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Schaltung zur Rückstellung von Meßwerken
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Die Erfindung betrifft eine Schaltung zur Rückstellung von Meßwerken,
insbosondere fUr eloktrische Servoeinrichtungen oit einem Servomotor.
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Bei elektrischen Servoreinrichtungen mit einem Servomotor ist es erforderlich,
daß der Ausfall der Hilfsenergie angezeigt wird, somit eine Anzeige dafür geliefert
wird, daß sich das Servoießwerk außer betrieb befindet. Zu diese. Zweck ist es erforderlich,
daß der Servomotor beim Ausfall der Hilfsenergie in eine Nullstellung zurückgesteuert
wird. Bei elektrischen und pneu@ctischen Servoeinrichtungen wird dies oit @ilfe
einer Gegen feder erreit, die den Motor noch Ausfall der Iilfsenergie in eine Ausgangsstellung
zuruckverlagert. Die Verwendung einer Gegenfeder hat den Nochteil, daß der Servomotor
grundstltzlich gegen die Gegenfeder arbeiten muß, also auch in dem Fall, in welchem
das Meßwert keine Änderung anzeigt. Der Einsatz einer Gegen feder resultiert daher
in eines erhöhten Verschleiß des Motors und einer unsymmetrischen Geschwindigkeit
bei. Vorlauf bzw. Rücklauf infolge des Spannens und Eptspannens der Gegen feder.
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Der Erfindung liegt doher die Aufgabe zugrunde, eine Schaltung zur
Rückstellung von Meßwerken, insbesondere fUr elektrische Servoeinrichtungen, zu
schaffen, die beim Ausfall der Hilfsenergie ein sicheres Rückstellen des Servosotors
ohne Inkoufnchme der vorstehend angegebenen Nachteile fehrleistet.
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Diese Aufgabe witd erfindungsgemöß durch eine Einrichtung zur Energiespeicherung
und eine Schalteinrichtung gelost, welche die Energiespeichereinrichtung bei Netzousfoll
selbsttötig mit dem Servomotor verbindet.
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Weitere Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den UnteranwprUchen.
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Mit der erfindungsgemäßen Schaltung wird während des Normclbetriebs
der Servoeinrichtung Energie gespeichert, die beim Ausfall des Netzes bzw. der Hilfienergio
ausgenutzt wird, um den Motor in eine Ausgangsstellung zu steuern. Unter dem Begriff
"Rückstellung" ist die Maßnohme zu vorstehen, daß mit Hilfe der gespeicherten Energie
der Servomotor in eine vorbestimmte, vorzugsweise ouch des Nichtvorliegen der Hilf@energie
enzeigende Stellung verbracht wird.
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Die Erfindung findet insbesondere Einsatz bei elektrischen Servoeinrichtungen,
d.h. elektrischen Servomeßwerken, bei spialzweise Kompensotionsschreibern, Anzeigegaröten,
Reglern oder dergleichen und fuhrt in Form einer bevorzugten Ausgestaltung Infolge
einer kleineren erforderlichen Kapazität zu einem geringeren Plotzbedarf.
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Erfindungsgemöß wird in einem Energiespeicher, beispielsweise einem
Kondensator, wtlhrend des Normolbetriebe eine solche Energie gespeichert, die ausreicht,
den Servomotor bei Ausfall der iiilfsenergie in die vorbestimmte, vorzugsweise den
Ausfall der Hilfsenergie kennzeichnenden Loge zu verstellen.
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Die Schalteinrichtung wird bei Ausfall der Hilf@@nergie selbsttötig
sozgesteuert, daß die Hilfsenergie von dem Enorgiespeicher zum Servomotor geführt
wird. Die vorbestimmte Endstellung des Servomotors im Fall. der Milfsenergie wird
beispielsweise durch einen Anschlag bestimmt.
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Im folgenden werden bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung anhand
der Zeichnung zur Erlövterung weiterer Merkmale beschrieben. Ei zeigen: Fig. 1 eine
erste Ausführungsform der Schaltung, Fig. 2 eine gegenüber der Ausfuhrungsform nach
Fig. 1 abgewandelte Ausführungsform der Schaltung, insbesondere zum Einsatz einer
im Vergleich zu Fig. 1 kleineren Kapazität, und Fig. 3 eine weitere Ausfuhrungsvariante
der erfindungsgemäßen Schaltung.
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Die in Fig. 1 dargestellte Schaltung ist in Verbindung mit einem Servomotor
1 und einem servoverstörker 2 dargestellt, wobei der Servoversttlrker 2 schematisch
wiedergqeben ist.
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An einem Anschluß 3 liegt eine stabilisierte Spannung U1 und an einem
Anschluß 4 eine unstobilisiorte Spannung U2
en. An einer Klemme
5 wird eine Gerötespannung U3 zugeführt.
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Als Speichereinrichtung dient ein Kondensator 6, der mit seine. einen
Anschluß Uber eine Diode 7 mit dem Anschluß 5 für die Spannung U3 verbunden ist.
Dabei liegt die Kathode der Diode 7 an der nicht auf Nasse liegenden Seite des Kondensators
6 an. Der Servoverstdrker 2 ist mit einem Eingong des Servomotors 1 verbunden.
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Als Scholt@inrichtung ist bei der Ausführungsform nach Fig. 1 eine
Transistorschaltung, bestehend aus einem ersten Transistor 8 und einem zweiten Transistor
9, vorgesehen. Der erste Transistor 8 liegt mit seiner basis Uber einen Widerstand
10 am Anschluß 3 an und ist mit seinem Kollektor an die basis das zweiten Transistors
9 angeschlossen. Außerdem ist der Kollektor des ersten Transistors 8 Uber eine Diode
11, deren Kathode an den Kollektor des Transistors 8 geschaltet ist, mit dem Emitter
des Transistors 9 verbunden. Zwischen dem Emitter des Transistors 9 und dem Anschluß
des Servomotors 1 fur den servoverstdrker 2 liegt eine weitere Diode 12, die anodenseitig
mit dci Emitter des Transistors 9 verbunden ist.
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Zwischen der Bords und dem Kollektor des Transistors 9 li*t ein Widerstand
13. Dio Verbindung zwischen dem Kollektor des Transistors 9 und dem Jiderstond 13
ist an den Kondensator 6 bzw. die Kathode dor Diode 7 geschaltet. Weiterhin ist
zwischen dem Ritter des Transistors 8 und dem Anschluß 4 für die unstabilisierte
Spannung eine Diode 14 vorgesehen, die mit ihrer Anode an den E@itter des Transistors
8 geschaltet ist.
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Im folgenden wird die Arbeitsweise der in Fig. 1 dorgesteliton Schaltung
erläutert. In Normolbetrieb, d.h. vor dem Netzausfall, liegt dio 3edinçung U1>
U2 vor, wobei die Spannung U1
beispielsweise - 15 Volt und die
unstabilisierte Spannung U2 beispielsweise kleiner als - 20 Volt ist. Infolge der
Bedingung ut > U2 ist der Transistor 8 durchgesteuert, und seine Kollektor apennung
UKollektor beträgt etwa U2 - U14, wobei U14 dio on der Diode 14 abfollende Spannung
ist. Während der Transistor 8 durchgesteuert ist, ist der Transistor 9 gesperrt,
infolgodosson oin Entladekreis vom Kondensotor 6 Uber den Transistor 9 zum Sorvomotor
1 verhindert wird. Der Servomotor 1 wird in diesem Fall ausschließlich durch den
Ausgang des Servorverstörkers 2 gespeist.
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Die Diode 12 gewöhrleistet in diesem Zustand, daß der Servoverstärker
2 ausschließlich auf den Servomotor 1 wirkt. Die Diode 11 ist als Schutzdiode für
den Transistor 9 vorgesehen.
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Bei Ausfall der Hilf@energie bzw. des Netzes steigt die on dem Anschluß
4 onliegende unstabilisierte Spannung U2 an und erreicht den Wert der Spannung U1,
infolgedessen der Tronsistor s gesperrt wird. Die kollektorspannung des Transistors
3 batrögt dann etwa U3 - U7, wobei mit U7 die an der Diode 7 abfallende Spannung
bezeichnet ist. Diese Kebktorspannung steuert den Tronsistor 9 in den Leitzustand,
qos zur Folge hat, daß die im Nor@@lbetrieb im Kondensator 6 gespeicherte Energie,
welche Uber den Anschluß 5 zum Kondensator 6 geleitet wird, Uber den Transistor
9 zu. Servomotor 1 geführt wird und den Sorvomotor 1 in vorbestimmter Wichtung bis
zu einem definierten Anschlag laufon läßt. Die Diode 7 verhindert dobei ein Entladen
des Kondensators 6 Uber den Anschluß 5 zum tbtzteil.
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Kurzzeitige Netzausftllle führen dagegen so lange nicht zum Rücklouf
des Servo@eßwerkes, wie die Bedingung U1> U2 erfullt bleibt.
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Bei der in Fig. 2 dargestellten Ausführungsform weist die Scholteinrichtung
zwei weitere Transistoren 15 und 16 auf. GegenUber Fig. 1 gloiche Elomente sind
in Fig. 2 mit gleichen Dezugszeichen versehen.
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fach Fig. 2 ist der Entladokreis fUr den Kondensator 6 durch den vierten
Transistor 16 bestiint, der mit dem zweiten Anschluß des Servomotors 1 in Verbindung
steht. Der dritte Transistor 15 ist mit seiner Basis Uber einen Widerstand 17 und
eine Diode lt><' an an den Kollektor des ersten Transistors 8 geschaltet,
wobei die Diode 18 mit ihrer Kathode an den Kollektor des Transistors 8 geschaltet
ist. Die Verbindung zwischen der Diode 13 und dem Widerstond 17 liegt Uber einen
iäderstand 19 auf tasse. Der Transistor T3 liegt mit seinem Kollekter-Emitter-kreis
zwischen dem zweiten Anschluß des Servomotors 1 (der erste Anschluß des Servomotors
1 entspricht dem Anschluß fUr den Servoversturker 2) und Masse.
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Der Emitter und Kollektor des dritten Transistors 15 sind Uber eine
Diode 20 miteinonder verbunden, wobei die Kathode der Diode 20 an den Emitter des
Trensistors 15 geschaltet ist.
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Außerde@ ist der Kollektor des Transistors 15 mit dem Kollektor des
vierten Transistors 16 verbunden, so daß der Kolloktor-Emitter-kreis des vierten
Transistors 16 zwischen dem zweiten Anschluß des Servomotors 1 und dem Kondensator
6 liegt. In der Vorbindung zwischen dem Kondensator 6 und dem Ritter des vierten
Transistors 16 konn eine Diode 21 derart angeordnet sein, daß ihr. Anode an den
Emitter des Transistors 16 geschaltet ist.
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Die Verbindung zwischen der Kathode der Diode 21 und dem kondensator
6'liegt Ubor eine weitere Diode 22 an einem weiteren Anschluß fttr eine Gerötespannung
U4. Der Emitter des vierten Transistors 16 ist vorzugsweise Uber oino weitere Diode
24
mit seiner Basis verbunden, wobei d.o Kathode der Diode 24 basisseitig
liegt. Zwischen dem kollektor und der Basis des Transistors 14 liegt oin Widerstand
25, und die Basis des Transistors 16 liegt Uber einen Widerstand 26 und eine Diode
27 am Anschluß 4 on, wobei die Diode 27 it ihrer Kathode an eine Vor bindung zwischon
dem Anschluß 4 und der Diode 14 gescholtet ist.
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t!achfolgend wird die Arbeitsweise der in Fig. 2 dargestellten Schaltung
erldutert. Im Normalbetrieb, d.h. bei Vorliegen der Hilfsenergie, besteht die Bedingung
U1> U2, so daß der Trans tor 8 leitend ist und seine kollektorsponnung entsprechend
der Ausführungsform nach Fig. 1 ungefähr U2 - U14 ist, wobei U14 die an der Diode
14 abfallende Sponnung ist. Di. vom Servoverstorker 2 an den Servomotor 1 angelegte
Spannung kann entsprechend der Schaltung nach Fig. 1 eine positive oder nogative
Spannung sein, die jedoch immer größer als U2 ist. Dio Diode 12 stellt sicher, daß
der Servoverstörker 2 entsprechend dor Schaltung nach fig. 1 ausschließlich auf
den Servomotor 1 wirkt. Die Dimensionierung des Kondensators 6 ist derart gewählt,
daß die @n ihm erzeugte Spannung kleiner als dio Sponnung U4 am Anschluß 23 ist,
so daß der Transistor 16 gesperrt bleibt. Somit kann der t4otorstros bei einer Spannung
UM < 0 durch don Transistor 15 und bei UM> 0 durch die Diode 20 fliessen.
Die Dioden 11 und 24 sind dem Transistor 9 bzw. 16 zugoordnote Schutzdioden.
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Vorstehende Erlduterung zeigt, daß im Normolbetrieb, d.h. bei Vorliegen
der stabilisierten Spannung U2, für die Bedingung U1 > U2 der Entlodekreis vom
Kondensator 6 Uber den Transistor 16 zum Servomotor 1 gesperrt ist und der ServoverstUrkor
2 auf don einen Eingang des Servomotors 1 wirkt.
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Nochfolgend wird der Zustand der in Fig. 2 dargelegten Schaltung bei
Netrousfoll erläutert. Bei Netzausfall wird die Spannung U2 (betrogsmößig) kleiner,
d.h. die Spannung U2 nflhert sich des Wort der Spannung U1, so daß der Transistor
ß gesperrt wird. Die Kollektorspannung des Transistors 8 nimmt einen Wurt von etwa
U3 - U7 (U7 ist die an der Diode 7 abfallande Spannun) an, was don Transistor 9
durchschalton lUBt und den Transistor 15 in den Sperrzustand schaltot. Sobald dio
Basisspanncag des Transistors 16 größer als die Emitterspannung ist, d.h. sobald
dia Bedingung U2 - U27> U22-U21 ist, wobei U27 die Spannung an der Diode 27,
U22 die Spannung on der Diode 22 und U21 die Spannung an der Diode 21 sind, wird
der Transistor 16 in den Leitzustand gesteuert, wobei der Widerstand 25 den Basisstrom
fUr den Transistor 16 liefert. Durch das Leiten des Transistors 16 wird ein Entladekreis
vom Kondensator 6 über den Transistor T4 zus Servomotor 1 gebildet und die im Kondensator
6 gespeicherte energie bewirkt eine Steuerung des Servomotors 1, d.h. das Servoeeßwerk
läuft bis zum Anschlag.
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Durch die vorstehend erlduterte Arbeitsweise wird ein Absinken der
Spennungen U3 und U4 erhalten, wobei die Dioden 7 und 22 ein Entloden des kondensators
6 zum Natz Verhindern. Dodurch wird die volle, ii Kondensator 6 gespeicherte Energie
nach dem Durchschalten der Transistoren 9 und 16 zur Ansteuerung des Soriootors
1 benutzt.
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Die Spannungen U3 und U4 am Anschluß 5 bzw. 23 sind vorzugsweise stabilisierte
Spannungen, welche von Notzschwankungen unobhöngig sind. Dadurch kann die Nennsponnung
vom Kondensator
6 optimal ausgenutzt werden. Djo Schaltung nach
Fig. 2 hot ferner don Vorteil, daß die Co Kondensator 4 onliogende Spannung größer
ist als bei der Schaltung noch Fig. 1; dadurch ist eine kleinere Kapazität notwendig,
was zu eine.
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geringeren Platzbedarf führt und bei der konzipierung von derartigen
Servomeßwerken wegen der erzielten Plotzeinsparung besonders vorteilhaft ist.
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Dvrch dos Ansteuorn des Servomotors 1 mittels der im Kondensator 6
gespeicherten Energie kann der Servomotor 1 in eine vorbestimmte Stellung, beispielsweise
eins Null-Stellung, die durch einen mechanischen Anschlog definiert Lot, oder in
eine Stellung unter Null gesteuert werden, wobei im letzteren Fall eine solche Anzeige
dazu dient, daß der Ausfall des Netzteils erkennbar ist.
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Unter Bezugnahme ouf Fig. 3 wird eine weitere Abwandlung der erfindungagemößen
Schaltung beschrieben. Di. beiden AnschlUsse des Servoootars 1 werden bei dieser
AusfUhrungsform durch ein als Schalteinrichtung dienendes Relais 30 entweder an
den Servomerstörker 2 einerseits und Masse andererseits oder an den Kondensotor
6 geschaltet. Der Kondonstator 6 liegt entsprechend den Ausführungsformen nach Fig.
1 und 2 Uber eine Diode 7 an einem Anschluß 5 fUr die Spannung U3 on; die ondere
Seite des kondensators 6 liegt gemöß Fig. 2 Uber eine Diode 22 an einem Anschluß
23 fur eine Spannung U4 an. Die Spannung U5 für die Ansteuerung des Relais 30 ist
im t4orinolbetrieb vorhanden und steuert das Relais 30 derart, daß dessen Kontakte
30@ und 30b den Servomotor 1 zwischen den Servoverstärker 2 und Masse schalten,
wie es in Fig. 3 dargestellt ist. Bei Netzausfoll fällt die Spannung U5 auf Null
ob,
und das Relais 30 gelangt in seine Ruhestellung. Dadurch werden
die Kontokte 30@ und 3ob auf Anschlüsse 28 und 29 umgeschaltet, die mit den beiden
Seiten des Kondensators 6 in Verbindung stehen, so dofl dio im Kondensator 6 gespeicherte
Energie durch die Reloiskontakte zur Ansteuerung des Servomotore 1 ausgenutzt wird
und das Servomeßwerk bis zum Anschlog löuft.
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Untsprochend Fig. 2 wird durch die Dioden 7 und 22 eine Entladung
des Kondensators 6 zum Netzteil verhindert.
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Anstelle des in Fig. 3 dargestellten Relais kann ein bistabiles relais
in Verbindung mit einer Steuerschaltung fUr das Relois eingesetzt werden, was insbesondere
dann vorzuziehen ist, wenn das Relais 30 stromsparend arbeiten soll.
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ei don vorstehend orwöhnten Ausführungsformen sind die Sponnungen
U1, U2 und U4 vorzugsweise negative Spannungen und die Spannung U3 eine positive
Spannung. Der Servomotor 1 kann jedoch auch in anderer Richtung bei Entladung des
Kondensators 6 gosteuort werden, wonn die Spannungen U1, U2 und U4 positive spannungen
und die Spannung U3 eine negative Spannung sind, wobei die unter Bezugnahme auf
Fig. 1 bis 3 erlauterton Uouelemonate entsprechend umzupolen sind.
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tXch ein- Netzousfoll kann das N@ßwerk wieder entweder zum positivon
mechanischen Anschlag (100% der Anzeige) oder zum negativen mechanischen Anschlag
(0 %) laufen.
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Die Erfindung schafft somit eine Schaltung fUr Servoeinrichtungen,
mit welcher auf definierte Weise ein RUckstellen bzw. eine Steuerung eins Servomotors
in eine vorbestimmte Loge möglich ist, wobei während des Normolbetriebs gespeicherte
Energie zur Steucrung des Servomotors bei Netzousfoll verwendot wird.
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L e e r s e i t e