DE2209291A1 - Steuervorrichtung für Schrittschaltmotoren - Google Patents

Description

Steuervorrichtung für Schrittschaltmotoren

Die vorliegende Erfindung bezieht sioh auf eine Vorrichtung zum Steuern von Sohrittachaltmotoren und betrifft insbesondere in Druckwerken für Datenverarbeitungssysteme verwendete Schrittachaltmotoren·

Schrittachaltmotoren aind heutzutage sehr bekannt und werden weitgehend überall dort verwendet, wo es erforderlich ist, den Weg eines beweglichen Teiles aus einer ersten Stellung in eine nach Belieben aus einem einzelnen Satz aufeinanderfolgender Haltestellungen ausgewählte zweite Stellung zu steuern,, Es ist zweckmäßig, den Fall, in welchem sich das bewegliche Teil aus einer Stellung in die unmittelbar darauffolgende bewegt ₉ für eine begrenzte, jedoch kurze Zeitspanne in jeder Stellung verweilt und, sofern erforderlich» den Vorgang mehrmals wiederholt (schrittweise Bewegung), von dem lall zu unterscheiden, in welchem sich das bewtgliche Teil rasch ohne anzuhalten von einer Ausgangsstellung aus in eine Ankunftetellung bewegt (schnelle Bewegung oder "Umlauf")· Demzufolge ist die Bewegung des das bewegliche Teil steuernden Schrittschaltmotor im erstgenannten Palle eine schrittweise Drehung und im zweite» ?alle eine schnelle oder umlaufende Drehung·

INSPECTED

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In beiden Fällen wird das Arbeiten dea Motors mit Hilfe von Stromimpulsen von geeigneter Dauer erzielt, die in geeigneten Zeitabständen ausgewählte Wicklungen des Motors erregen« Entsprechend der Reihenfolge der erregten Wicklungen werden Beschleunigungs-, Brems- oder Haltemomente erzeugt, von welchen die Haltemomente so sind, daß sie den Rotor in stabiler Lage halten»

In einigen Fällen wird die Reihenfolge der Erregerimpulse unabhängig von der Drehbewegung des Motors gesteuert ("openloop" Steuerung)ο Jedoch ist es in der Regel zweckmäßig, den Motor durch seine eigene Bewegung das Schalten der Erregerstromimpulse mit Hilfe von Steuerimpulsen steuern zu lassen, die beispielsweise durch eine photoelektrische Vorrichtung geliefert werden, die aus einer auf der Rotorwelle angebrachten Photoscheibe und einer oder mehreren, dem Fachmann bekannten Photoemitter-Photodetektor-Einrichtungen besteht» Die Reihenfolge der durch die photoelektrische Vorrichtung zugeführten Steuerimpulse ist von der Reihenfolge der Drehstellungen des Rotors abhängig, wobei auf diese Weise ein Stellungsrückkopplungseffekt erzielt wird ("closed-loop" Steuerung)·

In der Regel werden die letzten Schritte einer Umlaufbewegung schrittweise ausgeführt um sicherzustellen, daß das bewegliche Teil in der richtigen Stellung anhält· Mach einer bekannten Einrichtung wird das Umschalten aus der umlaufenden Betriebsart in die schrittweise Betriebsart durch das Maß der Dauer eines ganzen Schrittes gesteuert» Dieses Verfahren der Geschwindigkeitssteuerung ist kaum geeignet, bei hoher Betriehsgeschwindigkeit die erforderliche Genauigkeit zu liefern·

Bei einer schrittweisen Bewegung ist es wichtig, für jeden Sohritt die maximale Bewegungsgeschwindigkeit zusammen mit

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einem jegliche Schwingbewegung vermeidenden sanften und genauen Anhalten an der Anhaltestelle zu erreichen,. Es ist versucht worden, dieses Ergebnis durch mechanische Dämpfungs- oder Blockiereinrichtungen, die eindeutig unzulänglich sind, oder auch durch Herbeiführen einer Folge von Besohleunigungs-, Brems- und Haltestufen zu erreichen, die unabhängig von der Drehstellung des Motors durch eine Vielzahl von Verzögerungseinrichtungen gesteuert werden. Auch dieses Verfahren führt zu keinen zufriedenstellenden Ergebnissen

Hauptzweck der Erfindung ist es, eine Steuervorrichtung für Schrittschaltmotoren vorzusehen, die in der Lage ist, die maximale Bewegungsgeschwindigkeit zusammen mit der maximalen Anhaltegenauigkeit zu entwickeln, die in gleicher ^T.Yeise für eine Umlauf- oder eine schrittweise Bewegung und für beide Sichtungen der Bewegung geeignet sind«.

Dieses Ziel wird erreicht, indem ein Generator für mit der Drehstellung des Rotors in Wechselbeziehung bestehende Primärimpuls und mindestens.eine Zeitsteuereinrichtung vorgesehen werden, um in vorbestimmten Zeitabständen aua in passender Weise gewählten Primärimpulsen zusätzliche Impulse zu liefern und das Schalten der die Motorwicklung erregenden Stromimpulse mit Hilfe von Impulsen zu steuern, die aus ihnen unter Steuerung durch Schaltungseinrichtungen ausgewählt werden, die für eine anfängliche Beschleunigungsstufe, mindestens eine anschließende Bremsstufe, möglicherweise eine neutrale Stufe, in welcher dem Motor kein Strom zugeführt wird, und für eine abschließende Haltestufe sorgen* Erfindungsgemäß wird also eine Steuervorrichtung für Schrittschaltmotoren vorgeschlagen mit einer Vorrichtung zum Erzeugen einer Vielzahl von sich wiederholenden Primärimpulsfolgen in Abhängigkeit von der Winkelstellung des Rotors des Motors, wobei jeder Impuls jeder Folge innerhalb von zwei

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zulässigen aufeinanderfolgenden Haltestellungen des Motors liegt und mit ihnen nicht zusammenfällt, und mit mindestens einer Vorrichtung (1O) zum Erzeugen von zusätzlichen Impulsen, die nach einem vorbestimmten Zeitintervall auf einem in passender Weise gewählten Primärimpuls folgen, wobei die Primär- und die zusätzlichen Impulse zum Schalten der Erregerströme der Motorwicklungen geeignet sind zwecks Steuerung der Bewegung des Motors und seines Anhaltens in vorbestimmten Stellungen.

Die Einrichtung zum Erzeugen der Primärimpulse ist vorzugsweise eine Photoscheibe, die mit mindestens einer zu ihr konzentrischen Spur aus durch lichtundurchlässige Sektoren voneinander getrennten transparenten Penstern versehen ist und mit Licht aussendenden sowie Licht empfangenden elektronischen Einrichtungen zusammenwirkt, um die Primärimpulse in Übereinstimmung mit den Übergängen der Licht empfangenden Einrichtung aus dem beleuchteten in den verdunkelten Zustand und umgekehrt zuzuführen»

Vorzugsweise kann der Grundbewegungsschritt, d.ho die Strecke zwischen zwei aufeinanderfolgenden Haltestellungen des beweglichen Teiles, aus einer Anzahl Rotorgrundschritte bestehen, die der Mindestwinkelstrecke zwischen aufeinanderfolgenden Stellungen stabilen Gleichgewichts für den Rotor entsprechen»

Um das unbeabsichtigte Anhalten des Rotors in einer stabilen Lage zwischen zwei aufeinanderfolgenden Haltestellungen zu vermeiden, ist die photoelektrische Vorrichtung so eingerichtet, daß das Verbleiben des Rotors in einer nicht einer zulässigen Haltestellung entsprechenden stabilen Lage bewirkt, daß der Photodetektor in einem Beleuchtungs- oder einem Verdunklungszustand verbleibt, der dem einer richtigen Haltestellung entsprechenden Zustand entgegengesetzt ist.

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Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung aind nachstehend anhand eines in der Zeichnung dargestellten bevorzugten Auaführungsbeispiels näher beschriebene Es zeigen:

Fig· 1 in schematischer Darstellung und geradliniger Anordnung die Statorwioklungen, die Reihenfolge der Stellungen der Rotorpole, die Steuersignale und die Wellenformen der auf den Rotor einwirkenden Momente für einen Sektor eines Schrittschaltmotors von bekannter Bauart,

ein vereinfachtes Blockdiagramm der logischen Schaltung nach der Erfindung,

Fig« 3 in schematischer Darstellung die Anordnung der Photoscheibenfenster, die Reihenfolge der Steuersignale und der Wellenformen der Momente bei schrittweiser Bewegung gemäß der bevorzugten Ausführung sform,

Fig. 4 in schematischer Darstellung die Reihenfolge der Steuersignale und der Wellenformen der Momente bei umlaufender Bewegung gemäß der bevorzugten Ausführungsform,

Fig» 5 in schematischer Darstellung die Wellenform des Haltemoments, die diesbezüglichen Steuersignale und ihr Zeitverhältnis bei Veränderung der Motorgeschwindigkeit gemäß der Erfindung,

Fig· 6 in achematischer Darstellung eine Anordnung der Photoscheibenfenster, die diesbezüglichen Steuersignale und die Wellenform der Momente bei aus einem einzigen Motorschritt bestehendem Bewegungsschritt,

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Pig· 7 in schematischer Darstellung die Anordnung von zwei Fensterspuren in einer Photoscheibe und die diesbezüglichen Steuersignale, die Wellenformen der Momente bei einem Bewegungsschritt, der sich so verändern läßt, daß er nach Belieben aus drei oder vier Motorschritten bestehto

Die vorliegende Beschreibung behandelt einen Schrittschaltmotor mit einem Dauermagnetrotor und vier nacheinander erregten Wicklungen, dohe einen Vierphasenmotor· Figo 1 ist eine schematische Darstellung in geradliniger Form eines vier Rotorgrundschritte umfassenden Sektors eines solchen Motors»

Es ist klar, daß die Zeichnung, da sie eine reine schematische Darstellung ist, die tatsächliche bauliche und technische Anordnung nicht zeigt, jedoch ist diese Darstellung zum eindeutigen Erklären der für die verschiedenen Betriebsarten erforderlichen Arten der Erregungsfolgen geeignet· Der dargestellte Sektor soll in Wirklichkeit an einem Umkreis mit passendem Radius angeordnet sein und so oft wiederholt werden, wie es zum Vervollständigen des gesamten Kreises notwendig ist*

In diesem Sektor sind vier Statorpolschuhe A, B, G, D dargestellt, die je mit einer Wicklung versehen sind, wobei ein Ende jeder Wicklung an einen aus einer positiven Spannungaquelle + V gespeisten gemeinsamen Anschluß und jedes der anderen Enden an einen Schalter angeschlossen ist, der die Wicklung entsprechend dem "geschlossenen" oder "offenen" Zustand von vier mit I, J, I', J¹ bezeichneten Schaltern mit einem gemeinsamen Erdanschluß verbinden oder von ihm trennen kann· Die Zeichnung zeigt außerdem in gestrichelter Darstellung den Polschuh A¹ dee angrenzenden Sektors, der in

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Bezug auf die durch den Pfeil ¥A angedeutete Drehrichtung als erster folgte Es leuchtet ein, daß das Erregen sämtlicher, den in gleicher Weise angeordneten Polschuhen der übrigen Sektoren wie beispielsweise A und A¹ zugeordneten Wicklungen durch denselben Schalter gesteuert wird und daß die Schalter I und I¹ sowie J und J' komplementär betätigt werden, deho wenn I offen ist, ist I¹ geschlossen·, wenn J offen ist, ist J¹ geschlossen und umgekehrt.»

Wenn zwei binäre Variablen a und b so gewählt werden, daß sie jeweils die Zustände der Schalter I und J darstellen, wobei angenommen sei, daß der binäre UULL-Wert dem offenen Zustand entspricht und der binäre EIHS-Y/ert den geschlossenen Zustand darstellt, so zeigt die nachstehende Tabelle in Spalte 1 die vier möglichen Zustände _f in Spalte 2 dies nlsr entsprechenden Binärwertekombinationen für die Variables a und b sowie in Spalte 3 die Kombinationen der Zustand® der Schalter I, I', J und J'ο Die Reihenfolge der CodekomMnationen ist die als "G-ray-Oode" bekannte, bei welcher jede Codekombination sich von der vorgehenden um einen einzigen Bitwert unterscheideto

Die Spalte 4 zeigt die aus den in Spalte 3 angegebenen Zuständen der Schalter hergeleiteten (mit + bezeichneten) Erregungs- oder (mit 0 bezeichneten) Entregungszustände der Polschuheo

1	2	a	b	I	J	3	J'	A	B	4	D	A1
Zustand	0	O	O	0	I1	1	-ί-		C	0	•f
1	1	0	1	0	1	1	Ο	+	O	0	O
2	1	1	1	1	O	O	O	O	+	+	O
3	O	1	O	1	0	0	+	O	+	+	4-
4				1			0

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Im Ausgangazustand 1 sind die Polachuhe A und B erregt. Da alle Polschuhe in gleicher Richtung erregt werden, kann anstelle der Polschuhe A und B an der Zwischenstelle Mq₀ ein virtueller Magnetpol angenommen werden» Beim Übergang aus dem Zustand 1 in die folgenden Zustände 2, 3 und 4 geht dieser virtuelle"Magnetpol (beispielsweise mit Nordpolarität) jeweils über die Stellen M^₀, M₁₁, Mq₁*

Jede dieser Verlagerungen erstreckt sich über einen Rotorgrundschritt ο Eine Rückkehr in den Zustand 1 erzeugt den Magnetpol M'_0O, der M₀₀ entspricht» Dadurch bestreicht der virtuelle Nordpol im Verlaufe eines vollständigen Erregungszyklus den gesamten Sektor in vier Rotorschritten·

Die Zeichnung zeigt außerdem die vier Stellungen des Rotors in jedem der vier Erregungazustände ρ

Bei dem in Betracht stehenden Sektor hat der Rotor fünf mit Hilfe eines in dem Rotor eingeschlossenen Dauermagneten erzielte Polschuhe E₁O E^ von gleicher magnetischer (Süd-)

Polarität» Dem Fachmann ist bekannt, wie erreicht wird, daß alle mit einer gegebenen Statorpolarität zusammenwirkenden Rotoi-polschuhe von gleicher, der Polarität der Statorpolschuhe entgegengesetzter Polarität sind· Es sei erwähnt, daß der Rotor beispielsweise einen zweiten Satz Polachuhe von entgegengesetzter Polarität enthalten kann, die axial zu dem erstem Satz versetzt angeordnet sind und mit einem Satz in passender Weise gewickelter Statorwicklungen zusammenwirken, wobei der Dauermagnet in axialer Richtung zwischen den beiden Sätzen angeordnet ist© Deshalb genügt es, die wechselseitige Wirkung der Rotor- und Statorpolschuhe nach Fig«, 1 in Betracht zu ziehen·

Im Zustand 1 liegt der Nord-Magnetpol an der Stelle M₀₀ dem Rotorpolschuh E₁ mit Süd-Polarität unmittelbar gegenüber und

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hält deshalb den Rotor in der Stellung P_Qo Bei Übergang in den Zustand 2 geht der Magnetpol an die Stelle M₁₀ und zieht den Polschuh B₂ an, wobei ein Drehmoment in Richtung des Pfeiles PA ausgeübt wirdo Wenn der Rotorpolschuh E₂ sich um einen Schritt gedreht hat und sich gegenüber dem Pol M₁₀ befindet, ist der Rotor in der durch das Diagramm P₁ angegebenen Stellunge Wenn aufeinanderfolgend die Zustände 3 und 4 erreicht werden, bewegt sich der Rotor in aufeinanderfolgenden Schritten in die mit P₂ und P^ angegebenen Stellungen„ Schließlich geht der Rotor bei Rückkehr in den Zustand 1 in die durch das Diagramm P^ gestrichelt dargestellte Stellung, nachdem er im Verlaufe eines vollständigen Erregungszyklus vier Rotorgrundschritte p_r ausgeführt hat»

Nunmehr sei das durch den virtuellen Magnetpol als Punktion seiner Winkelstellung auf den Rotor ausgeübte Drehmoment in Betracht gezogene Es zeigt sich, daß die Wellenform des Moments in ffinkelabständen wiederholt wird, die gleich vier Rotorschritten sindo Im Diagramm OP sind die Winkelstrekken auf eine sich über vier Rotorschritte erstreckende horizontale Achse und die durch jeden virtuellen Pol auf den Rotor ausgeübten Drehmomente auf einer senkrechten Achse gebracht, wobei das gemäß dem Pfeil PA gerichtete Drehmoment als positiv angenommen wird© Hierbei zeigt sich, daß im der Stellung P_Q das Moment Cq₀ infolge des Poles M₀₀ bei negativer Ableitung Null beträgt und sich deshalb P_Q in einem Zustand stabilen Gleichgewichte befindet, da eine geringe Verstellung aus P₀ ein sich dieser Verstellung entgegenstellendes Drehmoment erzeugte In der Stellung P₁ erreicht das Drehmoment einen negativen Höchstwert, in der Stellung P₂ beträgt das Drehmoment bei positiver Ableitung Null, was einem Zustand unstabilen Gleichgewichts entspricht· In der Stellung P^ erreioht das Drehmoment den positiven Höchstwert, wobei in der Stellung P^ wieder der Zustand stabilen Gleichgewichts eingenommen wird·

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Die Diagramme der durch die virtuellen Pole M₁₀, M₁₁, M_Q1 erzeugten Drehmomente C₁Q, C₁₁, Cq₁ sind die gleichen wie das des Drehmoments Cq₀, sind aber ihm gegenüber um einen Rotorschritt verschobene Es zeigt sich, daß für jedes von ihnen das maximale positive Drehmoment an den Stellen Pq, P., P₀ liegt

Dadurch entspricht jeder Wicklungserregungszustand einem virtuellen Pol und einer Wellenform des Drehmomentso Eine Veränderung des Erregungszustandes einer einzigen Wicklung bewegt die Pole aus einer Stelle in die nächste und verschiebt die Wellenform des Drehmoments um einen Rotorschritto

Eine Möglichkeit zum Erzielen einer steten Drehbewegung des Motors in Richtung des Pfeiles FA ist deshalb ein Verändern der Erregung der Wicklungen zwecks Aufrechterhaltung eines positiven Drehmoments»

Wenn der Motor in der Stellung Pq unter Einwirkung des das Haltemoment Cqq liefernden Pols Mqq stillsteht, beginnt er zu drehen, wenn sich der Pol von Mqq nach M₁₀ bewegt, d.ho wenn das auf den Rotor einwirkende Moment sich von C_n0 in C₁Q verändert, das an der Stelle P_Q einen positiven Höchstwert hat· Der Rotor bleibt für den ersten halben Motorschritt, doh» bis die Stellung Pq₁ erreicht ist, der Einwirkung dieses Poles unterworfen» Dann wird die Erregung der Wicklungen verändert, um den Pol nach M₁₁ zu bewegen, so daß er für einen Rotorschritt, d»h· bis zur Stelle P₁Oi das Drehmoment C₁₁ liefert, uswe Die Gestalt der sich ergebenden Wellenform des Drehmoments ist in dem Diagramm CP nach Pig· 1 duroü die dicke durchgehende Linie dargestellt*

Aus der vorstehenden Tabelle ist ersichtlich, daß die Folge von in Spalte 2 angegebenen Binärwerten a und b bewirkt»

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daß sich die Schalter so öffnen und schließen, daß diejenige WicklungserregungsfοIge erzielt wird, die die vorstehend beschriebene Wellenform des Drehmoments liefert» Die Reihenfolge dieser Binärwerte ist in den Diagrammen

5₁ und S₂ dargestellt, in welchen S₁ ein Signal zum Steuern der Schalter I und I' gemäß den Werten der Variablen a und

5₂ ein Signal zum Steuern der Schalter J und J' gemäß den Werten der Variablen b isto

Zum Erhalten eines Bremsmoments muß die Reihenfolge der Polstellen so gewählt werden, daß ein negatives Drehmoment entsteht β Zu diesem Zweck werden die Wicklungen so erregt, daß sie beispielsweise das von der Stelle Pq₁ bis zur Stelle P₁₂ auf den Rotor einwirkende Drehmoment Gqq₉ danach bis zur Stelle Pp, das Drehmoment G₁₀ und bis zur Stelle P,. das Drehmoment G₁., haben, wie es durch die dicke ge™ strichtelte Linie dargestellt ist» Die Diagramme S^ und S'2 zeigen die Wellenform des die Schalter in diesem Falle steuernden Signals« Sie entsprechen den umgekehrten Werten der Diagramme S₁ und S₂ oder, was das gleiche ist, einem Verschieben dieser Diagramme um zwei Rotorschritteo

Es sei bemerkt, daß die Arbeitsweise in Bezug auf die Richtung des Pfeiles PI symmetrisch ist, wobei die durch eine mit dem Rotor drehfeste Photoscheibe bestimmten Schaltstellen in umgekehrter Reihenfolge aufeinander folgen, d«ho ^34* ^23* ^12* ¹Oi* ^{unä die} Reihenfolge der Kombinationen der das Drehmoment liefernden Signale in Richtung des Pfeiles 5¹I in den Diagrammen S¹., und S*₂ dargestellt ist, während die ein dieser Bewegung entgegengerichtetes Bremsmoment liefernden Signale in den Diagrammen S₁ und S₂ dargestellt«,

Dadurch ist es möglich, durch Schalten der Steuersignale S₁ und S₂ unter Steuerung durch in passender Weise gewählte und von der Drehstellung einer photoelektrischen Scheibe

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abhängige Impulse jede mögliche Beschleunigungs-, Bremsoder Haltemomentreihenfolge zu erhalten» Auf diese Weise wird eine Stellungsrückkopplungsvorrichtung erzielt, da das auf den Motor ausgeübte Moment in erforderlicher Weise zu Zeitpunkten verändert wird, die von den Stellungen der Photoacheibe, d«h· des Rotors, abhängig sind·

Um jedoch das Anhalten des Motors genau in Übereinstimmung mit einer bestimmten Stellung zu gewährleisten, ist es zweckmäßig, dieser Stellungsrückkopplung außerdem eine Geschwindigkeit srückkopplung hinzuzufügen. Die zum Anhalten des Motors an der erforderlichen Stelle durch das Bremsmoment aufzuhebende kinetische Energie des Motors ist nämlich von der Geschwindigkeit des Motors unmittelbar abhängig, wobei diese Geschwindigkeit für die gleiche Stellung des Rotors zufällig verschiedene Werte haben kann, während das Bremsmoment ausschließlich von der Rotorstellung abhängig ist© Dadurch kann es vorkommen, daß der Rotor an der Haltestelle mit positiver Geschwindigkeit ankommt und deshalb zum Überschießen neigt oder, daß er sich der Haltestelle mit einer Geschwindigkeit nähert, die zu ihrem Erreichen unzureichend ist·

Dieser Mangel wird behoben, indem ein geschwindigkeitgeateuertes Signal, das mit Hilfe eines monostabilen Multivibrators (one shot) zugeführt wird, der so eingestellt iat, daß er zwischen einen der in passender Weise gewählten, durch die Photoscheibe zugeführten Impulse eine Verzögerung von feststehender Dauer herbeiführt, und ein zusätzliches Schaltsignal vorgesehen werden, welches das auf den Motor ausgeübte Moment aus einem Bremsmoment in ein Haltemoment umwandelt und auf diese Weise daa Anhalten des Motors in der erforderlichen stabilen Stellung gewährleistet»

Im allgemeinen können eine Vielzahl von monostabilen Schal-

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tungen verwendet werden, die je ein Signal von bestimmter Dauer liefern, das in Übereinstimmung mit einem ausgewählten Photoscheibenimpuls beginnt, während geeignete Schaltungen in geeigneten Abständen überprüfen, ob die zwischen den Photoscheibenimpulsen verstreichende Zeitspanne länger oder kürzer 1st als die Dauer des Signals, so daß die erforderlichen zusätzlichen Schaltsignale durch die Geschwindigkeit des Motors gesteuert werden«

Fig» 2 zeigt das vereinfachte logische Schaltungsdiagramm einer bevorzugten Ausführungsform»

In der Zeichnung sind spezifische G-rundschaltungen wie Verstärker, Inverter, UIiD- und 0 DER-S c haltung en ₉ im allgemeinen als Flip-Flop-Schaltungen bezeichnete bistabile Multivibratoren, im allgemeinen als "one-shots" bezeichnete monostabile Multivibratoren durch geeignete Symbole dargestellte

Figo 3 zeigt die Gestalt und die Reihenfolge verschiedener Impulse, Signale und Wellenformen des Moments bei schrittweise« Betrieb©

Gemäß Figo 2 ist auf dem Ende der Welle 1 des Schrittschaltmotors eine photoelektrische Scheibe 3 starr angebracht und zwischen einer Lichtquelle, vorzugsweise einem Festkörper-Photoemitter 2, und einem lichtdetektor 4» vorzugsweise einer Photodiode oder einem Phototransistor, angeordnet* Die kreisförmige Spur aus durch lichtundurchlässige Sektoren voneinander getrennten transparenten Fenstern bewirkt während der Drehbewegung der Scheibe, daß der Photodetektor abwechselnd beleuchtet oder verdunkelt wird»

Im Diagramm a nach Fig· 3 ist das Muster der Spur in geradliniger Form für einen Sektor gleich vier Eotorschritten dargestellt· Gemäß der bevorzugten Ausführungsform sind vier

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Rotorschritte p_r gleich zwei nachfolgenden Bewegungsschritten ρ · Palis der Motor zum Bewegen des Druckschlittens

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eines Seriendruckers benutzt wird, ist der Bewegungsschritt ρ der Druckabstand, d»h· der Abstand zwischen zwei aufeinanderfolgenden Druckstellen· Die zulässigen Haltestellungen des Motors sind diejenigen, wie Pq, Pg» P^ · in welchen der Photodetektor verdunkelt ist· Diese Anordnung gestattet es, sofort jedes unbeabsichtigte Anhalten in unzulässigen Stellungen wie P₁ und P, zu erkennen, wie nachstehend noch näher erläutert ist·

Die durch den Photodetektor 4 als Folge des Beleuchtungsund Verdunklungswechsela während der Drehbewegung dea Motors zugeführten elektrischen Signale werden durch den Verstärker 5 verstärkt und in Yierkantform gebracht und dann unmittelbar an einen monostabilen MuIt!vibrator $ und nach Umkehrung durch einen Inverter 8 an einen monostabilen Multivibrator 7 angelegt© Die monostabilen Multivibratoren 6 und 7 werden durch die Anstiegflanke der an ihre Eingänge angelegten Signale angesteuert und liefern einen positiven Impuls von konstanter und sehr kurzer Dauer in Bezug auf die Dauer der Eingangssignale·

Die Größenordnung der letztgenannten Dauer beträgt einige Millisekunden, die der erstgenannten einige MikrοSekunden»

Die Ausgangsleitungen der monostabilen Multivibratoren 6 und 7 sind an die Eingänge einer ODER-Schaltung 9 angeschlossen, deren Ausgangsleitung eine Folge von Impulsen P₁ bis Pg gemäß dem Diagramm c nach Pig. 3 liefert, von welchen jeder mit dem Yorbeigang entweder der Vorder- oder der Hinterkante eines transparenten Fensters an dem Photodetektor 4 übereinstimmt· Es sei bemerkt, daß die Fensterspur so ausgebildet ist, daß die Abstände zwischen F₁, F₂, F, und zwischen F., F₁-, Fg ein Viertel eines Rotorschrittes

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betragen, während der Abstand zwischen I, und ]?. und der Abstand zwischen Pg und F.. jeweils gleich einem halben Rotorschritt ist*

Diese Impulse werden dem Eingang einer Zähl-Decodier-Schaltung 10 zugeführt, die einen Modulo-Sechs-Zähler und einen. Decodierer enthält, die so ausgelegt sind, daß einzelnen Ausgangsleitungen praktisch zeitlich und in ihrer Dauer mit ausgewählten Eingangsimpulsen übereinstimmende Ausgangsimpulse zugeführt werden»

Bei der beschriebenen Ausführungsform werden fünf Ausgangsleitungen benutzt, doh« die Ausgangsleitungen 11, 12, 13, 14 und 15o Die drei ersten Leitungen liefern jeweils die Impulse D₁, D, und D., die wie in den Diagrammen d.., cU, ÖL nach Pig* 3 gezeigt mit den Impulsen P₁, 3?_ bzw₀ 1?, übereinstimmen* Diese Impulse sind bei der schrittweisen Betriebsart wirksam»

Der Ausgang 14 überträgt den Impuls Dc> der nur zum Zählen der ausgeführten Schritte benutzt wirdo Der den Impuls Dg übertragende Ausgang 15 ist nur während der umlaufenden Betriebsart wirksam, wie nachstehend noch näher beschriebene

Zum Empfang von vier durch die mit APx, IPx, ARx bzwο IRx bezeichneten Eingangspfeile symbolisierten Befehlen für die Betriebsart ist eine logische Steuerschaltung 30 vorgesehen» Der Befehl APx bewirkt die schrittweise Vorwärtsbewegung, der Befehl ARx die schnell umlaufende Vorwärtsbewegung, der Befehl IPx die schrittweise Rückwärtsbewegung und der Befehl IRx die schnell umlaufende Rückwärtsbewegung» In allen Fällen 'gibt das Symbol χ die Anzahl der auszuführenden Schritte an oder steuert spezielle Operationen wie beispielsweise beim Betätigen des Druckschlittens eines Seriendruckers durch den Motor das schnelle Erreichen der

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Zeilenanfangs- oder der Zeilenendstellunge

Im allgemeinen Falle, in welchem das Symbol χ eine Anzahl von Schritten anzeigt, wird sein Wert in einer geeigneten Speichervorrichtung gespeichert, die ein Teil der Steuerschaltung 30 ist, die einen Zähler enthält zum Zählen der ausgeführten Schritte, doh· der Anzahl der an der Eingangsleitung 31 empfangenen Impulse D(-.

Die Ausgangsleitung der logischen Steuerschaltung liefert die die Betriebsart steuernden binären Werteo Beispielsweise wird der schrittweise Betrieb durch einen binären Wert EINS an der Ausgangsleitung 32 und der schnell umlaufende Betrieb durch einen binären Wert NULL an der gleichen Leitung bewirkt« Durch Einwirkung des Inverters 40 wird an der Leitung 39 die Übereinstimmung zwischen den Betriebsarten und den Binärwerten umgekehrt·

Die binären Werte an der Leitung 33 steuern die "Vqrwärts"- oder "Rückwärts"-Bewegungβ Beispielsweise findet eine Vorwärtsbewegung statt, wenn an der Ausgangsleitung 33 ein binärer Wert EINS vorhanden ist, und die Rückwärtsbewegung im entgegengesetzten Palleo An der Leitung 38 wird durch Einwirken des Inverters 43 die Übereinstimmung zwischen Bewegungsrichtung und Binärwerten umgekehrt«

An der Ausgangsleitung 16 kann die Steuerschaltung 30 einen Impuls Dq zum Starten des Motors zuführen· Dieser Impuls ist in Diagramm d_Q nach Pig· 3 dargestellt·

Die Arbeiteweise der Eingangsleitung 26 und der Ausgangsleitungen 58 und 59 ist nachstehend noch näher erläutert»

Von den durch die Zähl-Decodier-Sohaltung 10 gelieferten Impulsen wird der Impuls D.. auf der Leitung 11 an einen

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ersten Eingang der ODER-Torschaltung 21 angelegt» Der Impuls D, wird auf der Ausgangsleitung 12 an einen ersten Eingang einer UliD-Torschaltung 17 angelegt, deren zweiter Eingang an den Ausgang 32 der Steuerschaltung 30 angeschlossen isto Diese Torschaltung wird dadurch "bei der schrittweisen Betriebsart geöffnet und im gegenteiligen Falle gesperrt» Ihr Ausgang ist an einen zweiten Eingang der ODER-Torschaltung 21 angeschlossen· Die den Impuls D. übertragende Ausgangsleitung 13 ist an je einen Eingang der UND-Torschaltungen 18 und 19 angeschlossene Der zweite Eingang der Torschaltung 19 ist an den Ausgang 32 der Steuerschaltung 30 angeschlossen und somit nur bei schrittweiser Betriebsart geöffneto Der zweite Eingang der Torschaltung 18 ist an. den Ausgang 39 des Inverters 40 angeschlossen, der gegenüber den Binärwerten der leitung 32 umgekehrte Binärwerte liefert©

Dadurch ist die Torschaltung 18 nur bei schnell umlaufender Betriebsart geöffnete

Der Ausgang der Torschaltung 19 ist an eine Impulsverzögerung svor richtung angeschlossen, die aus zwei monostabilen Multivibratoren 41 und 42 besteht, die so angeschlossen sind, daß die Ausgangsleitung des monostabilen Multivibrators 42 einen nach einer durch die Kennlinie des monostabilen Multivibrators 41 bestimmten Verzögerung R₁ auf den Impuls D^ folgenden Impuls Dy zuführt· Der Impuls D^ wird einem dritten Eingang der ODER-Tor schaltung 21 zugeführt*. Das Zeitverhältnis zwischen den Impulsen Da und D₇ ist in dem Diagramm d_? nach Pig» 3 dargestellt, zu dem zu bemerken ist, daß die Abstände auf der horizontalen Achse nicht die Winkelstellung des Rotors oder die von dem durch den Motor angetriebenen beweglichen Teil zurückgelegte Strecke wie in den anderen Diagrammen, sondern die Zeit darstellen» Dadurch verändert sich der Abstand des Impulses D₇ von der die Haltestellung anzeigenden Stelle beispielsweise P₂ mit der Ge-

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schwindigkeit dea Motorso Genauer gesagt nähert sich D^ der Stelle P₂ oder entfernt sich von ihr je nachdem, ob die Geschwindigkeit des Motors höher oder niedriger ist als die normale Geschwindigkeit»

Die den Impuls D_Q zuführende Leitung 16 und der Ausgang der bei schrittweiser Betriebsart gesperrten UND-Torsehaltung 18 sind an die beiden Eingänge der ODER-Torschaltung 20 angeschlossen»

Die Ausgangsleitung der ODER-Torschaltung 21 ist an den ersten Eingang der UND-Torschaltung 34 und der UND-Torschaltung 35 angeschlossen» In entsprechender Weiee ist der Ausgang der ODER-Torschaltung 20 an den ersten Eingang der UND-Torschaltung 36 und der UND-Torschaltung 37 angeschlossene Der zweite Eingang der UND-Torschaltungen 34 und 36 ist an die Leitung 33 angeschlossen, während der zweite Eingang der UND-Torschaltungen 35 und 37 an die Leitung 38 des Inverters 43 angeschlossen ist» Der dritte Eingang aller vier UND-Torschaltungen 34, 35, 36 und 37 ist an eine Leitung

58 angeschlossen, an welcher in der Regel eine binäre EINS vorhanden ist» Dadurch sind in dem Zustand der "Vorwärtsbewegung" die Torschaltungen 34 und 36 geöffnet, während die Torschaltungen 35 und 37 gesperrt sind» Das Gegenteil tritt im Zustand der "Rückwärtsbewegung"ein»

Über die ODER-Torschaltungen 47 und 48 werden die Ausgänge der Torschaltungen 34 und 37 bzw» der Torschaltungen 35 und 36 und die Ausgänge der Steuerschaltung 30 auf der Leitung

59 dem Eingang der Plip-Plop-Schaltung 22 bzw» 23 zugeführt» An der Leitung 59 ist normalerweise eine binäre NULL vorhandene

Die Flip-Flop-Schaltungen 22 und 23 sind solche, die jedesmal ihren Zustand weohseln, wenn ihrem einzigen Setzeingang ein Impuls zugeführt wird» Dies läßt sich erreichen durch

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Verwendung von Flip-Flop-Schaltungen des sogenannten, mit einem Takteingang versehenen J-K-Typs, indem an beide Eingänge J und K ein konstanter binärer EINS-Pegel angelegt und dem Takteingang die Steuerimpulse zugeführt werden·

Auf diese Weise sind im Zustand der »schrittweisen Vorwärtsbewegung" die UND-Torschaltungen 17, 18, 34 und 36 geöffnete Dadurch wird der Eingang der Flip-Flop-Schaltung 22 von dem Impuls D_Q über die ODER-Torschaltung 20, die UUD-Torschaltung 37 und die ODER-Torschaltung 47 erreicht, während der Eingang der Flip-Flop-Schaltung 23 durch die Impulse D._t D, und ΰγ über die ODER-Torschaltung 21, die UID-Torschaltung 35 und die ODER-Torschaltung 48 erreicht wirdo

Die komplementären Ausgänge 24 und 24' sowie die komplementären Ausgänge 25 und 25* der Flip-Flop-Schaltungen 23 bzw» 22 steuern über vier UND-Torschaltungen 54$ 55, 56 und 57 _s die bei schrittweiser Betriebsart stets geöffnet sind, die vier Schaltkreise 27 und 27' bzw· 28 und 28', die die Funktion von Schaltern I und I' bzw» J und J' ausüben, doho sie steuern das Erregen und Entregen der als Ganzes mit AM bezeichneten Motorwicklungen» Die Schalter 27 und 27' sowie 28 und 28' können auf viele, dem Fachmann sämtlich bekannte Arten beispielsweise durch Verwendung von Leistungstransistoren ergänzt werden« Die Beschreibung der zu diesem Zweck vorgesehenen eigentlichen Schaltungen wäre zum Zwecke der vorliegenden Erfindung unpraktisch und wird deshalb unterlassen»

Es ist leicht zu ersehen, daß der Impuls D_Q das abwechselnde Setzen und Rücksetzen der Flip-Flop-Schaltung 23 steuert und daß die Impulse D-, D-* und Dy in entsprechender Weise die Flip-Flop-Schaltung 22 steuern· Die Reihenfolge der Ausgangssignale der Flip-Flop-Schaltungen ist in den Diagrammen S₁ und S₂ nach Fig. 3 angegeben, in welcher daa Diagramm S₁

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die Werte des Ausgangs 24 der den dem Schalter I nach Fig»1 entsprechenden Schalter 27 steuernden Flip-Flop-Schaltung 23 und das Diagramm S₂ die Werte des Ausgangs 25 der den dem Schalter J nach Figo 1 entsprechenden Schalter 28 steuernden Flip-Flop-Schaltung 22 darstellt· Die binären Werte der Ausgänge 24^r und 25* sind die umgekehrten der Ausgangswerte der Leitungen 24 und 25 und steuern in komplementärer Weise die den Schaltern I¹ und J' nach Fig» 1 entsprechenden Schalter 27' bzw· 28'·

Das Diagramm CP nach Figo 3 zeigt die Wellenform des Moments, die den verschiedenen Erregungszuständen der Wicklungen nach Figo 1 entspricht· Die dicke, voll ausgezogene Linie deutet die Folge der Werte des Moments auf Grund der Reihenfolge der Zustandakombinationen der Flip-Flop-Schaltungen 22 und 23 unter Steuerung durch die Reihenfolge der im Zustand der schrittweisen Vorwärtsbewegung wirksamen Impulse an«

Da der Motor in der stabilen Stellung Pq stillsteht, sind die Steuersignale S₁ und S₂ beide auf NULL-Wert, so daß das Moment das der Kurve Cqq entsprechende ist, das eine stabile Gleichgewichtslage gewährleistete Bei Ankunft des durch die Steuerschaltung 30 zugeführten Startimpulsea D₀ wird S₁ auf NULL-Wert geschaltet, wobei die jetzt wirksame Momentkurve C₁₀ ist, die an der Stelle P_Q einen Höchstwert ergibt, so daß der Motor rasch beschleunigt»

Mach einer Winkelverstellung, die beispielsweise gleich 1/8 des Bewegungsschrittes (1/4 Rotorschritt) ist, bewirkt der Impuls D₁, daß S₁ auf EINS-Wert umschaltet, so daß die Brehmomentkurve jetzt C₁₁ ist· Es sei bemerkt, daß das Verschieben von der Kurve C_1Q auf die Kurve C₁₁ vor der Stelle erfolgt, an welcher sich die Kurven kreuzen, die theoretisch dem maximalen Drehmomentwert entsprechen muß· Die Yorverle-

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gung beim "Verschieben berücksichtigt die Induktivität der Wicklung und die Verzögerung, die sie beim Bestimmen des effektiven Zeitpunktes des die Statorpolschuhe einschaltenden Flusses bewirkt*

Mit dem weiteren Beschleunigen des Motors bewirkt der Im- · puls D^, daß S₂ sich in NULL umkehrt, wobei das Drehmoment auf die Kurve O₁₀ zurückgeht» Dieses Moment ist positiv, nimmt aber in Übereinstimmung mit der unstabilen Stellung P₁ ab und wird negativ, so daß die Bremswirkung einsetzt, die mit Annäherung an die Haltestellung P₂ zunimmt ο In unmittelbarer Nähe dieser Stellung und genauer gesagt b.ei einer vorbestimmten Verzögerung K₁. nach dem Impuls D. bewirkt der Impuls D^, daß S₂ wieder den EINS-Wert annimmt»

Die wirksame Kurve des Momenta ist jetzt CL.,, die ein Haltemoment für die stabile Stellung P₂ lieferte Wie nachstehend noch näher erläutert, hat die feststehende Verzögerung R₁ eine teilweise kompensierende Auswirkung auf die zufälligen Geschwindigkeitsveränderungen des Motors» Wenn die Geschwindigkeit zu hoch ist, nimmt R₁ gegenüber dem Maß in Zeiteinheiten des Bewegungsschrittes p_Q zu₀ Dadurch wird der Impuls

CL

Dr, verzögert und die Bremswirkung verlängert» Das Gegenteil tritt ein, wenn die Geschwindigkeit zu niedrig ist*

Der Motor hält in der Stellung P₂ an, wobei S* und S₂ beide den Wert EINS habeno Ein durch die Steuerschaltung 30 zugeführter neuer Startimpuls D_Q schaltet S^ auf NULL-Wert um» Die bei P₂ einen positiven Höchstwert liefernde Kurve G₀₁ ist jetzt die aktive Kurve des Moments, bis der Impuls D₁ S₂ auf BULL schaltet* Die nachfolgenden Impulse D, und D™ bewirken das darauffolgende Schalten von S₂, so daß sich die Werte des effektiven Moments in gleicher Weise wie vorstehend beschrieben verändern» Am. Ende des zweiten Bewegungsachrittes hält der Motor in der Stellung P^ an, wobei S₁ und S₂ wie in

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der Anfangsateilung £q beide NULL-Wert haben, worauf die Impulsfolge wiederholt werden kann·

Der Zustand der "schrittweisen Rückwärtsbewegung" weicht von dem vorgehenden insofern ab, als die MD-Tor schaltungen 34 und 36 gesperrt und die UND-Torschaltungen 35 und 37 geöffnet sind· Dadurch wird der Impuls Dq der Flip-Flop-Schaltung 22 zugeführt, während die Impulse D₁, D, und Dy der Flip.-Flop-Schaltung 23 zugeführt werden« Die Reihenfolge der Schaltsignale ist in den,wie durch den Pfeil PI angedeutet, von rechts nach links zu lesenden Diagrammen S'^ und S¹ρ nach Fig» 3 dargestellte In Anbetracht der Symmetrie der transparenten Fenster der Photoscheibe 3 in Bezug auf die Mittellinie jedes Bewegungsschrittes findet der Vorgang wie vorstehend beschrieben statt, wobei zu bemerken ist» daß der Impuls D_Q das Signal S^f ₂ schaltet, .während die anderen Impulse das Signal S*₁ schalten»

Mit dem Rückwärtsdrehen des Motors folgen die Impulse F₁ bis Fg in Bezug auf die Reihenfolge gemäß dem Diagramm c in umgekehrter Reihenfolge aufeinander» Da die Impulse jedoch auf die Ausgangsleitungen in der gleichen zeitlichen Reihenfolge wie im vorgehenden Falle verteilt werden, ist der Vorgang völlig symmetrisch und erfordert keine Veränderungen in der Schaltung«

Die Diagramme d.. bis d- zeigen in gestrichelten Linien die Impulse D'₁, I^f,, B¹/» ^¹5 ^und D¹^, wie sie bei Rückwärtsdrehung zugeführt werden» Außerdem ist wie durch die Stelle des Impulses D„ gezeigt die Richtung der Zeitskala in Bezug auf D¹4 umgekehrt· Bei der schnell umlaufenden Betriebsart gemäß einer bevorzugten Ausführungsform sperrt die Steuervorrichtung 30 (Fig» 2) mittels eines Binärwertes NULL an der Leitung 32 und BINS an der Leitung 39 die UND-Torschaltungen 17 und 19 und öffnet die UND-Torschaltung 1ö, so daß von allen duroh den Zähl-Decodierer 10 zugeführten Impulsen

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nur D₁ und D, die Flip-iXop-Schaltungen 22 und 23 erreichen»

Die Ausgänge 11, 12, 13 und 15 sind zusätzlich an eine ODER-Torschaltung 44 angeschlossen, deren Ausgang an eine durch einen besonderen Ausgang 29 der Steuereinheit 30 gesteuerte TJND-Torschaltung 46 angeschlossen isto Im Zustand der schnell umlaufenden Bewegung ist die Torschaltung 46 geöffnet, und die Impulse D^, D·,, D*, D₆ werden dem Eingang eines auf eine vorbestimmte Betriebszeit Rp eingestellten monostabilen Multivibrators 49 zugeführte Wenn der Zeitabstand zwischen zwei mit einem Winkelabstand eines halben Rotorschrittes aufeinanderfolgenden Impulsen geringer ist als die Zeit R₂₉ wird der monostabile Multivibrator in dem Setzzustand gehalten, während er, wenn der Abstand zwischen einem dieser Impulse und dem nachfolgenden größer ist als dieser V/ertj» in den Rücksetzzustand zurückkehrt und mit seinem umgekehrten Ausgang das Setzen der Flip-Flop-Sehaltung 51 bewirkte Der umgekehrte Ausgang dieser Flip-Flip-Schaltung steuert die zwischen den Flip-Flop-Schaltungen 22 und 23 liegenden UND-Torschaltungen 54, 55, 56 und 57 sowie die Schalter 27, 27', 28, 28', die ihrerseits das Erregen der Motorwicklungen steuernο

Der den Impuls D₆ liefernde Ausgang 15 des Zähl-Decodierers 10 ist an den Eingang einea monostabilen Multivibrators 52 in der Weise angeschlossen, daß dieser Impuls D₆ ihn in den Setzzustand setzen kann· Sein umgekehrter Ausgang ist an einen Eingang einer UND-Torächaltung 53 mit drei Eingängen angeschlossen, wobei einer der übrigen Eingänge an den direkten Ausgang der Hip-Flop-Schaltung 51 und der andere an die den Impuls D₁ liefernde leitung 11 angeschlossen ist* Der Ausgang der UND-Torschaltung 53 ist an den Rücksetzeingang der Flip-Flop-Schaltung 51 angeschlossen»

Fig· 4 zeigt die verschiedenen Wellenformen der Schaltsignale

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S₁ und Sp sowie der Drehmomentkurven im Falle einer schnell umlaufenden Vorwärtsbewegung» Auch in diesem Falle sind die Werte auf der horizontalen Achse dem Drehwinkel des Rotors proportional©

Es sind vier verschiedene Stufen in Betracht zu ziehen,» Die erste der Beschleunigung oder der schnellen Vorwärtsbewegung von den Stellen Pq bis P^; eine zweite der Bremswirkung und starken Verlangsamung (P.* bis Q₁); eine dritte der Entregung und geringen Verlangsamung (von Q₁ bis Qo); und zuletzt eine Stufe der schrittweisen Bewegung bis in die endgültige Stellung» Auf Grund zeichnerischer Mängel ist in Figo 4 die Anzahl der als in jeder Stufe enthalten angenommenen Schritte sehr niedrig· In Wirklichkeit ist sie in den meisten Fällen höher»

Die Zeichnungen zeigen außerdem:

a) Die durch die Photoscheibe erzeugten Impulse F₁ bis Fg jedes Schrittes; b) und c) die mit den Impulsen F₁ und F, zusammenfallenden Impulse D₁ bfcw, D^o

Die Diagramme S₁ und S₂, zeigen die Schaltfolgen der Flip-Flop-Schaltungen 23 und 22 nach Fig» 2, und das Diagramm OP die Wellenformen des Drehmoments·

In der ersten Stufe öffnet die Steuervorrichtung nur die UND-Torschaltung 18 und sperrt wie gesagt die UND-Torschaltungen 17 und 19» so daß der Flip-Flop-Schaltung 23 nur Impulse D₁ und D^ zugeführt werden»

Der von der Steuervorrichtung 30 unmittelbar zugeführte Startimpuls wirkt auf die Flip-Flop-Schaltung 23 so ein, daß das Moment auf die Kurve C₁₀ verschoben wird, worauf beide Flip-Flop-Schaltungen 22 und 23 abwechselnd gesetzt und rückgesetzt werden, und zwar die Flip-Flop-Schaltung

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unter Steuerung durch die Impulse D^ und die Flip-Ilop-Schaltung 23 unter Steuerung durch die Impulse D₁, so daß die Reihenfolge der Signale S₁ und S₂ ein positives Moment unterhalt, das sich aufeinanderfolgend aus der Kurve CLq auf die Kurve O₁₁, die Kurve Cq₁ , die Kurve C_Q0 uswo verschiebt, wie es im Diagramm CP nach Fig» 4 dargestellt ist» Der Motor beschleunigt, bis er die Höchstdrehzahl erreicht, wenn das positive Drehmoment durch das Reibungsmoment völlig kompensiert isto

Es sei bemerkt, daß auch in diesem Zustand der Impuls Dc auf den in der Steuerschaltung 30 enthaltenen Zähler einwirkt und auf diese Weise die ausgeführten Bewegungsschritte berücksichtigt werden_o

Bei einer vorbestimmten Anzahl Schritte vor der Endstellung liefert die Steuerschaltung ein Befehlssignal» um die Verlang samungsstufe einzuleiten, die aus einer ein positives Moment erzeugenden Reihenfolge in eine durch dieselben Impulse D₁ und D/ gesteuerte Reihenfolge übergeht, die ein negatives Moment lieferte Dazu genügt es beispielsweise im Verlaufe eines Bewegungsschrittes die in Pig» 4 mit D¹., und D*£ bezeichneten Impulse aufzuheben_e Dies läßt sich erreichen durch einen FULL-Wert, der zur richtigen Zeit und für eine ausreichende Dauer auf der Leitung 33 zugeführt wird und so die UND-Torschaltungen 34 und 36 sperrt» Das Moment folgt dann der Kurve C₁Q, bis es den negativen Höchstwert erreicht und überschreitet» Danach wird das Schalten der Signale S₁ und S₂ wieder aufgenommen, wobei das Moment den Kurven C₁₁, Cq.., Cq₀ folgt und dabei eine starke Bremswirkung ausübt·

Am Anfang der Bremsstufe wird die Torschaltung 46 (Mg· 2) geöffnet, so daß die Impulse D-_r !3» D4» Dg den Eingang des Univibrators 49 erreichen können. Diese Impulse sind wie

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bereits erwähnt durch einem Yiertelrotorschritt d»h· einem Achtel eines Bewegungsschrittes entsprechende Zeitabstände voneinander getrennte Diese Impulse halten den Univibrator 49 solange im gesetzten Zustand, wie dieses Zeitintervall kleiner ist als die Yerzögerungszeit des Univibrators· Wenn infolge der starken Verlangsamung dieses Zeitintervall länger wird als die Yerzögerungszeit, kehrt der Univibrator in seinen rückgesetzten Zustand zurück, wobei sein Ausgang die Flip-Flop-Schaltung 51 setzt· Der umgekehrte Ausgang der Flip-Flop-Schaltung 51 führt Jetzt den UND-Torschaltungen 54» 55, 56, 57 einen NULL-Binärwert zu, der sie sperrt und die Motorwicklungen entregt· Der an die Steuerschaltung angeschlossene direkte Ausgang der Flip-Flop-Schaltung 51 bereitet die Rückkehr in den Zustand der schnell umlaufenden Vorwärtsbewegung vor, indem beispielsweise auf der Leitung 59 ein zusätzlicher Impuls DS zugeführt wird, der auf beide Flip-Flop-Schaltungen 22 und 23 einwirkt und das Schalten der Signale S und Sp so erlaubt, daß sie wieder die für die Beschleunigungsbetriebsart richtige Reihenfolge annehmen» Jedoch hat dies auf den Motor keine Auswirkung, da die Wicklungen entregt sind* Figo 4 zeigt in dicker gestrichelter Linie das virtuelle Diagramm der Veränderung des Moments, wenn der Motor erregt wäre· Der Motor unterliegt jetzt nur dem Reibungsmoment und läuft infolge seiner Beharrung um, wobei seine Drehzahl langsam abnimmt·

Im Verlaufe dieser Stufe öffnet der Ausgang der Flip-Flop-Schaltung 51 die UND-Torschaltung 53» Der Univibrator 52 wird durch den an seinen Eingang angelegten Impuls Dg periodisch in den Setzzustand gebracht und kehrt nach einer vorbestimmten Zeitspanne in seinen Rücksetzzustand zurück·

Solange er sich im Setzzustand befindet, sperrt sein umgekehrter Ausgang die UND-Schaltung 53· Der auf D^ mit einem Winkelabstand gleich einem Achtel eines BewegunßSL'chrittes

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folgende Impuls D.. wird der dritten Eingangaleitung der Torschaltung 53 zugeführt©

Wenn die Drehbewegung des Motors so verlangsamt worden ist_s daß der Univibrator vor Ankunft des Impulses D₁ in seinen Rucksetzzustand zurückkehrt, wird die UlTD-Torschaltung 53 geöffnet zum übertragen dieses Impulses, der deshalb den Rucksetζeingang der Flip-Flop-Schaltung 51 erreicht, sie rücksetzt und das Erregen der Motorwicklungen wiederherstellte Das Moment verändert sich gemäß der durch die Werte S- und S₂ bestimmten Wellenform und folgt wie gezeigt der Kurve Gq₀ο Der über den Eingang 26 der Steuervorrichtung einwirkende direkte Ausgang der Flip-Flop-Schaltung 51 stellt die schrittweise Betriebsart wieder hero Auf diese 7/eise sind jetzt die Impulse D₁, D,, D. und D~ wirksam, wobei sie gemäß dem Diagramm d nach Figo 4 in"bereits erläuterter Weise das Schalten des Signals S2 steuern, während die Steuervorrichtung bei jedem Bewegungsschritt den S₁ steuernden Impuls Dq zuführte Dadurch werden die letzten ochritte vor dem Anhalten im schrittweisen Verfahren ausgeführt, was gewährleistet, daß der Motor in der erforderlichen Stellung anhält«»·

In Anbetracht der Symmetrie des Systems ist offensichtlich, daß der Betrieb der schnell umlaufenden Rückwärtabewegung in genau der gleichen ffeise stattfinden kann, wobei es zu diesem Zweck genügt, durch Anlegen eines MJLL-Pegels an die leitung 33 und somit eines EINS-Pegels an die Leitung 58 die UND-Torschaltungen 34 und 36 zu sperren und die UND-Torach alt ung en 35 und 37 zu öffnen» Dann wirken die Impulse D₀ und D₄ auf die Flip-Flop-Schaltung 22 und der Impuls D₁ auf die Flip-Flop-Schaltung 23 ein,,

Wie in Figo 2 gezeigt, ist die AuagangBleitung der ODER-Torechaltung 44 außerdem über eine ODER-Torächaltung 60

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an den Eingang eines monostabilen Multivibrators (Univibrators) 62 angeschlossen, der auf eine verhältnismäßig lange Verzögerungszeit von beispielsweise einigen Millisekunden eingestellt ist· Über die ODER-Torschaltung 60 wird diesem Univibrator 62 außerdem der Startimpuls D_Q zugeführto

Der umgekehrte Ausgang ist an den Eingang einer UND-Torschaltung 61 angeschlossen, deren anderer Eingang an den Ausgang des Verstärkers 5 angeschlossen ist* Die Ausgangsleitung ist auf NULL-Wert, wenn der Photodetektor 4- verdunkelt ist, und auf EINS-Wert, wenn er beleuchtet ist·

Der Ausgang dieser UND-Torschaltung ist an den Eingang einer Flip-Flop-Schaltung 63 angeschlossene Das Startsignal D_Q und die durch die ODER-Torschaltung 44 zugeführten nachfolgenden Signale halten den Univibrator im Setzzustand, so daß sein umgekehrter Ausgang die UND-Torschaltung 61 sperrt»

Wenn der Motor einige Millisekunden nach dem zuletzt empfangenen Impuls anhält, kehrt der Univibrator 62 in seinen Rücksetzzustand zurück, wobei sein umgekehrter Ausgang die Torschaltung- 61 öffnet» Wenn am anderen Eingang dieser Torschaltung ein EINS-Wert vorhanden ist, doh. wenn die Scheibe 3 in einer Stellung angehalten hat, in welcher der Photodetektor 4 beleuchtet ist, wird die Flip-Flop-Schaltung gesetzt, und ihr Ausgang liefert ein Alarmsignal um anzuzeigen, daß der Motor in einer falschen Stellung angehalten hat© Außerdem kann es so eingerichtet werden, daß das Alarmsignal das Zuführen eines zusätzlichen Impulses auslöst, um den Motor sich um einen Rotorschritt weiterdrehen, zu lassen, damit er die richtige Anhaltestellung erreicht·

Bei nochmaliger Betrachtung des schrittweisen Betriebes eei bemerkt, daß bei einigen bekannten Vorrichtungen der das Umschalten vom Bremsmoment auf das Haltemoment steuernde Impuls durch einen Univibrator zugeführt wird_f der zu Beginn

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jedes Schrittes in den Setzzustand gebracht wird* Die zum Kompensieren der zufälligen Geschwindigkeitsveränderungen benötigte regulierende Wirkung ist nur von der Betriebszeit dieses Univibrators abhängigo

Dagegen folgt erfindungsgemäß und im allgemeinen der letzte Schaltimpuls nach einer Verzögerung R₁ auf einen vorausgehenden Impuls, der in passender T/eise aus den durch die Photoscheibe zwischen Anfang und iände jedes Schrittes zugeführten Impulsen ausgewählt isto Auf diese Weise stehen zwei Variablen zur Verfügung, um die Regulierwirkung in Abhängigkeit der Geschwindigkeitsveränderungen in zweckdienlicher ./eise einzustellen»

Der Abschnitt AP nach Figo 5 gibt die für einen Bewegungsschritt benötigte Zeit an, während die Kurve CS die Veränderung der Haltekurve zum Anhalten des Motors zum vorher festgelegten Zeitpunkt B zeigt» Die Gestalt der Kurve ist rein indikativ, da nur ihr Endabsohnitt von Bedeutung ist» OH bedeutet die konstante Zeitverzögerung eines zum Zeitpunkt A in seinen Setzzustand gebrachten Univibrators, der zum Zeitpunkt H in seinen Rucksetzzustand zurückkehrt und dabei einen Schaltimpuls zum Umschalten auf das Haltemoment liefert« Der Abschnitt OB der Kurve zeigt, wie sich das Haltemoment verändert» Dieses Haltemoment muß lediglich ausreichen, um den Rotor ohne Überschießen in die Ruhestellung B zu bringenβ

Bei einer unbeabsichtigten Zu- oder Abnahme der Geschwindigkeit, die bewirkt, daß die Dauer eines Schrittes AIB' bzw» AB" wird, ist im erstgenannten Falle das Haltemoment im Schwinden, während es im zweiten Falle zu stark sein kann»

Erfindungsgemäß liefert der Univibrator die vom Zeitpunkt der Zuführung des Impulses D₄ an beginnende Verzögerung PK, JBs sei bemerkt, daß erstens, da PK kleiner ist als OH, die

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Verzögerungsgenauigkeit bei Verwendung von Bauelementen gleicher Güte im erstgenannten Falle höher ist als im zweiten Falle, und daß zweitens, wenn die für einen Schritt benötigte Zeit von AB auf AB' reduziert oder auf AB" verlängert wird, auch der Zeitabstand AD^ proportional ab- oder zunimmt, und AD'* bzwο AD¹S wird, wobei im in Betracht stehenden Falle D' .D. und D%Ih fünf Achtel von B¹B bzw» B¹¹B betragen. Entsprechend wird der Punkt K¹ vorverlegt bzwe der Punkt K" in gleichem Ausmaße zurückverlegt, wobei als Ergebnis das Moment G¹E¹, da es kleiner als CE bleibt, noch ausreichend ist, und das Moment G¹¹E, selbst wenn es größer als CE ist, nicht zu stark ist β Ea hat sich gezeigt ₉ daß durch passende Wahl des Startimpulses und der Verzögerungszeit des Univibrators, durch Errechnen oder durch Versuch, die besten Bedingungen zum Erzielen der wirksamsten Geachwindigkeitsregulierung erreicht werden, und der Rotor schnellstens, jedoch ohne Schwingungen in die stabile Stellung gebracht werden kann»

Im beschriebenen Beispiel umfaßt ein Bewegungsschritt zwei Rotorschritteo Die Anzahl der in einem Bewegungsschritt enthaltenen Rotorschritte kann entsprechend dem erforderlichen Betrieb unterschiedlich sein»

Figo 6 zeigt eine mögliche Anordnung für die Spur einer photoelektrischen Scheibe, das Impuls schema und die Wellenform des Moments bei einem einzigen Rotorschritt entsprechenden Bewegungsschritt·

Diese Anordnung sieht beispielsweise pro Schritt ein einziges Fenster mit einer Länge von einem Viertelschritt vor· Dadurch sind zusätzlich zu dem Startimpuls D_Q nur die Photoscheibenimpulse D-j und D₂ veränderlich. Einer von ihnen, beispielsweise Dp, kann benutzt werden zum Betätigen eines Univibrators, der nach einer Verzögerung R^ einen Impuls D,

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zum Umschalten auf das Haltemoment lieferte Da der Impuls Dp zum Zählen der Schritte benutzt wird, wird unter Steuerung durch D₁ und Γ- die Kurve des Moments nur zweimal veränderte Es ist klar, daß die Veränderung des Moments für eine schnelle Drehbewegung und ein stoßfreies Anhalten weniger günstig ist als im vorgehenden Falleo ,

1 zeigt eine in dem Falle mögliche Anordnung, da es erforderlich ist, die Länge des Bewegungsschrittes nach Belieben zu verändern, damit sie beispielsweise drei oder vier Rotorschritte umfaßte In diesem Falle ist die photoelektrische Scheibe mit zwei Fensterspuren versehen, von welchen eine drei Rotorschritte und die zweite vier Rotorschritte pro Bewegungsschritt umfaßt« In beiden Fällen wird zum Ermöglichen der Umkehrung der Bewegung der Zustand der Symmetrie in Bezug auf die Mittellinie des Bewegungsschrittea sowie auch die Voraussetzung aufrechterhalten, daß in Übereinstimmung mit einer für das Anhalten des Motors unzulässigen stabilen Stellung der Photodetektor beleuchtet ist, während er bei den zulässigen Stellungen verdunkelt ist ο Selbstverständlich kann diese Beziehung umgekehrt werden. In beiden Fällen bewirkt ein Univibrator, der außerdem für beide verschiedenen Betriebszustände derselbe sein kann, eine feststehende Verzögerung R. oder R\, nach der ein Endimpuls zugeführt wird, um die Kurve des Moments von Bremsen auf Halten zu schalten·

Die Anordnung und die länge der transparenten Fenster können in der Weise gewählt werden, daß eine Berechnung und Versuche zeigen, daß sie die zweckmäßigsten sind· Die die Erregung der Motorwicklungen steuernden Signale sind Impulsen unterworfen, die je nachdem, ob der Bewe^gungsschritt drei oder vier Rotorschritte umfassen soll, durch die erste oder durch die zweite Spur geliefert werden»

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Sofern die Umkehrung der Bewegung nicht erforderlich ist» entfällt die Notwendigkeit einer Symmetrie der Fenster, so daß für. die Bauweise der Photo scheibe mehr Spielraum besteht»

Es können bezüglich der Anordnung der Schaltungseinrichtungen und der Arbeitsweise der Vorrichtung durch jeden Fachmann eine Anzahl von Ergänzungen und Abänderungen vorgenommen werden, ohne dadurch den Bereich der Erfindung zu verlassene Insbesondere bei schneller Umlaufbewegung kann die Bremsstufe durch Verwendung unterschiedlicher Impulsfolgen und möglicherweise durch Fortfall der Entregungsstufe oder durch Durchsetzen dieser Stufe mit Beschleunigung s- und Bremsteilstufen in der Weisei daß sie sich als die zweckmässigsten erweisen, erzielt werden, wobei sich diese unterschiedlichen Impulsfolgen erzielen lassen, indem Befehlssignale benutzt werden, die dazu führen, über die Leitungen 58 und 59 gemäß Fig» 2 zu vorbestimmten Zeitpunkten Impulse zu unterdrücken oder hinzuzufügen·

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Claims (1)

1. Paten tanaprüahe

   Steuervorrichtung für Sahrittschaltmotoren, gekennzeichnet durch eine Vorrichtung (2, 3> 4) sum Erzeugen einer Vielzahl von sich wiederholenden Primärimpulsfolgen ■ (F₁... .»Fg) in Abhängigkeit von der Winkelstellung des Rotors dea Motors, wobei jeder Impuls jeder Folge innerhalb von zwei zulässigen aufeinanderfolgenden Haltestellungen des Motors liegt und mit ihnen nicht zusammenfällt, und durch mindestens eine Vorrichtung (10) zum Erzeugen von zusätzlichen Impulsen (B-·ο.»Eg), die nach einem vorbestimmten Zeitintervall auf einen in passender Weise gewählten Primärimpuls folgen, wobei die Primär« und die zusätzlichen Impulse zum Schalten der Brregerströme der Motorwicklungen geeignet sind zwecks Steuerung der Bewegung des Motora und seines Anhaltens in vorbestimmten Stellungen»

   2· Steuervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung zum Erzeugen von Primärimpulsen eine mit dem Rotor des Motora fest in Zusammenhang stehende photoelektrische Scheibe (3) enthält, die mit mindestens einer zu ihr konzentrischen Spur aus sich mit lichtundurchlässigen Zwischenräumen abwechselnden transparenten Fenstern versehen ist, die mit einem Photoemitter (Z) und einem Photodetektor (4) zusammenwirken, um in Übereinstimmung mit den Übergängen des Photodetektors (4) aus aeinem Beleuchtungszustand in seinen Verdunklungszustand und umgekehrt die Primärimpulse (F-j·...F₆) zu liefern»

   3· Steuervorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den zulässigen Haltestallungen des Motora unzulässige Haltestellungen eingeschoben sind,

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   wobei der Beleuohtungs- oder Verdunklungszuatand dea Photodetektora (4) in Übereinatimmung mit den unzuläaaigen Haltestellungen dem mit den zulässigen Halteatellungen übereinstimmenden Zuatand entgegengeaetzt ist·

   4„ Steuervorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Fensterspuren der photoelektrischen Schei- - be (3) Grenzen der Fenster aufweisen, die in Bezug auf die Mittellinie eines zwischen zwei aufeinanderfolgenden zulässigen Haltestellungen enthaltenen Scheibensektors symmetrisch angeordnet sind»

   5* Steuervorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch Einrichtungen, um dem Bedarf entsprechend einen ersten Betriebszustand für den schrittweisen Betri-eb des Motors und mindestens einen zweiten Betriebszustand für schnell umlaufenden Betrieb anzunehmen, wodurch im ersten; Zuatand eine sich wiederholende Folge von in passender Weise gewählten Primärimpulsen aufeinanderfolgend für eine Beschleunigungsstufe und für mindestens eine Bremsstufe sorgt, während eine Zeitsteuervorrichtung von einem in passender Weise gewählten Primärimpuls aus eine konstante Zeitverzögerung herbeiführt, um am Ende jeder Zeitverzögerung einen zusätzlichen Impuls zu erzeugen zweoka Lieferung eines Haltemoments für das Anhalten und Halten dea Rotors in vorbeatimmter Halteatellunge

   6. Steuervorrichtung nach Anapruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß im zweiten Zustand eine Folge von in paaaender Weise gewählten Primärimpulaen aufeinanderfolgend in einer ersten Stufe ein Beachleunigungsmoment in vorbestimmter Drehrichtung, in einer zweiten Stufe ein dieser Drehriohtung entgegengeriohtetes Bremsmoment, in einer

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   dritten Stufe daa Fehlen eines wirksamen Moments und in einer vierten Stufe eine schrittweise Drehbewegung bewirkt, wobei das Umschalten aus der zweiten Stufe auf die dritte Stufe und aus der dritten Stufe auf die vierte Stufe durch Zeit Steuereinrichtungen bewirkt wird» die die Erzeugung von zusätzlichen Sehaltimpulsen in Bezug auf das zwischen Primärinipulsen verstreichende Zeitintervall steuern«.

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