DE3151257C2 - - Google Patents
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- DE3151257C2 DE3151257C2 DE3151257A DE3151257A DE3151257C2 DE 3151257 C2 DE3151257 C2 DE 3151257C2 DE 3151257 A DE3151257 A DE 3151257A DE 3151257 A DE3151257 A DE 3151257A DE 3151257 C2 DE3151257 C2 DE 3151257C2
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- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
- H02P6/00—Arrangements for controlling synchronous motors or other dynamo-electric motors using electronic commutation dependent on the rotor position; Electronic commutators therefor
- H02P6/08—Arrangements for controlling the speed or torque of a single motor
- H02P6/085—Arrangements for controlling the speed or torque of a single motor in a bridge configuration
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- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
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- H02P6/14—Electronic commutators
- H02P6/16—Circuit arrangements for detecting position
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- Engineering & Computer Science (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Control Of Motors That Do Not Use Commutators (AREA)
Description
Die Erfindung betrifft einen Synchronantrieb,
insbesondere für einen
Plattenspieler, nach dem Oberbegriff des Patentan
spruchs 1 (DE 29 37 838 A1).
Bei einem Abtastgerät für scheibenförmige Aufzeichnungs
träger, deren Signalspur mit konstanter Geschwindigkeit
abgetastet werden soll, ist ein Antrieb erforderlich,
dessen Drehzahl im Verhältnis von mehr als 2 : 1 veränderbar
ist, wobei der Synchronismus mit der vorgegebenen An
triebsfrequenz erhalten bleiben muß. Es ist wünschenswert,
daß der Antrieb auch sehr schnellen Änderungen der An
triebsfrequenz in beiden Richtungen synchron folgen kann.
Es ist weiterhin wünschenswert, einen möglichst gleich
mäßigen Lauf zu erhalten, sowie weitgehende Unabhängig
keit des Antriebsmoments von der Drehzahl.
Es sind zwar phasengeregelte Gleichstrommotoren unter Ver
wendung von Tachogeneratoren bekannt, jedoch sind diese
nur für kleinere Drehzahlbereiche geeignet. Ein üblicher
Synchronmotor benötigt eine Hilfswicklung und einen
Kondensator für einen asynchronen Anlauf außerdem hat ein Syn
chronmotor eine starke Neigung zu Pendelungen der Drehzahl.
Aus der DE 29 37 838 A1 ist ein Verfahren zur Regelung von Dreh
zahl und Phasenlage bei Synchronmotoren mit einem Rotor und min
destens einem Polpaar und mit einem Stator mit mindestens einer
mit Antriebsimpulsen beaufschlagten Feldwicklung bekannt, bei
dem die Drehbewegung des Rotors mit Hilfe eines Sensors erfaßt
wird und aus einem Vergleich der von dem Sensor erfaßten Winkel
stellung des Rotors mit einem aus der Antriebsfrequenz abgeleite
ten Signal der Feldwicklung des Motors Strom - oder Spannungsim
pulse zugeführt werden, die synchron mit den Sensorimpulsen er
zeugt werden und deren Breite der Phasenverschiebung proportio
nal und deren Phasenlage gegenüber den Polen so gewählt ist, daß
bei einer Voreilung der Pole ein Bremsmoment und bei einer Nach
eilung ein Beschleunigungsmoment erzeugt wird. Ein konstantes
Antriebsmoment ist dort jedoch nicht erreichbar.
Es ist Aufgabe der Erfindung, für ein derartiges Verfahren ei
nen Synchronantrieb anzugeben, der eine schnelle Drehzahlanpas
sung ermöglicht, einen möglichst gleichmäßigen Lauf aufweist,
bei dem das Antriebsmoment unabhängig von der Drehzahl ist und
wobei weder Kollektoren noch Hilfswicklungen erforderlich sind.
Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 angegebene Erfindung
gelöst. Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprü
chen beschrieben.
Es ist auch eine Steuerschaltung für einen im Synchronlauf be
triebenen kollektorlosen Gleichmotor bekannt (DE-AS 21 56 389),
bei der eine Rückstellung des reversiblen Zählers durch Über
schreiben seines maximalen Zählwerts verhindert wird. Die Aufga
be, die Steuerung des Motors möglichst schnell an unterschiedli
che Drehzahlen anzupassen, wird dort nicht behandelt.
Eine Schaltung mit den Merkmalen vorliegender Erfindung ist dort
ebenfalls nicht vorgesehen.
Es ist auch eine Schaltungsanordnung zum Regeln der Drehzahl ei
nes Gleichstrommotors bekannt (DE-AS 23 21 650), mit der sich
ein gleichmäßiger Motorlauf in der Nähe der Solldrehzahl erzie
len läßt. Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe wird auch
dort nicht behandelt. Eine Schaltung mit den Merkmalen vorliegen
der Erfindung ist dort ebenfalls nicht offenbart.
Es ist ferner eine Drehmaschine mit einem Generator zur Erzeu
gung von Energiesignalen bekannt (DE-OS 25 29 524), bei der eine
Einrichtung auf die in Statorwicklungen durch den Rotor der Ma
schine induzierten Signale anspricht und die Winkellage jedes
Energiesignals im Bezug auf den Rotor regelt. Eine Schaltung mit
den Merkmalen vorliegender Erfindung ist dort jedoch ebenfalls
nicht offenbart.
Ein Synchronantrieb nach der Erfindung benötigt weder
einen Kollektor noch eine Hilfswicklung. Die Stromversor
gung der Wicklungen wird mit einer Elektronikschaltung den
jeweiligen Erfordernissen angepaßt. Die Eigenschaften des
Antriebs lassen sich mit elektronischen Mitteln optimieren.
Auch schnelle Drehzahländerungen werden problemlos ausge
führt. Pendelungen des Antriebs treten nicht auf.
Die Erfindung wird nachstehend an Hand eines Ausführungs
beispiels näher erläutert.
Es zeigt
Fig. 1 eine Übersichtsdarstellung eines Antriebs,
Fig. 2 eine Schaltung zur Erzeugung dreier Steuersignale,
Fig. 3 eine Darstellung einer Steuerschaltung,
Fig. 4 ein Impulsdiagramm,
Fig. 5 ein weiteres Impulsdiagramm,
Fig. 6 eine Weiterbildung der Erfindung,
Fig. 7 eine Ansteuerschaltung der Motorwicklungen,
Fig. 8 ein drittes Impulsdiagramm.
Fig. 1 zeigt das Prinzipschaltbild des Antriebs. In einem
Stator mit den drei Wicklungen 1, 2, 3, die jeweils um
120° gegeneinander versetzt sind, befindet sich ein Rotor
4, der als Permanentmagnet ausgebildet ist. Mit Hilfe
der drei Sensoren 5, 6, 7 wird der Drehwinkel des Rotors
4 gegenüber dem Stator überwacht. Die Sensoren 5, 6, 7
können z. B. optoelektronische Sensoren sein, die ein
Signal abgeben, sobald eine auf dem Rotor 4 angebrachte
reflektierende Schicht 8 den Sensoren 5, 6, 7 gegenüber
liegt.
In einer besonderen Ausgestaltung der Erfindung können die
einzelnen Wicklungszweige 1, 2, 3 jeweils in zwei diametral
gegenüberliegende Hälften aufgeteilt sein, so daß die in
radialer Richtung auf den Rotor wirkenden Kräfte einander
aufheben.
Die drei Sensoren 5, 6, 7 bilden eine Einheit, deren Winkel
lage gegenüber dem Stator einstellbar sein kann, um
optimale Laufeigenschaften für eine bestimmte Drehrichtung
und Belastung zu erzielen.
Der auf dem Rotor befindliche reflektierende Belag 8 er
streckt sich über einen Winkelbereich von 180°/p, wobei
p die Polpaarzahl des Rotors ist. Als Sensoren können
vorzugsweise Fototransistoren verwendet werden.
Rotor und Stator sind in bekannter Weise vertauschbar. Es
müssen dann allerdings die drei Wicklungsströme dem Rotor
über Schleifringe zugeführt werden.
Die drei den Wicklungen zugeführten Signalgrößen A, B und C
werden in einer elektronischen Schaltung 9 durch Aus
wertung der Sensorinformationen a, b und c und der an der
Klemme 10 anliegenden Antriebsfrequenz f erzeugt.
Fig. 2 zeigt eine Schaltung zur Erzeugung von drei Mäander
spannungen QA, QB und QC. Diese Mäanderspannungen sind ge
geneinander um 120° phasenverschoben und haben eine
Frequenz von 1/6 der Antriebsfrequenz f. Diese Spannungen
stellen den Sollzustand dar. Die vom Rotor abgetasteten
Größen a, b und c verkörpern den Istzustand. Die Schaltung
zur Erzeugung der Mäanderspannungen enthält die fünf JK-
Flip-Flops 11 bis 15, die nach Fig. 2 derart geschaltet
sind, daß die an der Klemme 10 anliegende Eingangsfrequenz
f im Verhältnis 1 : 6 heruntergeteilt ist und die Phasen der
Mäanderspannungen QA, QB und QC um 120° gegeneinander ver
setzt sind.
Fig. 3 zeigt eine Schaltung zur Erzeugung der Antriebs
signale A, B, C. Die Sensorinformation a führt auf die
Exklusiv-ODER-Gatter 16 und 17, die Sensorinformation b
führt auf die Exklusiv-ODER-Gatter 18 und 19 sowie die
Sensorinformation c auf die Exklusiv-ODER-Gatter 20 und 21.
Dem zweiten Eingang des Exklusiv-ODER-Gatters 16 wird das
Mäandersignal QA, dem zweiten Eingang des Exklusiv-ODER-
Gatters 18 das Mäandersignal QB und dem zweiten Eingang
des Exklusiv-ODER-Gatters 20 das Mäandersignal QC zugeführt.
Das Sensorsignal a führt weiterhin auf den D-Eingang eines
D-Flip-Flops 22, das durch das Mäandersignal QA jeweils
bei der positiven Flanke getriggert wird. Das Ausgangs
signal QS des D-Flip-Flops 22 führt auf die zweiten Ein
gänge der Exklusiv-ODER-Gatter 17, 19 und 21. Über UND-
Gatter 23, 25 und 27 werden Steuersignale für die Schalt
stufen 29, 31 und 33 erzeugt. Den Schaltstufen 30, 32 und
34 werden ebenfalls über UND-Gatter 24, 26 und 28, die von
den Exklusiv-ODER-Gattern 16-21 Steuersignale erhalten,
zugeführt. Die Schaltstufen 29, 31 und 33 schalten jeweils
die positive Betriebsspannung auf die Klemmen 35, 36 und
37, die Schaltstufen 30, 32 und 34 die negative Betriebs
spannung an die Ausgangsklemme 35, 36 und 37.
Fig. 4 zeigt die Impulsdiagramme der Steuerschaltung nach
Fig. 3. In der ersten Zeile ist die Antriebsfrequenz f
dargestellt. Die Mäandersignale QA, QB und QC werden mit
den Sensorsignalen a, b und c verglichen. Am Ausgang der
Schaltung nach Fig. 3 sind an der Klemme 35 ein Signal A
entsprechend der drittletzten Zeile der Fig. 4, an der
Klemme 36 ein Signal B entsprechend der vorletzten Zeile
der Fig. 4 und an der Klemme 37 ein Signal entsprechend
der letzten Zeile der Fig. 4 vorhanden. In dieser Dar
stellung ist der Reseteingang 38 des D-Flip-Flops 22 auf
logisch 1 gesetzt, d. h. daß für die Schaltung der einge
schwungene Zustand erreicht ist. Das dem Eingang 38 zu
geführte Signal S kann z. B. aus dem von einer Platte
empfangenen Signal ausgewertet werden und dann logisch 1
gesetzt werden, wenn das Taktsignal in den eingerasteten
Zustand gelangt ist. Es ist dann der Synchronantrieb ein
gestellt. Während einer schnellen Drehzahländerung, z. B.
dem asynchronen Hochlauf, wird das Steuersignal S an der
Klemme 38 des D-Flip-Flops 22 auf Null gesetzt. In diesem
Zustand liegt am Ausgang QS des D-Flip-Flops 22 das
Pegelsignal 0 an.
Mit Hilfe der Signale a, b und c werden die Schaltstufen
29 bis 34 so gesteuert, daß die in Fig. 4 dargestellten
Ausgangsgrößen A, B und C entstehen. Die Signale A, B und
C sind z. B. Betriebsspannungsimpulse, die auf die drei
Wicklungszweige gegeben werden. Bei a, b und c = logisch
1 entsteht jeweils ein positiver Betriebsspannungsimpuls
und bei a, b und c=logisch 0 ein negativer Impuls. Die
Zuordnung ist so festgelegt, daß diese Impulse jeweils
eine antreibende Wirkung haben, wenn QS=0 ist. Bei QS=1
ist die Wirkung der Schaltstufen umgekehrt. Dann erzeugen
die Ausgangsgrößen A, B und C ein Bremsmoment (Fig. 5b,
rechte Seite).
Aus Fig. 4 ist zu entnehmen, daß jedem Impuls der Antriebs
frequenz f eine Impulsflanke der Signale A, B und C ent
spricht. Diese Flanken sind durch Doppelpfeile gekennzeichnet.
Bei einer Erhöhung der Frequenz f verschieben sich diese
Flanken nach links. Die Impulse A, B und C werden dadurch
breiter, d. h., das antreibende Moment nimmt zu, der Rotor
des Antriebs erhält eine Winkelbeschleunigung. Bei einer
Verminderung der Antriebsfrequenz f verschieben sich die
durch den Doppelpfeil gekennzeichneten Impulsflanken nach
rechts, d. h. die Impulse A, B und C werden zunächst schmaler.
Damit wird das antreibende Moment verringert und der Rotor
wird langsamer.
Bei einer schnellen Frequenzabnahme werden die durch den
Doppelpfeil gekennzeichneten Impulsflanken jedoch über
die von a, b und c hervorgerufenen Impulsflanken hinweg
wandern, so daß dann die Impulse A, B und C wieder breiter
werden. Ohne besondere Maßnahme würde dies wiederum einen
Antrieb bedeuten.
Mit Hilfe des in Fig. 3 dargestellten D-Flip-Flops 22 wird
diese Phasenverschiebung erkannt. Entsprechend Fig. 5b
kehrt eine derartige Phasenverschiebung das Signal QS um.
Damit wird auch die Wirkungsweise der Schaltstufen 29 bis
34 umgekehrt. Es entstehen jetzt bremsende Impulse, die
für eine schnelle Drehzahlverminderung sorgen. Im Synchron
betrieb mit wechselnder Antriebsfrequenz überwacht also das
D-Flip-Flop 22 die Phasen zwischen den Mäanderspannungen
QA, QB und QC und den Sensorsignalen a, b und c und sorgt
je nach Bedarf für antreibende oder bremsende Drehmoment
impulse.
Für den asynchronen Hochlauf muß dagegen das D-Flip-Flop 22
entsprechend Fig. 5a so gesetzt werden, daß nur antreibende
Impulse entstehen können. Solange der Synchronbetrieb nicht
erreicht ist, ist im Mittel je Wicklungszweig über 50%
der Zeit ein antreibendes Moment vorhanden, so daß ein
schneller Hochlauf möglich ist. Sobald der Synchronzustand
erreicht ist, stellt sich dann die Dauer der Impulse A, B
und C so ein, daß Gleichgewicht zwischen Antriebs- und
Lastmoment herrscht.
Bei einem Plattenspielerantrieb, der praktisch im Leerlauf
arbeitet, fließen bei entsprechend hoher Betriebsspannung
nur relativ kurze Stromimpulse durch die Wicklungen 1, 2,
3. Bei zu geringer Schwungmasse kann dies zu einem un
gleichmäßigen Lauf führen. Andererseits werden infolge
der hohen Winkelabhängigkeit des Drehmoments Last- und
Frequenzänderungen kaum Pendelungen des Antriebs her
vorrufen. Durch Erhöhung der Polpaarzahl entsprechend Fig. 6
kann die Anzahl der Drehmomentstöße je Umdrehung erhöht
werden, womit die Intensität der Impulse vermindert wird,
so daß bessere Laufeigenschaften erzielt werden.
Wenn in einem sehr weiten Drehzahlbereich ein konstantes
Antriebsmoment erwünscht ist, ist es vorteilhafter, den
Wicklungen anstelle von Spannungsimpulsen Stromimpulse einer
bestimmten Amplitude zuzuführen. Fig. 7 zeigt eine derartige
Ansteuerschaltung. Die Schaltstufen 29 bis 34 sind mit
stromgegengekoppelten Transistoren 39 bis 44 aufgebaut.
Damit die Summe der im Sternpunkt 48 durch die Wicklungen
45 bis 47 zusammenfließenden Stromimpulse 0 ist, ist vom
Sternpunkt 48 eine Gegenkopplung auf die Eingänge der
Schalttransistoren 39 bis 44 geführt. Am Sternpunkt liegt
zur Glättung der Gegenkopplungsspannung ein Siebkonden
sator 49. Die Spannung an dem Kondensator 49 stellt sich
etwa auf die halbe Betriebsspannung ein.
Die Stromamplitude läßt sich mit Hilfe einer an eine Klemme
50 angelegten Steuerspannung, die über die Transistoren 51,
52 und 53 auf die stromgegengekoppelten Transistoren wirkt,
einstellen. Für schnelle Änderungen der Antriebsfrequenz
ist es zweckmäßig, durch Erhöhung der Amplitude der Strom
impulse den Stromflußwinkel herabzusetzen, so daß durch die
damit verbundene Erhöhung der Regelsteilheit der Synchronis
mus auch während der Frequenzänderung erhalten bleibt. Nach
Erreichen der neuen Antriebsfrequenz kann dann der Strom
flußwinkel wieder auf den für den optimalen Lauf erforder
lichen Wert eingestellt werden.
Fig. 8 zeigt die Abhängigkeit des Stromflußwinkels α von
der Stromamplitude für ein bestimmtes Drehmoment. Die
Größe der Flächen 54 und 55 ist gleich, es ist lediglich
ein anderer Stromflußwinkel bei gegensetzlich veränderter
Stromamplitude vorhanden. Durch Einstellung des Strom
flußwinkels auf z. B. ⟂=60° bei einer zweipoligen
Maschine (p=1) kann ein völlig konstantes Antriebsmoment
und damit ein sehr gleichmäßiger Lauf des Antriebs einge
stellt werden.
Claims (8)
1. Synchronantrieb, insbesondere für einen Plattenspieler
oder Magnetbandrecorder, dessen Drehzahl durch eine An
triebsfrequenz (f) mit Hilfe einer Steuerschaltung (9)
steuerbar ist, aufweisend einen m-phasigen, d. h. mehr
phasigen Motor mit einem Rotor (4) und einem Stator,
wobei mit Hilfe von Sensoren (5, 6, 7) pro Phase ein
der Winkelstellung des Rotors (4) entsprechendes Ist-Si
gnal (a, b, c) erzeugt wird, das mit einem aus der An
triebsfrequenz (f) abgeleiteten Sollsignal (QA, QB, QC)
nach Dauer und Phasenlage verglichen wird, und wobei
aus diesem Vergleich den Wicklungen des Motors (1-3,
45-47) pro Phase ein Betriebsimpuls (A-C, IA-IC)
zugeführt wird, dessen Impulsdauer (α ) der Phasenver
schiebung proportional und dessen Phasenlage gegenüber
dem Rotor so gewählt ist, daß bei einer Voreilung der
Rotorpole ein Bremsmoment und bei einer Nacheilung ein
Beschleunigungsmoment erzeugt wird, dadurch gekennzeich
net, daß pro Phase eine erste und eine zweite Schaltstu
fe (29, 31, 32; 30, 32, 34) ein erstes und ein zweites
Exklusiv-ODER-Gatter (16, 18, 20; 17, 19, 21) und ein
erstes und ein zweites UND-Gatter (23, 25, 27; 24,
26, 28), sowie ein für alle Phasen gemeinsames D-Flip-
Flop (22) vorgesehen ist, wobei das Soll- (QA, QB, QC)
und das Istsignal (a, b, c) pro Phase dem ersten Exklu
siv-Gatter (16, 18, 29), das Ausgangssignal (Qs) des
D-Flip-Flops (22) und das Istsignal (a, b, c) pro Phase
dem zweiten Exklusiv-ODER-Gatter (17, 19, 21), das Aus
gangssignal des ersten Exklusiv-ODER-Gatters (16, 18,
20) und das Ausgangssignal des zweiten Exklusiv-ODER-
Gatters (17, 19, 21) pro Phase dem ersten UND-Gatter
(23, 25, 27), das Ausgangssignal des ersten Exklusiv-
ODER-Gatters (16, 18, 20) und das invertierte Ausgangs
signal des zweiten Exklusiv-ODER-Gatters (17, 19, 21)
pro Phase dem zweiten UND-Gatter (24, 26, 28) und das
Ausgangssignal (UA1) des ersten UND-Gatters (23, 25,
27) der ersten Schaltstufe (29, 31, 33) und das Aus
gangssignal (UA2) des zweiten UND-Gatters (24, 26, 28)
der zweiten Schaltstufe (30, 32, 34) zugeführt werden,
wodurch die erste Schaltstufe (29, 31, 33) einen Wick
lungsstrom in der einen Richtung und die zweite Schalt
stufe (30, 32, 34) einen Wicklungsstrom in der entgegen
gesetzten Richtung bewirkt, und wobei das Istsignal der
ersten Phase (a) dem D-Eingang des D-Flip-Flops (22)
zugeführt wird, das durch das Sollsignal (QA) der er
sten Phase jeweils bei der positiven Flanke getriggert
wird.
2. Antrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
jede Wicklung (1-3) in zwei dem Rotor (4) gegenüber
liegende Hälften aufgeteilt ist.
3. Antrieb nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,
daß die Anzahl der Sensoren (5-7) gleich der Anzahl
der Phasen ist.
4. Antrieb nach einem der Ansprüche 1-3, dadurch gekenn
zeichnet, daß zur Erzeugung der m Sollsignale (QA, QB,
QC) die Antriebsfrequenz zweimal durch die Zahl der Pha
sen geteilt ist.
5. Antrieb nach einem der Ansprüche 1-4, dadurch gekenn
zeichnet, daß als Sensoren (5-7) optische Sensoren
verwendet sind.
6. Antrieb nach einem der Ansprüche 1-5, dadurch gekenn
zeichnet, daß während des asynchronen Anlaufs unabhängig
von der Phasenlage zwischen den Istsignalen und Sollsi
gnalen nur antreibende Stromimpulse auf die Wicklungen
gegeben werden (S=0).
7. Antrieb nach einem der Ansprüche 1-6, dadurch gekenn
zeichnet, daß ein Gegenkopplungssignal vom Verbindungs
punkt (48) der Wicklungen auf die Schaltstufen (39-44)
vorhanden ist.
8. Antrieb nach einem der Ansprüche 1-7, dadurch gekenn
zeichnet, daß die Amplitude der Stromimpulse einstell
bar ist.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19813151257 DE3151257A1 (de) | 1981-12-24 | 1981-12-24 | Synchronantrieb |
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DE19813151257 DE3151257A1 (de) | 1981-12-24 | 1981-12-24 | Synchronantrieb |
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---|---|
DE3151257A1 DE3151257A1 (de) | 1983-07-07 |
DE3151257C2 true DE3151257C2 (de) | 1991-12-12 |
Family
ID=6149641
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE19813151257 Granted DE3151257A1 (de) | 1981-12-24 | 1981-12-24 | Synchronantrieb |
Country Status (1)
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1981
- 1981-12-24 DE DE19813151257 patent/DE3151257A1/de active Granted
Also Published As
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