DE2725887A1 - Anordnung zur schrittweisen drehung eines motors, insbesondere eines synchronmotors, sowie zur verriegelung des motors in einer haltestellung - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung zur schrittweisen Drehung eines Motors, insbesondere eines Synchronmotors, für den Antrieb einer Betätigungseinrichtung sowie zur Verriegelung des Motors in einer Haltestellung.

In den meisten Anlagen zum Positionieren von Ventilen werden pneumatische Betätigungseinrichtungen verwendet, die saubere, trockene Druckluft benötigen. Für den Transport der Druckluft sind lange Metallrohre, Filter und kontinuierlich arbeitende Kompressoren erforderlich, und außerdem werden für derartige Anlagen zwei unterschiedliche Arten von Antriebskräften benötigt, nämlich einerseits Elektrizität für den Betrieb der Kompressoren und andererseits Druckluft.

Es sind auch bereits vollständig elektrisch arbeitende Betätigungseinrichtungen, insbesondere für das Positionieren von Ventilen u.a. bekannt, die jedoch verschiedene Nachteile aufweisen. So waren an sich erwünschte Synchronmotoren bisher in den meisten Anlagen nicht einzusetzen, da sie für ihren Betrieb lange Wechselspannungsimpulse benötigen. Eine der Ursachen

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für diese langen Wechselspannungsimpulse für den Betrieb des Synchronmotors bestehen in der unvermeidbaren Reibung der Betätigungseinrichtung, und die Impulse sind erforderlich, um diese Reibung zu überwinden und eine Bewegung der Betätigungseinrichtung einzuleiten, die mit der Ventileinrichtung gekoppelt ist. Infolge der Art der langen Impulse war es jedoch nicht möglich, das Moment und die Dauer der Motorwellendrehung genau zu bestimmen, und es wurden daher Rückkopplungseinrichtungen benötigt, mit denen die Stellung des Ventils überwacht wurde. Derartige Rückkopplungseinrichtungen sind kompliziert und führen zu einer Vergrößerung der Anlage sowie zu zusätzlichen Fehlerquellen. Darüber hinaus ist eine Einrichtung erforderlich, mit der der Rotor des Synchronmotors gehaltert bzw. verriegelt wird, wenn kein Antrieb erfolgt, so daß beim Ausfall der Speisespannung eine Feder das Ventil in eine geöffnete oder geschlossene Stellung bewegen kann.

Bei einigen vorbekannten Anordnungen wurde ein schrittweise arbeitender Motor verwendet, dessen Feldwicklungen wahlweise ein Gleichspannungs-Antriebssignal zugeführt wurde. Dazu waren jedoch große und teure Gleichspannungsquellen erforderlich.

Ferner arbeiteten die meisten der bekannten Anlagen zumindest teilweise analog, und es wurden keine einfach aufgebauten und

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genauen digitalen Steuereinrichtungen für die Steuerung der Ventile eingesetzt.

Einige der bekannten Anlagen der vorstehend erwähnten Art enthielten einen Motor mit umkehrbarer Drehrichtung, was bei der Umkehr der Drehrichtung zu Ungenauigkeiten führte. Viele der umkehrbar arbeitenden Anlagen wiesen einen Motor auf, der elektrisch nur in einer Richtung angetrieben wurde und der mittels mechanischer Federeinrichtungen zurückgeführt wurde. Der Einsatz von mechanischen Federeinrichtungen stellt eine neue Fehlerquelle dar und führt zu Ungenauigkeiten, verglichen mit vollständig elektrisch betriebenen digitalen Anlagen.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, eine Anordnung der eingangs erwähnten Art zu schaffen, die vollständig elektrisch betrieben wird und bei der die Betätigungseinrichtungen im wesentlichen digital geregelt und betrieben werden, ohne daß eine getrennte Gleichspannungsquelle erforderlich wäre. Außerdem soll der Motor bei nicht vorhandener Antriebsenergie verriegelt sein, so daß sich eine Sicherung beim Ausfall der Speisespannung ergibt.

Zur Löung dieser Aufgabe dienen die in den Ansprüchen angegebenen Maßnahmen.

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Die Erfindung wird im folgenden anhand der Figuren näher erläutert.

Fig. 1 zeigt in schematischer Darstellung ein Beispiel für ein Stromungssteuersystem, in dem die Erfindung eingesetzt werden kann.

Fig. 2 zeigt schematisch einen Teil der Schaltungsanordnung aus Fig. 1.

Fig. 3 zeigt Einzelheiten der in Fig. 2 dargestellten Logik-Schaltung.

Fig. 4 zeigt einen Schnitt durch eine mit der Erfindung verwendbaren Betätigungseinrichtung.

Fig. 5 zeigt einen Schnitt durch ein anderes Ausführungsbeispiel einer Betätigungseinrichtung, die sich in Zusammenhang mit der Erfindung einsetzen laßt.

Fig. 6 zeigt in einem Zeitdiagramm verschiedene Arbeitsschritte in Zusammenhang mit der Erfindung.

Der in Fig. 1 dargestellte Strömungsmesser 1 überwacht die

Strömung in einer Leitung 3, die sich durch ein Ventil

5 erstreckt. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist die

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gesteuerte Variable die Strömung des Fluids in der Leitung 3, und das die im Strömungsmesser 1 festgestellte Strömung darstellende Signal wird einem Prozessor 7 zugeführt, der das ermittelte Strömungssignal mit einer fest eingestellten oder gewählten Strömungsgröße vergleicht und eine Signalfolge an eine Steuerschaltung 9 gibt. Die Steuerschaltung 9 liefert verschiedene Steuersignale für einen Motor 11, der eine Betätigungseinrichtung 13 aktiviert. Die Betätigungseinrichtung 13 ist mit dem Ventil 5 gekoppelt, um die Bewegungen eines Strömungsregelelementes des Ventils 5 zu steuern.

Fig. 2 zeigt in schematischer Darstellung die Steuerschaltung 9 sowie ihre Verbindungen mit den Anschlüssen des Motors In diesem Ausführungsbeispiel wird der Steuerschaltung 9 an den Anschlußklemmen 15 und 17 eine 60 Hz Wechselspannung zugeführt. Der Prozessor liefert außerdem ein Richtungssignal D1 für die Klemme 19 der Steuerschaltung 9, ein Extern-Verriegelungssignal EL für die Klemme 21 der Steuerschaltung 9 und ein Antriebssignal DR für die Klemme 2 3 der Steuerschaltung Das Richtungssignal D1 liefert eine Anzeige für diejenige der beiden Richtungen, in der das zu regelnde Element bewegt werden soll. Wenn beispielsweise auf der Leitung D1 eine logische 1 auftritt, soll das Steuerelement im Ventil 5 in Richtung D1 oder beispielsweise nach unten bewegt werden. Entsprechend soll dieses Element beim Auftreten einer logischen

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O auf der Leitung D1 dann nach oben bzw. in die Öffnungsrichtung bewegt werden. Das Signal D1 kann bei Anwendung in Zusammenhang mit der Erfindung entweder eine Aufwärts- oder eine Abwärtsbewegung bezeichnen, doch wird in Zusammenhang mit dem Ausführungsbeispiel davon ausgegangen, daß eine logische 1 auf der Leitung D1 eine Abwärtsbewegung bezeichnet. Wenn kein Antriebsbefehl zugeführt wird, ist der Rotor immer verriegelt. Das Extern-Verriegelungssignal EL dominiert alle Richtungsund Antriebsbefehle und bewirkt unabhängig von dem Auftreten irgendeines anderen Signals eine Verriegelung des Rotors. Das Antriebssignal DR stellt einen Befehl des Prozessors 7 dar, durch den eine Drehung des Rotors in Richtung des Signals D1 bewirkt werden soll. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel wird eine logische 1 durch ein Gleichspannungssignal von etwa +12 V dargestellt, während eine logische 0 durch eine Spannung der Größe 0 V bezeichnet wird. Wenn somit das gesteuerte Element nach oben bewegt werden soll, befindet sich die Leitung D1 im Zustand der logischen 0, die Leitung DR im Zustand der logischen 1 und die Leitung EL im Zustand der logischen 1, wodurch angezeigt wird, daß kein externer Verriegelungszustand gegeben ist.

Einem Schalter 25, der bei einem O-Durchgang der Spannung ein Zeitgebersignal erzeugt, wird eine 60 Hz-Spannung zugeführt, und er gibt das Zeitgebersignal T an eine Logikschaltung 27.

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Diese Logikschaltung 27 empfängt außerdem das Richtungssignal D1, das Extern-Verriegelungssignal EL und das Antriebssignal DR. Der Schalter 25 enthält ein bistabiles Schaltelement 29
und einen monostabilen Multivibrator 31. Das Zeitgebersignal T ist im vorliegenden Ausführungsbeispiel ein positiver Impuls, der jedes Mal erzeugt wird, wenn die dem Schalter zugeführte Spannung einen Null-Durchgang hat, also 120 Mal pro Sekunde. Die Logikschaltung 27 erzeugt erste, zweite und dritte Betriebssignale, nämlich ein Öffnungssignal 0, ein Schließsignal C
und ein Verriegelungssignal L für eine Schalteinrichtung 33. Der Motor 11 hat drei Anschlußklemmen 35, 37 und 39 zur Verbindung mit externen Schaltungsanordnungen. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Klemme 35 direkt mit der Speisespannungsleitung verbunden, die an der Eingangsklemme 15 der Steuerschaltung liegt. Der Motor hat einen Rotor 41 sowie eine erste Feldwicklung 43 und eine zweite Feldwicklung 45. Die
Feldwicklung 43 liegt zwischen den Anschlußklemmen 35 und 37, während die Feldwicklung 45 zwischen den Anschlußklemmen 35
und 39 liegt. Die Anschlußklemmen 37 und 39 sind über eine
einen Kondensator 47 und einen Widerstand 49 enthaltende
Phasenschieberschaltung mit der Schalteinrichtung 33 verbunden. Diese Schalteinrichtung ist so ausgebildet, daß sie in Abhängigkeit von den Steuersignalen 0, C und L die Klemmen 37 und 39 wahlweise mit der anderen, an die Klemme 17 angeschlossenen
Speisespannungsleitung verbindet.

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Die Anschlußklemme 37 des Motors liegt an einem ersten gemeinsamen Punkt 51, der mit der Anode einer Diode 5 3 verbunden ist, die mit ihrer Kathode über einen Widerstand 55 an eine Anode eines Triacs 57 gelegt ist, dessen andere Anode mit einem zweiten gemeinsamen Punkt 59 verbunden ist, der an die zweite, von der Eingangsklemme 17 der Steuerschaltung 9 kommende Speisespannungsleitung angeschlossen ist. Ein anderer Triac 61 ist ebenfalls parallel zwischen die gemeinsamen Punkte 51 und 59 geschaltet, und seine Steuerelektrode ist zum Empfang des Öffnungssignals 0 mit der Logik-Schaltung 27 verbunden. Die Motorklemme 39 ist an einen dritten gemeinsamen Punkt 63 der Schalteinrichtung 33 angeschlossen, der über einen Triac 65 mit dem zweiten gemeinsamen Punkt 59 verbunden ist, wobei die Steuerelektrode dieses Triacs zum Empfang des Schließsignals C an die Logikschaltung 27 angeschlossen ist. Der gemeinsame Punkt 63 ist außerdem mit der Kathode einer Diode 67 verbunden, deren Anode über einen Widerstand 69 an eine Anode eines Triacs 71 gelegt ist. Die andere Anode des Triacs 71 liegt am gemeinsamen Punkt 59, während die Steuerelektroden der Triacs 57 und 71 zum Empfang des Verriegelungssignals L miteinander verbunden sind.

Die Signale D1, EL und DR, die der Steuerschaltung 9 vom Prozessor 7 zugeführt werden, lassen sich mit vielen der üblichen am Markt erhältlichen Prozessoren erzeugen. Es ist ledig-

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lieh notwendig, daß das Signal D1 so lange auf dem Wert einer logischen 1 bleibt, wie das zu steuernde Element in einer ersten Richtung bewegt werden soll, und daß es den Wert einer logischen 0 annimmt, wenn die Bewegungsrichtung umgekehrt werden soll. Das Signal EL bleibt so lange auf dem Wert der logischen 1, wie die äußeren Zustände nicht eine Verriegelung des Rotors erfordern, und es geht auf den Wert einer logischen 0 zurück, wenn entsprechende äußere Zustände auftreten. Das Signal DR wird von einer Pulsfolge gebildet, in der jeder Impuls einen gewünschten Rotorschritt darstellt.

Im Fig. 3 sind Einzelheiten der Logik-Schaltung 27 gezeigt, deren Eingangskler.une 19 mit beiden Eingängen eines NICHT-UND-Gliedes 73 sowie außerdem mit einem Eingang eines vier Eingänge aufweisenden NICHT-UND-Gliedes 75 verbunden ist. Der Ausgang des Gliedes 73 ist mit einem Eingang eines anderen vier Eingänge aufweisenden NICHT-UND-Gliedes 77 verbunden und liegt außerdem über einen Widerstand 79 an einem Eingang eines Antivalenzgliedes 81, dessen Eingang über einen Kondensator 83 außerdem auf ein gemeinsames Bezugspotential gelegt ist. Ferner liegt der Ausgang 73 auch direkt am zweiten Eingang des Antivalenzgliedes 81, dessen Ausgang mit einem monostabilen Multivibrator 85 verbunden ist, der ein Umkehr-Verriegelungssignal RL liefert. Wie später in Zusammenhang mit der Arbeitsweise der Erfindung erläutert werden wird, wird das

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Signal RL, d.h. ein Signal in Form einer logischen 0 immer dann erzeugt, wenn das Richtungssignal D1 seinen Zustand ändert. Das Signal RL wird einem Eingang der Glieder 75 und 77 zugeführt und gelangt außerdem an einen Eingang eines zwei Eingänge aufweisenden NICHT-UND-Gliedes 87.

Die Eingangsklemme 21 der Logikschaltung 27 liegt an einem Eingang eines zwei Eingänge aufweisenden NICHT-UND-Gliedes 89, dessen Ausgangssignal einem invertierenden NICHT-UND-Glied 91 zugeführt wird. Dieses Glied 91 liefert ein bedingtes, synchronisiertes Antriebssignal CSDR, das dem anderen Eingang des Gliedes 87 sowie einem Eingang jedes der Glieder 75 und 77 zugeführt wird. Der andere Eingang des NICHT-UND-Gliedes 89 ist mit einer Synchronisierschaltung verbunden, an der die Eingangsklemme 23 liegt, die das Antriebssignal DR liefert, das beiden Eingängen eines NICHT-UND-Gliedes 93 zugeführt wird. Das Ausgangssignal des Gliedes 93 gelangt an beide Eingänge eines anderen NICHT-UND-Gliedes 95, dessen Ausgang mit einem monostabilen Multivibrator 97 verbunden ist, dessen Ausgang an einem Eingang eines NICHT-UND-Gliedes 99 liegt, dessen anderer Eingang mit dem Ausgang des Gliedes 93 verbunden ist. Der Ausgang des NICHT-UND-Gliedes 99 liegt an einer bistabilen Schalteinrichtung 101, der außerdem das Zeitgebersignal T vom Schalter 25 (Fig. 2) zugeführt wird. Die Einrichtung 101 hat zwei Ausgänge, von denen einer mit einem

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Eingang eines zwei Eingänge aufweisenden NICHT-UND-Gliedes 103 verbunden ist, während seinem anderen Eingang das Zeitgebersignal T zugeführt wird. Der Rückstelleingang der Einrichtung 101 ist auf den Rückstelleingang des Multivibrators 97 zurückgeführt. Der Ausgang des Gliedes 103 liegt an beiden Eingängen eines NICHT-UND-Gliedes 105, dessen Ausgang mit einem anderen monostabilen Multivibrator 107 verbunden ist, dessen Ausgang an den Rückstelleingang des monostabilen Multivibrators 97 zurückgeführt ist und außerdem ein synchronisiertes Antriebssignal SDR liefert, das dem anderen Eingang des Gliedes 89 zugeleitet wird.

Das Zeitgebersignal T vom Schalter 25 gelangt an einen Eingang jedes der Glieder 75 und 77 sowie auch an einen Eingang eines NICHT-UND-Gliedes 109, dessen anderer Eingang mit dem Ausgang des Gliedes 87 verbunden ist. Der Ausgang des vier Eingänge aufweisenden NICHT-UND-Gliedes 77 liegt an beiden Eingängen eines invertierenden NICHT-UND-Gliedes 111, dessen Ausgang mit dem Eingang einer Stromtreiberschaltung 113 verbunden ist. Diese Stromtreiberschaltung liefert das logische Öffnungssignal 0, das der Steuerelektrode des Triacs 61 (Fig. 2) zugeführt wird. Entsprechend ist der Ausgang des vier Eingänge aufweisenden NICHT-UND-Gatters 75 mit den beiden Eingängen eines invertierenden NICHT-UND-Gliedes 115 verbunden, und der Ausgang dieses Gliedes liegt am Eingang einer anderen Strom-

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treiberschaltung 117, die an ihrem Ausgang das Schließsignal C abgibt, das der Steuerelektrode des Triacs 65 in der Schalteinrichtung der Steuerschaltung 9 zugeführt wird. Der Ausgang des Gliedes 109 liegt an beiden Eingängen eines invertierenden NICHT-UND-Gliedes 119, dessen Ausgang mit einer das Verriegelungssignal L liefernden Stromtreiberschaltung 121 verbunden ist. Das Verriegelungssignal L gelangt an die beiden Steuerelektroden der Triacs 57 und 71 (Fig. 2).

In den Fig. 4 und 5 sind unterschiedliche Ausbildungen für Betätigungseinrichtungen 13 dargestellt, auf denen der Motor 11 befestigt ist. Gemäß Fig. 4 treibt der Motor 11 eine Gewindestange, und eine mit dem zu steuernden Element verbundene Gewindemutter kann sich frei bezüglich der Gewindestange bewegen, wenn diese sich in Abhängigkeit von der Drehung der Motorwelle dreht. Gemäß Fig. 5 ist der Motor mit einer Gewindemutter verbunden, und eine mit dem zu steuernden Element des Ventils gekoppelte Gewindestange kann sich entsprechend der Drehung der Mutter innerhalb dieser frei nach oben und unten bewegen, um die Bewegung des gesteuerten Elementes zu regeln. In den Fig. 4 und bezeichnen gleiche Bezugszeichen entsprechende Teile.

Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 4 ist der Motor oben auf einem Joch 123 befestigt, das als Gehäuse für die

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in Fig. 1 gezeigte Betätigungseinrichtung 13 dient. Zur wahlweisen Drehung der hinteren Motorwelle von Hand ist ein Handrad 125 vorgesehen. Der Motor ist mittels vier Schrauben 127, die sich durch den Motorflansch erstrecken, mit dem Joch 123 verbunden. Die Betätigungseinrichtung wird durch eine öffnung im Joch eingebracht und mittels des Motors in ihrer Lage gehalten. Seitlich an der Betätigungseinrichtung und dem Motor ist ein Gehäuse 129 angebracht, das die Steuerschaltung 9 aufnimmt, wie dies in Fig. 1 angedeutet ist. Die Welle 131 des Motors 11 erstreckt sich von diesem in die Betätigungseinrichtung und ist mit Hilfe des Elementes 135 auf einer Kopplungsbuchse 133 aufgekeilt. Die Kopplungsbuchse 133 ist über einen Verriegelungszapfen 139 mit einer Gewindestange 137 verbunden, so daß Drehungen der Motorwelle 131 entsprechende Drehungen der Gewindestange 137 bewirken. Zwischen der Wandung der Betätigungseinrichtung 13 und der Kopplungsbuchse 133 sind Traglager vorgesehen. Eine Gewindemutter 141 steht in Eingriff mit der Gewindestange 137 und ist undrehbar, so daß eine Drehung der Gewindestange 137 eine lineare Bewegung der Gewindemutter 141 nach oben bzw. unten entlang der Gewindestange bewirkt. Um Drehungen der Gewindemutter 141 zu verhindern, kann die Mutter beispielsweise einen quadratischen Querschnitt haben und innerhalb eines Schlitzes nach oben und unten gleiten. Die Mutter ist an einem Betätigungsstößel 143 angebracht, der über eine öffnung im Boden des Joches

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mit einem zu steuernden Element verbunden werden kann. Eine Feder 145 zwischen einer Betätigungsstößelbasisplatte 147 und den oberen Schultern des Joches 123 drückt den Betätigungsstößel beim Fehlen eines dem Motor 11 zuzuführenden Halteoder Antriebssignals in die geschlossene Stellung. Die Feder 145 kann auch als Sicherung dienen, um den Betätigungsstößel in entgegengesetzter Richtung zu bewegen.

Bei dem in Fig. 5 gezeigten Ausführungsbeispiel einer Betätigungseinrichtung 13 ist die Funktionsweise von Gewindestange und Gewindemutter vertauscht, während im übrigen die Arbeitsweise der des Ausführungsbeispiels gemäß Fig. 4 entspricht. Die Motorwelle 131 ist mittels eines Elementes 153 auf eine Kopplungsbuchse 151 aufgekeilt, die derart mit einer Gewindemutter 155 verbunden ist, daß sich diese Gewindemutter bei Drehung der Motorwelle 131 dreht. Die Gewindemutter 151 ist mit einer Gewindestange 157 verbunden, die sich im Bereich 159 frei aufwärts und abwärts bewegen kann, wenn die Gewindemutter 155 gedreht wird. Die Gewindestange 157 ist mit einem Betätigungsstößel 161 gekoppelt, der über eine Öffnung 163 der Betätigungseinrichtung 13 gemäß Fig. 5 mit dem zu steuernden Element des Ventils 5 (nicht dargestellt) verbunden werden kann. Eine Anzahl Ansätze 165 verhindern eine Drehung der Gewindestange, und sie werden in Schlitzen in einer Verlängerung 167 des ein Gehäuse bildenden Joches 169 geführt. Ent-

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sprechend Fig. 5 dient eine Feder 171 als Sicherheitsschließeinrichtung, wenn der Motor 11 keine Haltekraft liefert bzw. nicht in der einen oder anderen Richtung angetrieben wird.

Durch die Gewindestange und die Gewindemuttern der Betätigungseinrichtungen gemäß Fig. 4 und 5 ergibt sich eine verringerte Reibung, so daß sich das zu steuernde Element des Ventils 5 mittels des zu beschreibenden schrittweisen Betriebes des Synchronmotors 11 genauer steuern läßt und eine längere Lebensdauer hat.

Im Betrieb wird an die Klemmen 15 und 17 der Steuerschaltung 9 eine 60 Hz/120 V-Speisespannung gelegt, und diese Spannung gelangt an den Schalter 25, der das Zeitgebersignal T erzeugt. Der monostabile Multivibrator 31 verzögert sein Ausgangssignal um etwa 20 , so daß es mit der Spannung synchronisiert ist, die an die Feldwicklungen gelegt wird, da sich infolge der induktiven Last dieser Wicklungen dort eine Phasenverschiebung von 20 ergibt. Zur Vereinfachung der Erläuterungen sind jedoch in Fig. 6 die 60 Hz-Speisespannung und das Zeitgebersignal T synchron bei TO beginnend dargestellt. Vom Prozessor 7 werden ein Richtungssignal D1 und ein Antriebssignal DR geliefert, und gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel wird an die Steuerschaltung 9 auch ein Extern-Verriegelungssignal EL gelegt, obwohl dies kein unbedingt erfor-

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derliches Merkmal der Erfindung darstellt. In Fig. 6 ist das Richtungssignal D1 als zu Anfang im Zustand der logischen 1 befindlich dargestellt, und wenn im vorliegenden Ausführungsbeispiel das Richtungssignal D1 die Form einer logischen 1 hat, wird angenommen, daß das zu steuernde Element im Ventil 5 nach unten bzw. in die Schließrichtung bewegt wird. Wenn andererseits das Richtungssignal D2, das den reziproken Wert von D1 darstellt, den Wert der logischen 1 annimmt, wird das zu steuernde Element im Ventil 5 nach oben bzw. in die Öffnungsrichtung bewegt.

Liegen an allen Eingängen des NICHT-UND-Gliedes 77 Signale mit dem Wert der logischen 1, so liefert der Ausgang dieses Gliedes eine logische 0, und dann ist das Ausgangssignal des Gliedes 111 eine logische 1. Dieses Signal wird der Stromtreiberschaltung 113 zur Erzeugung eines positiv werdenden Öffnungssignals 0 zugeführt. Wenn entsprechend an allen Eingängen des Gliedes 75 Signale mit dem Wert einer logischen 1 liegen, nimmt das Schließsignal C den Wert einer logischen 1 an, um den Triac 65 zu triggern. Es sei darauf hingewiesen, daß entweder das Öffnungs-Glied 77 oder das Schließ-Glied zu jeder Zeit teilweise aktiviert ist, da jedes dieser Glieder ein Eingangssignal empfängt, das reziprok den zugehörigen Richtungssignalen ist. Wenn somit das Signal D2 den Wert einer logischen 1 hat, kann das Öffnungs-Glied 77 aktiviert

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werden, während eine Aktivierung des Schließ-Gliedes 75 nicht möglich ist, da sich zwangsläufig das Richtungssignal D1 auf dem Wert einer logischen 0 befindet und so die Abgabe eines Ausgangssignals mit niedrigem Wert durch das Glied 75 verhindert.

Bei Änderung des Zustandes des Richtungssignals wird vom monostabilen Multivibrator 85 ein Umkehr-Verriegelungssignal RL erzeugt, durch das der Rotor für eine vorbestimmte Zeitspanne verriegelt wird, um einen glatteren und genaueren übergang bei den Richtungsänderungen zu ermöglichen. Wie Fig. zeigt, geht beispielsweise das Richtungssignal D1 zum Zeitpunkt T1 vom Wert entsprechend einer logischen 1 auf den Wert entsprechend einer logischen 0 über, und dieser übergang bewirkt die Erzeugung eines Umkehr-Verriegelungssignals RL in Form eines negativen Impulses, wie dies in Fig. 6 dargestellt ist. In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel beträgt die Dauer des Umkehr-Verriegelungssignals RL etwa 5 Millisekunden. Da dieses Umkehr-Verriegelungssignal RL sowohl dem Öffnungs-Glied 77 als auch dem Schließ-Glied 75 zugeführt wird, kann während der Zeitspanne des Signals RL, d.h. so lange dieses Signal sich auf dem Wert einer logischen 0 befindet, weder ein Öffnungssignal 0 noch ein Schließsignal C erzeugt werden.

Das Antriebssignal DR vom Prozessor 7 wird der Klemme 2 3 der Logikschaltung 27 zugeführt, und es hat im vorliegenden Aus-

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führungsbeispiel eine Frequenz von 60 Hz und wird von einem positiven Signal gebildet, das unterschiedliche Impulsdauern zwischen 10 Mikrosekunden und 5 Millisekunden haben kann. Eine nicht dargestellte Filter-Schaltung kann zwischen der Eingangsklemme 23 und dem Glied 93 vorgesehen sein, um Rauschsignale zu unterdrücken, die eine Zeitspanne von weniger als 10 Mikrosekunden haben. Gemäß Fig. 6 werden beginnend mit dem Zeitpunkt T2 drei Antriebsimpulse DR erzeugt, die am Glied 93 und dann erneut am Glied 95 invertiert und danach dem monostabilen Multivibrator 97 zugeführt werden. Das Ausgangssignal des Multivibrators 97 ist in Fig. 6 als Signal 97 dargestellt. Immer wenn das Antriebssignal DR einen positiven Wert annimmt, liefert der Multivibrator 97 einen positiven Impuls einer Länge von etwa 8 Millisekunden. Das Ausgangssignal des monostabilen Multivibrators 97 wird zusammen mit dem invertierten Wert des Antriebssignals DR dem Glied 99 zugeführt, und das Ausgangssignal des Gliedes 99 ist in Fig. 6 gezeigt. Die Antriebssignale DR werden mit dem Zeitgebersignal T über die Flip-Flop-Schaltung 101 und das NICHT-UND-Glied 103 synchronisiert und am NICHT-UND-Glied 105 invertiert. Dieses Signal wird einem monostabilen Multivibrator 107 zugeleitet, der ein synchronisiertes Antriebssignal SDR liefert, das im vorliegenden Ausführungsbeispiel aus einem positiven Impuls mit einer Länge von etwa 16 Millisekunden besteht. Wie Fig. 6 zeigt, bleibt das synchronisierte Antriebssignal

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SDR auf seinem positiven Wert, so lange vom Prozessor 7 nachfolgende Antriebssignale empfangen werden.

Das synchronisierte Antriebssignal wird dem NICHT-UND-Glied 89 zusammen mit dem Extern-Verriegelungssignal EL zugeführt. Das Extern-Verriegelungssignal EL befindet sich normalerweise auf dem Wert einer logischen 1 (Fig. 6), es sei denn, daß ein externer Zustand die Logikschaltung 27 veranlaßt, das gesteuerte Element im Ventil 5 zu stoppen, so daß dann das Signal EL den Wert einer logischen 0 annimmt. Sind keine externen Zustände vorhanden, die eine Verriegelung des Motors erfordern, bleibt das Signal EL auf dem Wert der logischen 1. Während das synchronisierte Antriebssignal SDR sich auf dem Wert der logischen 1 befindet, hat das bedingte, synchronisierte Antriebssignal CSDR somit ebenfalls den Wert der logischen 1, wodurch in Abhängigkeit von dem vorhandenen Richtungssignal entweder das Glied 75 oder das Glied 77 aktiviert wird. Da im vorliegenden Ausführungsbeispiel zum Zeitpunkt T2 das Richtungssignal D2 den Wert der logischen 1 hat, kann das Antriebssignal CSDR das öffnen des gesteuerten Elementes des Ventils 5 bewirken, jedoch nicht das Schließen dieses Elementes.

Zu dem Zeitpunkt, zu dem im vorliegenden Ausführungsbeispiel das bedingte, synchronisierte Antriebssignal CSDR erzeugt wird.

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befinden sich die Signale D2 und RL beide im Zustand der logischen 1, und somit ändert sich das Ausgangssignal des Öffnungsgliedes 77 mit dem Zeitgebersignal T so lange, wie alle anderen Eingänge des Öffnungsgliedes 77 auf dem Wert der logischen 1 bleiben. Das Öffnungssignal 0 ändert sich daher entsprechend Fig. 6 und legt eine Folge von positiven Impulsen an die Steuerelektrode des Triacs 61.

Bei Fehlen der Antriebssignale DR und unter der Annahme, daß kein externer Verriegelungszustand vorhanden ist, bleibt das dem Glied 87 zugeführte bedingte, synchronisierte Antriebssignal CSDR auf dem Wert der logischen 0. Das Ausgangssignal des Gliedes 87 liegt somit unabhängig vom Zustand des seinem anderen Eingang zugeführten Signals auf dem Wert der logischen 1, und das Glied 109 wird daher zur Lieferung eines invertierten Zeitgebersignals T aktiviert, das erneut am Glied 119 invertiert und dann der Stromtreiberschaltung 121 zugeführt wird. Diese liefert in im wesentlichen gleichzeitiger Zuordnung zum Zeitgebersignal T das Verriegelungssignal L, wenn der Klemme 23 keine Antriebssignale DR zugeführt werden.

Wenn das Verriegelungssignal L ansteigt, wie dies in Fig. gezeigt ist, wird entweder der Triac 57 oder der Triac 71 zum Durchtritt von Strom aktiviert. Zum Zeitpunkt TO, wenn das Verriegelungssignal L ansteigt, beginnt die den Motorwicklungen

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zugeführte Speisespannung eine positive Halbwelle, und daher wird der Triac 57 aktiviert, so daß für die Motorwicklungen ein Stromkreis über die Diode 53, den Widerstand 55 und den Triac 57 geschlossen wird. Der nächste positive Verriegelungsimpuls tritt auf, wenn die Speisespannung eine negative Halbwelle beginnt, so daß dann der Triac 71 aktiviert und ein Stromkreis für die Motorwicklungen über die Diode 67, den Widerstand 69 und den Triac 71 geschlossen wird. Die Dioden 53 und 67 arbeiten somit als Gleichrichter für die den Feldwicklungen des Motors 11 zugeführte Wechselspannung, so daß bei jeder Erzeugung eines Verriegelungssignals L eine Gleichspannung an die Feldwicklungen gelegt wird. Das Verriegelungssignal L bewirkt somit die Verriegelung der Motorwelle, wodurch ein die Kraft der Feder 145 (Fig. 4) bzw. 171 (Fig. 5) überwindendes Drehmoment erzeugt und das zu steuernde Element im Ventil 5 in seiner Stellung gehalten wird, in die es zuletzt bewegt wurde.

Bei Erzeugung eines nachfolgenden Antriebsimpulses und unter Annahme des Fehlens von externen Verriegelungszuständen, nimmt das Signal CSDR jedoch den Wert der logischen 1 an. Geht man davon aus, daß keine Änderung des Richtungssignals erfolgt ist, so ändert sich das Ausgangssignal des Gliedes 87 auf den Wert der logischen 0, wodurch das Glied 109 un-

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wirksam gemacht und das Verriegelungssignal L auf dem Wert der logischen 0 gehalten wird, wie dies für den Zeitpunkt T2 in Fig. 6 dargestellt ist. Das Öffnungssignal 0 geht danach, wie in Fig. 6 gezeigt, auf den Wert der logischen 1 über, so daß der Triac 61 in den leitenden Zustand kommt. Zu diesem Zeitpunkt beginnt die Speisespannung eine positive Halbwelle, und es erfolgt ein Stromfluß durch den Triac 61. Wenn die Speisespannung danach einen Null-Durchgang hat, wird das Öffnungssignal wieder positiv, wodurch der leitende Zustand des Triacs 61 aufrechterhalten bleibt. Dieser Vorgang wird, wie in Fig. 6 dargestellt, wiederholt, um eine Drehung des Motors beispielsweise entsprechend drei vollständigen Speisespannungszyklen zu bewirken. Jeder Zyklus stellt einen Schritt dar, und der Motor wird daher in Abhängigkeit von dem Empfang von drei Antriebsimpulsen um drei Schritte gedreht. Danach bleibt das Antriebssignal DR im Zustand der logischen O, und das Signal CSDR kehrt wieder in den Zustand der logischen 0 zurück, wodurch das Glied 109 erneut aktiviert und die Zufuhr des Verriegelungssignals L zur Festlegung der Motorwelle und damit des gesteuerten Elementes im Ventil 5 wieder aufgenommen wird.

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Claims (24)

Patentansprüche

1.) Anordnung zur schrittweisen Drehung eines Motors, insbesondere eines Synchronmotors für den Antrieb einer Betätigungseinrichtung sowie zur Verriegelung des Motors in einer Haltestellung, gekennzeichnet durch eine Schaltanordnung, die zwischen dem Motor und den Anschlußklemmen für eine Speisewechselspannung liegt und mit einer Gleichspannungssignalanordnung verbunden ist und der ein erstes Richtungssignal und ein Verriegelungssignal zuführbar ist, wobei das erste Richtungssignal zur Zufuhr

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einer Wechselspannung zum Motor einen ersten Stromkreis zwischen den Anschlußklemmen und dem Motor schließt und eine Drehung der Motorwelle in einer ersten Richtung bewirkt, während die Schaltanordnung den Motorklemmen in Abhängigkeit vom Verriegelungssignal ein Gleichspannungssignal zuführt, um die Motorwelle in ihrer Lage festzuhalten bzw. zu verriegeln.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Schaltanordnung ein zweites Richtungssignal zur Drehung der Motorwelle in einer zweiten Richtung zuführbar ist.

3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch eine Gleichrichterschaltung zur wahlweisen Erzeugung einer Gleichspannung, welche in Abhängigkeit vom Verriegelungssignal durch die Schaltanordnung zur Zufuhr der Gleichspannung zum Motor wirksam gemacht wird.

4. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die mit der Motorwelle gekoppelte Betätigungseinrichtung eine Gewindeanordnung aufweist, deren einer Teil mit der zu steuernden Einrichtung verbunden ist.

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5. Anordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Gewindeanordnung eine Gewindestange und eine Gewindemutter enthält.

6. Anordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Motorwelle mit der Gewindestange und die Gewindemutter mit der zu steuernden Einrichtung gekoppelt ist.

7. Anordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Motorwelle mit der Gewindemutter und die zu steuernde Einrichtung mit der Gewindestange gekoppelt ist.

8. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Betätigungseinrichtung eine bei fehlendem Motordrehmoment in Richtung auf eine erste
Grenzstellung wirksame Federeinrichtung enthält.

9. Anordnung zur schrittweisen Drehung eines Motors, insbesondere eines Synchronmotors, für den Antrieb einer
Betätigungseinrichtung sowie zur Verriegelung des Motors in einer Haltestellung, gekennzeichnet durch Anschlußklemmen für eine Speisewechselspannung, insbesondere
eine sinusförmige Speisewechselspannung, durch eine Einrichtung zur Erzeugung eines Zeitgebersignals, die zur Zuordnung der Phasenbeziehung des Zeitgebersignals zur

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Speisewechselspannung mit den Anschlußklemmen verbindbar ist, durch eine Logikschaltung, der ein extern erzeugtes, eine Bewegungsrichtung für die zu regelnde Einrichtung bezeichnendes Richtungssignal zuführbar ist und die in Abhängigkeit von dem Richtungssignal und dem Zeitgebersignal mindestens ein die Richtung der Bewegung bezeichnendes Betätigungssignal erzeugt, das eine vorbestimmte Phasenbeziehung bezüglich dem Zeitgebersignal hat, und durch eine Schalteinrichtung zur wahlweisen Verbindung der Anschlußklemmen mit dem Motor in Abhängigkeit vom Betätigungssignal zur bedingten Drehung der Motorwelle um eine vorbestimmte Strecke in der vorgesehenen Richtung.

10. Anordnung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Logikschaltung ein extern erzeugtes, einen externen Befehl zur Drehung der Motorwelle um einen vorbestimmten Schritt in der durch das Richtungssignal vorbestimmten Richtung bezeichnendes Antriebssignal zuführbar ist, und daß die Logikschaltung in Abhängigkeit einer vorbestimmten Logikbeziehung zwischen den Richtungs- und Antriebssignalen erste und zweite Betätigungssignale erzeugt, von denen das eine eine Drehung des Motors in einer ersten Richtung um einen Schritt und das zweite eine Drehung des Motors in einer zweiten Richtung um einen Schritt bewirkt.

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11. Anordnung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Logikschaltung ein extern erzeugtes, einen externen Befehl zur Verriegelung bzw. Festlegung der Motorwelle bezeichnendes Verriegelungssignal zuführbar ist und daß die Logikschaltung in Abhängigkeit vom Verriegelungssignal ein drittes Betätigungssignal erzeugt und während der Fortdauer des Verriegelungssignals die Erzeugung von ersten und zweiten Betätigungssignalen verhindert wird, wobei die Schalteinrichtung bei Fehlen von ersten und zweiten Betriebssignalen in Abhängigkeit vom dritten Betriebssignal einen Gleichrichterstromkreis zwischen den Anschlußklemmen und dem Motor schließt, durch den dem Motor ein gleichgerichtetes Wechselspannungssignal zuführbar ist.

12. Anordnung nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Logikschaltung in Abhängigkeit vom Zeitgebersignal und vom Antriebssignal eine vorbestimmte synchrone Beziehung zwischen Zeitgebersignal und Antriebssignal herstellt.

13. Anordnung nach einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Schalteinrichtung bei Fehlen der vorbestimmten Charakteristik des Betätigungssignals einen Gleichrichterschaltkreis zwischen den Anschlußklemmen und

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dem Motor schließt, um an den Motor ein gleichgerichtetes, die Motorwelle in ihrer Lage festhaltendes Gleichspannungssignal zu legen.

14. Anordnung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Logikschaltung in Abhängigkeit von einer Änderung des logischen Zustandes des Richtungssignals eine Verriegelung bzw. Festlegung der Motorwelle für eine vorbestimmte Zeitspanne bewirkt.

15. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Richtungssignal ein digitales Signal ist.

16. Anordnung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltanordnung einen Triac enthält, der zwischen die Anschlußklemmen und den Motor geschaltet ist und dessen Steuerelektrode das erste Richtungssignal zuführbar ist.

17. Anordnung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Motorfeldwicklungen mit einem Ende an einer Speisespannungsleitung liegen und mit dem anderen Ende an erste und zweite gemeinsame Klemmen angeschlossen sind und daß zwischen der ersten und der zweiten gemeinsamen Klemme eine Phasenschieberschaltung liegt, wobei die Schalt-

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anordnung in Abhängigkeit vom ersten und vom zweiten Richtungssignal einen ersten oder einen zweiten Stromkreis zwischen der zweiten Speisespannungsleitung und der ersten oder zweiten gemeinsamen Klemme herstellt.

18. Anordnung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltanordnung im ersten und im zweiten Stromkreis erste und zweite Schalter enthält, die jeweils einen Steueranschluß für ein erstes und ein zweites digitales Steuersignal aufweisen und wobei die Schalter in Abhängigkeit vom ersten und zweiten Richtungssignal zum Schließen des ersten oder zweiten Stromkreises betätigbar sind.

19. Anordnung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß der erste und der zweite Schalter aus Triacs bestehen.

20. Anordnung nach Anspruch 18 oder 19, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltanordnung einen dritten Schalter aufweist und daß eine erste Gleichrichterschaltung vorgesehen ist, die mit dem dritten Schalter zwischen die erste gemeinsame Klemme und die zweite Speisespannungsklemme in Reihe geschaltet ist und daß der dritte Schalter zur Erzeugung eines Gleichstroms für die Feldwicklungen bei Fehlen vorbestimmter Werte des ersten und zweiten Richtungssignals in Abhängigkeit vom Verriegelungssignal betätigbar ist.

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21. Anordnung nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet,

daß die Schaltanordnung einen vierten Schalter aufweist, und daß eine zweite Gleichrichterschaltung vorgesehen ist, die zwischen der zweiten gemeinsamen Klemme und der zweiten Speisespannungsleitung in Reihe mit dem vierten Schalter liegt, daß die zweite Gleichrichterschaltung in entgegengesetzter Richtung zur ersten Gleichrichterschaltung leitet, und daß der dritte und der vierte Schalter zur Zufuhr eines Gleichstroms zu den Feldwicklungen bei Fehlen eines vorbestimmten Wertes des ersten und zweiten Richtungssignals in Abhängigkeit vom Verriegelungssignal aktivierbar sind.

22. Anordnung nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß der dritte und der vierte Schalter Triacs sind.

23. Anordnung nach einem der Ansprüche 17 bis 22, dadurch gekennzeichnet, daß die erste und zweite Gleichrichterschaltung aus Dioden bestehen.

24. Anordnung nach einem der Ansprüche 21 bis 23, gekennzeichnet durch einen ersten und einen zweiten Strombegrenzungswiderstand, die jeweils in Reihe mit der ersten Gleichrichterschaltung und dem dritten Schalter und der zweiten Gleichrichterschaltung und dem vierten Schalter liegen.

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