Die Erfindung betrifft eine Wegbegrenzerschaltung für den Gleichstrommotor ei
nes Objektivantriebs, insbesondere eine Schaltung, die in Verbindung mit Antrie
ben für die Brennweitenänderung oder Fokussierung oder für eine Irisblende
eingesetzt wird.
Werden Gleichstrommotore zur Brennweitenänderung oder Fokussierung von
Objektiven oder zum Antrieb einer Irisblende in CCTV-Kameras eingesetzt, so
sind ein mechanischer Drehmomentbegrenzer und eine Reibungskupplung vor
gesehen, um den Gleichstrommotor zu schützen, wenn z. B. bei einer Brennwei
tenänderung ein mechanischer Anschlag vorgesehen ist, so daß sich eine Lin
sengruppe zur Brennweitenänderung bis zu einer Tele-Grenzstellung oder einer
Weitwinkel-Grenzstellung bewegen kann. Ferner dient eine Strombegrenzer
schaltung mit einem Mikroschalter o. ä. zum Schutz der Treiberschaltung für den
Gleichstrommotor.
Fig. 5, 6 und 7 zeigen vereinfachte Schaltbilder der Treiberschaltung eines mo
torgetriebenen Varioobjektivs einer CCTV-Kamera.
Die bekannte Vorrichtung enthält einen Variomechanismus, der durch einen
Gleichstrommotor angetrieben wird. Die Speiseanschlüsse A und B sind mit zwei
Anschlüssen des Gleichstrommotors über einen Weitwinkel-Grenzschalter SWw
und einen Tele-Grenzschalter SWt verbunden. Der Weitwinkel-Grenzschalter
SWw ist eine Ruhekontakt-Mikroschalter, der erfaßt, wenn die Variolinsengruppe
die Weitwinkel-Grenzstellung erreicht. Der Tele-Grenzschalter SWt ist ein Ruhe
kontakt-Mikroschalter, der erfaßt, wenn die Variolinsengruppe die Tele-Grenzstel
lung erreicht. Jedem Schalter ist eine Gegenstrom-Schutzdiode D1 bzw. D2
parallel geschaltet, die für einen Stromfluß von dem Speiseanschluß A bzw. dem
Speiseanschluß B aus in Vorwärtsrichtung gepolt ist.
Hat die Variolinsengruppe die Tele- oder die Weitwinkel-Grenzstellung nicht er
reicht, sondern befindet sie sich in einer Zwischenstellung, so sind beide Grenz
schalter SWw und SWt geschlossen (Fig. 5). Beide Speiseanschlüsse A und B
sind mit einem Anschluß des Motors M über die Grenzschalter SWw und SWt
verbunden. Daher kann ein Strom in jeder Richtung von den Speiseanschlüssen
A und B abhängig von der Polarität der Speisespannung fließen, so daß auch der
Motor M entsprechend in beiden Richtungen drehen kann.
Der Zusammenhang der Spannung an den Speiseanschlüssen und der Drehrich
tung des Motors M in einer Zwischenstellung ist in der folgenden Tabelle angege
ben.
Der Motor M dreht bei der in den Fig. 5, 6 und 7 gezeigten Anordnung in Richtung
der Tele-Grenzstellung, wenn von dem Speiseanschluß A ein Strom zum Speise
anschluß B fließt. Er dreht in Richtung der Weitwinkel-Grenzstellung, wenn ein
Strom von dem Speiseanschluß B zum Speiseanschluß A fließt.
Bei der erstgenannten Drehrichtung wird der Grenzschalter SWt an der Tele-
Grenzstellung geöffnet, wenn das Varioobjektiv die Tele-Grenzstellung erreicht
(Fig. 6).
Der Zusammenhang der Spannung an den Speiseanschlüssen und der Drehrich
tung des Motors M an der Tele-Grenzstellung ist in der folgenden Tabelle ange
geben.
Ist der Grenzschalter SWt an der Tele-Grenzstellung geöffnet, so fließt kein
Strom vom Speiseanschluß A zum Motor M. Der Treiberstrom in Richtung zur
Tele-Grenzstellung ist unterbrochen, so daß der Motor M stillsteht. Fließt aber ein
Strom von dem Speiseanschluß B über die Diode D2 und den Motor M zum
Speiseanschluß A, ist eine Brennweitenänderung in Richtung zur Weitwinkel
grenzstellung möglich.
Dreht der Motor M in Richtung zur Weitwinkel-Grenzstellung durch Stromfluß vom
Speiseanschluß B zum Speiseanschluß A, so wird der Grenzschalter SWw an der
Weitwinkel-Grenzstellung geöffnet, wenn das Objektiv an dieser Position ist (Fig.
7). Der Zusammenhang der Spannung an den Speiseanschlüssen und der Dreh
richtung des Motors M an der Weitwinkel-Grenzstellung ist in der folgenden Ta
belle angegeben.
Ist der Grenzschalter SWw an der Weitwinkel-Grenzstellung geöffnet, so kann
kein Strom von dem Speiseanschluß B zum Speiseanschluß A fließen. Der Trei
berstrom in Weitwinkel-Richtung ist unterbrochen, so daß der Motor M stillsteht.
Fließt aber ein Strom vom Speiseanschluß A über die Diode D1 und den Motor M
zum Speiseanschluß B, so ist eine Brennweitenänderung in Richtung zur Tele-
Grenzstellung möglich.
Bei einem beweglichen Körper wie z. B. einer Variolinsengruppe ist jedoch die
Massenträgheit mit höherer Bewegungsgeschwindigkeit größer. Beim Anschlagen
des beweglichen Körpers an einen mechanischen Endanschlag wird daher eine
extrem große Kraft in die Antriebskomponenten und die Welle des Gleich
strommotors eingeleitet. Es treten daher nicht nur Probleme der Lebensdauer
sondern auch das Problem der Rückprallerscheinung des bewegten Körpers in
entgegengesetzter Richtung auf.
Wird ein mechanischer Schalter wie ein Mikroschalter als Grenzschalter für ein
Varioobjektiv verwendet, so ergibt sich das Problem der weiteren Zunahme der
Rückprallkraft durch den Einfluß einer Kontaktfeder und eines Betätigungsele
ments. Bisher mußten daher verschiedene Komponenten stärker ausgeführt wer
den, um eine hohe Bewegungsgeschwindigkeit des Körpers wie z. B. eines Va
rioobjektivs zu ermöglichen.
Im Hinblick auf diese Probleme des Antriebs eines Varioobjektivs ist es Aufgabe
der Erfindung, eine Wegbegrenzerschaltung für einen Gleichstrommotor anzuge
ben, die zu einer Verringerung der Rückprallwirkung infolge Massenträgheit eines
bewegten Körpers und damit zu einer längeren Lebensdauer der zugehörigen
Teile führt.
Die Erfindung löst diese Aufgabe durch die Merkmale des Patentanspruchs 1.
Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche.
Die Erfindung sieht eine Wegbegrenzerschaltung für einen Gleichstrommotor vor,
die eine Grenzpositionserfassung enthält, welche das Erreichen der mechani
schen Begrenzung eines Weges erfaßt. In diesem Fall unterbricht sie die Spei
sung des Gleichstrommotors bei gleichzeitigem Kurzschluß an seinen Anschlüs
sen.
Vorzugsweise dient ein Anschlagelement zum Stillsetzen des bewegten Körpers
an dem Ende seines Bewegungsbereichs.
Mindestens ein Mikroschalter kann zum Trennen der Verbindung eines Speisean
schlusses und eines Motoranschlusses und zum Verbinden dieses Motoran
schlusses mit dem anderen Motoranschluß vorgesehen sein, wenn das Erreichen
des Endes des Bewegungsbereichs erfaßt wird.
Vorzugsweise ist mindestens eine Diode an einem Motoranschluß vorgesehen,
die für die induzierte elektromotorische Kraft (Gegen-EMK) in Durchlaßrichtung
gepolt ist und über den Mikroschalter in eine mit dem anderen Motoranschluß
verbunden wird, wenn der Gleichstrommotor eine Grenzstellung erreicht.
Jeweils mindestens ein Mikroschalter und mindestens eine Diode sind zwischen
einem Speiseanschluß und einem Motoranschluß und zwischen dem anderen
Speiseanschluß und dem anderen Motoranschluß angeordnet.
Die Linse bzw. Linsengruppe kann ein Varioobjektiv sein. Der bewegliche Körper
kann eine Variolinsengruppe sein.
Alternativ kann der bewegliche Körper auch eine Linsengruppe zur Scharfeinstel
lung sein.
Schließlich kann der bewegliche Körper auch eine Irisblende sein, die durch den
Motorantrieb automatisch geöffnet und geschlossen wird.
Die Erfindung wird im folgenden an Hand der Zeichnung näher erläutert. Darin
zeigen:
Fig. 1 eine Wegbegrenzerschaltung nach der Erfindung für ein motorge
triebenes Varioobjektiv,
Fig. 2 den Schaltzustand der in Fig. 1 gezeigten Schaltung für die Tele-
Grenzstellung,
Fig. 3 den Schaltzustand der in Fig. 1 gezeigten Schaltung für die Weit
winkel-Grenzstellung,
Fig. 4 die Wegbegrenzerschaltung in Anwendung auf den Bewegungsbe
reich eines Varioobjektivs,
Fig. 5 eine Wegbegrenzerschaltung nach dem Stand der Technik,
Fig. 6 die Wegbegrenzerschaltung nach Fig. 5 für die Tele-Grenzschal
tung, und
Fig. 7 die Wegbegrenzerschaltung nach Fig. 5 für die Weitwinkel-Grenz
stellung.
Fig. 1 bis 3 zeigen eine Wegbegrenzerschaltung für ein Varioobjektiv als Ausfüh
rungsbeispiel der Erfindung. Diese Schaltung enthält als Grenzschalter einen Mi
kroschalter als Umschalter mit einer Ruhekontaktstellung und einer Arbeitskon
taktstellung. Wenn das in Fig. 4 gezeigte Varioobjektiv die Weitwinkel- oder die
Tele-Grenzstellung erreicht, wird der Gleichstrommotor abgeschaltet und gleich
zeitig kurzgeschlossen, so daß ein Rückprallen verhindert wird.
Fig. 4 zeigt in vereinfachter Darstellung die Wegbegrenzerschaltung für das
motorgetriebene Varioobjektiv einer CCTV-Kamera. Der Objektivmotor 11
(Gleichstrommotor) treibt einen bekannten Vario-Mechanismus 21, der Linsen
gruppen L2 und L3 bewegt. Das Varioobjektiv hat eine Fokussierlinsengruppe L1,
die beweglichen Linsengruppen L2 und L3 und eine Hauptlinsengruppe L4. Die
Brennweitenänderung erfolgt durch Ändern des relativen Abstandes der Lin
sengruppen L2 und L3.
Werden die Linsengruppen L2 und L3 der Fokussierlinse L1 angenähert, so wird
die Brennweite verringert, d. h. es wird eine Weitwinkel-Einstellung durchgeführt.
Entfernen sich die Linsengruppen L2 und L3 von der Fokussierlinse L1, so wird
die Brennweite verlängert, d. h. es erfolgt eine Tele-Einstellung.
Ein Weitwinkel-Anschlag 23 verhindert eine Weiterbewegung der Linsengruppen
L2 und L3 in Weitwinkel-Richtung. Ein Tele-Anschlag 25 verhindert eine Weiter
bewegung der Linsengruppen L2 und L3 in Tele-Richtung.
Die Speiseanschlüsse A und B einer Treiberschaltung 31 und die Anschlüsse 12
und 13 des Motors 11 sind über einen Grenzschalter SWw an der Weitwinkel-
Grenzstellung und einen Grenzschalter SWt an der Tele-Grenzstellung verbun
den. Die Schalter SWw und SWt sind im Ruhezustand geschlossen. Der Grenz
schalter SWw an der Weitwinkel-Grenzstellung ist ein Mikroschalter, der erfaßt,
wenn die Linsengruppen L2 und L3 die Weitwinkel-Grenzstellung erreicht haben.
Er schließt den Motor 11 über eine Diode D4 kurz und unterbricht dessen Spei
sung.
Wie Fig. 1 zeigt, ist jeder Grenzschalter SWw und SWt an der Weitwinkel- und an
der Tele-Grenzstellung normalerweise geschlossen und bildet eine Verbindung
zwischen den Schalteranschlüssen NC und C. Erreichen die Linsengruppen L2
und L3 die Weitwinkel-Grenzstellung, so schaltet der Weitwinkel-Grenzschalter
SWw seinen Anschluß C auf den Arbeitskontaktanschluß NO. Erreichen die Lin
sengruppen L2 und L3 die Tele-Grenzstellung, so schaltet der Tele-Grenzschalter
SWt den Anschluß C auf den Arbeitskontaktanschluß NO.
Dem Weitwinkel- und dem Tele-Grenzschalter SWw und SWt sind Dioden D1 und
D2 parallel geschaltet. Der Ruhekontaktanschluß NC und der gemeinsame An
schluß C des Weitwinkel und des Tele-Grenzschalters werden durch die Dioden
D1 und D2 überbrückt, die ein Umkehren des Stromflusses an den Anschlüssen
des Motors 11 zulassen, der von dem Speiseanschluß A bzw. B zu dem Anschluß
12 bzw. 13 des Motors 11 gerichtet ist.
Die Diode D4 ermöglicht einen Stromfluß parallel zum Weg vom Speiseanschluß
B zum Motoranschluß 13 über den Arbeitskontaktanschluß NO des Grenzschal
ters SWw zum Motoranschluß 12. Die Diode D3 ermöglicht einen Stromfluß paral
lel zum Weg vom Speiseanschluß A zum Motoranschluß 12 über den Arbeitskon
taktanschluß NO des Grenzschalters SWt zum Motoranschluß 13.
Die Grenzschalter SWw und SWt dienen zum Erfassen der Weitwinkel und der
Tele-Grenzstellung der Linsengruppen L2 und L3, und die Speisespannung wird
an die Speiseanschlüsse A und B über eine an sich bekannte Motor-Treiberschal
tung 31 angelegt.
Die vorstehend beschriebene Schaltungsanordnung arbeitet folgendermaßen:
Die beiden Grenzschalter SWw und SWt in Fig. 1 bewirken in der Stellung NC bei
einer Zwischenstellung der beweglichen Linsengruppen L2 und L3 eine Drehung
des Motors 11 in Weitwinkel- oder in Tele-Richtung.
Liegt eine positive Spannung an dem Speiseanschluß A, so dreht der Motor 11 in
Tele-Richtung. Liegt eine positive Spannung an dem Speiseanschluß B, so dreht
der Motor 11 in Weitwinkel-Richtung.
Der Zusammenhang der Spannung an den Speiseanschlüssen und der Drehrich
tung des Motors 11 in der Zwischenstellung ist in Tabelle 4 angegeben.
Wird der Motor 11 aus dem in Fig. 1 gezeigten Zustand durch Anlegen einer po
sitiven Spannung an den Speiseanschluß A aus der Zwischenstellung zur Tele-
Grenzstellung gedreht, so bewegt sich das Varioobjektiv in entsprechender
Richtung. Erreicht es die Tele-Grenzstellung, so wird der Grenzschalter SWt von
dem Ruhekontakt NC zum Arbeitskontakt NO (Fig. 2) bewegt. Da die Diode D2
bezüglich der Spannung an dem Speiseanschluß B dann in Sperrichtung gepolt
ist, wird der Strom durch den Motor 11 unterbrochen. Der Tele-Grenzschalter SWt
ermöglicht jedoch einen Stromfluß von dem Speiseanschluß A über die Diode D3
zum anderen Anschluß 13 des Motors 11.
Wenn in diesem Zustand der Motor 11 zum Weiterdrehen in Tele-Richtung in
folge seiner Massenträgheit neigt und die induzierte elektromotorische Kraft be
züglich der Diode D3 in Vorwärtsrichtung auftritt, fließt ein Strom vom Motoran
schluß 12 zum Motoranschluß 13 über den Weitwinkel-Grenzschalter SWw, die
Diode D3 und den Telegrenzschalter SWt, wodurch ein Kurzschluß eintritt. Da
durch wird eine Last in Stillsetzrichtung entsprechend der Drehgeschwindigkeit
des Motors 11 ausgeübt, so daß dieser stillgesetzt wird. Damit wird die Stoßwir
kung am Anschlag 25 an der Tele-Grenzstellung abgeschwächt und ein Rückpral
len der Linsengruppen L2 und L3 verhindert. Wird in diesem Zustand eine positi
ve Spannung an den Speiseanschluß B angelegt, so fließt der Strom über die Di
ode D2 zum Motor 11. Dieser dreht daher in Richtung zur Weitwinkel-Grenzstel
lung.
Der Zusammenhang der Spannungen an den Speiseanschlüssen und der Dreh
richtung des Motors 11 für die Tele-Grenzstellung ist in der folgenden Tabelle
dargestellt.
Wird der Motor 11 durch Anlegen einer positiven Spannung an den Speisean
schluß B in einer Zwischenstellung des Objektivs gemäß dem in Fig. 1 oder dem
in Fig. 2 gezeigten Zustand zur Weitwinkel-Grenzstellung gedreht, so bewegt sich
die Variolinsengruppe entsprechend. Erreicht sie die Weitwinkel-Grenzstellung,
so schaltet der Grenzschalter SWw an der Weitwinkel-Grenzstellung vom Ruhe
kontakt NC auf den Arbeitskontakt NO. Da die Diode D1 bezüglich der Spannung
am Speiseanschluß B in Sperrichtung gepolt ist, wird der Strom zum Motor 11 un
terbrochen. Der Weitwinkel-Grenzschalter SWw ermöglicht jedoch einen Strom
fluß vom Speiseanschluß B über die Diode D4 zum anderen Motoranschluß 12.
Neigt in diesem Zustand der Motor 11 zum Weiterdrehen in Weitwinkel-Richtung
infolge seiner Massenträgheit, so fließt infolge der induzierten elektromotorischen
Kraft in Vorwärtsrichtung bezüglich der Diode D4 ein Strom vom Motoranschluß
13 zum Motoranschluß 12 über den Tele-Grenzschalter SWt und die Diode D4
sowie den Weitwinkel-Grenzschalter SWw, wodurch ein Kurzschluß entsteht. Da
durch wird eine Belastung entsprechend der Drehgeschwindigkeit des Motors 11
erzeugt und dieser stillgesetzt. Die Stoßwirkung an dem Anschlag 23 der Weit
winkel-Grenzstellung wird also verringert, und das Rückprallen der Linsengrup
pen L2 und L3 wird weitgehend verhindert. Wird in dieser Weitwinkel-Grenzstel
lung eine positive Spannung an den Speiseanschluß A angelegt, so fließt ein
Strom über die Diode D1 zum Motor 11. Daher dreht dieser in Tele-Richtung.
Der Zusammenhang der Spannung an den Speiseanschlüssen und der Drehrich
tung des Motors M ist für die Weitwinkel-Grenzstellung in der folgenden Tabelle
dargestellt.
Erreicht die Variolinsengruppe die Tele-Grenzstellung oder die Weitwinkel-
Grenzstellung, so wird der Grenzschalter SWt an der Tele-Grenzstellung oder der
Grenzschalter SWw an der Weitwinkel-Grenzstellung betätigt, wodurch der Motor
11 kurzgeschlossen wird. Dadurch kann die mechanische Lebensdauer verbes
sert und eine Rückprallen der Variolinsengruppe in zur Bewegungsrichtung je
weils entgegengesetzter Richtung verhindert werden. Wenn die Zeitpunkte der
Betätigung der Grenzschalter vor dem Anschlagen an den jeweiligen Anschlag 23
bzw. 25 eingestellt sind, wird der Lebensdauerfaktor wesentlich verbessert.
Dieses Ausführungsbeispiel der Erfindung wird zur Wegbegrenzung eines Ob
jektivmotors eingesetzt, der eine Linsengruppe antreibt. Die Erfindung ist darauf
jedoch nicht beschränkt, sondern sie kann auch für den Antrieb von Fokussierlin
sengruppen, zum Öffnen und zum Schließen einer Irisblende oder für jede andere
Vorrichtung eingesetzt werden, deren Steuermechanismus einen begrenzten
Bewegungsbereich für einen bewegten Körper hat.
Wie aus der vorstehenden Beschreibung hervorgeht, wird der Gleichstrommotor
kurzgeschlossen und sein Speisestrom abgeschaltet, wenn der von ihm ange
triebene Körper seine Grenzstellung erreicht. Hierbei wirkt die induzierte elek
tromotorische Kraft des Gleichstrommotors als elektrische Bremse. Dadurch ver
ringern der Gleichstrommotor und der bewegte Körper ihre Geschwindigkeit
drastisch, und beim Stillsetzen wird eine Kollision oder ein Rückprallen verhindert
oder mindestens wesentlich reduziert.
Bei der Erfindung kann ein Mikroschalter zum Ändern der Verbindung eines
Speiseanschlusses und eines Motoranschlusses auf die Verbindung eines zwei
ten Speiseanschlusses und des anderen Motoranschlusses vorgesehen sein,
wenn die Wegbegrenzungsschaltung das Ende eines Bewegungsbereichs erfaßt.
Da eine Diode in dem von einem Motoranschluß ausgehenden Stromkreis vorge
sehen ist, die für die induzierte elektromotorische Kraft über den Mikroschalter in
Vorwärtsrichtung gepolt ist, wenn der Gleichstrommotor eine Grenzstellung er
reicht, ergibt sich eine einfache Wegbegrenzerschaltung mit Kurzschlußbremse
ohne eine besondere Steuerschaltung.