DE2511263A1 - Einrichtung zur regelung der zugspannung von baendern insbesondere in magnetbandgeraeten - Google Patents

Description

Dr.-Ing. Ernst Sommerfeld

Or Dieter ν Eezold Dip!.-Ing. Peter Schütz

7794-75 Ks/Sö Dipl.-Ing. Wolfgang HeusJar

RCA 67617/67665 β München 86, Poetfach 860668

U.S. Serial Nos: 11430/11433 2511263

Filed: March 14, 1974

RCA Corporation New York, N.T., V. St. v.A.

Einrichtung zur Regelung der Zugspannung von Bändern insbesondere in Magnetbandgeräten

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Regelung der Span nung · eines Magnetbandes in einem Magnetaufzeichnungs- und Wiedergabegerät. Die Erfindung bezieht sich speziell auf eine Einrichtung, welche die auf das Magnetband ausgeübte Spannkraft beim Anlaufen, beim Schnellauf (Vorwärts- u. Rückwärts) und beim normalen Aufnahme- u. Wiedergabebetrieb im wesentlichen konstant hält. Ein Merkmal der Erfindung bezieht sich auf eine für derartige Geräte geeignete Anordnung zur Erzeugung von Bezugssignalen.

Eine Regelvorrichtung, wie sie in Videobandgeräten für Fernsehanstalten zur Regelung der Magnetbandspannung verwendet wird, enthält, einen schwenkbaren Spann- oder Führungsarm, der an einem Ende einen sich unter Druck gegen das laufende Magnetband legenden Stift aufweist. Bei Änderungen der Bandspannung wird auf den Spannarm eine Drehkraft ausgeübt, die an ein Laufwerk für eine Bandabwickelspule übertragen wird, um das an die Abwickelspule gelegte Drehmoment zu steuern. Änderungen der Bandspannung werden mechanisch durch Winkelauslenkung des Arms erfaßt. Diese Methode der Bandspannungsregeleung erfordert nicht nur einen komplizierten mechanischen Aufbau, sondern bringt es auch mit sich, daß sich der Grad der Umwicklung des Spannstifts durch

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das Band ständig ändert, wodurch die Gefahr besteht, daß das Band zu schwingen anfängt.

Es sind andere Regeleinrichtungen für die Spannkraft eines Magnet bandes bekannt, die mit Vakuumbehältern oder .-puffern arbeiten. Solche Einrichtungen enthalten gewöhnlich zwei Vakuumbehälter mit zugeordneten fotoelektrischen Fühlern. Diese Fühler unterteilen eine Vakuumzone in einzelne Abschnitte, so daß, wenn die Ausbuchtung einer Bandschleife unterhalb oder oberhalb eines bestimmten Fühlers ist, ein Motor für die Bandvorratsspule erregt wird, um zur Regelung der Bandspannung das Band bezüglich des Vakuumbehälters zurückzuziehen oder rachzuliefern. Eine solche Anordnung mit Vakuumbehältern hat jedoch verschiedene Nachteile, wozu unter anderem der große Platzbedarf zählt. Das heißt, die Vakuumbehälter und die Pumpen zur Schaffung des notwendigen Vakuums nehmen einen großen Raum ein. Außerdem ist die Empfindlichkeit eines solchen Vakuumbehältersystems durch die Anzahl der verwendeten fotoelektrischen Fühler teschränkt. Ferner hängt die Wirksamkeit der Regelung durch ein solches System vom Zustand des verwendeten Magnetbandes ab, denn das Vakuumsystem hat die Tendenz, das Magnetband zu zerreißen, wenn längs einer Bandkante kleine Einkerbungen oder Seimitte vorhanden sind.

Gemäß einem Merkmal der Erfindung wird eine Regelanordnung für die Spannung eines Magnetbandes in einem magnetischen Aufzeichmngs/Widergabegerät vorgesehen, um die Bandspannung automatisch im wesentlichen konstant zu halten. Eine solche Anordnung enthält einen Motor für die Abwickelspule und einen Motor für die Aufwickelspule. Jedem Motor ist ein Tachometer oder Drehzahlfühler zugeordnet. Ein weiterer Drehzahlfühler ist einer Bandantriebsrolle festen Durchmessers zugeordnet, um die lineare Vorschubgeschwindigkeit des Bandes zu messen. Die Ausgänge der verschiedenen Drehzahlfühler sind einer signalverarbeitenden und logischen Schaltungsanordnung zuführbar, um die Durchmesser der Bandwickel auf den Spulen zu ermitteln. Die Information über die relative Größe dieser Durchmesser wird in ein passendes Drehmoment-

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signal für Jeden Motor umgesetzt, um die Bandspannung in wesentlichen konstant zu halten. Außerdem sind Einrichtungen vorgesehen, um die Bandspulen beim Einschalten eines Schnellbetrieb des Geräts schnell anlaufen zu lassen, damit praktisch sofort ein synchronisierter Betrieb mit der Antriebsrolle vorliegt und hohe Zugspannungen am Magnetband verhindert werden. Ferner ist eine Speichereinrichtung vorgesehen, um den letzten Durchmesser der Bandspulen zu speichern, wenn das Gerät angehalten und gestartet wird. Während des LadeVorgangs, d.h. wenn sich ein Band in das Gerät einfädelt, wird die Speichereinrichtung dazu verwendet, das Gerät nach einer Minimaldrehung der Bandspulen mit der richtigen Durchmesserinformation zu versorgen.

In einem Servosystem zur Regelmg der Bandspannung wird sowohl der Abwickelrplle als auch der Aufwickelrolle ein steuerbares Drehmoment angelegt, um die Spannung des Bandes bei seinem Vorbeilauf an der Aufzeichnungs-oder Wiedergabestation im wesentlichen konstant zu halten. Während des normalen;Laufs des Systems wird mittels eines ersten Motors ein Rüekhaltemament auf die Abwickelrolle ausgeübt, indem der Motor mit einer,Richtung erregt wird, wo er 4.em Abwickeln des Bandes einen Widerstand entgegensetzt. Ein zweiter, mit der Aufwickelspule gekoppelter Motor wird in einer solchen Richtung erregt, daß er den Bandvorschub unterstützt, pie Erregung -jedes Rotors wird ständig entsprechend den Iharchmessern der Bandwickel auf den beiden Spulen derart geändert, daß dig Bandspannung über die gesamte "Länge-des Bandes"im wesentlichen konstant bleibt„ Wenn das Gerät auf Schnellvorlauf geschaltet wird, dann wiifd die Antriebsrolle ^abgekoppelt und der Mqtgr, djE Aufiifickelsjule, dient zum Antreiben des Bandes mit einer. schwellen Seseh^ndigkeit, während dgr Motor der Abwickelspule, weAtftrhin ein k§n1?rolliertes Rüekhaltejmoment ausübt. Wenn dlas, G^rJ|t auf Rücklauf (^ebenfalls ein SchnetLlbetrieb ) geschaltet wjLrd:, dann- win| die Antriebsrolle wiederum vom Band abgekoppelt, während die Errejp^g. der Motoren ffe 4ie Abwickel- und die Aufwickelrolle weiterhin in derselben Richtung beim Vorlauf erfolgt. Fur liefert in diesem Fall der Motor

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der Aufwickelrolle das Rückhaltemoment, während die Erregung des Motors der Abwickelspule so stark gemacht wird, daß das Band zurück auf diese Spule gezogen wird· In einem sogenannten "Anlaufbetrieb"werden beide Spulenmotoren zunächst so gespeist, daß sie das Band in Vorwärtsrichtung treiben, wobei die beiden Spulenmotoren gemeiisam mit der Antriebsrolle das Band schnell auf seine Laufgeschwindigkeit bringen. Der Motor der Abwickelspule wird anschließend umgeschaltet, um in der oben beschriebenen Weise das Rückhaltemoment auszuüben.

Die Steuerung der Jedem Spulenmotor zuzuführenden Leistung geschieht durch Steuerung des Zündwinkels eines oder mehrerer Triacs, die zwischen die Motorwicklungen und das Wechselstrom-Versorgungsnetz geschaltet sind. Der jeweils passende Zündwinkel wird bestimmt durch Vergleich einer den Durchmesser des Bandwickels auf Jeder Spule anzeigenden Gleichspannung mit einem sägezahnförmigen Bezugssignal, dessen Wiederholnngsfrequenz doppelt so hoch wie die Netzfrequenz ist. Wenn der Wickeldurchmesser groß ist, dann wird eine relativ niedrige Gleichspannung für den Vergleich mit der wachsenden Sägezahnwelle gelfefert. Ein kldner Wickeldurchmesser führt aa einer relativ hohen Gleichspannung. Im ersteren Fall liegt der Zündwinkel des oder der Triacs relativ früh innerhalb jeder Halbwelle der Netzspannung, so daß ein relativ starkes Drehmomerib erzeugt wird. Im letzteren Fall liegt der Zündzeitpunkt später, so daß ein schwächeres Drehmoment erzeugt wird.

Bei Einrichtungen der oben beschriebenen Art hängt die Beziehung zwischen dem Drehmoment und dem Wickeldurchmesser von der Amplitude der zum Antrieb der Motoren verfügbaren Netzwechselspannung ab. Dies führt dazu, daß auch die eingestellte Bandspannung Schwankungen unterworfen ist, die von Netzspannungsschwankungen abhängen.

Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung ist eine Schaltung zur Erzeugung eines Bezugssignals vorgesehen, die ein periodisches

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Sägezahnspannungssignal erzeugt, welches in einer zeitlich gesteuerten Beziehung zu einer der Wetzwechselspannung entsprechenden Wellenform entsteht. Jeder Sägezahn ist zeitlich gegenüber den Nulldurchgängen der Netzwechselspannung verzögert. Diese Verzögerung ist abhängig von der Amplitude der Hetzwechselspannung derart steuerbar, daß die gewünschte, im wesentlichen konstante Bandspannung trotz Amplitudenschwankungen der Netzspannung aufrechterhalten bleibt. Außerdem ist eine von Hand einstellbare Justiereinrichtung vorgesehen, um die Verzögerung zur Einstellung einer gewünschten Bandspannung zu verändern.

Die Erfindung und hre Arbeitsweise werden nachstehend anhand von Zeichnungen erläutert:

Figur 1 ist eine schematische Darstellung einer Ausführungsform einer Regelanordnung für die Bandspannung;

Figur 2 ist ein ausführlicheres Schaltbild oies Teils des in Fig. 1 dargestellten Servosystem^;

Figur 3 zeigt eine Reihe von Wellenformen_t wie sie in der Anordnung nach Fig. Λ und der Schaltung- nach Fig. 2 auftreten ;

Figur 4- zeigt einen Teil des Servosystems, der zum Anlegen eines vollen Drehmoments beim Schnellvorlauf oder Rücklauf dient;

Figur 5 zeigt teilweise als Schaltbild md teilweise in Blockform eine Ausführungsform eines für die Anordnungen nach Figuren Λ md 2 geeigneten Bezugssignalgenerator-sj

Figur 6 zeigt Wellenformen, wie sie beil Betrieb der Anordnung nach Figuren 1 und 5 auftreten.

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Die in Figur 1 dargestellte Regelanordnung für die Bandspannung in einem Videobandgerät umfaßt eine Einrichtung snm Transport des Magnetbandes, die eine Bandantriebsrolle 13 aufweist, welche in Verbindung mit einer Andruckrolle 15 das Magnetband 3 an einem Kopfrad 7 zur Videoaufzeichnung und-Wiedergabe, an einem Ton-Löschkopf 9 und an einem Ton-Aufnahme/Wiedergabekopf 11 vorbeibewegt. Das Magnetband 3 kommt von einer Abwickelspule 1 und wird von einer Aufwickelspule 19 aufgenommen, nachdem es über die Rolle 5 tnd eine weitere Umlenkrolle 1? geführt ist, die mit einem Band-Tachometer 17 ausgestattet ist.

Mit der Abwickelspule 1 ist ein Wechselstrom-Asynchronmotor 21 gekoppelt, der folgende Aufgaben hat: Währenddes normalen Abspielvorgangs und während des Schnellvorlaufs soll er ein geeignetes Drehmoment erzeugen, um die Bandspannung im wesentlichen konstant zu halten; während des Bandrücklaufs soll er ein volles Antriebsmoment liefern und während des AnIaufvorgangs soll er für einen Antrieb in Vorwärtsrichtung sorgen. Mit dem Spulenmotor 21 ist ein -Tachometer 23 gekoppelt, um die Drehzahl der Abwickelspule 1 zu messen. Diese Drehzahl kann beispielsweise auf optische Weise mittels einer Scheibe und eines Lichtfühlers bestimmt werden, es sind gedoch auch andere Fühleinrichtungen anwendbar. Bas Ausgangssignal des Spulentachometers 23 wird einem die Betriebsart fühlenden G-eschwindigkeitsfühler 25 und einem Relativgeschwindigkeitsgensrator 27 zugeführt. Der ReIativgeschwindigkeitsgenerator 27 empfängt außerdem das Ausgangs— signal des Bandtachometers 17« Sin vom Ausgang des Generators 27 abgegebenes Helativgeschwindigkeitssignal wird einer digitalen Abfrage- und Halteschaltung 29 zugeführt» Die Abfrage- und Halteschaltung 29 ist mit einem Digital-Analog-Umsetzer 31 gekoppelt, der ausgangsseitig mit einem Schaltimpulsgenerator 33 und dem Geechwindigkeitsfühler 25 verbunden ist« Eine Schaltungsanordnung 4-1 empfängt If etzwechsel strom (z.B. 60 Hz) um Impulse doppelter Netsfrequens zu erzeugen. Eine Seite der Ketzleitung ist außerdem mit einem Eingang des Sptilenmotors 21 verbunden. Der Ausgang des Irequenzverdopplers 4-ΐ wird einem

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Generator 37 für die Erzeugung eines verzögerten Sägezahnsignals und einer Schaltung 39 für gesteuerten Schnellstart zugeführt. Der Ausgang des Sägezahngenerators 37 wird auf einen zweiten Eingang des Schaltimpulsgenerators 33 gegeben, dessen Ausgang mit einer Steuereinheit 35 zur Proportionalsteuerung des Motors verbunden ist· Der Ausgang der Motorsteuereinheit 35 ist auf einen zweiten Eingang des Spulenmotors 21 gekoppelt, um das an die Bandspule i gelegte Drehmoment im Sinne einer Konstanthaltung der Zugspannung im Magnetband 3 zu steuern. Wie in Fig. 1 zu erkennen ist, ist für die Aufwickelspule 19 ein gleiches Servosystem zur Steuerung der Bandspannung vorgesehen, wie es vorstehend für die Abwickelspule 1 beschrieben wurde. Die Teile des Servosystems für die Spule 19 sind mit .denselben Bezugszahlen versehen, wie entsprechende Teile des Servosystems für die Spule 1, allerdings unter Hinzufügung eines Strichindexes (').

Bei der in Fig. 1 dargestellten Einrichtung wird das Magnetband durch die kombinierte Wirkung der Antriebsrolle 13 und der Andruckrolle 15 von der Abwickelspule 1 um die Führungsrolle 5 herum, am Yideoaufnahme/Widergabe-Kopfrad 7 vorbei und um die dem Bandtachometer zugeordnete Holle herum auf die Aufwickelspule 19 bewegt.

Die zum Bandtachometer 17 gehörende Umlenkrolle wird unmSfcelbar und praktisch schlupffrei vom Band 3 angetieben. Das Bandtachometer 17 kann daher als Gerät zur Messung der Lineargeschwindigkeit des Magnetbandes 3 angesehen werden. Das Bandtackoaeter 17 erzeugt als Ausgangsgröße einen Impulszug, der einem Eingang des Relativgeschwindigkeitsgenerators 27 zugeführt wird· Dieser Generator 27 enthält einen siebenstufigen Binarzahler (54 in Fig. 2). Die Ausgangsimpulse des Bandtachometers 17 werden in diesem siebenstufigen Zähler 54 untersetzt, um ein Torsteuersignal zu liefern, welches bis zu einem Zählerstand iron 127 relativ positiv md für einen zusätzlichen Zählschritt von 1 relativ negativ ist. Das Torsteuersignal wird dazu verwendet, die Re3sfcivgeschwindigkeiten der Abwickelrolle 1 und der Aufwickelrolle 19 gegenüber einer Bezugsgröße (der- Bandgeschwindigkeit) zu ermitteln. Zu diesem Zweck empfangt der Relativ-

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geschwindigkeitsgenerator 27 außerdem noch die Ausgangsimpulse des Abwickelspulen-Tachometers 23. Biese Impulse werden in einem UND-Glied 58 mit dam Ausgang des siebenstufigen Zählers 54-verknüpft, und das daraus resultierende Ausgangssignal wird einem zweiten siebenstufigen Binärzähler (60 in Pig· 2) zugeführt. Die Ausgangsgröße des Zählers 60 ist ein Maß für den Relativwert zwischen den vom Bandtachometer 17 und vom Abwickelspulen-Tachometer 23 gemessenen Drehzahlen. Diese Information kann als indirektes Maß für den augenblicklichen Durchmesser des Bandwickels auf der Spule genommen werden. Das Ausgangssignal des Zählers 60 wird in einen mit der Abfrage- und Halteschaltung 29 gebildeten Digitalspeicher (getasteter Speicher in Fig. 2) eingetastet, worauf der Relativgeschwindigkeitszähler 60 auf Null zurückgestellt wird, bevor am Verknüpfungsglied daxnächste Torsteuerimpuls erzeugt wird, um den Impulszählvorgang als Funktion der Bandgeschwindigkeit zu wiederholen. Diese Rücksetzung geschieht mit Hilfe von Rücksetzimpulsen, d:e über eine Differenzierschaltung 59 (Fig. 2) abgeleitet werden.

Das Ausgangssignal der Abfrage- und Halteschaltung 29 wird dem Digital-Analog-Umsetzer 31 zugeführt, dessen Einzelheiten bei 64- in Fig. 2 dargestellt sind. Der Digital-Analog-Umsetzer 31 setzt die in der Abfrage- und Halteschaltung 29 gespeicherte Digitalinformation in einen analogen Gleichstromwert um, der mit einer Bezugswellenform verglichen wird, wie es weiter unten erläutert ist.

Die Bezugswellenform wird von der Netzspannung abgeleitet. Zu diesem Zweck wird die Netzspannung (z.B. eine Sinuswelle von 60 Hz) auf die Einheit 41 (Netzfrequenzverdoppler und Impulsgenerator) gegeben. Die von der Netzspannungsquelle (66 in Fig.2) gelieferte Netzspannung (z.B. 115 "Volt Wechselspannung) wird in dieser Einheit auf etwa 12 Volt Wechselspannung, mittelabgezapft, heruntertransformiert und einem Begrenzer 68 (Fig.2) zugeführt, worin die 60 Hz-Sinuswelle in eine zeitlich damit

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koinzidente Rechteckwelle umgewandelt wird. Die vom Begrenzer 68 gelieferte Recheckwelle wird in einem Inverter 70 (Pig.2) invertiert. Sowohl die invertierte als auch die nicht-invertierte Ranteckwelle werden in jeweils zugeordneten Schaltungen 72 und 74- differenziert. Die daraus resultierenden Impulse werden in einem ODER-Glied 76 verknüpft, um Impulse zu erhalten, die mit der doppelten Netzfrequenz erscheinen und deren Durchgänge praktisch mit den Nulldurchgängen der Netzspannung zusammenfallen.

Dieses Ausgangssignal der Einheit 4-1 wird dann auf einen Sägezahngenerator 37 gegeben. Dieser mit veränderbarer Verzögerung arbeitende Generator 37 (Schaltung 80 in Fig. 2) erzeugt eine sich wiederholende Sägezahnspannung, die an der Spitze auf einen Sättigungswert abgeflacht ist. Der Beginn jedes Sägezahns hat eine bestimmte zeitliche Beziehung zu einem entsprechenden Nulldurchgang der Netzspannung, ist jedoch diesem gegenüber verzögert, wie es die Wellenform A in !ig. 3 zeigt. Eine Kompensatorschaltung 78 (Fig. 2) dient dazu, die Verzögerung des vom Generator 37 erzeugten Sägezahn zu vergrößern oder zu vermindern, je nach dem, ob die Netzspannung ansteigt oder absinkt, so daß das Motordrehmoment gegenüber solchen Netzspannungsschwankungen stabilisiert wird. Einzelheiten des Sägezahngenerators werden weiter unten in Verbindung m\t den Figuren 5 und 6 erläutert.

Das von Sägezahngenerator 37 erzeugte Bezugs-Sägezahnsignal wird einem Eingang des Schaltimpulsgenerators 33 zugeführt, wo es als Bezugsgröße dem analogen Gleichspannungswert vom Ausgang des Digital-Analog-Umsetzers 3Ί verglichen-wird, wie es im Teil B der Fig. 3 veranschaulicht ist.

Der Schnittpunkt des vom Umsetzer 31 geliefeifcen Analogsignals mit der Rampe eines verzögerten Sägezahns, wie er im Teil B der Fig. 3 gezeigt ist, verschiebt sich auf der Zeitachse als Funktion der Relativgeschwindigkeit der Abwickelspule 1 bezüglich

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des Bandes 3· Wenn sich das Band von der Spule 1 abwickelt, dann wird die Drehzahl dieser Spule größer. Hiermit wird auch die Ausgangsgröße des Spulentachometers 23 größer, was seinerseits einen höheren Gleichspannungswert am Ausgang des Digital-Analog-Umsetzers 31 zur Folge hat. Bei einem solchen höheren Gleichspannungswert wird der Schnittpunkt mit der Rampe des verzögerten Sägezahns an eine höhere Stelle und damit auch auf einen späteren Zeitpunkt verlegt, wie man anhand der Wellenform B^! in Fig. 3 erkennen kann. Im Augenblick wo das Gleichspannungssignal das verzögerte Sägezahnsignal schneidet, wird ein Torsignalverstärker (82 in Fig. 2) aktiviert. Das hierdurch erzeugte Signal wird der Motorsteuereinheit 35 zugeführt, um eine von zwei herkömmlichen Triacschaltungen anzusteuern,die mit dem Motor 21 für die Abwickelspule verbunden sind. Die eine Triacschaltung wird für den Vorwärtslauf (im Uhrzeigersinn) und die andere Triacschaltung für den Rückwärtslauf (gegen den Uhrzeigersinn) verwendet« Die Auswahl der einen oder der anderen Triacschaltung erfolgt abhängig von Betrielsart-Schaltsignalen, die einem in zwei Richtungen leitenden Schalter (84 in Fig. 2) zugeführt werden.

Das der jeweils angesteuerten Triacschaltung zugeführte Steuersignal hängt ab vom Schnittpunkt des Ausgangssignals des Digital-Analog-Umsetzers 31 mit dem verzögerten Sägezahnsignal des Generators 37 * wie es im Teil B der Fig. 3 dargestellt ist. Wie man an der Wellenform 0 in Fig. 3 erkennt, bestimmt der Schnittpunkt der beiden genannten Signale den Anteil der Netzspannungswelle, der über die Triacschaltungen dem Motor 21 zugeführt wird, um den Betrag des Rückhaitemoments zur Konstanthaltungder Zugspannung imMagnetband zu steuern. Anhand der Wellenformen B und G in Fig. 3 läßt sich erkennen, daß wenn die Drehzahl der Abwickelspule 1 relativ zur Bandgeschwindigkeit wächst und somit ein höherer Gleichspannungswert vom Umsetzer 31 geliefert wird, die Triacschaltungen zu einem späteren Zeitpunkt zünden, so daß der Motor 21 ein schwächeres Rückhaltemoment ausübt.

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Im einzelnen ist jede Triacschaltung in Reihe zwischen eine Seite der Netzwechselspannung und ein Ende einer jeweils gesonderten Wicläung eines zweiphasigen Spulenmotors 21 mit symmetrischen'. Drehmoment geschaltet. Zwischen die mit den Triaes verbundenen Enden ist ein phasenschiebender Kondensator geschaltet. Im Falle .der Abwickelspule hat der Wechselstromeingang eine solche Phase, daß ein Rückhaltemoment ausgeübt wird. Das heißt, wenn das Band 3 durch die Antriebsrolle 13 in Vorwärtsrichtung angetrieben wird, dann dreht sich die Abwickelspule 1 gegen den Uhrzeigersinn, der Spulenmotor 21 wird jedoch für eine Drehung in Uhrzeigersinn erregt, so daß auf das Band 3 eine Rückhaltekraft ausgeübt wird, welche die gewünschte Bandspannung aufrechterhält. In umgekehrter Weise hat der Wechselstromeingang des Motors der Aufwickelspule eine solche Phase, daß ein Drehmoment zum Einziehen des Bandes erzeugt wird. Das heißt, wenn das Band 3 durch die Antriebsrolle 13 in Vorwärtsrichtung getrieben wird, dann dreht sich die Aufwickelspule 19 gegen den Uhrzeigersinn und der. zugehörige Motor 21* wird im selben Sinne erregt, so daß er auf das Band 3 eine Zugkraft zur Aufrechterhaltung der gewünschten Bandspannung ausübt.

Um beim Anfänglichen Einschalten des Videobandgeräts in den Vorlaufbetrieb ein schnelles synchronisiertes Mitlaufen des Bandes 3 zu erreichen, wird die Motorsteuereinheit 35 veranlaßt, den Motor 21 der Abwickelspule zunächst so zu steuern, daß er volles Drehmoment in Vorwärtsrichtung (gegen den Uhrzeigersinn) auf die Abwickelspule 1 ausübt. In der gleichen Weise wird volles Drehmoment an dieAufwickel spule 19 gelegt. Sobald der Gewchwindigkeitsfühler 25feststellt, daß die Lineargeschwindigkeit des Magnetbandes 3 die zur Synchronisierung ausreichende Bandvorschubgeschwindigkeit erreicht hat (wobei der Durchmesser des Bandwickels auf jeder Spule berücksichtigt wird), dann wird die Motorsteuereinheit 35 zurückgestellt, um die Motoren im solchen Sinne zu erregen, daß auf die Spule

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ein Rückhaltemoment und auf die Spule 19 das normale Einziehmoment ausgeübt wird. Dieser Betrieb zur Erzielung einer schnellen Synchronisierung wird auf folgende Weise erreicht:

Für den Fall, daß die gewünschte Bandgeschwindigkeit 19 cm/s beträgt, wird das Ausgangssignal des D/A-Umsetzers 31 unverändert auf den Geschwindigkeitsfühler 25 gegeben. Wenn die gewünschte Bandgeschwindigkeit 38 cm/s beträgt, dann wird die Ausgangsgröße des Umsetzers 31 im Geschwindigkeitsfühler 25 durch zwei dividiert. Das Ausgangssignal vom Zähler 60 in Fig. (z.B. eine negativ gerichtete Impulsflanke) triggert einen Sägezahngenerator, dessen Ausgang mit dem dividierten oder nichtdividierten Ausgang des D/A-Umsetzers 31 verglichen wird, um einen positiven Impuls zu erzeugen, dessen Breite eine Funktion der Bandgeschwindigkeit (.1,9 bzgl. 38^cm/^s) ist. Bei 19 cm/s beträgt die Impulsbreite die Hälfte von derjenigen bei ,36 cm/s. Dieser positive Impuls wird auf einen Eingang eines NAND-Gliedes 88 gegeben, dessen zweiter Eingang mit dem Ausgangssignal des Abwickelspulen-Tachometers 23 beaufschlagt wird.

Wenn die Zeit zwischen benachbarten Ausgangsimpulsen des Spulentachometers 23 ausreichend kurz ist, dann sind beide Eingänge des NAND-Gliedes gleichzeitig "hoch", so daß am Ausgang des NAND-Gliedes 88 ein "niedriges" Signal erschein^ welches die Motorsteuereinheit 35 zurücksetzt, um über den Motor 21 auf die Spule 1 ein Rückhaltemoment auszuüben und somit den Stafcfc- oder AnIaufbetrieb zu beenden.

Beim Sehne11vorlauf oder beim Rücklauf ist die Antriebsrolle vom Band abgekoppelt, und dem Motor der das Band jjewAls gerade aufwickelnden Spule wird maximales Drehmoment angelegt. Diese Spule ist bein Rücklauf die Abwickelspule 1 und beim Schnellvorlauf die Aufwickelspule 19· Wenn man das volle Drehmoment gleich zu Anfang anlegen würde, dann würde man das Magnetband 3 einer starken Zugkraft unterwerfen. Um dies beim Einschalten des Schnellvorlauf oder des Rücklaufs zu verhindern, wird das Dreh-

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moment allmählich erhöht, indem die Einschaltzeit der £- weiligen Triacs am Anfang für ein niedriges Drehmoment eingestellt und dann allmählich erhöht wird, bis das volle Dreh-Moment erreicht ist. Dies geschieht durch Steuerung der Tastung hochfrequenter "Gitterimpulse". Die Gitterimpulse werden !beispielsweise mit einer Frequenz im Bereich von 30 - 4-0 kHz erzeugt.

Die Tastung der Gitterimpulse erfolgt durch eine gesteuerte Schnellstartschaltung 39» die ausführlich in Fig. 4- dargestellt ist. Die Schaltung 39 enthält zwei monostabile Multivibratoren 100 (Fig. 4-). Der erste monostabile MultMbrator (Monovibrator) A wird vom Ausgang der Netzfrequenzverdopplerschaltung 4-1 (z.B. Impulse mit 120 Hz) getriggert, und der zweite Monovibrator B wird am Ende der Verzögerungszeit getriggert, die durch die Breite der Ausgangsimpulse des Monovibrators A bestimmt ist. Der Ausgang des zweiten Monovibrators B wird in einer Verknüpfungsschaltung 104- mit dem Ausgangssignal eines Osillators 103 (Fig· 4-) verknüpft, der Gitterimpulse relativ hoher Frequenz sendet.

In der Schnellstartschaltung 105 (Fig. 4·) wird ein mit der Basis eines pnp-Transistors 109 verbundener Kondensator 107 am Anfang auf eine vorbestimmte Spannung (z.B. 3*5 Volt) aufgeladen. Ein Emitterwiderstand 111 des Transistors 109 ist an eine Spannungaquelle (z.B.+5Volt) angeschlossen. Ein weiterer Widerstand 113 ist zwischen den Emitter des Transistors 109 und einen zeitbestimmenden Kondensator 115 des zweiten Monovibrators 100 B geschaltet. Der Kollektor des Transistors 109 ist an einen zeitbestimmenden Kondensator 117 des ersten Monovibrators 100 A angeschlossen. Ein weiterer Widerstand 119 liefet zwischen der Spannungsquelle (+ 5 V) und dem Kondensator 117.

Die vom ersten Monovibrator 100 A gelieferten Impulse sind breiter als die Ausgangsimpulse des Monovibrator 100 B, wie es die Wellenformen D und E der Fig. 3 zeigen. Wenn das Bandgerät

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entweder auf Schnellvorlauf oder auf Rücklauf geschaltet wird, dann entlädt sich der Kondensator 107 über den Konstantstromtransistor 121 langsam nach Masse, wodurch der vom Transistor 109 an den Monovibrator 100 A gelieferte Strom ansteigt. Die Impulsbreite am Ausgang des Monovibrators 100 A nimmt langsam ab, wie es schematisch in der Wellenform D in Mg· 3 angedeutet ist. Wenn der Strom im Transistor 109 ansteigt, dann nimmt die Spannung am Emitter des Transistors 109 ab, womit sich die Breite der Ausgangsimpulse des zweiten Monovibrators 100 B vergrößert, wie es schematisch in der Wellenform E derFig» 3 angedeutet ist. Dabei bleibt die Rückflanke der vom zweiten Monovibrator 100 B gelieferten Impulse zunächst zeitlich fest, während sich die Vorderflanke in Richtung auf einen früheren Zeitpunkt bewegt, wie es in der Wellenform E gezeigt ist. Wenn die Impulsbreite des ersten Monovibrators 100 A nicht mehr abnimmt, dann bewegt sich die Rückflanke der Impulse des zweiten Monovibrators 100 B in Richtung auf einen späteren Zeitpunkt, bis am Ende diese Impulse su einem positiven Gleichstromsignal geworden sind, wie es die Wellenform P zeigt. Diese Bedingung gestattet, daß eine kontinuierliche Kette von Gitterimpulsen aus dem Hochfrequenzoszillator 103 (Pig. ²O über die Verknüpfungsschaltung 104· zur Motorsteuereinheit 35 (Pig. 1) gelangen kann, um das volle Motormoment zn erzeugen.

Wenn das Bandgerät in einen anderen Betrieb als den Schnellvorlauf oder den Rücklauf geschaltet wird, dann lädt sich der Kondensator 107 schnell wieder auf seine Anfangsladung auf« Beim Sehnellvorlauf wird der Abwickelspule 1 und beim Rücklauf (ebenfalls ein S_chnellbetrieb) wird der Aufwiekelspule 19 ein veränderliches Drehmonient angelegt, um die Baiidspannung als Punktion der Wiekeldurehsesser su steuern, wie es oben für den Kormalbetrieb beschrieben wurde.

Vorstehend wurde in erster Linie derjenige Teil des sur Steuerung der Bandspannung dienenden Servosystems beschrieben, der sieh auf den Betrieb der Abwickelspule 1 beziehte Matürlick ist für

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die Aufwickelspule 19 ein. gleichartiges Servosystem vorgesehen, welches ähnlich wie das vorstehend beschriebene System arbeitet. Es sei jedoch darauf hingewiesen, daß die Erregung des Motors 21' derAufwiekelspule in allen Fällen so erfolgt, daß die Aufwickelspule 19* in die normale "Aufwickelrichtung" (d.h. gegen den Uhrzeigersinn in Fig. 1) gespannt wird. Wenn also das Bandgerät im normalen Laufbetrieb oder im (schnellen) Rücklaufbetrieb arbeitet, übt der Motor 21' eine Zugkraft auf das Band 3 aus, um eine gewünschte Bandspannung aufreclt zu erhalten. Wenn jedoch die Maschine im Schnellvorlaufbetrieb arbeitet, übt der Motor 21' ein volles Moment auf die Aufwickelspule 19 und somit eine volle Kraft auf das Band 3 aus.

Andererseits ist der Motor 21 der Abwickelspule in Verbindung mit der zugehörigen Motorsteuereinheit 35 und dem S_chaltimpulsgenerator 33 so angeordnet, daß er beim normalen Lauf des Geräts und beim Schnellvorlauf ein Rückhaltemoment ausübt, während des AnIaufbetriebs jedoch in umgekehrter Richtung erregt wird, damit das Band 3 den richtigen Antrieb erhält. Ein geeignetes reversibles Antriebssystem für die Abwickelrolle 1 ist beispielsweise auf Seite 222 des "SCR-Manual, 4 th Edition" der General Electric Company beschrieben. Für einen Motor, der wie im Falle der Aufwickelspule 19 in nur einer Richtung zu steuern ist, benötigt man nur einen Triac.

Wenn das Bandgerät in den Stillstand versetzt wird, dann wird eine digitale Durchmesserinformation im Speicher 62 (Fig. 2) gespeichert, um ein wahlloses Anlaufen zu vermeiden. In ähnlicher Weise wird ban Einlegen und Einfädeln des Bandes eine Information über die Wickeldurchmesser in den Digitalspeicher eingegeben, nachdem sich die Bandspulen so weit gedreht haben, daß die den größeren Wickel tragende Spule etwa einmal umgelaufen ist. Dieser Vorgang bringt die gewünschte Bandspannung in Abhängigkeit von der Menge des Bandes auf jeder Spule zum Zeitpunkt des Einfädeine.

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Der Sägezahngenerator 37 wird synchron mit der Netzwechselspannung (z.B. 60 Hz) betrieben und ist speziell so ausgelegt, daß er eine Sägezahnwelle mit der doppelten Netzfa?equenz erzeugt. Die hierzu erforderliche ZeitSteuerinformation erhält der Sägezahngenerator 37 über den Netzfrequenzverdopplertnd Impulsgenerator 4-1.

Die Einheit 4-1 zur Erzeugung von Impulsen doppelter Netzfrequenz und der Sägezahngenerator 37 sind ausführlicher in Fig. dargestellt. Die Quelle 66 für die Netzwechselspannung, die eine im wesentlichen sinusförmige Spannungs-Wielle (Fig. 6 A) von beispielsweise 60 Hz liefert, ist mit einem Verstärker/Begrenzer 68 verbunden. Im dargestellten Fall enthält die Quelle 66 vorzugsweise einen mittel angezapften Abwärtstransformator, um eine Ausgangsspannung von 12,6 Volt zu liefern. Der Verstärker/Begrenzer 68 wandelt die Sinuswelle in eine praktisch rechteckige Wellenform um, deren Nulldurchgänge in einer festen zeitlichen Beziehung zu den Nulldurchgängen der Netzwechselspannung stehen. Die vom Ausgang des Verstärker/Begrenzers 68 kommende Recheckwelle wird direkt auf eine erste Differenzierschaltung 74- und, über einen Inverter 70, auf eine zweite Differenzierschaltung 72 gegeben. Die Differenzierschaltungen 72 und 74- liefern bei jedem positiv gerichteten Nulldurchgang der ihnen zugeführten Rechteckwelle einen positiven Impuls und bei jedem negativen Nulldurchgang einen negativen Impuls. Wegen des Inverters 70 fallen die positiven Ausgangsimpulse der Differenzierschaltung 74- mit den nagativen. Ausgangsimpulsen der Differenzierschaltung 72 zusammen. Diese Impulszüge werden einem ODER-Glied 76 zugeführt, welches aus allen negativen Impulsen jedes Impulszugs positive Impulse macht. Somit enthält das Ausgangssignal des ODER-Gliedes 76 eine Reihe positiver Impulse, die sich mit doppelter Netzfrequenz (d.h. mit z.B. 120 Hz) wiederholen und seitlich mit den Nulldurchgängen der Netzwechselspannung (Fig. 6A) zusammenfallen.

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Die Ausgangsimpulse des ODER-Gliedes 76 werden als Triggersignale zum periodischen Anstoßen des Sägezahngenerators 37 verwendet. Die gewünschte Sägezahnwelle (Wellenform 6 B) erscheint an einem ersten Kondensator 71· Der Kondensator 71 wird periodisch aufgeladen, und zwar mittels einer steuerbaren Stromquelle, die nLt einem pnp-Transistor 73 gebildet wird. Der Transistor 73 .li^S^ mit seiner Basis an einer ersten Bezugsspannungsquelle (allgemein mit 75 bezeichnet), mit seinem Emitter über einen variablen Widerstand 77 an einer Gleichspannungsquelle (+12 V) und mit seinem Kollektor am Kondensator 71. Ein zweiter Kondensator 81, der zwischen den Emitter des Transistors 73 und Masse geechaltet ist, dient zur Verzögerung des Beginns der einzelnen Sägezähne gegenüber den Nulldurchgängen der Netzwechselspannung (Wellenform 6A), wie es weiter unten noch erläutert wird.

Die Bezugsspannungsquelle 75 reagiert auf Amplitudenschwankungen der Netzspannung, um die Verzögerung der Sägezahnwelle zu verändern. Sie enthält zwei mit der Wechselspannungsquelle verbundene Gleichrichter 83 md 85, einen Serienwiderstand 87 und einen Nebenschluß-Siebkondensator 89, an dem eine Gleichspannung abfällt, deren Amplitude sich direkt mit Änderungen der NetζspannungsampIitude ändert.

Eine zweite Gleichspannungsquelle (+ 5 V) ist über einen Widerstand 90 mit der Basis des Transistors 73 verbunden.

Den Kondensatoren 71 und 81 sind zwei Schalteinrichtungen parallel geschaltet, die aus Jeweils einem Transistor 92 bzw. 94- mit an Masse liegendem Emitter bestehen. Die Schalteinrichtungen sprechen auf die von dem ODER-Glied 76 gelieferten Impulse an, um die Kondensatoren 71 und 81 zu entladen.

Zur Erläuterung der Arbeitsweise der Anordnung nach Fig. 5 sei zunächst der Zeitpunkt betrachtet, zu dem die Kondensatoren

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71 und 81 beide auf O Volt entladen sind. In diesem lall ist der Kondensator 89 auf etwa 5VoIt aufgeladen, so daß der Transistor 73 gesperrt ist. Der Kondensator 81 beginnt nun, sich über den Widerstand 77 auf die zugeordnete Spannung (+ 12 V) aufzuladen. Wenn die Spannung am Emitter des Transistors 73 ausreichend positiv gegenüber der Basisspannung ist (z.B. um 1 V_ßE über <fer Basisspannung liegt), dann fängt der Transistor 73 an zu leiten und lädt den Sägezahnkondensator 71 niit einem im wesentlichen konstanten Strom auf (vergl. Zeitpunkt t„. in Fig* 6B). Der Kondensator· 7"! lädt sich bis auf eine Spannung auf, die ungefähr gleich der Basisspannung des Transistors ist. Die Kondensator 71 und 81 bleiben so lange geladen, bis die nächsten Triggerimpulse an die Transistoren 92 und 94· ge~ loggt werden. Zu diesem Zeitpunkt (t₇ in Pig. 6B) werden beide Kondensatoren wieder auf praktisch O entladen« Dieses Spiel wiederholt sich mit einer Folgefrequenz, die gleich ist der doppelten Netzfrequenz.

Bei Verstellung des Widerstands 77 ändert sich die Ladegeschwindigkeit des Kondensators 81 und somit auch die Verzögerungszeit (t_Q - t^) für die Sägesahnwelle. Außerdem wirken sich „Amplitudenänderungen der von der Spannungsquelle 66 über die Gleichrichter 83 und 85 gelieferten Spannung direkt auf die Spannung am Kondensator 89 aus. Wenn also die Netzspannung gegenüber einem Fennwert abnimmt, dann nimmt die Spannung am Kondensator 8ί! proportional dazu ab. Die Folge ist, daß der Emitter-Basis-Übergang des Transistors 73 zu einem früheren Zeitpunkt in Durchlaßrichtung gespannt wird, so daß der Beginn des ansteigenden Teils der Sägezahnwelle früher ai liegen kommt (d.h. er wird von t^ aus nach links verschoben). In ähnlicher Weise führt ein Ansteigen der Netsspannung dazi*, daß der Beginn des Sägezahns nach rechts (also auf einen späteren Zeitpunkt) bezüglich des Nulldurchgangs der Netzspannung ver- schoben wird.

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Bei der Einrichtung nach Pig· 1 hat die Verschiebung der Sägezahnwelleaoach links (Vorverlegung) zur Folge, daß der Motor der Abwickelspule während eines größeren Teils der Netzspannungswelle Energie empfängt. Eine Verschiebung des Sägezahns auf einen späteren Zeitpunkt vermindert die Dauer, während welcher der Motor 21 Energie empfängt. Bei der Anordnung nach Fig. 1 wird dies im einzelnen auf folgende Weise erreicht. Der Schaltimpulsgenerator 33 (Fig. 1) wird mit der analogen Ausgangsspannung des D/A-Umsetzers 31 (mit dem Spannungswert V in Fig.6B dargestellt) und mit der vom Generator 37 gelieferten Sägezahnspannung beaufschlagt. Wenn diese beiden Spannungen gleich sind (zum Zeitpunkt t2) liefert der Impulsgenerator 33 einen Triggerimpuls an die Motorsteuereinheit 35» die beispielsweise eine in beiden Richtungen betreibbare Triac-Steuerschaltung enthält. Dem Motor 21 wird dann derjenige Teil der Netasspannungswelle nach Fig. 6A angelegt, der zwischen dem Zeitpunkt t2 und dem folgenden Nulldurchgang liegt. Man erkennt somit, daß, wenn die Säge zahnwelle 613 nach ünks verschoben wird (d.h. vorverlegt wird) der Motor 21 für einen längeren Teil jeder Periode der Netzspannung erregt wird. Wenn also die Netzspannung abnimmt, dann beginnen die einzelnen Sägezähne früher, und, obwohl die Spitzenamplitude der an den Motor 21 gelegten Netzspannung absinkt, wird die Dauer der Motorerregung verlängert. Auf diese Weise bleibt das Drehmoment des Motors relativ konstant, und die Bandspannung wird trotz Schwankungen der Netzspannung aufrechterhalten. Durch eine ähnliche Analyse kann gezeigt werden, daß Erhöhungen obr Netzspannung durch Verschiebung des Sägezahns in einen späteren Teil der Periode kompensiert werden.

Wie oben erwähnt, führt eine Verstellung des Widerstands 77 zu einer Änderung der Verzögerung der Sägezahnwelle, womit auch der Zündwinkel für die Antriebssteuerung des Motors 21 bei einem gegebenen Ausgangssignal des D/A-Umsetzers 31 ge-■ ändert wird. Die daraus resultierende Änderung des Drehmoments

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des Motors 21 führt zur Änderung der Spannung im Band 3.

Wie oben erwähnt, ist der der Aufwickelspule 19 zugeordnete
Sägezahngenerator 37' in der gleichen Weise angeordnet und
arbeitet im wesentlichen in derselben Weise wie der Sägezahngenerator 37·

Die vorstehend beschriebene und dargestellte spezielüe Schaltungsanordnung kann auf verschiedene Weise abgewandelt werden, ohne den Bereich der Erfindung zu verlassen.

509840/0953 Patentansprüche :

Claims (2)

Patentansprüche

1. IEinrichgung zur Aufrechterhaltung der Zugspannung eines sich Vs / bewegenden Bandes, gekennzeichnet durch eine Antriebsvorrichtung (13» 15) zur Bewegung des Bandes (3) längs eines Weges; eine erste md eine zweite Bandspule (1, 19) zum Nachliefern von Bandmaterial an die Antriebsvorrichtung und zum Aufnehmen des Bandmaterials von der Antriebsvorrichtung; einen ersten und einen zweiten Antriebsmotor (21, 21'), deren geder einer der Bandspulen zugeordnete ist; ein erstes Meßgerät (23) zur Erzeugung eines ersten, für die Drehzahl der ersten Bandspule charakteristischen Meßsignals; ein zweites Meßgerät (23¹) zur Erzeugung eines zweiten, für die Drehzahl der zweiten Bandspule charakteristischen Meßsignals; ein drittes Meßgerät (17) zur Erzeugung eines dritten, für die Lineargeschwindigkeit des Bandes charakteristischen Meßsignals; eine auf das erste und dritte Meßsignal anspreche nde erste Servoschleife und eine auf das zweite und dritte Meßsignal ansprechende zweite Servoschleife zur Steuerung der ersten bzw. der zweiten Bandspule, wobei die beiden Servoschleifen folgendes enthalten: eine Anordnung (37» 37¹) zur Erzeugung eines steuerbaren Bezugssignals mit einer Folgefrequenz, die für eine gewünschte Bandspannung charakteristisch ist; eine mit dem ersten (23) und dem dritten (17) Meßgerät verbundene Steuereinrichtung in der ersten Servoschleife und eine mit dem zweiten (23') und dem dritten (17) Meßgerät verbundene Steuereinrichtung in der zweiten Servoschleife zur Bereitstellung eines ZählintervalIs für das erste bzw. zweite Meßgerät bezüglich eines vorbestimmten Intervalls für das dritte Meßgerät und zur Erzeugung von Signalen, welche die Drehzahl der Bandspulen relativ zur Lineargeschwindigkeit des Bandes angeben; eine auf das Bezugssignal und auf das Ausgangssignal der Steuereinrichtung

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ansprechende Steuereinheit (35» 35') zur Regelung der motorgetriebenen Bandspulen im Sinne einer Konstanthaltung der Bandspannung.

2. Einrichtung zur RegeLung der Bandspannung in einem Videobandgerät, mit mindestens einem Motor, der mit einer eräben Bandspule gekoppelt ist, ferner mit einer Anordnung zur Erzeugung eines dem Wickeldurchmesser dieser Spule entsprechenden elektrischen Signals, ferner mit einer auf eine Wechselspannungsquelle ansprechenden steuerbaren Speisequelle, die mit dem Motor gekoppelt ist, um das vom Motor ausgeübte Drehmoment als Funktion des Wickeldurchmessers zu verändern, und mit einem Sägezahngenerator, gekennzeichnet durch:

einen ersten Kondensator (71) und eine Ladestromquelle (12 V, 77) für diesen Kondensator;

eine Schalteinrichtung zum Verbinden des ersten Kondensators mit der Ladestromquelle, bestehend aus einem ersten Transistor C5) mit zwei Eingangsanschlüssen (Emitter,Basis) und einem an den ersten Kondensator angeschlossenen Ausgangsanschluß, einem zweiten Kondensator (81), der mit der Ladestromquelle und dem ersten Eingangsanschluß verbunden istund auf den Ladestrom anspricht, um den Transistor nach einer vorbestimmten Zeitverzögerung einzuschalten, und aus einer Vorspannungsschaltung (75)» die mit der Wechselspannung squelle (66) und mit dem zweiten Eingangsanschluß verbunden ist, um die Zeitverzögerung abhängig von Schwankungen der Wechselspannung zu verändern;

eine weitere Schalteinrichtung (92, 94-), die mit dem ersten und dem zweiten Kondensator verbunden ist, um diese Kondensatoren periodisch synchron mit der Wechselspannung zu entladen.

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