestellung verhindert.

22. Antrieb nach Anspruch 11, gekennzeichnet durch Vergleicherstufen, die den Kleinstwert und den Höchstwert der vom Hallgenerator (72) abgegebenen Hallspannung mit Referenzspannungen vergleichen, sowie durch Regelglieder, die in Abhängigkeit von diesem Vergleich die Hallspannungskleinst- und höchstwerte auf die Referenzwerte einregeln.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen 109 553/160