DE1488105A1

DE1488105A1 - Generator fuer eine veraenderbare Frequenz

Info

Publication number: DE1488105A1
Application number: DE19641488105
Authority: DE
Inventors: Martin Kay; Thomas Mccallum
Original assignee: AMF Inc
Current assignee: AMF Inc
Priority date: 1963-10-22
Filing date: 1964-10-20
Publication date: 1968-12-12
Also published as: US3317805A; GB1064591A

Description

Patentanwälte Dipi.-ing. Walter Meissner Dipi.-ing:-HrerTOrt Tlscner

BERLIN33CGrunewald}, herbertstrasse 22 MÜNCHEN

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Herbertstraße 22 American Machine & Foundry Company, New iork/N. Ϊ., USA

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Patentanmeldung

Die Erfindung bezieht eich auf eine sehr genaue veränderbare Frequenzquelle. Sie ist jedoch nicht hierauf beschränkt, sondern bezieht sich auch auf veränderbare Frequenzgeneratoren, die numerisch gesteuert werden können, um eine Auegangsfrequenz zu liefern, die sich in einem gewünschten Haß zwischen einer gegebenen Ausgangsfrequenz und einer gegebenen Endfrequenz ändert und ferner zur genauen Geschwindigkeitssteuerung eines Wechselstrommotors -verwendet werden kann.

Es besteht weiterhin Bedarf an sehr genauen Frequenzquellen, die ein Signal mit einer Frequenz liefern können, die innerhalb einiger Hundertstel Prozent einer gegebenen Frequenz über einen verhältnismäßig weiten Bereich gesteuert wird, d. h. in dem die höchste Frequenz ein Vielfaches der niederen Frequenz ist. Bisherige Systeme besitzen allgemein veränderbare Frequenzgeneratoren, die mittels einer analogen Rückkopplungeschleife gesteuert werden, die in Verbindung mit einer Bezugsspannung arbeiten. Diese Systeme genügten zwar für bestimmte Zwecke, waren aber für eine Steuerung für sehr hohe Präzision wegen der Grenzen analoger Steuersysteme und der Schwierigkeiten nicht geeignet, die man bei der frequenzsteuerung mittels Standardspannungen festgestellt hat.

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In einigen Anlagen, besondere in denen die Steuerung automatischer Haschinen angewandt wird, ist es wünschenswert, daß die veränderbare Frequenzquelle nach numerischen Daten programmiert werden kann, die von Lochkarten, Magnetbändern oder dgl. abgeleitet werden. In anderen Worten heißt dies, die veränderbare frequenzquelle soll ein Ausgangesignal einer gegebenen Frequenz entsprechend einer numerischen Instruktion liefern, danach die Ausgangsfrequenz in einem gegeben Maß gemäß einer anderen numerischen Instruktion ändern und schließlich ein Endsignal liefern, wenn die Ausgangsfrequenz einen bestimmten gegebenen Wert erreicht. Es ist offensichtlich, daß eine veränderbare Frequenzquelle mit diesen Fähigkeiten sehr vielseitig ist, da die Spazmnngsquclle beispielsweise so programmiert werden kann, daß sie von einer gegebenen ersten Frequenz ausgeht, diese in einem gegebenen Maß ändert, bis eine zweite Frequenz erreicht ist, dann bei einer anderen Geschwindigkeit ändert, bis eine dritte Frequenz erreicht ist usw. und dadurch eine gewünschtes Steuerprogramm durchführt. Siese Art numerischer Steuerung ist mit der bisherigen analogen Art veränderbarer Frequenzaysteme nur schwierig durchzuführen und kann mit einer hohen Genauigkeit überhaupt nicht durchgeführt werden.

Eine Verwendungsmöglichkeit einer hochpräzisen Frequenzquelle ist ein Präzisionsmotorsteuersystem, das beispielsweise zum Steuern des Aufrollens von gepreßten Gewinden benutzt wird. In solchen Systemen bestimmt die Geschwindigkeit, mit der sich die Solle dreht, die Geschwindigkeit, bei der das Gewinde durch ein Preßwerkzeug gezogen wird, das wiederum den Gewinde durchmesser bestimmt. Wenn der Gewindedurchmesser konstant bleiben soll, muß die tangential e Gewindegesohwindigkeit an der Bolle konstant bleiben ohne Ruckeicht auf den Rollendurchmesser, der gemäß der Zahl der Gänge der darauf gewickelten Gewinde variiert. £s ist bekannt, daß die Umdrehungsgeschwindigkeit eines Wechselstrommotors direkt proportional der Frequenz der angelegten Spannung 1st. Wenn die an den Motor angelegte

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Leistung zu Anfang eine bestimmte Frequenz besitzt, die danach in einem gegebenen Maß abnimmt, kann die tangentiale Geschwindigkeit an der Rolle konstant gehalten werden. Wenn die Quelle der veränderbaren Frequenz ausreichend genau und richtig programmiert wird, wird keine erhebliche Änderung im Gewindedurchmesser auftreten.

Ein Gegenstand der Erfindung ist eine veränderbare Präzisionsfrequenzquelle, die eine gewünschte gegebene Frequenz innerhalb eines verhältnismäßig weiten Frequenzbereichs liefern kann.

Ein anderer Gegenstand der Erfindung ist eine veränderbare Frequenzquelle mit einer kristallgesteuerten Standardfrequenz, bei dem jede mögliehe Ausgangefrequenz eine gegebene feste Beziehung zur Standajffrequenz besitzt.

Ein anderer Gegenstand der Erfindung ist eine veränderbare Frequenzquelle, bei der ein zunehmendes Ansteigen oder Abnehmen der Auegangsfrequenz bei aufeinanderfolgenden angelegten Impulsen erfolgt.

Ein noch anderer Gegenstand der Erfindung ist eine veränderbare Frequenzquelle, die ein Ausgangssignal bei einer Frequenz liefern kann, die sich in einem gegebenen Maß ändert.

Ein anderer Gegenstand der Erfindung ist eine programmierbare veränderbare Frequenzquelle, die zuerst ein Ausgangssignal einer ersten numerischen Funktion entsprechenden Frequenz liefert, danach die Frequenz des Auegangesignals in einem gegebenen Maß ändert und ein Endsignal liefert, wenn die Ausgangsfrequenz eine abweichende gegebene Frequenz erreicht hat, die einer dritten numerischen Instruktion entspricht.

Ein noch anderer Gegenstand der Erfindung ist ein hochpräzise β System zur Geschwindigkeitssteuerung bei einem Motor.

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Sie veränderbare Frequenzquelle nach der Erfindung enthält einen kristallgesteuerten Oszillator, der so Bit mehreren in Serie geschalteten Frequenzteilern verbunden ist, daß jeder Frequenzteiler einen Impulszug alt verschiedenen Wiederholungswahlen liefert und keine Impulse zeltlich zusammenfallen. Diese Impulszüge werden an einzelne Terkreise und dann an einen Kombinationskreis gelegt, der das Ausgangssignal liefert. Die Zahl der Impulse im Ausgangssignal (über eine gegebene Zeit) hängt davon ab, welcher Impulszug oder welche Impulszugkombination an den Kombinationskreis gelegt wird, und daher wird die Ausgangsfrequenz durch einzelne Steuerung der Torkreise geregelt.

Ein binärer Zähler dient dazu, gewählte Torkreise festzulegen, so daß die Ausgangsfrequenz eine Funktion der im binären Zähler aufgebauten Zahl ist. Wenn ein Impuls an den binären Zähler gelegt wird, wird die Zahl in ihm geändert und bedingt dadurch eine ansteigende Änderung in der Ausgangefrequenz. Bin Kippgenerator gemäß der Erfindung kann dazu benutzt werden, in einem gegebenen Haß Impulse an den binären Zähler zu gebea, so daß sich die Ausgangsfrequenz in einem entsprechenden gegebenen Haß anlegt. Die Anfangszahl im binären Zähler und somit die Anfangsfrequenz kann entsprechend elaer ersten numerischen Instruktion aufgebaut werden, die aus einer Lochkarte oder dgl· entnommen wird. Bas Maß, in dem Impulse an den binären Zähler gelegt werden, und somit das Maß, in dem sich die Ausgangsfrequenz ändert, kann über den Kippgenerator entsprechend einer anderen numerischen Instruktion gesteuert werden. Eine Srkennungseinrichtung dient dazu, ein Endsignal zu liefern, wenn die Zahl im binären Zähler gleich einer dritten numerischen Instruktion ist. Das Frequenzquell enay st em ist somit vollständig programmierbar.

Für einige Anlagen kann das Ausgangssignal aus dem Konbinationskreis unmittelbar benutzt werden. Für Motorsteuerungen kann dieses Ausgangssignal in seiner Frequenz wei-

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ter verringert werden und dann zum Steuern eines Leistungsumforaers dienen, der die Energie für den Elektromotor bei einer Frequenz liefert, die proportional der Frequenz des Ausgangssignals ist. Wenn ein Dreiphasenmotor gesteuert wird, ist ferner ein Umformer notwendig, der das Dreiphasensignal liefert, um die Arbeitsweise des Leistungsumforaers zu synchronisieren« In diesem Motorsteuersyetem 1st ein zusätzlicher Kreis enthalten, der die Größe des Potentials am Motor gemäß der Frequenz verändert, um Änderungen der induktiven Reaktanz zu kompensieren, die durch Frequenzänderungen bedingt sind.

Die Besehreibung, zu der die Zeichnungen gehören, erläutert die Art und Weise, in der die genannten Gegenstände der Erfindung erreicht werden. In den Zeichnungen 1st:

Figur 1 ein Bloekdiagramm eines programmierbaren Fre-

quenzsystems nach der Erfindung für die Steuerung der Geschwindigkeit eines Motors;

Figur 2 eine Barstellung e eines Motorsteuerprogramms, das duroh das System nach Figur 1 erfüllt wird;

Figur 3 eine schematische Darstellung eines veränderbaren Frequenzteilers, der ein Teil des Systems ist;

Figur 4 eine schematische Darstellung eines Kippgenerators, der Teil des Systems 1st;

Figur 5 eine sehematisehe Darstellung des Leistungsumformers und der Pegelsteuerung, die Teile des Systems sind.

Die Figuren 6a » 6c sind Darstellungen der Beziehung verschiedener Impulse, die durch den veränderbaren Frequenzteiler erzeugt werden;

die Figuren 7a und 7b eine Darstellung der Art und Weise, in der das Dreiphasensignal zur Steuerung einer Umformerschaltung abgeleitet wird.

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Das allgemeine System

Das gesamte Sintern ist in Figur 1 dargestellt und zeigt die Anwendung bei der Steuerung eines Dreiphasen-Induktionsmotors 12. Ein Gleichrichter- und Regelkreis 1o liegt an einer WechselSpannungsquelle und liefert ein gesteuertes GHLeichp' tential an den Leistungsumforiaer 11· Der Umformer enthält mehrere Halbleiterschalter, die so angeordnet sind, daß er an den Motor 12 Dreiphasen-Reohteckschwingungen einer gegebenen Frequenz liefert.

Das Gerät zum Idefern des veränderbaren Frequenzsignals zum Steuern des Umformers 11 enthält einen kristallgesteu- / erten Oszillator 13, vorzugsweise von der Art, die ein ' Rechteckausgangssignal mit fester Frequenz im Bereich von mehreren hundert Hertz liefert. Der Oszillator 13 liegt an einem veränderbaren Frequenzteiler, der wiederum ein Ausgangssignal an einen festen Frequenzteiler 15 liefert. Ein binärer Zähler 26 dient zum Steuern des veränderbaren Frequenzteilers 14, so daß die Frequenzteilung mittels des veränderbaren Frequenzteilers nach der im binären Zähler befindliehen Zahl durchgeführt wird. Das Ausgangssignal des veränderbaren Frequenzteilers kann bei einer Zahl diskreter Frequenzen liegen, Jede Frequenz besitzt hierbei eine genaue Beziehung zur Frequenz des kristallgesteuerten Oszillators 13· Die Frequenzstabilität von kristallgesteuerten Oszillatoren ist allgemein bekannt und deshalb besitzt jedes der diskreten Ausgang₈signale des veränderbaren Frequenzteilers 14 einen genauen Frequenzwert· Wie

später im einzelnen besehrieben wird, wird durch den Frequenzteiler eine ausreichend große Zahl von diskreten Frequenzen erzeugt, so daß eine Ausgangsfrequenz gewählt werden kann, die innerhalb eines Hundertstels eines Prozenten einer beliebigen Frequenz innerhalb des Arbeitsbereiche liegt.

Bei bestimmten Anlagen kann das Ausgangssignal des veränderbaren Frequenzteilers 14 direkt verwendet werden, aber

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für Motorsteuerzwecke let es wünschenswert, die Frequenz dieses Äusgangssignals weiter su rerringern. Wie figur 1 zeigt, beträgt die Frequenz dea rom veränderbaren Frequenzteiler gelieferten Signals das 334faohe der Arbeitsfrequenz f des Motors 12 und wird ferner durch den festen Frequenzteiler 15 durch den Faktor 64 geteilt· Bas sich ergebende Signal, das vom Frequenzteiler geliefert wird, liegt bei der sechsfachen Arbeltsfrequenz des Motors 12 und wird an einen Dreiphasenkonverter 16 gelegt· Der Konverter teilt die frequenz weiter und liefert drei getrennte Eechteeksignale sit einer Riasenbeziehung von 12o° zu einander oder, in anderen Wortent der Konverter liefert ein Dreiphasensignal, das zum Steuern des Leistungsumformers 11 geeignet ist-.

Die induktive Reaktanz der Uotorwieklungen sehwankt mit der Funktion der Frequenz und deshalb 1st es notwendig, das an den Motor angelegte Potential als Funktion der angelegten Frequenz zu verändern, um ein gutes Arbeiten aufrecht zu erhalten. Ein Gleichspannungspegelsteuergerät 23 liegt an einest Ausgang des Dreiphasenkonverters 16 und liefert ein GLelchepannungsslgnal an den Regelkreis 1o, der proportional zur Arbeitsfrequenz f wirkt. Eine Wechßelspannungs-PegelabtaBtschaltung 22 liegt an den Motorwlcklungen und liefert ein GLeiehpotential an den Regelkreis, das proportional dem Weehselpotentfal an den Motorwicklungen ist. Der Regelkreis 1o dient dann automatisch zum Einstellen des Potentials, das an den Leietungsuaformer gegeben wird, so daß das Weehselpotential an den Motorwicklungen proportional de» GLeiehpotential 1st, das vom fegelsteuerkreis 25 geliefert wird, und somit wird das an dea Motorwioklungen liegende Potential annähernd entsprechend der angelegten Frequenz verändert·

Sin Kippgenerator 17 dient zum Lieferen von Impulsen über einen Schalter 27 an einen binaren Zähler 26 in einem gegebenen Maße. Jeder angelegte Impuls äadert die Zahl im binären Zähler 26 und bedingt dadurch eine entsprechende

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Anstiegsänderung in der Ausgangsfrequenz, die durch den veränderbaren Frequenzteiler 14 geliefert wird. Demgemäß wird durch genaues Steuern des Maßes, mit dem die Impulse an den Zähler gelegt werden, eine genaue Steuerung des Maßes durchgeführt, mit dem sich die Ausgangsfrequenz ändert. Der Kippgenerator 17 enthält einen veränderbaren Frequenzteiler, der direkt vom kristallgesteuerten Oszillator 13 betätigt werden kann. Vorzugsweise kann aber ein niederfrequentes Zeitgabesignal benutzt werden, das leicht vom veränderbaren Frequenzteiler 14 über einen Schalter 28 abgeleitet werden kann. Sowieso ist das Maß, bei dem Impulse an den binären Zähler 26 gelegt werden, genau auf die Frequenz des kristallgesteuerten Oszillatorausgangs bezogen und deshalb kann dieses Impulsmaß genau gesteuert werden.

Figur 2 zeigt ein Motorsteuerprogramm, das mittels des Systems nach Figur 1 erzielt werden kann« Während eines Zeitraums t„ wird der Motor bei einer besonderen Frequenz erregt, so daß er auf die Anfangsdrehzahl gebracht werden kann. Dies geschieht durch Einsetzen einer bestimmten Zahl in den binären Zähler 26, während die Schalter 27 und 28 in der offenen Stellung gelassen werden, so daß der Kippgenerator nicht arbeitet. Beim Punkt 24, in dem der Motor mit seiner AnfangedrehZ8hl synchron mit der angelegten Anfangsfreqvenz läuft, sind die Schalter 27 und 28 geschlossen, so daß die angelegte Frequenz und die Motordrehzahl während des Zeitintervalle t^ mit einem durch den Kippgenerator gesteuerten Maß gleichmäßig abnimmt. Manchmal ict danach am Funkt 25 die angelegte Frequenz auf einen niedrigen Wert verringert worden, der das Ende des Arbeitens anzeigt.

DaJ System nach Figur 1 kann so programmiert werden, daß es automatisch ein gewünschtes Motorsteuerprogramm, wie das nach Figur 2, liefert. Die numerische Steuerinformation wird auf einer Lochkarte gespeichert und von dieser durch übliche Kartenleser 18, 19 und 2o abgenommen. In

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der Praxis würde die ganze Infomation auf einer einsigen Lochkarte gespeichert werden, und ein einziger Kartenleser könnte drei getrennte numerische Instruktionen liefern. Der (A)-Kartenleser 2o liefert eine erste nunerieche Instruktion, die einer gegebenen Startfrequenz oder der Itotoranfangsdrehsahl entspricht und dient sum Aufbau einer binären Zahl in Zähler 26, die gleich der ersten numerischen Anzeige ist. Der (B)-Kartenieser 19 liefert eine zweite numerische Instruktion, die einer gegebenen Bildfrequenz oder Snddrehzahl des Motors entspricht. Sine übliche Worterkennungsschaltung 21, die zwei binäre Zahlen vergleichen kann, liegt zwischen dem binären Zähler

26 und dem (B)-Kartenleser und liefert ein Endsignal, wenn die Zahl im Zähler 26 gleich der zweiten numerischen Anzeige ist. Der (C)-Kartenleser 18 liefert eine dritte numerische Instruktion, die einem gegebenen Kippimpuls zwischen den Punkten 24- und 25 (Figur 2) entspricht und dient zum Steuern der Arbeitsweise des Kippgenerators 17 , so daß das Maß, mit dem die Impulse an den binären Zähler

27 gelegt werden, mit der dritten numerischen Anzeige fibereinstimmt.

Es wird darauf hingewiesen, daß dieses programmierbare System sehr vielseitig 1st. Die Anfangs- und Endfrequenzen können beliebige Werte Innerhalb des Arbeitsbereichs sein und der gegebene Kippimpuls kann ein beliebiger Wert und sowohl positiv als auch negativer Wert sein. Für komplexere Steuervorlagen könnte das fitstem so programmiert werden, daß bei Erreichen einer ersten Sndfrequenz verschiedene numerisohe Instruktionen in die Kartenleser 18 und 19 gegeben werden, so daS die Ausgangsfrequenz sieh in einem anderen maße in eine andere Endfrequenz zu ändern beginnt usw. Wenn eine konstante Sndfrequenz für eine Zeitdauer gewünscht wird, so kann dies mittels eines Hilfsgerätee erzielt werden, das augenblicklich den Kippgenerator oder durch Wahl eines Kippimpulses mit einem sehr kleinen Wert unwirksam macht. Dadurch wird die Ausgangsfrequenz praktisch konstant gehalten.

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Der veränderbare Frequenzteiler und der binäre Zähler

Der veränderbare frequenzteiler und der zugehörige binäre Zähler, der den Frequenzteiler steuert, werden schematisch In Figur 5 dargestellt. Der veränderbare Frequensteiler enthält Mehrere in Serie liegende Flip-Flop-Schaltungen 3o bis 56, die sun Empfang des Ausgangeeignals des kristall ge β teuer ten Oszillators 15 dienen. Das Ausgangesignal des krietalIgesteuerten Oszillators 13 liegt besonders am symmetrischen Eingang des Flip-Flop 3o. Der Set-Ausgang des Flip-Flop 3o liegt an symmetrischen Eingang des Flip-Flop 51« dessen Ausgang am symmetrischen Eingang des Flip-Flop 32 usw. liegt. Der Set-Ausgang einer jeden Flip-Flop-Schaltung 3o bis 36 liegt an einem Eingang eines der zugehörigen ÜHD-Kreise 5o bis 36 über einem zugehörigen Eintakt'Multivibrator 4o bis 46. Der Ausgang jedes UND-Kreises 5o bis 56 ist mit einem besonderen Eingang eines ODER-Krelses 57 verbunden. Die Flip-Flop-Schaltungen 3o bis 36 sind so beschaffen, daß sie sich auf den anderen Ihrer stabilen Zustände entsprechend einem negativen Potenttal an symmetrischen Eingang ändern. Die EIntakt-Mult!vibratoren sind so beschaffen, daß sie einen kurzen Ausgangeimpuls bei einem positiv werdenden Signal am Eingang liefern. Die UND-Kreise lassen, wenn sie durch ein Potential am anderen Eingang vorbereitet sind, die Impulse vom Eintskt-Vultivibrator sum ODEH-Kreis 57 fließen, wo diese Impulse mit den Impulsen aus anderen UHD-Kreieen kombiniert werden und einen einzigen Ausgangsimpulszug liefern.

Wenn die Arbeltsfrequenz des Oszillators 13 gleich F ist, 1st das Ausgangs signal aus dem Flip-Flop-Kreis 5o eine Bechtecksehwlngung mit der Frequenz £, wie Figur 6a zeigt. Dl^ übrigen Flip-Flop-Kreise 31 bis 36 halbleren jeweils die frequenz. Demgemäß liefert der Flip-Flop 51 ein Hecht-

eektausgangssignal mit der Frequenz ="», der Flip-Flop 52 ein Ke eh te ckau s gang* signal mit der Frequenz ^r und der

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Flip-Flop 33 ein Rechteckauegangssignal ait der Frequenz ^· Diese Signale sind ebenfalls in Figur 6a dargestellt.

Eine besondere PhasenbeZiehung zwischen den Schwingungsformen nach Figur 6a ist zu beachten. Wie bereits erwähnt, kommen die Flip-Flops bid einem Hegatlvwerden dem Signal am symmetrischen Eingang in den anderen Zustand, Wenn deshalb der Flip-Flop 3o aus dem Set-Zutjtand in den Reset-Zuetand kommt, wird der Flip-Flop 51 in den anderen Zustand gebracht. Ähnlich kommt der Flip-Flop 32, wenn sich der Flip-»Flop 31 aue dem Set- in den Reset-Zustand kommt, in den anderen Zustand. Die übrigen Flip-Flops arbeiten praktisch in gleicher Welse wie der Flip-Flop in der vorhergehenden Stufe.

Der Multivibrator 4o spricht auf den positiven Teil des Auegangssignals dee Flip-Flops 3o an. Diese positiv werdenden Teile des Signals sind In Figur 6a durch Funkte markiert. Bei jedem positiv werdenden Potential liefert der Multivibrator 4o einen kurzen Impuls und deshalb kommt, wie Figur 6b zeigt, ein Impulszug aus dem Multivibrator 4o. Der Multivibrator 41 ist in ähnlicher Weise mit dem Flip-Flop 31 verbunden und liefert den Impulszug

F'
-^- und in ähnlicher Weiße liegen die Multivibratoren 42,

4-3 und 44 an den Flip-Flops 32, 33 bzw. 34 und liefern die laipulszüge -τ-, -jr~ bzw. -£-, *ie Figur 6b zeigt.

Die Zeltkonstanten der liultivibratoren 4o bis 46 sind so eingestellt, daß die sich ergebenden Auegangeimpulse ungefähr dieselbe Dauer besitzen und die Dauer eines jeden Impulses wesentlich kleiner als die Halbschwliigungsdauer des Signals des Flip-Flops 3o ist. Es ist wichtig zu bemerken, daß in Figur 6b kein Impuls des einen Impulszuges seitlich mit eines Impuls eines anderer*. Impulszuges zusammentrifft. Obgleich nur fünf Impulszüge in Figur 6a dargestellt sind, werden auch andere Impulszüge der übrigen Multivibratoren nur nichtzusammentreffende Impulse enthalten. Die Oszillatorfrequenz des kristallgesteuerten

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ist ein genaues Vielfaches der Frequenz eines Jeden Impulsxuges, die duroh die Multivibratoren 4o bis 46 geliefert werden.

Eine andere Schaltungsanordnung zum Erzielen derselben Nicbtkoinzidenz der Impulse wird in Figur 6b geneigt. Wenn Beispielc*eise die Flip-Flops auf eine Änderung des Potentials in derselben Richtung wie die Multivibratoren ansprechen, d. h. entweder auf eine positive Änderung des Potentials oder auf eine negative Änderung des Potentials, dann müssen die Kreise an verschiedenen Ausgängen der zugehörigen Flip-Flops liegen. Insbesondere, wenn öler Flip-Flop 31 und der Multivibrator 4o zusammen auf eine positive Potentialänderung ansprechen, soll der Heset-Ausgang des Flip-Flops 3o an den symmetrischen Eingang des Flip-Flops 31 geschaltet werden, wenn der Set-Ausgang am Eingsng des Multivibrators 4o liegt. Die übrigen Flip-Flops und Multivibratoren würden dann in ähnlicher Weise geschaltet werden. Mit anderen Worten: Wenn die Flip-Flops auf eine Potentialänderung in einer Richtung ansprechen und der MuItivibrator auf eine Potentialänderung in der anderen Richtung:, müssen beide Schaltungen an demselben Ausgang des zugehörigen Flip-Flops liegen. Dies ist die in Verbindung mit Figur 3 beschriebene Situation, in der die Flip-Flops auf negative Potentialänderungen und die Multivibratoren auf positive Potentialänderungen ansprechen.

Die UND-Kreise 5o bis 56 sind Torkreise, die bestirnte Impulezüge der Multivibratoren 4o bis 45 zum ODER-Kreis 57 durchlassen. Der ODER-Kreis 57 ist eine Kombination, die einen einzigen Ausgangsimpuls zug mit Impulsen liefert, die zeitlich jedem der Impulse entsprechen, die an den verschiedenen Eingängen der einzelnen Impulszüge des ODER-Kreises liegen. Da die verschiedenen Impulse der einzelnen Iapulszüge zeltlich nicht zusammenfallen, fällt Jeder Impuls auf einen entsprechenden Impuls im Impulszug, der am Ausgang des ODER-Kreises entsteht. Verschiedene mögliche

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Impulezüge, die am Ausgang des ODEB-Kreises 57 auftreten, werden in Figur 6c dargestellt, die denselben Zeitmaßstab wie die Figuren 6a und 6b besitzt. Die obere Linie in Figur 6c stellt den Impulszug dar, der sich ergibt, wenn die UND-Kreiee 5o und 54 eingeschaltet sind, wodurch Im-

pulesüge -S- und -=-w an den ODER-Kreis gelegt werden. Der

Ausgangeimpulszug, der sieh bei eingeschalteten UND-Kreisen 5o und 53 ergibt, wird in der «weiten Linie geseigt, der Impulszug, der sich bei eingeschalteten UND-Kreisen ergibt, in der dritten Linie und der Impulszug, der sich hei eingeschalteten UND-Kreisen 5o, 51t 52, 53 und 54 ergibt, in der untersten Linie. Die Zahl der Impulse im Ausgangsimpuls zug 1st (über eine gegebene Zeit) für Jeden der einzelnen Impulszug-Kombinationen verschieden und somit besitzt jeder einzelne Ausgangsiapulazug eine besondere Grundfrequenz.

Die Tafel I seigt die Beziehungen zwischen den einzelnen Kombinationen eingeschalteter UND-Kreise und der entsprechenden Zahl von Ausgangsimpulsen, die im am Ausgang des ODfifi-Kreiaes 57 entstehenden Impulszug auftreten. Die Tafel I wurde so zusammengestellt, daß sie nur die UND-Kreiee bis 54- und die Zahl der Impulse während der Zeit t_ (Figur 6) zeigt. In der Tafel I seigt "1" an, daß ein UHD-Kreis vorbereitet ist und der entsprechende Impulszug hindurchfließen kann, und eine ^NO", daß der UND-Kreis nicht vorbereitet und somit der zugehörige Impulszug nicht an den ODER-Krels 57 angelegt ist. «fahrend der Zeit t_g enthält der Impulszug, der durch den UND-Kreie 5o fließen konnte, sechssehn Impulse, derjenige, der durch den UND-Kreis 51 hindurchgeht, acht Impulse, derjenige, der durch den UfJD-Kreia 51 hindurchgeht, vier Impulse, derjenige, der durch den UKD-jiröis 53 hindurchgeht, zwei Impulse und derjenige, der durch den UND-Kxeie 54- hindurchgeht, einen Impuls· Wie in der ersten Linie der Tafel I angezeigt wird, enthalten deshalb, wenn alle UNÜ-Kreiee 5o bis 54 vorbereitet sind, der Impulszug 31 Impulse. Die zweite Linie zeigt an, daß, wenn alle UND-Kreiee mit Ausnahme des

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Kreises 54 rorbereitet sind, der Ausgangsimpulsxug 3o Impulse enthält. Die dritte Linie xeigt an, daß, wenn alle UHD-Kreiee Bit Ausnahme des Kreises 53 Torbereitet sind, der Auegangeimpulsrug 29 !«pulse enthält» usw.

	-	UND	UKD	lafel I	UND	Kreis	Zahl der
	Kreis	Kreis 51	OTTD	Kreis 53	1	jLmpuxse in der Zeit t_g
	A	1	Kreis 52	1	0	31
1	1	1	1	1	1	3o
2	1	1	1	0	0	29
3	1	1	1	0	1	28
4	1	1	1	1	0	27
5	1	1	0	1 .	1	26
6	1	1	0	0	0	25
7	1	1	0	0	1	24
ε	1	C	0	1	0	23
9	1	0	1	1	1	22
1ο	1	0	1	0	0	21
11	1	0	1	0	1	2o
12	1	0	1	Λ	0	19
13	1	0	0	1	1	18
14	1	0	0	0	0	17
15	1	0	0	0	1	16
16	0	1	0	Λ	0	15
17	0	1	1	1	1	14
18	0	1	1	0	0	13
19	0	1	1	0,		12
2ο		1

Die binare Zahl 11111, die in der ersten Zeile der Tafel erscheint, ist gleich 311 die binäre Zahl 11110, i±* in der Bweiten Zeile ist gleich 3o übt. Dementsprechend ergibt sich eine genaue Beziehung «wischen den binären Zahlen der Tafel I und der Zahl der Impulse, die im Ausgangsimpuls zug ober eine gegebene Zeit auftreten und somit besitzt die Ausgangsfrequenz eine genaue Beziehung zu diesen binären Zahlen. Ein binärer Zähler mit den Flip

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Flop-Schaltungen 60 his 66 liegt an besonderen UHD-Kreisen 50 hl« 36.

Der Auegang des Flip-Flops 66 liegt an einem Eingang des UWD-Kreiseβ 56, um den UND-Kreis su schalten, wenn der Flip-Flop sich im Set-Zustand hefindet. Dadurch kann der Impulsisug des Moltivibrators 46 durch den ODER-Kreis 57 hindurchgehen. In ähnlicher Weise sind die Set-Auegänge der Flip-Flops 60 his 63 Bit einem fdngang des UND-Kreißes 5o bis 55 verbunden. Der Reset-Ausgang des Flip-Flops 66 liegt am symmetrischen Eingang des Flip-Flops 63 und in ähnlicher Welse sind die Set-Ausgänge der Flip-Flops 65 bis 60 mit den symmetrischen Eingingen der einander benachbarten Flip-Flops 64 bis 60 verbunden. Der (A^Kartenleser 2o (Figur 1) liegt über einem Kabel 67 an den Set- und Heset-iSingängen Jedes der Flip-Flops 60 hie 66 und liefert eine numerische Instruktion, die einer gegebenen Anfangsfrequenz entspricht, und durch geeignete Steuerungen des Kartenlesers kann einer der Flip-Flops 60 bis 66 in den "1"-Zustand gebracht werden und dadurch eine Zahl im binären Zähler aufbauen, die gleich der numerischen Instruktion ist, die vom Kartenleser geliefert ist. Die Set- und Reset-Ausgänge eines Jeden der Flip-Flops 60 liegt über einem Kabel 68 an der Erkennungsschaltung 21 (Figur 1). Die Erkennungsschaltung 21 kann die Zahl im binären Zähler abtasten und liefert ein Endsignal, wenn diese Zahl gleich der numerischen Instruktion des Kartenlesers 19 ist (Figur 1).

Die Flip-Flop 60 bis 66 ergeben einen Zähler, der in umgekehrter Richtung, d. h. der nach Null hin sählt, wenn aufeinander folgende Impulse an den Flip-Flop 66 gelegt werden. Ohne Rücksicht auf die Anfangszahl im binären Zähler werden aufeinanderfolgend· Impulse am Eingang des Slip-Flops 66 Jeweils die Zahl im binären Zähler um eine Ziffer verringern. Tafel I seigt, daß jede aufeinanderfolgend· Reduktion der Zahl im binären Zähler die Ausgangsfrequena am ODER-Kreis 57 um eins verringert.

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Der veränderbare Frequenzteiler nach Figur 3 enthält sechs Stufen, er könnte aber Jede beliebige Anzahl von Stufen enthalten. Die höchste Mögliche Äusgangsfrequenz aus dem ODSR-Kreis 57 ißt etwas geringer als die Arbeitsfrequenz F des Oszillator«; 13. Die niedrigste mögliche Frequenz ist

~—, worin η gleich der Zahl der Stufen ist. Noch wichtiger

ist es, iaß die verschiedenen diskreten Auegangsfrequenzen, die erhalten werden können, sieb, von einander durch den

faktor ~_— unterscheiden. Wenn somit die Oszillatorfrequenz beispielsweise 1oo kHz beträgt und fünfzehn Frequenzteil er stuf en vorgesehen sind, ergeben eich ungefähr 33 ooo (genau 2 ^ oder 3?. 768) mögliche diskrete Ausgangsfrequenzen, die eich voneinander durch ungefähr 3 Hz unterscheiden.

Der Prozentsatz der änderung am unteren Ende des Bereichs ist wesentlich höher als am oberen Ende des Bereichs, d. h., daß am unteren Ende des Bereichs die änderung von der untersten Frequenz von 3 Hz zur nächst höheren Frequenz von 6 H* eine Änderung; von ungefähr loo % beträgt· A» oberen Ende des Bereiche ict die Änderung von ungefähr 1oo kHz zu einer Frequenz von 3 Rz eine Änderung mit sehr kleines Prozentsatz. Somit ist der obere Teil des Bereiche allgemein besser genutet als sein unterer Bereich.

Der Ausgang des ODER-Freises 57 liegt am üäaitterfolger 58, der wiederum an einen Schmitt-Trigger geschaltet ist. Der Emitterfolger vergrößert den Wert der Ausgangeimpulse und der Schmitt-Trigger ergibt die Funktion der .Wiederherstellung einer gewünschten Schwingungsform dieser Impulse. Das Auegangssignal ait der veränderbaren Frequenz erscheint dann am Ausgang des Triggerkreises 59·

Der Elppftenerator

Der Kippgenerator nach Figur 4 enthält einen veränderbaren Frequenzteiler ähnlich dem nach Flf?ur 3. Er liefert Impulse, die an den symmetrischen Eingang des Flip-Flops 66

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.bad

nach Figur 3 gelegt werden, so daß diese Impulse periodisch die Zahl im binären Zähler ändern können. Das Maß, in dem die Impulse an den binären Zähler angelegt werden, bestimmt somit das Maß, das die Ausgangsfrequenz des Triggerkreises 59 ändert (Figur 3).

Der veränderbare Frequenzteiler des Kippgenerators enthält mehrere Flip-Flop 2o bis 79» die untereinander mit den zugehörigen Eintakt-Multivibratoren 8o bis 89 verbunden sind, und die UND-Kreise 9o bis 99* Die UNiv-Krelse liegen am ODEH-Kreis 1o1, der einen einzigen Ausgangsimpulszug mit einer Gfcrundfrequenz liefert, die von der der UND-Kreise. abhängen, und vorbereitet ist. Da dieses Frequenzteilersystem im wesentlichen genau so arbeitet wie das in Verbindung mit Figur 3 beschriebene, ist es nicht notwendig, die Arbeltsweise dieser Schaltung im einzelnen zu beschreiben. Der Kippgenerator enthält keinen binären Zähler zum einzelnen Vorbereiten der UND-Kreise 9o bis 99 wie im Fall der Figur 3· Hierfür ist der (C)-Kartenleser 18 unmittelbar über ein Kabel 1oo mit einem Eingang eines jeden UND-Kreiseβ sum einzelnen Einstellen eines dieser UND-Kreise entsprechend einer binären Instruktion aus der Im Lochkartenleser befindlichen Lochkarte verbunden.

JSs ist wünschenswert, daß das Maß, in dem Impulse an den binären Zähler in Figur 3 gelegt werden, wesentlich niedriger als das Maß ist, in dem Impulse aus dem ODER-Kreiβ 57 kommen, und deshalb leitet der Flip-Flop 7o sein Taktgebersignal aus einem der FlIp-Flops 3o bis 36, beispielsweise aus dem Flip-Flop 36 (Figur 3) ab, wie in der Zeichnung angezeigt ist. Wenn somit der veränderbare Frequenzteiler in Figur 3 fünfzehn Stufen enthält und die Oszillatorfrequenz 1oo kHz ist, wird das Eingangssignal am Flip-Flop 7o bei einer Frequenz von ungefähr 3 Hz liegen. Der Frequenzteiler nach Figur 4 enthält zehn Stufen und deshalb liefert der Multivibrator 89 ungefähr alle 300 Sekunden einen Impuls. Unter diesen Umständen kann das Maß, in dem die Impulse per- Sekunde an den binären Zähler gelegt werden, zwischen drei Impulsen pro Sekunde und einem Impuls

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naoh 3oo Sekunden In ungefähr 1ooo gleichen Abständen (genau 2¹° oder 1,o24) geändert werden.

Der Ausgang des ODER-Kreises Ιοί liegt über einem Emitterfolgerkreis 1o2 und einem Schmitt-Trigger 1o3 am symmetrischen Eingang des Flip-Flops 66 (Figur 3)· Der Emitterfolgerkreis vergrößert den Wert der Außgangsimpulse des ODER-Kreises Ιοί und der ßehmitt-Irigger wirkt als Impulsformer.

Die Art, in der der Kippgenerator nach Figur 4 sich der Charakteristik nach Figur 2 nähert, wird in den Figuren 7a und 7b gezeigt. Es wird angenommen, daß die UND-Kreise 91 und 92 vorbereitet sind und daß somit die Impulszüge f I f I

—=— —=■» an den ODER-Kreis ld angelegt werden. Diese 2 2^

Impulszüge werden in den ersten zwei Linien in Figur dargestellt und, wenn sie durch den ODER-Kreis Ιοί kombiniert sind, ergeben sie einen Impulszug, wie er in der untersten Linie der Figur 7a dargestellt wird. Stets wird einer dieser Impulse an den binären Zähler angelegt. Die \usgangsfrequenz am ODER-Kreis 57 wird auf die nächst niedrigere mögliche Ausgangsfrequenz herabgesetzt. Die Impulse am binären Zähler sind nicht gleichmäßig von einander entfernt und deshalb wird die Ausgangsfrequenz schrittweise in der in Figur 7b gezeigten Weise herabgesetzt. Die ideale Situation ist es, wenn die Ausgangsfrequenz gleichmäßig mit der als gewünschten Abfall bezeichneten Linie abnimmt. Die größte Abweichung von dieser Linie wird durch die gestrichelten Linien angedeutet und ist der Pro-: zentsat» des Fehlers. Es wurde festgestellt, daß, wenn der Hauptfrequenzteiler in Figur 3 fünfzehn Stufen und der Kippgeneratorfrequenzteiler nach Figur 4 zehn Stufen enthält, ein gewünschter Abfall mit einem Fehler von weniger als O,o5 eines Prozentes erreicht werden kann. Die Figuren 7a und 7b besitzen den gleichen zeitlichen Maßstab und zeigen die Beziehung zwischen den Kippimpulsen und den Änderungen der Ausgangsfrequenz. Wie Figur Tb zeigt, sind die

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809812/1023 " \λ ^ßAD

Anstiegsänderungen der Auagangsfrequenz wegen der he Bee ren Übersicht stark vergrößert dargestellt.

Die 'Iotorsteuerungen

Das Signal mit der veränderbaren Frequenz 384-f wird, wie Figur 5 zeigt, an die Klemme des symmetrischen üingangs eines Flip-Flop 11o gelegt, der der erste einer Reihe von sechs identischen Flip-Flop 11o bis 115 des festen Frequenzteilers 15 (Figur 1) ist. Jeder der Kreise II0-II5 besitzt zwei stabile Zustände, die mit "1"- oder ^M3et"-Zustand und mit "0"- oder "Reset"-Zustand bezeichnet werden. Die Flip-Flop ändern sich aus ihrem gegenwärtigen Zustand in den anderen, wenn eine negative Fotentialänderung an der symmetrischen Eingangsklemme auftritt. Am Ende dee positiven Eingangsimpulses wird also der Flip-Flop Ho selnen Zustand ändern. Ee wird angenommen, daß der Flip-Flop Ho sich zunächst im Set-Zustand befindet und daß ein Impuls an der Eingangsklemioe bewirkt, daß sich der Kreis in den "Reset"- oder "0"-Zustand ändert und dadureh ein Signal erzeugt, das den Flip-Flop 111 ebenfalls in seinem Zu stand verändert. Ein «weiter positiver Impuls bewirkt, daß sich der Flip-Flop Ho vom ¹¹O"-Zustand zurück in den ⁿ1"-Zustand ändert, aber dieser Ausgang bewirbt keine Änderung im Flip-Flop 111. Es ist somit offensichtlich, daß der Flip-Flop 111 seinen Zustand einmal bei zwei Änderungen des Flip-Flop Ho ändert. Der Flip-Flop 112 ändert sieh einmal bei zwei Änderungen des Flip-Flop 111 oder vier Änderungen des Flip-Flop Ho usw. Die Eingangsfrequenz dee Flip-Flop Ho wird dann durch einen Faktor von zwei durch jeden Flip-Flop Ho bis 115 geteilt. Demnach teilen die Flip-Flop Ho bis 115 das Signal 384f durch einen Faktor von vierundsochszig und somit liegt das Signal des Flip-Flop 115 bei einer frequenz 6f. Dieses Signal wird an den Eiotaktmultivibrator 116 gelegt, dessen Ausgang bei derselben Frequenz 6f liegt. Die Zeitkonstante des Multivibrators 116 ist so eingestellt, daß ein Zug von relativ kurzen Impulsen erzeugt wird.

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- 2ο -

Der Ausgang des Multivibrators 116 liegt an einem Eingang eines ^eden UHD-Kreises 117 bis 122. Die Ausgänge der UHD-Kreise 117, 119 und 121 liegen an den Set-Impulsen der Flip-Flop-Kreise 123, 124 und 125 und die Ausgänge der UHD-Kreise 118, 12o und 122 sind mit den Reset-Eingängen der Flip-Flop 123» 124 und 125 rerbunden. Die Ausgänge der Flip-Flop 123 bis 125 liegen an den Leistungsumformern 114 bis 146.

Der Set-Ausgang des Flip-Flop 123 ist ebenfalls eo geschaltet, daß er einen Eingang der UND-Kreise 129 und 13o vorbereitet, während sein Reset-Ausgang an einem Eingang der UND-Kreise 128 und 13I liegt. Der 3et-Ausgang des Flip-Flop 124 liegt an einem Eingang des UND-Kreises 126 und dem anderen Eingang des UND-Kreises 131* während sein Re-Bet-Ausgang an einem Eingang des UND-Kreises 127 und dem anderen Eingang des UND-Kreises 13o liegt. Der ^et-Ausgang des Flip-Flop 125 ist mit dem restlichen Eingang der UND-Kreise 127 und 128 verbunden und der Reset-Ausgang liegt an den restlichen Eingängen der UND-Kreise 126 und 129. Die Ausgänge der UKD-Kreise 126 bis I31 sind mit den restlichen Einsängen der UND-Kreise 117 bis 122 über entsprechende Zeitverzögerungskreise 132 - 137 verbunden.

Die Arbeitsweise dieses Teils der Schaltung wird mit Hilfe der Tabelle II beschrieben, in der die Symbole A^ und Δ sich auf den "1*-bzw. den "O"-Zustand des Flip-Flops 123 beziehen, der zu dem Phase-A-Umformer gehört. B- und B beziehen sich auf den "1"- und den "0"-Zustand des Flip-Flop 124, der zum Ehase-B-Umformer gehört, und Cj und C_Q beziehen sich auf den ^M1"- und den "O"-Zustand des Flip-Flops 125» der zum Riase-C-Umformer gehört. Die Symbol· a^ und a_Q beziehen sich auf die UND-Kreise 126 und 127, die zu den Set- und Reset-Eingängen des Fhasen-Flip-Flope 123 gehören. Ebenso beziehen sich die Symbole b^, b , c und c₀ auf die UND-Kreise 128 bis I31. Die erste Zeile der Tabelle II zeigt beispielsweise, daß, wenn sich der Flip-Flop 123 in» "1 "-Zustand befindet (A₁), der UHD-Kreis 129 (b_Q) und der UHD-Kreis I30 (c>,) je einen erregten Eingang

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besitzen, wie durch die Buchetaben x· angezeigt ist« Die Zeilen 1 bis 6 la der Tabelle II zeigen somit an, welche UND-Kreise vorbereitet sind, wenn ein Flip-Flop sich in einem jeweiligen Zustand befindet.

	^A1	^a1	Tabelle II	-	X	X	X	X	^co	-	X
	^Ao		^ao	JC						XX
1	^B1							X		XX
2	^Bo	X		X	X		X	X		X
3	^C1		XX
4	^co		XX		X
5	VV⁰O	X	X	X	XX	SE
6		X		XX	X	XX
7				XX		X
8	V^BT°i			X
9	W⁰O	X			X
1o		XX			XX	X
11	^A1-V^Co	XX
12
13

Der Zweck der Flip-Flops 123 bis 125 ¹JUId der UWD-Kreise 117 bis 122 und 126 bis 131 ist es, die Dreiphasensignale für die Leistungsumforiaör 144 bis 146 zu liefern. Die Impulse des Multivibrators 116 mit der Frequenz 6 f werden mittels der UND-Kreiee 117 bis 122 zu den Eingängen der Flip-Flops 123 bis 125 geführt, die ein Dreiphasensignal mit der Frequenz f liefern. Die UND-Kreise 126 bis 131 und die Verzögerungskreise 132 bis 137 bereiten die UTID-Kreise 117 bis 122 in der richtigen seitlichen Folg· Tor. Diese Folge wird entsprechend dem Zustand der binären Kreise 123 bis 125 durchgeführt und aufrecht erhalten.

Die Verzögerungffkreise 132 bis 137 sind auf eine Versöge-

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rung eingestellt! die kleiner als die Zeit zwischen aufeinander folgenden Impulsen des Multivibrators 116 ist. Wenn ein Impuls duroh einen der vorbereiteten UND-Kreise hindurchgeht, kann dieser\Impuls den Zustand eines der Flip-Flops 123 bis 125 ändern, die wiederum verschiedene UND-Kreise 117 bis 122 über die ÜND-Kreise 126 bis 131 vorbereiten. L«r Impuls aus dem Multivibrator 116 könnte somit zertrennt werden und die Zustände der Flip-Flops 123 bis 125 sich unrichtig ändern· Die Verzögerungskreise 132 bis 137 geben eine ausreichende Verzögerung, um ein solches Verzerren der Impulse zu verhindern·

Der untere Teil der Tabelle II, d. h. die Linien 7 bis 13, zeigt die Zustände der UND-Kreise 126 bis 131, wenn alle drei Flip-Flop-Kreise 123 bis 125 betrachtet werden. Wenn der Flip-Flop 123 sich im "1"-Zustand (A₁) und gleichzeitig der Flip-Flop 124 im "O"-Zustand (B₀) und der Flip-Flop 125 im "0"-Zustand (C_Q) befinden, besitzen die ÜND-Kreise 126 und 127 de einen erregten Eingang und die UND-Kreise 129 und 13o sind Je an beiden Eingängen erregt, wie in der sechsten Linie der Tabelle II angezeigt wird. Die UND-Kreise 12o und 121 sind somit durch die UND-Kreise 129 bzw. 130 vorbereitet und somit geht der nächste Impuls des Multivibrators 116 durch die UNI)-Kreise 129 und 130, um den Reset-Eingang des Flip-Flops 124 und den Set-Eingang des Flip-Flop 125 zu erregen. Gemäß den Anfangszuständen auf der Linie 6 der Tabelle II befindet sich der Flip-Flop 124 bereits im "0"-Zustand und wird von dem Signal am Reset-Eingang nicht beeinflußt. Der Flip-Flop 125 befindet sich zuerst im "0"-Zustand und somit bewirkt das Signal am Set-Eingang, daß sich der binäre Kreis in den "1"-Zustand ändert. Diese Zustände der Flip-Flops 123 bis 125 werden durch A^-B₀-Cj dargestellt, wie auf der Linie 8 der Tabelle II zu sehen ist. Der nächste ankommende Impuls des Multivibrators 116 läßt den Flip-Flop 123 eich in den "0 "-Zustand ändern. Der duroh den UND-Kreie 123 hindurchgehende Impuls kann den Zustand des Flip-Flops 125 nicht ändern. Die Zustände der Flip-Flop sind somit A₀-B₀-C₁, wie die Linie 9 anzeigt.

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Die drei Flip-Flops ändern den Zustand in dieser Weise weiter, wie Tabelle II anseigt. Der einseine UND-Kreis, der eine Änderung des Zustande in einem der Flip-Flops bewirkt, ist durch unterstrichene xx gekennzeichnet (xx). Der Zustand der Flip-Flop ist derselbe wie der in den Linien 7 und 13 und somit wiederholt sich die Folge nach jedem sechsten Impuls.

Wenn sich all· Flip-Flops in demselben Zustand befinden und das Gerät zuerst erregt wird, d. h. alle befinden sich entweder im "1"-Zustand oder im "0"-Zustand (die restlichen beiden Kombinationen), dann wird Jeder UND-Kreis 126 bis 131 nur an einem Eingang erregt sein und somit wird kein UKD-Kreis 117 bis 122 vorbereitet. Sine (nicht dargestellte) Startschaltung ist notwendig, um sicherzustellen, daß sich einer der Flip-Flop-Kreise in einem von den anderen beiden verschiedenen Zustand befindet, wenn das Gerät su arbeiten beginnt· Danach läuft der Arbeitszyklus, wie in der !Fabelle II beschrieben, ab.

Die Leistungeumformer 144 bis 146, die im einseinen nicht dargestellt sind, sind Einrichtungen mit festen Sehaltern und dienen sum Steuern großer Leistungen durch verhältnismäßig kleine Steuersignale. Jede solche Einrichtung, die diese allgemeine Forderung erfüllt, kann verwendet werden. Im allgemeinen kann Jeder dieser Umformer vier Relais enthalten, die paarweise geschaltet sind, so daß, wenn sieh der zugehörige der Flip-Flop-Kreise 122 bis 125 i» "1^W-Zustand befindet, das andere Relaispaar einen Stromkreis durch die Motorwicklung schließen, aber in entgegengesetzter Richtung.

Figur 8 seigt die Ausgangssignale der Umformer 144 bis 146 und der Flip-Flop 123 bis 125. Die Beziehung zwischen der Energie mit der Frequenz f am Dreiphasenmotor 12 und dem Ausgang des Multivibrators mit der Frequenz 6f ist zu erkennen. Die vier Teile der Figur 8 besitzen denselben Zeitmaßstab, so daß sich zur Zeit der Impulse 16o der Flip-

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Fiep 123 in den "1"-Zustand ändert. Der Flip-Flop 125 befindet sich im ^w0"-Zustand und der Flip-Flop 12* 1« "1"-Zustand. Dies entspricht der Bedingung A₁-B^-C₀ naeh Linie 12 der Tabelle II. Der nächste Impuls 161 tritt zu einer Zeit auf, zu der das UND-Tor 12o vorbereitet ist, wie die Linie 12 zeigt, so daß der Flip-Flop 124 sieh to* "1"-Zustand in den "0"-Zustand ändert. Der Ausgang des Umformers 14-5 ändert sich von positiv in negativ, oder in anderen Worten, das Potential der Phase B ändert sich von positiv in negativ. Die binären Kreise 123 bis 125 befinden eich jetzt im Zustand A^-B₀-C₀, wie die Linien 1 und 13 der der Tabelle II zeigen. Der Impuls 162 läßt dann den Flip-Flop 125 sich la den "1"-Zustand ändern und der (MTmformer 146 ändert sich somit von einem negativen in ein positives Ausgangspotential, das an den Wechselstrommotor gelegt wird. Der Impuls 163 läßt sich den Zustand des Flip-Flop 123 ändern und somit ändert der A-Umformer 144 seinen Ausgang von positiv in negativ. Diese Arbeitsweise setzt sich in dieser lYeise fort, die aus der Tabelle II hervorgeht.

Es werden deshalb sechs Impulse aus dem Impulszug dee Multivibrators 116 notwendig, um einen vollständigen Arbeitszyklus der Leistungeumformer 144 bis 146 durchzuführen. y/ie Figur 8 zeigt, sind drei Ausgänge der Umformer 144 bis 146 von einander um 12o elektrische Grad verschoben und somit wird der Motor durch eine Dreiphasenreentecksehwingung mit der Grundfrequenz f erregt.

Es 1st wünschenswert, die Leistung am Motor 12 durch die Leistungsumformer 144 bis 146 so zu regeln, daß das Motordrehmoment über einen verhältnismäßig weiten Frequenzbereich konstant ist. Hierfür wird der Gleichrichter- und Regelkreis 1o zwischen die Wechselstromquelle und die Leistungsumformer 144 bis 146 geschaltet, um den Wechselstrom in einen glatten Gleichstrom umzuwandeln und das Niveau des Gleichstromes zu regeln. Ein Bezugspegelsignal liegt an der Klemme 141 des Gleichrichter- und Regelkreises 1o, das direkt proportional der Frequenz des Signals an den

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Umformern ist. Dae Signal, das an der Klemme 153 auftritt, ist ein Glelehatromsignal und stellt das wirkliehe Wechselpotential an den Wicklungen des Motors 12 dar.

Die Wechseletrom-Fegelabtastschaltung enthält drei Halbleiterdioden 147 bis 149 ait einer gemeinsamen Kathodenrerbindung an der Eingangskleame 153 der Regelschaltung Ein Widerstand I50 und ein paralleler Filterkondensator 151 liegen swisehen der gemeinsamen Kathodenverbindung und üirde. Die Anoden der Dioden 147 bis 149 sind mit je einer der sum Dreiphasenmotor führenden Leitungen verbunden. Die Dioden liefern am Widerstand I50 ein pulsierendes Gleichepannungeeignal, das proportional dem Potential an den iäotorwicklungen ist. Das pulsierende Signal ist durch den Filterkondensator 151 geglättet und ein entsprechendes geglättetes Gleichepannungseignal liegt an der Klemme 153·

Oleiehspannungsniveauateuerschaltung liefert ein Gleiehspannungseignal an die Klemme 14o der Regelsehai* tung 1o, das proportional der Frequenz f ist, die am Set-Auegang des Flip-Flop 123 auftritt. Die Pegelregelsehaltung enthält einen sättigbaren Transformator 138 mit einer Primärwicklung, die über einen Kondensator 154 zwischen den Set-Ausgang des Flip-Flops 123 und Erde geschaltet ist. Ein Ende der Sekundärwicklung des sättigbaren Transformators 138 liegt an Erde und das andere Ende über einer Diode 139 an der Klemme 141 und ein Integratlonskreis 14o liegt hierzu in Serie. Eine Diode 142 liegt mit einem Widerstand 143 in Serie und diese Serienschaltung ist an die Sekundärwicklung des Transformators 138 geschaltet.

Der eättigbare Transformator 138 ist so beschaffen, daß er in der Zeit, während sich der Flip-Flop 123 in Set-Zustand befindet, ohne Rücksicht darauf, ob die Frequenz f am Motor 12 liegt, stets in den Sättigungszustand gebracht ist. Die Diode 139 ist so geschaltet, daß das Potential, das unter diesen Umständen an der Sekundärwicklung auftritt, an den^Integrationskrels 14o gelegt wird. Demgemäß wird

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ein Impuls lamer dann an den Integrationekreie gelegt, wenn sieh der Flip-Flop 123 Ib "1"-Zustand befindet. Sie Größe eines solchen Impulses ist durch die Spannungs-Zelt-Integralkennlinie dee sättigbaren Transformators bestimmt und ist unabhängig von der Länge der Zeit, während der der Flip-Flop 123 eich im "1 "-Zustand befindet. Das Intervall zwischen aufeinander folgenden Impulsen ist eine Funktion der Frequenz f. Der Integrationskreis 14o liefert ein Gleichspannungscignal, das proportional dem Durchschnittswert der Impulse ist, die über die Diode 139 abgeleitet werden, und da die GrSBe aufeinander folgender Impulse gleich und das Intervall zwischen aufeinander folgenden Impulsen eine Funktion der Frequenz 1st, ist die Amplitude des Gleiohspannungsslgnals an der Klemme 141 direkt proportional der Frequenz. Die Diode 142 ist so geschaltet, daß sie einen Weg für den Strom gibt, während der sättigbare !Transformator sich im Reset-Zustand befindet, wenn sich der Flip-Flop 123 in diesem Zustand befindet.

Der Begelkreis 1o ist in üblicher iVeise aufgebaut und arbeitet entsprechend den an den Klemmen 141 und 153 liegenden Signalen. Das Signal an der Klemme 153 stellt das tatsächliche Potential an der Motorwicklung dar, während das Signal an der Klemme 141 das für die Motorwieklungen gewünschte Potential darstellt. Der Hegelkreis arbeitet so, daß er das Niveau des Gleichpotentials am Leistungsumformer 144 bis 148 einstellt, bis das Potential an der Klemme 153 alt dem an der Klemme 141 übereinstimmt.

Die Computer-Schaltungen

Die einseinen Schaltungen, die in Blockform in den Figuren 3 bis 5 gezeigt werden, sind übliche Schaltungen, für die geeignete Ausführungen aus vielen allgemein erhältlichen Handbüchern entnommen werden können.

Die Flip-Flop-Schaltungen sind bistabile Kreise, die sich entweder Im "1 "-Zustand oder im ^MO"-Zustand befinden können,

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die auch als "Bet"- b*w. "Beset"-Zustand bekannt sind. Wenn ein Signal an den Set-Eingang gelegt wird, wird der Flip-Flop in den Set-Zustand gebraeht und liefert am Set-Ausgang ein Ausgangseignal· Wenn ein Eingangssignal an den Reset-Bingang gelegt wird, wird der Flip-Flop in den Beset-Zustand gebracht und liefert am Reset-Ausgang ein Signal. Wenn ein Impuls an den symmetrischen Eingang dee Flip-Flops gelegt wird, ändert sich die Schaltung in den anderen Zustand.

Ein Eintakt-Multivibrator besitzt einen stabilen und einen unstabilen Zustand. Der Kreis befindet sieh normalerweise im stabilen Zustand. Wenn aber ein Impuls angelegt wird, nimmt er sofort den unstabilen Zustand ein und dann kehrt er nach einer gegebenen Zeit automatisch in den stabilen Zustand zurück. Der Multivibrator liefert ein Auegangesignal, während er eich im unstabilen Zustand befindet, und somit kann die Dauer des Ausgangsimpulseb, der durch die Schaltung geliefert wird, durch eine geeignete Abstimmung der Inneren Zeltkonstante des Kreises geregelt werden.

Die UND-Kreise enthalten zwei Eingänge und einen einzigen Ausgang. Wenn ein Potential an beide Eingänge gleichseitig angelegt wird, liefert der UMD-Kreis ein Ausgangseignal. Die einzelnen UND-Krelse, die in den Zeichnungen dargestellt sind, unterscheiden sich voneinander im Aufbau, da einige UND-Kreiseingänge für ein Gleichpotential und andere für Wechselstromlmpulssignale geeignet sind. Die einen Eingänge der UND-Krelse 5o bis 56 in Figur 3. der UND-Kreise 9o bis 99 in Figur 4 und der UND-Kreiee 11? bis 122 dienen sum Smpfang eines Glulchspannungspegels und deren andere Eingänge sum Smpfang von Wechselstromimpulssignalen. Diese UHD-Kreise wirken somit als Torkreise, die Wechselstromimpulssuge hlndurchlassen, wenn ihr Gleichstromeingang erregt ist. Die UND-Kreiee 126 bis 131 sind so beschaffen, daß beide Eingänge auf Weehselstroiolmpulsslgnale ansprechen.

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Die ODER-Kreise können ein Ausgangesignal liefern, wenn einer der Eingänge erregt 1st. Deshalb ergeben die ODER Kreise nach den Figuren 3 und 4 die Punktion der Kombination der einzelnen Impulszüge an deren Eingängen.

Die übrigen Kreise und Elemente nach den figuren 3 bi» 5 wurden bereits im einzelnen beschrieben und somit braucht deren Beschreibung nicht wiederholt zu werden.

Während nur ein befionderes Ausführungßbeispiel der Erfindung im einzelnen beschrieben worden ist, sind natürlich auch viele Variationen des !Systems nach dem Erfindungsgedanken möglich. So ist der binare Zähler (Figur 3), der die Flip-Flop-Kreise 6o bis 66 enthält, ein binärer Zähler, der in umgekehrter Richtung zählt, d. h. nach Mull zu. Mit dieser Zählerart könnte die Ausgangsfrequenz in einer gewünschten Linie abnehmen, aber die Frequenz würde ansteigen. Dieses System könnte leicht dadurch abgeändert werden, daß ein Zähler vorgesehen wird, der in entgegengesetzter Sichtung zählt, oder ein Zähler, der in jeder Sichtung zählt. Dieae Zählerarten sind allgemein bekannt und deshalb ist deren besondere Beschreibung nicht notwendig. Es 1st jedoch zu erkennen, daß die Erfindung nicht auf das System zur Durchführung einer negativen Spannungsabnahme beschränkt ist.

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Claims

Patentanwälte

DipL-ing. Walter Meissner Dipi.-ing. Herbert Tlsoher

BERL!N33CQrunewald), HERBERT8TRAasE22 MÜNCHEN

Fernspreoher: 8 87 72 37 — Drahtwort: Invention Berlin Postsoneokkonto: W. Meissner, Berlin-West 122 82

Bankkonto: W. Meissner, Berliner Bank A.-3., Depka 3β, ^ j) , Vf ' c ί

Berlln-Halensee, Kurfüretendemm ISO ^ BERLIN 33 CGfUnewalCl"),· den

HerbertstraBe 22

American Machine & Foundry Company, New lork/N. Ϊ. - USA

Patentansprüche

1. Generator für eine veränderbare Frequenz mit eines Oszillator für eine feste Frequenz und mehreren Frequenzteilern, die in Serie zum Oszillator gesohaltet sind, von denen jeder einen Impulszug mit verschiedener Wiederholungasahl liefert, die in einem festen Verhältnis zur Arbeit sfrequens des Oszillators steht, dadurch gekennzeichnet, daß die Frequenzteiler untereinander so geschaltet sind, daß kein Impuls eines der Impulsstige zeitlich mit einem Impuls eines anderen Impulszuges zusammenfällt) und daß die Frequenzteiler eine Sehaltungseinriehtung besitzen, die einen einzelnen Impulssug mit Impulsen liefert, die zeitlich mit Impulsen eines der Impulszüge, die von dem Frequenzteiler geliefert «erden, oder mit Impulsen einer Kombination von mehreren dieser Impulszüge, entsprechen.

2. Frequenzgenerator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Frequenzteiler einen binären Kreis und einen Impulsgenerator besitzt, der bei jedem aufeinander folgenden Übergang des binären Kreises zwischen zwei seiner stabilen Zustände einen Impuls erzeugt.

3. Frequenzgenerator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltungeinrichtung einen Kombinationekreis, der einen einzelnen Impulszug mit den Impulsen eines oder mehrerer Inpulssuge seitlich entsprechende Impulse liefert, und mehrere Torkreise enthält, von

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io

denen jeder eines anderen Frequenzteiler augeordnet ist und den Impulszug aus dem zugehörigen Frequenzteller durch den Kombinationskreis fließen läßt.

4. Frequenzgenerator nach Anspruch 3» dadurch gekennzeichnet, daß eine Einrichtung vorgesehen ist, die die einzelnen Torlcreiae so vorbereitet, daß bestimmte Impulszüge an den Koiabinafcionekreia gelogt werden.

5» Frequenzgezierator nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung ein elektronischer blauer Zähler mit mehreren einzelnen Stufen ist, von denen jede Bit einer anderen Torschaltung verbunden ist, um diese einzeln vorzubereiten.

6. Frequenzgenerator nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der binäre Zähler so mit den Torkreisen verbunden ist, daß die Zahl dor Impulse aus dem Kombinationskreis in einer gegebenen Zeitperiode direkt proportional zu der Zahl der Impulse abniiamt, die an den binären Zähler gelegt sind.

7· Frequenzgenerator nach Anspruch 5 t dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung alt dem Oszillator verbunden ist und den binären Zähler mit einer gegebenen Zahl von Impulsen während eines gegebenen Zeitraumes speiet und dadurch in einem gegebenen Maß eine Anstiegsänderung der Frequenz der Impulse aus dem Konbinationskreis bewirkt.

8. Frequenzgenerator nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß eine zweite Einrichtung vorgesehen ist, die alt einer anderen Gruppe von Frequenzteilern verbunden 1st und über die erste Einrichtung die Anstiegsänderung der Frequenziapulse aus der ersten Einrichtung in einem gegebenen Maß bewirkt.

9· Frequenzgenerator nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet» daß die erste Einrichtung einen Kombinationskreie,

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der einen einzelnen Impulazug alt Impulsen liefert, die seitlich den angelegten Impulsen entsprechen, und mehrer· Torkreise enthält, τοη denen jeder mit einem anderen Frequenzteiler verbunden 1st, der an der ersten Einrichtung liegt und einsein den Impulssug aus dem zugehörigen Frequemsteiler an den Kombinationskreis legt, wenn der zugehörige Torkreis vorbereitet 1st, und daß ein binärer Zähler mehrere einseine Stufen enthält, von denen jede mit einem anderen Torkreis verbunden ist, um diese einsein vorzubereiten.

1o. Frequenzgenerator nach Anspruch 9, daduroh gekennzeichnet, daß die sweite Elnriehtung einen Kombinationekreis enthält, der einen einzelnen Impulszug an den binären Zähler liefert, der Impulse seitlich entsprechend den angelegten Impulsen enthält, und mehrere Torkreise vorgesehen sind, von denen jeder mit einem anderen Frequenzteiler mit der zweiten Einrichtung verbunden ist und jeder den Impulskreis aus dem zugehörigen Frequenzteiler an den Kombinationskrels legt.

11· Frequenzgenerator nach Anspruch 8, daduroh gekennzeichnet, daß eine Einrichtung vorgesehen ist, die die Impulse eines oder mehrerer Impulssüge an die veränderbare Frequensquelle anlegt und dadurch eine gegebene Zahl von Impulsen am die veränderbare Frequenzquelle während aufeinander folgenden gleichen Intervallen gelegt werden und sich die Ausgangsfrequens in einem gegebenen HaB ändert.

12· Frequenzgenerator nach einem der vorhergeheden Ansprüche, dadurch gekennseichnet, daß zur Programmierung folgende Kombination vorgesehen ist» eine Einrichtung mit einer ersten numerischen Instruktion, die einer gegebenen Anfangsfrequens entspricht, einer zweiten numerischen Instruktion, die einer gegebenen Endfrequenz entspricht, und einer dritten numerischen Instruktion, die einem gegebenen Frequenzänderungemaß zwischen der Anfangs- und der Endfrequens entspricht, ferner mit einem binären Zäh-

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ler, einer veränderbaren Frequensquelle, die eine Ausgangsfrequenz liefert, die eine Funktion τοη sehn Zahlen im Zähler ist, einer ersten Einrichtung sun ersten Aufbau einer Zahl im Zähler entsprechend der ersten numerischen Instruktion, einer «weiten Einrichtung zum Anseigen, wenn die Zahl im binären Zähler gleich der «weiten binärisehen Instruktion ist, und einer dritten Einrichtung, die Impulszüge an den Zähler legt, so daß die Zahl der Impulse, die während einer gegebenen Zeit angelegt sind, eine !funktion der dritten numerischen Instruktion ist und sich dadurch die Zahl im Zähler in eines gegebenen Maß ändert.

13. Frequenzgenerator nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß ein kristallgesteuerter Ossillator vorgesehen ist und daß die Auegangefrequenz und die Impulswiederholfrequenz der Impulszüge so gehalten werden, daß die Arbeitsfrequenz des Oszillators dieser direkt proportional ist.

14-. Frequenzgenerator nach den Ansprüchen 1o und 12, dadurch gekennzeichnet, daß ein binärer Zähler zum Vorbereiten eines der Torkreise gemäß der jeweiligen Zahl ia Zähler dient und eine sweite Gruppe von Torkreisen vorgesehen ist, von denen jeder mit einem anderen Frequenzteiler verbunden ist und, wenn er vorbereitet ist, einen Impulszug aus dem zugehörigen Frequenzteiler an den binären Zähler legt, um die Zahl in ihm zu ändern.

15» Frequenzgenerator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine regelbare Gleichspannungsquelle, ein Umformer zum Umformen einer Gleiehstromleistung in eine Wechselstromleistung zur Speisung eines Wechselstrommotors und mehrere Frequenzteiler vergesehen sind, die in Serie zum Oszillator liegen UiKl von denen jeder einen Impulssag mit einer anderen Impulswiederholungszahl besitzt und keine Impulse der Impulssüge seitlich zusammenfallen.

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16. Frequenzgenerator nach Anspruch 15» dadurch gekennzeichnet, daß sum Steuern der Geschwindigkeit eines Breiphasenmotors der Umformer drei Umformerkreise enthält, von denen jeder eine Riase der Dreiphasenenergie für den Motor liefert, und eine zweite Einrichtung eine Schaltung zum Liefern von drei einzelnen Synchronisiersignalen besitzt, die die Umformerkreise synchronisiert halten.

17· Frequenzgenerator nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Torkreise vorgesehen sind, von denen jeder einem anderen Frequenzteiler zugeordnet ist und den Impulssug des Frequenzteiler* dem vorbereiteten Koabinationskreis zuführt, und ein binärer Zähler mit mehreren einzelnen Stufen vorgesehen ist, von denen jede mit einem anderen Torkreis verbunden ist und der Zähler zum Vorbereiten eines der Torkreise gemäß der in ihm gespeicherten Zahl dient.

18. Frequenzgenerator nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß ein· vierte Einrichtung in einem gegebenen Maß Impulse an den binaren Zähler legt und dadurch eine Größenänderung in der Drehzahl des Motors bewirkt·

19· Frequenzgenerator nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Frequenzteller in Serie zum Oszillator geschaltet sind und jeder von ihnen einen Impulszug mit einer anderen Impulswiederholungszahl liefert und keine Impulse der Impulesüge seitlich zusammenfallen, und jeder von mehreren Torkreisen mit einem anderen Torkreis verbunden ist und den Impulszug des zugehörigen Frequenzteilers zum binären Zähler führt.

2o. Frequenzgenerator nach Anspruch 19» dadurch gekennzeichnet, daß eine numerische Instruktion einer gegebenen Motordrehzahländerung entspricht und eine Einrichtung sum Vorbereiten eine« der Torkreise in der vierten Einrichtung gemäß dieser mumerischen Instruktion dient.

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21· Frequenzgenerator nach Anspruch 2o, dadurch gekennzeichnet, daß eine xweite numerische Instruktion einer gegebenen Einschaltsotordrehzahl entspricht und die dritte numerische Instruktion einer gegebenen Enddrehzahl des Motors entspricht und xu Anfang eine Zahl im binären Zähler aufgebaut *ird, die gleich der aweiten numerischen Instruktion ist, und daß angezeigt wird, vexni die Zahl im binären Zähler gleich der dritten numerischen Instruktion ist.

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