DE2358716C3 - Schaltung zur Rückstellung eines drehbar gelagerten Teils - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Schaltung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Aus der US-PS 30 74 279. Fig. 1, ist bereits eine Schaltung der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 beschriebenen Art bekannt. Durch eine derartige Rückstellschaltung wird auf das drehbar gelagerte Teil, dessen Drehung einer Meßgröße entspricht, eine der durch die Meßgröße bedingten Auslenkung entgegengerichtete Kraft ausgeübt. Dabei wird ein erheblicher Teil des auftretenden Fehlers durch die Haftreibung an den Lagerstellen des drehbar gelagerten Teils hervorgerufen.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, den Einfluß der Haftreibung auf die Bewegung des drehbar gelagerten Teils zu vermeiden und die Lagerreibung auf ein Mindestmaß herabzusenken.

Ausgehend von der Erkenntnis, daß der Einfluß der Haftreibung durch eine Zitterbewegung des drehbar gelagerten Teils ausgeschaltet werden kann, wird diese Aufgabe, ausgehend von der bekannten Schaltung, durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 enthaltenden Merkmale gelöst

ίο Hierbei kann nach Bedarf der Widerstandswert des variablen Widerstandes so eingestellt werden, daß eine Zitterbewegung des drehbar gelagerten Teils hervorgerufen wird.

Bevorzugte Weiterbildungen und Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Schaltung sind Gegenstand der Lnteransprüche 2 bis 9.

Anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele wird die Erfindung näher erläutert Es zeigt

2Q F i g. 1 das Blockschaltbild einer Schaltung, bei der eine elektronische Zitterschaltung in Verbindung mit einem Servobeschleuniguiigsrnesser nach der US-PS 30 74 279 angewendet wird;

F i g. 2 das Blockschaltbild einer Schaltung, bei der eine Zitterschaltung in Verbindung mit einem photoelektrischen Abtaster in einem Beschleunigungsmesser nach der US-PS 32 95 378 verwendet wird, und

F i g. 3 einen ausführlichen Schaltplan eines Beschleunigungsmessers nach Fig. 1.

In F i g. 1 ist das Blockschaltbild einer sogenannten Zitterschaltung in ^verbindung mit einem Servobeschleunigungsmesser gemäß der US-PS 30 74 279 dargestellt. Wie in dieser US-PS beschrieben ist, besteht ein solcher Servobeschleunigungsmesser aus einem auslenkbaren System 10 mit Rückstellkraft sowie einem Abtaster 11. Das auslenkbare System 10 mit Rückstellkraft umfaßt eine Rückstellspule 13, die dazu dient, das bewegbare Element in eine Nullstellung zurückzustellen. Der Abtaster 11 erfaßt die Stellung des ausgelenkten Systems; sein Ausgang is: an ev.i^n Oszillator 14 angeschlossen. Der Ausgang des Oszillators 14 ist mit einem Detektor 16 verbunden, dessen Ausgangssignal durch einen Funktionsverstärker 17 verstärkt wird. Der Ausgang des Funktionsverstärkers 17 ist über einen Widerstand 18 und einen Kondensator 19 auf seinen Eingang rückgekoppelt. Der Ausgang des Verstärkers 17 ist ferner über eine Rückstellspule und eine Parallelschaltung aus einem Widerstand Rl und einen Kondensator Q nach Masse geführt, die dazu dienen, eine Phasenvoreilung zu erzielen, damit ein gedämpfter Servostromkreis besteht Eine sogenannte Zitterschaltung 21 ist vorgesehen und dient dazu, die Stabilität in der Rückkopplung des Verstärkers 17 aufzuheben. Ferner ist eine Zeitschaltung 22 vorgesehen, die zur Steuerung der Rückkehr der Dämpfung des Servostromkreises dient. Sobald elektrische Leistung auf den Servobeschleunigungsmesser gegeben wird, beginnt die Zeitschaltung 22 mit der Zeitsteuerung. Während dieses gesteuerten Zeitintervall·; ist die Zitterschaltung in Betrieb und bildet einen Nebenwiderstand mit geringem Widerstand parallel zum Rückkopplung^-Widerstand 18.

Unter der Wirkung einer Beschleunigung wird eine auf das auslenkbare System 10 wirkende Kraft erzeugt, die versucht, eine Auslenkung hervorzurufen. Wenn eine Auslenkung stattfindet, dienen der Oszillator 14, der Detektor 16 und der Verstärker 17 als Stellungsfehlerdetektor und Servoverstärker und erzeugen ein

schnell ansteigendes Rückkopplungssignal, das einen Strom durch die Rückstellspule 13 liefert. Die Zitterschaltung 21 hebt die Dämpfung für einen vorbestimmten Zeitraum auf, was bewirkt, daß der geschlossene Servostromkreis instabi! wird und schwingt Die Zeitschaltung 22 ermöglicht, daß die Zitterschaltung 21 allmählich die Nebenschließung des Rückkopplungswiderstandes 18 vermindert und dadurch den Servostromkreis wieder stabilisiert Nach einer vorbestimmten Zeitdauer erlischt daher die Schwingung, und der Servostromkreis wird wieder für den normalen Betrieb angemessen gedämpft. Weitere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und der Funktion des ausführlich in F i g. 3 dargestellten Schaltplanes.

Fig.2 zeigt ein weiteres Blockschaltbild einer Zitterschaltung in Verbindung mis. einem photoelektrischen Abtaster gemäß der US-PS 32 95 378.

Wie in diesem US-Patent beschrieben wird, besteht diese Anordnung aus dem auslenkbaren System 10 mit Rückstellkraft in dem die Stellung des auslenkbaren Elemenies von einem phoioeiekirischen Abtaster 27 erfaßt wird. Der Ausgang des photoeleiwrischen Abtasters 27 ist mit einem Verstärker 17 verbunden, dessen Ausgangssignal der Rückstellspule 13 sowie über einen Lastwiderstand Rl Masse zugeführt wird. Eine Phasenvoreilungsschaltung 31 ist vorgesehen, die aus zwei in Reihe geschalteten Widerständen 32 und 33 besteht, die an der Verbindungsstelle zwischen den zwei Widerständen über einen Widerstand 34 und einen Kondensator 36 an Masse gelegt sind. Diese Schaltung 31 hat den Zweck, ein Dämpfungssignal bzw. eine Veränderung der Übertragungsfunktion zu erzeugen, damit eine Dämpfung für den Servostromkreis erhalten wird. Diese Schaltung bewirkt, daß die Verstärkung bei hohen Frequenzen wesentlich höher als die Verstärkung bei niedrigen Frequenzen ist. Die Wirkungsweise der Phasenvoreilungs-Schaltung bzw. Rückkopplungsschaltung wird durch einen Kondensator 19 in Reihe mit der Rückkopplungsschaltung bei der Frequenz Null erhöht, so daß der · erstärker mit größter Verstärkung bei Servo-Ausgleich mit Null-Frequenz und mit gesteuerter Verstärkung arbeitet, wobei die Steuerung durch die Schaltung parallel zum Verstärker und den Kondensator 19 erfolgt, der bei höheren Frequenzen als beispielsweise 10 Hz als Kurzschluß wirkt. Daher arbeitet die Schaltung dann für Frequenzen oberhalb von 10 Hz und bewirkt eine gesteuerte Verstärkung in diesem mittleren Bandbereich, die als Plateauverjtärkung bezeichnet werden kann. Der nebengeschlossene Teil Widerstand-Kondensator-Masse der Schaltung bewirkt, daß die Rückkopplung parallel zum Verstärker mit steigender Frequenz vermindert wird und daß daher die Gesamtverstärkung des Verstärkers mit der Frequenz ansteigt. Fine Änderung der Verstärkung mit der Frequenz erzeugt eine Phasenvoreilungs-Charakteristik im gesamten Stromkreis des Servobeschleunigungsmessers und erzeugt auf diese Weise eine Phasenvoreilungs-Charakteristik, die am größten in der Mitte der ansteigenden Kurve der Übertragungsfunktion ist. Die Zitterschaltung 21 kann in dargestellter Weise aus einem Veränderbaren Widerstand in Form einer Photozelle bestehen, Wenn die Zitterschaltung 21 parallel zur Phasenvoreilungs-Schaltung 31 geschaltet ist, vermeidet sie den Anstieg in der Verstärkungscharakteristik der Phasenvoreilungsschaltung und vermindert die Gesamtverslärkung des Servostromkreises wesentlich, indem sie direAt parallel zur Phasenvoreilungs-Schaltung einen Nebenwiderstand mit niedrigem Widerstand bildet Diese Aufhebung der Phasenvoreilung und Hinzufügung einer größeren Fhasennacheilung macht den Servostromkreis instabil und bewirkt, daß er zu schwingen anfängt Die Zeitschaltung 22 bewirkt daß der Widerstand der Photozelle allmählich ansteigt, wodurch die volle Funktionsfähigkeit des Servostromkreises allmählich wieder hergestellt wird.
Fig.3 zeigt einen verhältnismäßig ausführlichen

ίο Schaltplan einer elektronischen Zitterschaltung in Venwendung bei einem photoelektrischen Abtaster.

Die eiektromechanische Anordnung 46, von der nur ein Teil in F i g. 3 schematisch dargestellt ist kann im wesentlichen herkömmlicher Art sein, wie sie beispielsweise in der US-PS 32 95 278 beschrieben ist Diese Anordnung hat die Form eines Drehmomenterzeugers herkömmlicher Bauart, wie beispielsweise ein Drehspulgalvanometer und besteht aus einer rechteckigen Drehspule 47 mit Spiralfedern 48, die mit der Drehspule 47 verbunden sind und dieser einen Rückstellstrom zuführen können. Die Drehspule wirr' ^n gegenüberliegenden Enden von zwei Lagern 49 drehbar getragen, die je aus Stein und Zapfen bestehen. Ein innerhalb der Drehspule angeordneter Magnet 51 hat die Form eines zylindrischen Körpers und ist so magnetisiert dali sein Nord- urd Südpol mit der Achse der Drehspule 47 einen Winkel von 90° einschließen. Eine (magnetische) Rückführung ist in Form eines Zylinders 52 vorgesehen, innerhalb dessen der magnetische zylindrische Körper

so 51 angeordnet ist.

An der mit einer Rückstellkraft beaufschlagten Drehspule 47 ist eine Fahne 56 angebracht die sich zusammen mit der Drehspule 47 bewegen kann. Die Fahne 56 ist so angeordnet, daß sie den Lichtdurchgang von einem Paar lichtemittierender Elemente, wie beispielsweise lichtemittierenden Dioden LED 1 und LED2, steuern kann. Das Licht von den lichtemittierenden Dioden LEDX und LED 2. das an der Fahne 56 vorbeigelangt, wird von geeigneten photoclektri-.chen Fühlern, wie beispielsweise Phototransistoren PTX und PT2. erfaßt.

W^nn sich die Fahne 56 in ihrer ursprünglichen Ruhestellung befindet, beleuchtet das von den Dioden LEDX und LED2 ausgesandte Licht in gleicher Weise die Phototransistoren PTX und PT2, so daß die in Fig.3 dargestellte Schaltung sich im Gleichgewichtszustand befindet.

Wenn eine äußere Kraft auf das System wirkt, was beispielsweise der Fall ist, wenn das System beschleunigt wird, bewegt sich die Fahne 56. Eine Bewegung in einer Richtung bewirkt eine stärkere Bestrahlung des Phototransistors PT2 sowie eine geringere Bestrahlung des Phototransistors PTi, was von einem entsprechenden Arsfieg des Kollektorstromes von PT2 und einem entsprechenden Abfall des Kollektorstromes in PTX begleitet ist. Die zwd Phototransistoren PTX und /T2 sind — wie dargestellt — in Reihe geschaltet und die Verbindungsstelle von Emitter und Kollektor wirkt als Summierstelle 57 für die unausgeglichenen Kollektor-

M) ströme. Dieser unausgeglichene bzw. Reststrom wird über einen Leiter 59 auf den inversen Eingang 59 eines herkömmlichen Funktionsverstärkers 61 gegeben. Der Funktionsverstärker 17 dient als Servovers'tärker für die Schaltung. Der Ausgang des Funktionsverstärkers 17

hi wird einem Anschluß 63 zugeführt, der mit einem Zusatzverstärker 64 verbunden ist, der aus einem npn-Transistor 66 und einem pnp-Transistor 67 besteht, die in dargestellter Weise miteinander verbunden sind.

Die Emitter der Transistoren 66 und 67 sind in Reihe geschaltet und gemeinsam mit einem Ende eines Widerstandes 68 verbunden, der mit dem Ausgangsanschluß 63 des Funktionsverstärkers 17 sowie der jeweiligen Basis der zwei Transistoren 66 und 67 verbunden ist. Der Widerstand 68 dient als Strompfad und leitet jegliche Streuung vom Kollektor zur Basis der Transistoren ab und verhindert dadurch jedes unerwünschte Einschalten der Transistoren 66 und 67, wenn nur eine geringe oder gar keine Leistungsabgabe erforderlich ist Der Ausgang des Zusatzverstärkers 64 wird von der Verbindungsstelle der Emitter der Transistoren 66 und 67 über einen Leiter 71 zu einer Seite der Drehspule 47 mit Rückstellkraft geleitet. Die Drehspule 47 ist über eine Lastschaltung 76 angeschlossen. Die Lastschaltung 76 ist elektrisch an Masse und an den direkten Eingang 77 des Funktionsverstärkers 17 über eine Leitung 78 angeschlossen. Der Leiter 78 ist zwischen den Spannungsquellen Bl und B 2 angeschlossen.

Es ist eine Einrichtung vorgesehen, die das System zu dem Zeitpunkt instabil macht, zu dem dem System durch Schließen von Schaltern 79 Leistung zugeführt wird, die die Instabilität für einen vorbestimmten Zeitraum aufrechterhält und die es ermöglicht, daß die Instabilität während eines vorbestimmten Zeitraumes allmählich abklingt, damit Haftung im Lagersystem in im folgenden beschriebener Weise aufgehoben werden kann. Dieses System umfaßt den Funktionsverstärker 17, die Drehspule 47 mit Rückstellkraft und die elektromechanische Anordnung 46, die dem auslenkbaren System der Fig. 1 und 2 entspricht Dem Operationsverstärker 17 ist eine zusätzliche Rückkopplungseinrichtung zugeordnet, die dazu dient, diese Instabilität in das System einzuführen, indem ein Dämpfungssignal bzw. eine Änderung in der Übertragungsfunktion des Funktionsverstärkers hervorgerufen wird, damit eine Dämpfung für den Servostromkreis erhalten wird. Diese Dämpfung wird erreicht, indem im Nebenschluß zum Rückkopplungsleiter 58 ein Kondensator 19 in Reihe mit einem Widerstand 82 in einem Leiter 83 angeordnet werden. Der Kondensator 19 in Reihe mit der Rückkopplungsleitung zum Anschluß des Funktionsverstärkers 17 hebt die gesamte Rückkopplung bei Null-Frequenz auf, so daß der Funktionsverstärker 17 bei Servoangleichung mit Null-Frequenz mit größter Verstärkung arbeitet und mit gesteuerter Verstärkung arbeitet, die von der Schaltung parallel zum Verstärker gesteuert wird, nachdem der Kondensator 19 bei einer höheren Frequenz, wie beispielsweise 10 Hz, kurzgeschlossen ist Die Schaltung arbeitet dann für Frequenzen oberhalb von 10 Hz in der Weise, daß sie eine Rückkopplung zum Funktionsverstärker 17 liefert und eine gesteuerte Verstärkung in einem mittleren Bandbereich bewirkt, die als Plateauverstärkung bezeichnet werden kann.

Dies bedeutet mit anderen Worten, daß der nebengeschlossene Weg über Widerstand und Kondensator an Masse, der einen Teil der Rückkopplungsschaltung bildet, über den Kondensator 19 und den Widerstand 82 bewirkt, daß die Rückkopplung parallel zum Funktionsverstärker 17 vermindert wird, wenn die Frequenz ansteigt so daß dadurch die Gesamtverstärkung des Funktionsverstärkers 17 mit der Frequenz auf einen neuen Wert ansteigt, der am Hochfrequenzende dzs Frequer.zspektrums ungefähr 5 ma! größer ist als die Verstärkung bei beispielsweise 120 Hz. Diese Änderung der Verstärkung mit der Frequenz erzeugt eine Phasenvoreilungscharatkeristik im gesamten Stromkreis des Servosystems, wodurch eine Phasenvoreilungscharakteristik erzeugt wird, die einen Größtwert in der Mitte der ansteigenden Kurve der Übertragungsfunktion hat. Somit besteht beim Übergang von einer niedrigen Plateauverstärkung zu einer wesentlich höheren Verstärkung bei hohen Frequenzen, die — wie bereits angeführt wurde — beispielsweise 5 mal größer sein kann, eine Steigung von 6 db je Oktave, die die zwei Verstärkunjjsniveaus verbindet, in der Mitte dieser Steigung, d< h. auf halber Höhe der Steigung wird die größte Phasenvoreilung erreicht. Diese größte Phasenvoreilung ist so eingestellt, daß sie auf den nominellen Ruheservostromkreis mit null dB abgestimmt ist, so daß beim normalen Betrieb des Servostromkreises größte Stabilität erreicht ist

Wenn die sog. Zitterschaltung mit ihrer aktivierten lichtemititerenden Diode 85 und ihrer Photozelle 72 parallel zur Phasenvoreilungssch3ltung31 geschaltet ist, verhindert sie wirksam den Anstieg in der Verstärkungscharakteristik der Phasenvoreilungsschaltiing und vermindert die Gesamtverstärkung des Servostromkreises wesentlich, indem sie direkt parallel zur Phasenvoreilungsschaltung einen Nebenwiderstand mit geringem Widerstand bildet. Die Phasenvoreilungsschaltung 31 besteht hier aus einer Reihenschaltung von zwei Widerständen mit gleichem Wert, von denen der eine der Widerstand 82 und der andere ein Widerstand 84 ist sowie einem weiteren Widerstand 86 und einem Kondensator 87, die in Reihe geschaltet sind und an einen Punkt zwischen den zwei Widerständen 82 und 84 an den Leiter 83 angeschlossen sind. Diese Widerstände und Kondensatoren erzeugen den zuvor beschriebenen Anstieg in der Verstärkungscharakteristik. Die Dämpfung durch den Anstieg der Verstärkung wird verhindert, indem ein Widerstand mit niedrigem Betrag in Form der Photozelle 72 verwendet wird, die in dem Leiter vom Ausgang des Verstärkers zum Rückkopplungsleiter 88 liegt der zu der Verbindungsstelle von Kondensator 19 und Widerstand 82 führt. Die Wirkung der Photozelle 72 wird im folgenden beschrieben. Der niedrige Widerstand der Photozelle 72, den diese hat, wenn die lichtemittierende Diode 85 aktiviert ist, verhindert wirksam die Dämpfungscharakteristik der Phasenvoreilungsschaltung und hebt dadurch die Phasenvoreilung auf und bewirkt zusätzlich eine zusätzliche Phasenverzögerung, die in Verbindung mit dem in Serie geschalteten Kondensator 19 wirkt der sich dicht am Eingang 59 des Funktionsverstärkers 17 liegt Diese Aufhebung der Phasenvoreilung und die

so Hinzufügung einer stärkeren Phasenverzögerun» erzeugt eine Instabilität des Servostromkreises, so daß dieser nicht mehr ausreichend gedämpft ist Dadurch wird der Servostromkreis vollständig instabil und geht in Schwingungen über. Dies führt dazu, daß der Funktionsverstärker 17 ein oszillierendes Ausgangssignal erzeugt das der Drehspule 47 mit Rückstellkraft zugeführt wird, was wiederum eine oszillierende Bewegung der Drehspule hervorruft wodurch eine entsprechende Bewegung der Zapfen in den Lagern

en bewirkt wird. Somit erfolgt in der Lager-Zapfen-Grenzfläche eine Schwingung mit der Frequenz, bei der der Servostromkreis in Resonanz ist Dies vermindert die Reibung, bei der es sich in der Regel um Haftreibung handelt zwischen den Zapfen und den Lagern

<■'· wesentlich.

Wenn die Zeitschaltung für die Zitterschaltung das Ende des Steuerzyklus erreicht wird der Strom in der lichtemittierenden Diode 85 allmählich vermindert

wodurch die Lichtabgabe vermindert wird. Dies bewirkt, daß der Widerstand der Photozelle 72 allmählich ansteigt, was wiederum zur Folge hat, daß de? Servostromkreis in seinen normalen Betriebszustand zurückgebracht wird, so daß die PhasenVoreilungsschaltung 31 wieder in Aktion tritt und voll funktionsfähig wird, wodurch die Stabilität des Servo^ Stromkreises wieder hergestellt wird. Daher nehmen die Schwingungen im Servostromkreis allmählich ab, bis der Servostromkreis für den normalen Betrieb ausreichend gedämpft ist.

Wie bereits erwähnt wurde, ist es erforderlich, die stabilisierende Phasenvoreilung, die im System besteht, aufzuheben, um den Servostromkreis in Schwingungen zu versetzen. Eine Anzahl verschiedener Möglichkeiten B kann angewendet werden, um diesen Bereich der Phasenvoreilung des Servosystems zu beseitigen, um zu erreichen, daß der Servostromkreis instabil wird und in Schwingungen gerat, um auf diese weise das sog. Zittern zu erzeugen, das bei der vorliegenden Erfindung so außerordentlich nützlich ist. Wie bereits weiter oben erläutert wurde, wird dies durch den Kondensator 19 erreicht, der zusätzlich mehrere andere Funktionen hat. Der Kondensator 19 dient dazu, bei Gleichstrom bzw. Null-Frequenz maximale Verstärkung zu liefern. Er trennt die Phasenvoreilungsschaltung 31 wirksam, solange niedrige Frequenzen auftreten. Ferner vermeidet der Kondensator 19 einen Nebenschluß der Phasenvoreilungsschaltung 31, während er gleichzeitig das Ausmaß der Phasenverzögerung erhöht. Auf diese Weise wird zusätzlich dazu, daß die Phasenvoreilung aufgehoben wird, die Phasenverzögerung erhöht. Von besonderem Nutzen ist die Verwendung einer Photozel-Ie parallel zur Phasenvoreilungsschaltung, da dies sowohl zu einer weiteren Phasenverzögerung als auch zu einer Aufhebung der Phasenvoreilung führt. Ohne den Kondensator 19 würde die Photozelle lediglich die Phasenvoreilung aufheben, jedoch keine Phasenverzögerung hinzufügen.

Es wird jedoch darauf hingeweisen, daß es nicht unbedingt erforderlich ist, daß der Kondensator 19 vorgesehen ist. Es ist möglich, daß das Servosystem auch ohne eine Phasenvoreilungsschaltung in Schwingungen geraten kann. Dies wäre der Fall, wenn der Servostromkreis mehr als zwei Zeitkonstanten hätte, was zu einer Instabilität des Servostromkreises ohne eine Phasenvoreilungsschaltung führen würde, so daß der Servostromkreis allein durch Verwendung einer Photozelle in Schwingungen versetzt werden könnte. Die Verwendung eines Kondensators, wie beispielsweise des Kondensators 19, ist jedoch vorzuziehen, weil der Kondensator den doppelten Vorteil mit sich bringt, daß er größte Verstärkung bei Gleichstrom liefert und die Fähigkeit hat, eine Phasenverzögerung aufzubauen, sobald das Zittern begonnen wird.

In diesem Zusammenhang ist es von Vorteil, daß alle Photowiderstände eine sehr begrenzte Bandbreite haben und dazu neigen, aufgrund ihrer eigenen Phasenverzögerung Servosysteme zum Schwingen zu bringen. Der Photowiderstand dient als veränderbares Steuerelement Ein solches veränderbares Steuerelement kann jedes elektronische Element sein, das über eine Spannung oder einen Strom steuerbar ist; derartige Elemente umfassen bipolare und Feldeffekt-Transistoren sowie Flächenhalbleiter und Metalloxidhalbleiter. Photowiderstände in Form von Photozellen sind besonders zufriedenstellend, da es sich bei ihnen praktisch um einen linearen Widerstand handelt, dessen Wert durch die Lichtmenge steuerbar ist. Da eine Photozelle ein lineares Schaltungselement ist, kann ihr Betrieb sowie ihre Wirkungsweise leicht analysiert werden, so daß die Photozelle einfach als Teil eines Steuersystems verwendbar ist.

Zwischen den Ausgang des Funktionsverstärkers 17 und den Leiter 58 ist ein Kondensator 90 geschaltet, der dazu dient, den Betrieb des Funktionsverstärkers 17 bei hoher Verstärkung für den Funktionsvefstärker 17 zu stabilisieren.

Zwei Kondensatoren 91 und 92 sind einerseits mit dem Leiter 78 sowie andererseits mit den Leitern 93 bzw. 94 verbunden und dienen dazu, den Funktionsverstärker 17 vor externen Störungen auf den Stromzuführungsleitungen zu schützen. Wie aus der Zeichnung ersichtlich ist, ist der Leiter 94 an —28 V Gleichstrom angeschlossen, der über den Schalter 79 von einer Spannungsquelle geliefert wird, die durch die Batterie B 2 realisiert ist. Der Leiter 95 ist über den Schalter 79 an +28V Gleichstrom angeschlossen, der von einer Spannungsquelle geliefert wird, die durch eine Batterie B1 realisiert ist.

Es ist ein Spannungsregler vorgesehen, der den Phototransistoren PTi und PT2 eine geregelte Spannung zuführen kann. Dieser Spannungsregler besteht aus einem Widerstand 96, der mit einem Ende an den Leiter 93 angeschlossen ist und dessen anderes Ende mit zwei in Reihe geschalteten Zenerdioden 97 und 98 verbunden ist, die den Phototransistoren PTX und PT2 die Bezugsspannung zuführen. Wie aus Fi g. 3 ersichtlich ist, ist die Verbindungsstelle des Widerstandes 96 mit der Zenerdiode 97 über einen Leiter 99 mit dem Kollektor des Phototransistors PTi verbunden. Das andere Ende der Zenerdiode 97 ist mit der Leitung 78 verbunden, die den Massebezugspunkt sowohl für den Signalausgang als auch die Spannungszufuhren bildet. Das andere Ende der Zenerdiode 98 ist mit einem Ende der in Reihe geschalteten lichtemittierenden Dioden LED 1 und LED 2 verbunden, während das andere Ende der lichteniittierenden Dioden LED 1 und LED2 mit dem Kollektor eines Stromreglers vom Emitter-Folge-Typ in Form eines Transistors 101 verbunden ist Der Kollektorstrom des Transistors wird von einem Emitterwiderstand 102 gesteuert, der mit dem Leiter 94 verbunden ist Dieser Kollektorstrom ist auch der Strom, der durch die lichtemittierenden Dioden LEDi und LED 2 fließt Außer mit den lichtemittierenden Dioden LEDi und LED 2 ist die andere Seite der Zenerdiode 98 auch mit dem Emitter des Phototransistors PT2 verbunden.

Die Zeitschaltung 22 gibt das Zittersignal während eines vorbestimmten Zeitraumes von beispielsweise 900 Millisekunden auf den Servostromkreis auf. Das Zittersignal wird durch die Zeitschaltung 22 automatisch beendet, nachdem die vorbestimmte Zeitraum verstrichen ist Wie in Fig.3 dargestellt ist, kann die Zeitschaltung 22 in Form eines einfachen 7?C-Ladekreises realisiert sein, der aus einem Kondensator 107 besteht, der so ausgwählt ist daß er die gewünschte Zeitverzögerung liefert Ein Ende des Kondensators ist mit dem Leiter 93 für +28 V verbunden, während das andere Ende mit der Basis eines Transistors 108 verbunden ist dessen Emitter mit der Basis eines weiteren Transistors 109 verbunden ist Der Emitter des Transistors 109 ist mit einem Ende eines Widerstandes 111 verbunden, und das andere Ende des Widerstandes 111 ist mit einer Seite einer Zenerdiode 112 verbunden, die an den —28 V Gleichstromleiter angeschlossen ist

Die Kollektoren der zwei Transistoren 108 und 109 sind miteinander und mit einem Leiter 113 verbunden. Die Transistoren 108 und 109 sind so verbunden, daß sie einen Darlington-Verstärker bilden.

Der Leiter 113 ist mit der Zitterschaltung 21 verbunden, die eine lichtemittierende Diode 85 umfaßt, wobei das andere Ende der lichtemittief enden Diode 85 mit dem +28V Gleichstromleiter verbunden ist. Ein Widerstand 121 ist in Reihe mit dem Kondensator 107 geschaltet und an den —28 V Gleichslromleiter 94 angeschlossen. Eine Diode 122 ist mit der Basis des Transistors 108 sowie dem -28 V Gleichstromleiter 94 verbunden und dient dazu, einen Basis-Emitter-Einbruch der Darlington-Transistoren 108 und 109 zu Verhindern. Ein Widerstand 111 dient dazu, der Zenerdiode 112 ausreichenden Strom zuzuführen, die als Spannungsbezugspunkt für den Stromregler verwendet wird, der durch den Transistor 101 gebildet ist.

Der Widerstand 121 in Reihe mit dem Kondensator

107 bildet den einfachen /?C-Ladekreis, der in der Zitterzeitschalturig verwendet wird. Dieser RC-Ladekreis bzw. /?C-Zeitgeber liefert eine vorbestimmte Zeitverzögerung von beispielsweise 900 Millisekunden, die für das Aufladen des Kondensators 107 benötigt werden. Während dieser Zeitdauer fließt ein Strom in der Emitter-Folge-Anordnung der Darlington-Transistoren 108 und 109. Das Aufladen des Kondensators 107 bewirkt, daß die Basisspannung am Darlington-Transistor 108 exponentiell auf die Leiterspannung absinkt. Währenddessen fließt ein Strom durch die Darlington-

108 und 109, durch den Widerstand 111 und durch die Zenerdiode 112. Der gleiche Strom fließt auch durch die lichtemittierende Diode 85.

Das von der lichtemittierenden Diode 85 ausgestrahlte Licht wird von der Photozelle 72, beispielsweise einer CdS-Photozelle, aufgenommen. Ein Ende der Photozelle ist mit der Drehspule 13 mit Rückstellkraft verbunden, wogegen das andere Ende mit einem Leiter 88 verbunden ist, der an die Verbindungsstelle zwischen dem Kondensator 81 und dem Widerstand 82 angeschlossen ist. Der Betrag des Stromes bzw. die Stärke des Signals, das zu dieser Verbindungsstelle zurückgeführt wird, ist eine Funktion der Lichtmenge, die der Photozelle von der lichtemittierenden Diode 85 zugeführt wird. Je größer die Lichtmenge ist, desto niedriger ist der Widerstand der Photozelle, so daß ein stärkeres Signal zum Funktionsverstärker 17 zurückgeführt wird. Dieser Strom fließt über den Kondensator 81 zum Eingang 59 des Funktionsverstärkers und bewirkt, daß der Servostromkreis instabil wird. Diese Instabilität bewirkt, daß ein oszillierender Strom in der Drehspule 13 fließt, wodurch ein Zittern des bewegbaren Systems mit einer vorbestimmten Frequenz von beispielsweise 30 Hz vorgerufen wird. Diese Frequenz kann jedoch auch im Bereich von 10 bis 70 Hz liegen und zu befriedigenden Ergebnissen führen.

Es folgt nun eine ausführlichere Beschreibung der Funktion der Schaltung. Wenn an dem System keine Spannung anliegt, liegt auch keine Ladung auf dem Kondensator 107. Wenn Spannung anliegt, werden dem System beispielsweise ±28 V zugeführt Dadurch beginnt ein Strom von dem +28V Leiter durch den Kondensator 107 und deli Widerstand 121 zu dem —28 V Leiter zu fließen. Während dieser Strom fließt, wird eine exponentiell ansteigende Spannung am Kondensator 107 erzeugt. Dies wirkt sich auf den Emitter-Folge-Verstärker in Darlington-Anordnung aus, der durch die Transistoren 108 und 109 gebildet wird. Diese Spannung Steuert einen Strom im Kolleklorkreis des Transistors 109, der mit der lichtemittierenden Diode 85 verbunden ist. Je mehr der

ίο Kondensator 107 aufgeladen wird, desto weniger Spannung liegt am Emitierwiderstand 111 an, wodurch der Strom durch die Transistoren 108 und 109 vermindert wird. Das Aufladen des Kondensators 107 dauert bis zu dem Zeitpunkt an, zu dem die Basisspannung des Transistors 108 bzw. die Spannung am Widerstand 121 ungefähr 1 V größer als die Spannung der Diode 112 ist. Dadurch wird die Darlington-Transistoranordnung abgeschaltet, so daß kein Strom mehr durch die 'lichtemittierende Diode 55 fließt. Dies beseitigt das Zittern im Servostromkreis, da zu dem Zeitpunkt, zu dem die Photozelle 72 kein Licht mehr erhält, diese einen sehr hohen Widerstand hat. Der Kondensator 107 wird so lange weiter aufgeladen, bis die Gesamtspannung zwischen den Leitern 93 und 94 erreicht ist. Dies stellt sicher, daß die Transistoren 108 und 109 vollständig abgeschnitten sind und daß die Photozelle 72 ihren größtmöglichen Widerstand behält.

Während der Ladezeit des Kondensators 107 ist der

Strom durch die Photozelle 72 oszillierend, da der Servostromkreis instabil ist. Der Grund dafür ist der, daß das Elment bei niedrigem Widerstand in Reihe mit dem Kondensator zwischen dem Ausgang des Verstärkers und dem Eingang des Verstärkers geschaltet ist. Dies bedeutet mit anderen Worten, daß das Servosystern zweiter Ordnung, das an sich stabil ist, instabil gemacht wird, indem in die Rückkopplungsschaltung eine weitere Zeitkontante eingeführt wird.

Aus der vorstehenden Beschreibung ergibt sich, daß durch die Erfindung ein neues und verbessertes elektronisches Abtastverfahren bzw. Meßverfahren geschaffen worden ist, das von besonderem N Jtzen für mechanische Lageranordnungen ist, bei denen es wesentlich darauf ankommt, die Reibung soweit wie möglich zu vermindern. Der Zitterkreis benötigt nur eine verhältnismäßig einfache Schaltung, die nur eine verhältnismäßig geringe Anzahl von Komponenten erfordert, so daß der Zitterkreis bzw. die Zitterschaltung in ihren Abmessungen wesentlich vermindert isL Ein weiterer Vorteil ist, daß wesentlich verbesserte Ergebnisse erreicht werden. Die Erfindung kann sowohl in Verbindung mit fluidgedämpften als auch in Verbindung mit elektrischgedämpften Servosystemen verwendet werden. System und Verfahren arbeiten nach dem Prinzip, daß die Dämpfung aufgehoben wird und daß der Servostromkreis in Schwingungen versetzt wird und daß dann die Dämpfung allmählich wieder auf den Servostromkreis gegeben wird, um den Servostromkreis in seinen normalen Betriebszustand zurückzuführen. Das Einführen des Zitterns in die Schaltung und die Beseitigung des Zitterns können auf einfache Weise gesteuert werden.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (9)

Patentansprüche:

1. Schaltung zur Rückstellung eines drehbar gelagerten Teils, mit einer auf dem Teil befestigten, innerhalb eines Magnetfeldes angeordneten Rückstellspule, mit einem Abtaster zur Erfassung der Auslenkung des drehbar gelagerten Teils, und mit einem zwischen den Ausgang des Abtasters und die: Rückstellspule geschalteten Verstärker, gekennzeichnet durch eine Reihenschaltung aus einem variablen, auf einen niedrigen Wert steuerbaren Widerstand (—; 72) und einem Kondensator (19), die parallel zum Verstärker (17) geschaltet ist

Z Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der variable Widerstand (72) mittels einer Zeitschaltung steuerbar ist.

3. Schaltung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der variable Widerstand (72) derart steuerbar ist, daß der Übergang vom niedrigen auf den hohen Widerstandswert allmählich erfolgt.

4. Schaltung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß dem variablen Widerstand ( —; 72) eine Reihenschaltung aus zwei Widerständen (18; 32, 33; 82, 84) parallel geschaltet ist

5. Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß dem variablen Widerstand (—; 72) eine Reihenschaltung aus zwei Widerständen (32, 33; 82, 84) parallel geschaltet ist, deren Verbindungspunkt über einen weiteren Widerstand (34; 86) und einen Kondensator ('6; 87) an Masse geführt ist.

6. Schaltung nach Anspruch ', dadurch gekennzeichnet, daß der variable Widerstand aus einer Photozelle (72) besteht, die mittfN einer Leuchtdiode (85) steuerbar ist

7. Schaltung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Zeitschaltung aus einer mit der Leuchtdiode (85) in Reihe geschalteten /?C-Schaltung (121, 107) besteht, deren Widerstand (121) kurzschließbar ist (F i g. 3).

8. Schaltung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß parallel zu dem Widerstand (121) der /?C-Schaltung eine Diode (122) geschaltet ist.

9. Schaltung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die miteinander in Reihe geschalteten Widerstände (32, 33; 82, 84) über den Kondensator (37; 81) zusammen mit dem Abtaster (27; PTi, PT2) an einen negativen Eingang des Verstärkers (17, 28; 61) angeschlossen sind, und daß der positive Eingang des Verstärkers an Masse angeschlossen ist