DE2608581A1

DE2608581A1 - Elektrische bremseinrichtung fuer wechselstrommotoren

Info

Publication number: DE2608581A1
Application number: DE19762608581
Authority: DE
Inventors: Susumu Hoshimi; Toshio Sato
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1975-03-05
Filing date: 1976-03-02
Publication date: 1976-09-16
Also published as: GB1532032A; AU1156276A; FR2303408B1; AU499718B2; FR2303408A1; JPS51101822A; US4063137A; NL7602286A; CA1067139A

Description

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S76P5 . 2, März 1976

SONY CORPORATION
Tokio / Japan

Elektrische Bremseinrichtung für Wechselstrommotoren

Die Erfindung betrifft eine elektrische Bremseinrichtung für Wechselstrommotoren und eigenet sich besonders für solche Arten von Elektromotoren, wie sie als Antrieb für Plattenspielerteller und dgl, verwendet werden.

Bei moderneren Plattenspielern weisen die Plattenauflageteller häufig eine relativ große Masse auf, so daß eine Bremseinrichtung erforderlich wird, um den Plattenteller rasch anzuhalten. Dies gilt insbesondere für direkt angetriebene Plattenteller, also solche, die durch einen Wechselstrommotor, z.B. einen Einphaseninduktionsmotor, angetrieben werden, Ist bei einem solchen Antrieb keine Bremseinrichtung vorhanden, so läuft der Plattenteller nach Unterbrechung der Stromversorgung für den

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Motor bis zu drei Minuten weiter. Dieses unerwünschte Weiterdrehen des Plattentellers ist besonders dann störend, wenn eine Geschwindigkeitsumschaltung, z.B. von 33 auf 45 UpM gewünscht wird. In diesem Fall läßt sich eine stabile Drehzahl wegen der großen Masse des Plattentellers nicht in dem gewünschten Maße rasch erreichen.

Zum Abbremsen von Motoren der genannten Art sind verschiedene Verfahren und Maßnahmen bekannt. Ganz überwiegend werden elektrische Bremsmöglichkeiten vorgesehen, da dafür keine zusätzlichen mechanischen Einrichtungen benötigt werden, um eine automatische überwachung des Bremsvorgangs sicherzustellen. Eine der bekannten Möglichkeiten besteht darin, die Wicklungen des Wechselstrommotors umzupolen, so daß die Phasenfolge der Spannungszufuhr zu den Motorwicklungen geändert wird und damit auf den Rotor ein Drehmoment in Gegenrichtung wirkt. Der Bremsvorgang wird durch ein mit der Motorwelle wirkungsmäßig verbundenes spezielles Drehzahlüberwachungsrelais gesteuert. Leider sind solche Bremssysteme nicht vollständig zuverlässig, da die Möglichkeit einer Motordrehung in Gegenrichtung besteht, wenn das Drehzahlüberwachungsrelais ausfällt.

Die beste bekannte Methode zur Abbremsung von Wechselstrommotoren ist das dynamische Bremsen, das kurz gesagt darin besteht, daß ein Gleichstrom über eine geeignete Zuführschaltung einer oder mehreren der Motorwicklungen zugeführt wird. Diese dynamische Bremsmethode ergibt im Vergleich zur erwähnten Umschaltmethode einen relativ glatten Bremsvorgang und bietet den weiteren Vorteil, daß die Möglichkeit einer Motordrehung in Gegenrichtung ausgeschlossen ist. Außerdem wirkt das Bremsmoment praktisch während des ganzen Bremsvorgangs. Wird der erforderliche Gleichstrom jedoch über eine Halbweg-Gleichrichtung gewonnen, so enthält der über die Wicklungen fließende Strom eine Gleichspannungs- und eine Wechselspannungskomponente, so daß der ruckfreie glatte Bremsvorgang zu wünschen übrig läßt.

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Da boi diesem Verfahren auch häufig noch mindestens ein mechanischer Relaisschaltkreis verwendet wird, ergeben sich Schaltgeräusche und unerwünschte Vibrationen, zum Teil verursacht durch Kontaktprellen.

Der Erfindung liegt damit die Aufgabe zugrunde, eine im Aufbau und der Herstellung einfache elektrische Bremseinrichtung für Wechselstrommotoren zu schaffen, mit der sich ein glatter, einwandfreier Bremsvorgang erreichen läßt, ohne daß die Gefahr einer Motordrehung in Gegenrichtung gegeben ist. Außerdem sollen die erwähnten Schaltgeräusche und Vibrationen sicher vermieden werden.

Eine erfindungsgemäße Lösung dieser technischen Aufgabe ist im Patentanspruch 1 angegeben, für dessen Merkmale vorteilhafte Weiterbildungen in Unteransprüchen gekennzeichnet sind.

Bei einer elektrischen Bremseinrichtung für Wechselstrommotoren sind eine erste und zweite Motorwicklung vorhanden, die normalerweise von einem Wechselstrom durchflossen werden. Während des Bremsintervalls wird der Wechselstromfluß durch diese Wicklungen unterbunden; statt dessen werden die Wicklungen mit einem Gleichstrom beaufschlagt. Die Unterbrechung des Wechselstromflußes während des Bremsintervalls erfolgt über eine von einer Überwachungsschaltung gesteuerte variable Impedanz und die einen Gleichstrom liefernde Schaltung speist während des Bremsvorgangs die Wicklungen,

Bei einer vorteilhaften Ausführungsform ist eine während des Bremsintervalls zu betätigende elektronische Schalteinrichtung vorhanden, die irgendwelche mechanischen Relais ersetzt und durch die? sich ein Schaltgeräusch wirksam vermeiden läßt.

Die Erfindung und vorteilhafte Einzelheiten werden nachfolgend unter Bezug auf die Zeichnungen in beispielsweisen Ausführungs-

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formen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 das Schaltbild einer elektrischen Bremseinrichtung für Wechselstrommotoren nach einer Ausführungsform der Erfindung;

Fig. 2 eine dem Schaltbild nach Fig. 1 ähnliche Ausführungsform einer elektrischen Bremseinrichtung in Verbindung mit einem elektronischen Schalter;

Fig. 3 ein Äquivalenzschaltbild für die Schaltung nach Fig. während des Bremsvorgangs;

Fig. 4 das Schaltbild einer zweiten Ausführungsform einer elektrischen Bremseinrichtung gemäß der Erfindung;

Fig. 5 das Schaltbild einer dritten Ausführungsform einer elektrischen Bremseinrichtung mit erfindungsgemäßen Merkmalen und

Fig. 6 den Aufbau einer Schaltung zur Erzeugung eines Bremssignals.

Die Figur 1 veranschaulicht einen herkömmlichen Wechselstrommotor 1, der eine Hauptwicklung M, eine Hilfswicklung S, einen Phasenvorlauf- oder Phasenschieberkondensator C₁ sowie einen Rotor Mo umfaßt. Die Hilfswicklung S liegt in Reihe zum Kondensator C₁ und die Hauptwicklung M liegt parallel zur Reihenschaltung aus Hilfswicklung S und Kondensator C₁. Eine Klemme einer Wechselstromquelle 2 ist mit einem Anschluß a des Motors 1 verbunden, während die andere Klemme an einer Diodenbrücke DB angeschlossen ist, die aus vier Dioden D₁, D₂, D., und D. besteht. Die Diodenbrücke ist außerdem mit der anderen Klemme b des Motors 1 verbunden. Eine Servoschaltung 3, die hinsichtlich ihres Aufbaus einem von mehreren bekannten Typen zur Abtastung und Erfassung der Drehzahl des Rotors Mo entsprechen kann, liefert in Abhängigkeit von der Motordrehzahl ein Steuer-Ausgangssignal Ec an die Steuerelektrode eines variablen Impedanzelements das im dargestellten Beispiel ein Transistor Q₁ ist. Der Kollek-

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tor des Transistors Q.. ist mit den Kathoden der Dioden D₁ und D₂ verbunden, während der Emitter von Q₁ am Punkt G₁ auf Masse liegt. Während des normalen Motorbetriebs fließt der Wechselstrom über folgenden Pfad: Während der positiven Halbwelle von der Quelle 2 zur Klemme a über die Motorwicklungen, zur Klemme b, die Diode D₁, den Transistor Q₁, den Massepunkt G₁, zum Massepunkt G„ über die Dioden D-. und zurück zur Quelle 2. Während der negativen Halbwelle von der Quelle 2 über die Diode D„, den Transistor Q₁, den Massepunkt G₁ zum Massepunkt G₂, über die Diode D. zur Klemme b, über die Motorwicklungen zur Klemme a und zurück zur Quelle 2. Natürlich eilt der über die Reihenschaltung aus Hilfswicklung S und Kondensator C₁ fließende Strom dem über die Hauptwicklung M fließenden Strom in bekannter Weise um 90 voraus. Der Rotor Mo dreht sich also unter Wirkung eines Magnetfelds, das aufgrund der Ströme durch die Wicklungen M und S entsteht- Läuft der Rotor Mo mit vorbestimmter Drehzahl um, so liefert die Servoschaltung 3 ein konstantes Steuersignal Ec, so daß die Impedanz zwischen Kollektor und Emitter des Transistors Q₁ auf einem bestimmten Wert gehalten wird. Die Drehzahl des Rotors Mo wird damit hinsichtlich der gewünschten konstanten Umlaufgeschwindigkeit überwacht.

Gemäß der Erfindung ist für den erwähten Bremsvorgang eine Glexchstromschaltung vorgesehen, die einen Gleichrichter, etwa eine Diode D₁-, eine Glättungsschaltung bestehend aus einem Widerstand R₁ und Kondensatoren C₂, C, so wie einen Schalterkreis K₁ umfaßt. Die Anode der Diode O₁. ist mit einer Klemme der Stromquelle 2 verbunden, während die Kathode dieser Diode D₁. an eine Klemme des Schalterkreises K₁ über den Widerstand R₁ angeschlossen ist, dessen andere Klemme mit dem Verbindungspunkt c zwischen dem Kondensator C₁ und der Hilfswicklung S verbunden ist. Der Kondensator C₂ liegt zwischen der Kathode der Diode D₁- und der anderen Klemme der Stromquelle 2, während der Kondensator C-. zwischen dem Vorbindungspunkt des Widerstands R₁

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und dem Schalterkreis K. sowie der anderen Klemme der Stromquelle 2 angeschlossen ist.

Beim normalen Betrieb eines Plattentellerantriebssystems, wenn über eine nicht gezeigte Schalteinrichtung von 45 UpM auf 33 UpM umgeschaltet wird oder wenn der Tonabnehmerarm von einer aufgelegten Platte abhebt, wird die Servoschaltung 3 unterbrochen, da in Abhängigkeit von der Schalteinrichtung keine Betriebsspannung mehr zugeführt wird. Damit gelangt auch kein Steuersignal Ec mehr auf die Basis des Transistors Q₁, so daß die Impedanz zwischen Kollektor und Emitter des Transistors Q bis zur vollständigen Sperrung dieses Transistors ansteigt, so daß ein Wechselstromfluß durch die Haupt- bzw. Hilfswicklung M bzw. S unterbunden wird. Zu diesem Zeitpunkt wird der in Fig. als mit der Servoschaltung mechanisch verbunden gezeigte Schalterkreis K- geschlossen und es fließt ein durch die Diode Dcgleichgerichteter und durch die Kondensatoren C₂ und C, bzw. den Widerstand R. geglätteter Strom über den Schalterkreis K.. , den Punkt c, die Hilfswicklung S, den Punkt b, die Hauptwicklung M zum Punkt a. Dieser geglättete Gleichstrom erzeugt ein der Drehrichtung des Rotors Mo entgegenwirkendes Drehmoment. Die Drehung des Rotors Mo wird also rasch vermindert. Es sei in diesem Zusammenhang bemerkt, daß der Gleich-Bremsstrom von der Bremsschaltung nicht notwendigerweise den gesamten Wicklungen des Motors zugeführt zu werden braucht. Beispielsweise könnte der Schalter K₁ anstelle am Punkt c auch am Punkt b angeschlossen sein.

Die Fig. 2 zeigt nochmals die Schaltung nach Fig. 1, jedoch mit der Abwandlung, daß der mechanische Schalter durch einen elektronischen Schalter K₁ ersetzt ist. Der Schalterkreis umfaßt bei dieser Ausfuhrungsform im wesentlichen einen NPN-Transistor Q₂ sowie einen PNP-Transistor Q₃. Der Kollektor von Q-. ist an den Punkt c der Motorwicklungsschaltung über einen

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Widerstand R~ angeschlossen, während der Emitter mit dem Widerstand R₁ verbunden ist und somit an der geglätteten Gleichspannung liegt; die Basis ist mit dem Kollektor des Transistors Q₂ über einen Widerstand R., verbunden. Der Kollektor des Transistors Q„ ist über einen Widerstand R. an den Widerstand R. angeschlossen und liegt somit an der geglätteten Gleichspannung; der Emitter von Q~ liegt am Punkt G., auf Masse, während die Basis mit einer Eingangsklemme 4 verbunden ist, an der ein Schaltsignal V während des Bremsvorgangs zuführbar ist, was weiter unten in Verbindung mit Fig. 6 näher erläutert wird. Liegt kein Schaltsignal V an der Eingangsklemme 4 (V = O Volt), so sind die Transistoren Q₂ und Q₃ gesperrt und der Motor 1 läuft unter normaler Bedingung. Wird der Motor 1 dagegen beispielsweise von 45 UpM auf 33 UpM umgeschaltet, so wird der Stromfluß durch die Wicklungen M und S unterbrochen, da das Steuersignal Ec am Transistor Q₁ ausbleibt, Gleichzeitig beaufschlagt das Schaltsignal V die Basis des Transistors Q₂/ so daß die Transistoren Q₂ und Q₃ durchschalten. Der Schalterkreis K₂ schließt also und der Bremsvorgang beginnt.

Die Fig. 3 zeigt die Ersatzschaltung des Schaltbilds nach Fig. 2 während des Bremsvorgangs: Sind die Transistoren Q₂ und Q₃ durchgeschaltet, also EIN-geschaltet, so ist der Emitter des Transistors Q« mit dem Punkt b über die Massepunkte G₃ und G₂ sowie die Diode D₄ verbunden. Es fließt also ein Gleichstrom i, über den Widerstand R₃, den Transistor Q₂, die Diode D und die Hauptwicklung M. Außerdem fließt ein Gleichstrom i über den Transistor Q₃ und die Hilfswicklung S. Dieser Gleichstromfluß durch die Wicklungen löst die Bremswirkung aus. Bei der Schaltung nach Fig. 2 läßt sich eine Bremswirkung auch dann erzielen, wenn der Gleichstrom lediglich durch die Hauptwicklung M fließt. Für diesen Fall wäre der Kollektor des Transistors Q₃ mit dem Punkt b zu verbinden.

Sind die Transistoren Q₂ und Q ausgeschaltet, so liegt zwischen

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Emitter und Kollektor des Transistors Q-. eine hohe Gleichspannung von z.B. 114 Volt, wenn die Stromversorgungsquelle 2 eine Wechselspannung von 100 V abgibt. Eine so hohe Gleichspannung stellt eine gewisse Gefahr für den PNP-Transistor dar. Die Durchschlagsgefahr kann mit der abgewandelten Schal- . tung nach Fig. 4 vermieden werden, bei der ein zusätzlicher PNP-Transistor Q₄ in Reihe zum Transistor Q., liegt, um die Gleichspannung zwischen den beiden Serientransistoren aufzuteilen. Dabei wirken Widerstände R_g und R₆ ebenfalls als Spannungsteiler und eine Diode D, stellt eine weitere Schutzmaßnahme dar.

Eine weitere alternative Ausführungsform für den Schalterkreis zeigt die Fig. 5. Bei dieser abgewandelten Schaltung liegt ein NPN-Transistor Q₁- zwischen dem Widerstand R₁ und dem Anschlußpunkt c. Sind die Transistoren Qp bis Q_n. durchgeschaltet, stehen also aufgrund des Bremssignals im Zustand EIN, so fließt ein Gleichstrom über die Wicklungen M und S und bewirkt den Bremsvorgang. Die Transistoren Q₂ bis Q. verstärken das Bremssignal V. Die Durchbruch- oder Sperrspannung des NPN-Transistors Q₅ liegt höher als die für PNP-Transistoren, so daß in der Serienschaltung lediglich ein einziger Transistor erforderlich ist.

Die Fig. 6 zeigt einen Schaltkreis K₂ zur Erzeugung eines Bremssignals V. Der Schaltkreis K_ umfaßt einen Schalter S¹, der während des Bremsvorgangs geöffnet ist, eine Spannungsquelle +B sowie einen NPN-Transistor Q₁-, dessen Basis über den Schal-

ter S' mit der Servoschaltung 3 verbunden ist und dessen Kollektor-Emitterstrecke parallel liegt zur Spannungsquelle +B. Der positive Pol der Spannungsquelle +B ist außerdem mit der Basis des Transistors Qp des Schalterkreises K₁ verbunden. Im normalen Betriebszustand ist der Schalter S¹ geschlossen, so daß das Steuersignal Ec die Basis des Transistors Q₁ beaufschlagt und die Basis des Transistors Q₆ auf positivem Pegel gehalten

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wird. Der Transistor Q, ist also eingeschaltet, so daß die Spannung an der Basis von Q- im wesentlichen auf Massepotential gedrückt wird. Unter dieser Bedingung gelangt kein Bremssignal auf den Transistor Q~. Wird der Schalter S' dagegen geöffnet, so beginnt der Bremsvorgang, weil kein Steuersignal E, mehr auf die Basis des Transistors Q₁ gelangt, so daß dieser Transistor sperrt und damit auch die Wechselstromzufuhr zu den Wicklungen unterbricht. Gleichzeitig wird die Basis von Q_fi auf Masse gelegt, so daß dieser Transistor sperrt und die Spannung V = +B (das Bremssignal).auf die Basis des Transistors Q~ des Schalterkreises K₁ gelangt.

Zusammenfassend läßt sich feststellen, daß mit der Erfindung eine Bremseinrichtung für Wechselstrommotoren geschaffen wurde, die sich dadurch auszeichnet, daß eine vollkommen glatte Abbremsung des Motors bis zum Stillstand erreicht wird, ohne daß irgendwelche störenden Knackgeräusche in Kauf genommen werden müssen. Bei der erfindungsgemäßen Bremsschaltung wird die Wechselstromzufuhr zu den Motorwicklungen unterbrochen und gleichzeitig erfolgt über einen Umschalter die Speisung der gleichen Wicklungen von der Wechselstromquelle aus über einen Gleichrichter und eine Glättungsschaltung in solcher Stromflußrichtung, daß der Motor sehr rasch zum Stillstand kommt.

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Claims

SONY CORPORATION
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Patentansprüche

1.) Elektrische Bremseinrichtung für Wechselstrommotoren mit einer Motorschaltung, die eine erste Wicklung und eine dazu parallel liegende Reihenschaltung einer zweiten Wicklung und eines Kondensators umfaßt, einer die Motorschaltung speisenden Wechselstromquelle somit mit einer mit der Wechselstromquelle verbundenen Gleichrichterschaltung zur Gewinnung einer Gleichspannung, gekennzeichnet durch eine an die Gleichrichterschaltung (D₁.) angeschlossene Glättungsschaltung (R₁, C~ , C-.) ,von der aus zur Abbremsung des Motors über einen Schalterkreis (K₁) eine geglättete Gleichspannung selektiv den Wicklungen (M, S) zuführbar ist.

2. Bremseinrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine zwischen der Motorschaltung(1)und der Wechselstromquelle (2)liegende Diodenbrücke (DB) und eine variable Impedanz (Q ),die mit dem vom doppelweg-gleichgerichteten Strom durch die Motorschaltung beaufschlagten Anschluß der Dioden-Brücke verbunden ist und der zur Impedanzveränderung an einer Steuerklemme ein Steuersignal (Ec) von einer die Motordrehung erfassenden Servoschaltung (3) zuführbar ist.

3. Bremseinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgangsklemme des Schalterkreises (K.) mit dem Verbindungspunkt (c) zwischen der zweiten Wicklung S und dem Kondensator (C₁) verbunden ist.

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4. Bremseinrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine in Reihe zur Motorschaltung (1) liegende variable Impedanz (Q₁) und durch eine die Motordrehung abtastende Servoschaltung (3) ,die in Abhängigkeit von der Motordrehung ein Steuersignal(Ec) abgibt, das zur Veränderung des Impedanzwerts der variablen Impedanz (QJ zuführbar ist.

5. Bremseinrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Schalterkreis (KJ wenigstens ein dreipoliges Halbleiterbauelement (Qo) aufweist, dessen erste beiden Anschlüsse in Reihe zwischen der Glättungsschaltung (R.., C₂, C₃) und wenigstens einer der Wicklungen (S) liegt und an dessem dritten Anschluß ein Bremssignal (V) zuführbar ist, das das Halbleiterbauelement während des Bremsvorgangs in den leitenden Zustand schaltet,

6. Bremseinrichtung nach Anspruch 5,dadurch gekennzeichnet , daß der Schalterkreis (K.)ein zweites Halbleiterbauelement Q₂ zur Verstärkung des Bremssignals (V) enthält, das - nach Verstärkung - auf den dritten Anschluß des ersten Halbleiterbauelements (Q-,) gelangt.

7. Bremseinrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche 1 bis 3,dadurch gekennzeichnet, daß der Schalterkreis (Kj wenigstens zwei Transistoren (Q , Q₄) aufweist, deren Kollektor-Emitterstrecken in Reihe geschaltet sind und denen basisseitig das diese Transistoren durchschaltende Bremssignal (V) zuführbar ist.

B. Bremseinrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche 2 bis 6,dadurch gekennzeichnet, daß der Schalterkreis (K₁) wenigstens zwei Transistoren (Q^f Q3j^en^~ hält, deren einer in Serie zur Glättungsschaltung und wenigstens einer der Wicklungen liegt und deren anderer über

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eine der Dioden der Dioden-Brücke mit der anderen Wicklung verbunden und eingangsseitig mit einem diesen Transistor leitend schaltenden Bremssignal beaufschlagbar ist derart, daß ein erster Gleichstrom durch den einen Transistor (Q.-,) und die eine Wicklung (S) und ein zweiter Gleichstrom durch den anderen Transistor und die andere Wicklung fließen.

9. Bremseinrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Generatorschaltung (K₂), die ein dem Schalterkreis zuzuführendes Bremssignal (V) liefert und folgende Baugruppen umfaßt: Eine erste Spannungszuführschaltung, über die der Schalterkreis (K-j) mit einer Bremssignalspannung (V) beaufschlagbar ist;

eine erste auf ein Steuersignal ansprechende Kontrolleinrichtung (Q₆) durch die die auf den Schalterkreis (K..) gelangende Bremssignalspannung (V) unterbrechbar ist und eine zwischen den Steuersignalausgang der Servoschaltung (3) und der ersten Kontrolleinrichtung liegenden zweiten Kontrollschaltung, die einen ersten bzw. zweiten Schaltzustand besitzt, in denen das Steuersignal zur ersten Kontrolleinrichtung gelangt bzw. unterbrochen wird, wobei in der ersten Schaltstellung der zweiten Kontrolleinrichtung ein normaler Motorbetrieb gewährleistet ist, während im zweiten Betriebszustand die Bremsung des Motors erfolgt.

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