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Stand der Technik
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Die Erfindung geht aus von einem Laufbildprojektor nach der Gattung
des Hauptanspruchs. Bei den bisher üblichen Laufbildprojektoren dieser Art sind
mechanische oder elektromagnetische Bremsen gegen das Bilden allzu großer Filmschleifen
und Schleifenabtaster zur schleifengrößenabhängigen Motorregelung eingesetzt (OE-PS
114 580). Schleifenabtaster und Filmzug-geregelte Bremsen, wie sie hier gebraucht
werden, sind sehr aufwendig. Auch die ebenfalls bekannten Meßwertgeber anderer Art,
wie zum Beispiel Tachogeneratoren, sind aufwendig und damit teuer. Für einen Vorwärts-Rückwärts-Betrieb
muß ihre Anzahl verdoppelt werden, genauso wie die Anzahl der Bremsen, weil sowohl
an der einen Wickel spule als auch an der anderen Wickelspule Schleifen auftreten
können. Beim möglichen Auftreten sehr großer Schleifen kommen diese Systeme ins
Schwingen, weil infolge der Massenträgheit der Spulen und Wickel die zunächst mit
voller Leistung in Gang gesetzten Wickelspulen beim schnellen Wegziehen der Schleifen
die Schleifenabtaster so stark beeinflussen, daß diese die Motorspannung unter den
für gleichmäßigen Lauf erforderlichen Wert drosseln. Dies führt zum Abschalten des
Motorantriebs und zum starken Abbremsen der Wickelspulen. Die Filmschleife wächst
wieder und bevor der nun erneut treibende Wickelmotor diese Schleife wegziehen kann,
ist sie erneut über das für Normalbetrieb zulässige Maß hinaus gewachsen.
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Besonders bei Geräten, die für schnelles Vor- und Rückwickeln mit
großen Filmspulen und entsprechend großen Filmwickeln eingerichtet sind, ist diese
Arbeitsweise trotz des hohen Aufwandes äußerst unbefriedigend.
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Vorteile der Erfindung Der erfindungsgemäße Laufbildprojektor mit
den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs hat demgegenüber den Vorteil, daß
verschiedene, an die jeweilige Betriebsart angepaßte Wickelgeschwindigkeiten und
Drehrichtungen selbsttätig eingehalten beziehungsweise geschaltet werden. Dabei
wird vermieden, daß dieses System ins Schwingen kommt. Die erforderlichen Meßwerte
können direkt vom betriebenen Wickelmotor abgeleitet werden, wodurch gesonderte
Meßwertgeber überflüssig sind.
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Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte
Ausbildungen und Verbesserungen des Erfindungsgegen standes nach dem Hauptanspruch
möglich. Dabei wird die Wickeldrehzahl jeweils an dem Wickelmotor mit der kleineren
Stromaufnahme also mit der geringeren Last geregelt, weil dieser Motor in der Regel
auch schneller laufen wird. Die Uberlagerung einer Wechselspannungskomponente zur
Gleichspannung, mit der die Wickelmotoren betrieben werden, bewirkt, daß ein sehr
kleiner Gleichspannungsmittelwert und damit eine sehr kleine Drehzahl stabil eingestellt
werden kann. Dabei bleibt die Anlaufsicherheit der Wickelmotoren erhalten, weil
der Spitzenwert der Wechselspannungskomponente wesentlich höher liegt, als ein maximal
möglicher Wert der Bürstenspannung (Patinaansatz nach längerem Nichtgebrauch). Ein
Feldeffekttransistor, der einem für den weichen Hochlauf benötigten Zeit glied (RC-Glied)
zugeordnet ist, sorgt, in entsprechender Schaltung, für die Schnellentladung des
Kondensators aus diesem Zeitglied. Auf diese Weise ist ein rasches und fehlerfreies
Arbeiten mit dem Projektor ermöglicht. Es wird vermieden, daß nach dem Abschalten
c es Geräts und nach erneutem Schalten von 0 auf Wickeln in einer Richtung, der
noch nicht genügend entladene Kondensator die Steuer- bzw. Regeleinrichtung außerhalb
des Funktionsbereichs für das Schleifeziehen hält und damit eine
Funktion
verhindert. Dem Bedienenden muß so nicht zugemutet werden, daß er für solche Schaltvorgänge
in der O-Stellung des Hauptschalters eine Pause von der Länge des Hochlaufs nach
dem Schleife-Wegziehen einhält.
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Zeichnung Ein Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes ist in
der Zeichnung anhand zweier Figuren dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung
näher erläutert.
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Es zeigen: Fig. 1 einE Ansicht eines erfindungsgemäß ausgerüsteten
Laufbildprojektors und Fig. 2 ein Schaltbild zur erfindungsgemäßen Steuer- undZoder
Regeleinrichtung.
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Beschreibung der Erfindung An einem Laufbildprojektor 1, mit einem
Objektiv 2 sind Filmspulen 3 und 4 mit eigenen Wickelmotoren M1 und M2 vorgesehen.
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Die Laufrichtung der Wickelmotoren Mt und M2 wird im wesentlichen
mittels eines Hauptschalters 5 bestimmt, während die Motorsteuerung und Regelung
dieser Wickelmotoren M1 und M2 im Sinne der Erfindung mit Hilfe einer elektronischen
Schaltung verwirklicht ist. Im einzelnen ist diese elektronische Schaltung in Fig.
2 gezeigt und nachstehend beschrieben. Dabei beschränkt sich die Beschreibung des
Schaltungsaufbaues und der Wirkungsweise dieser Schaltung zwecks besserer Übersichtlichkeit
auf den Teil der Gesamtschaltung, der einer Hauptschalterstellung, im Beispielsfalle
der Stellung V (Vorlauf), zugeordnet ist. Für die gleiche Wirkungsweise beim Rücklauf
gelten
die gleichen Bedingungen. Dabei könnte selbstverständlich
im Extremfalle der gleiche Aufbau noch einmal, abgestellt auf die Rücklaufverhältnisse,
vorgesehen sein. Zweckmäßig wird man weitgehend die gleichen Bauelemente für beide
Laufrichtungen verwenden und lediglich durch einen selbsttätigen Drehrichtungsumschalter
auch für den zweiten Motor (M1) und entsprechende Verknüpfung mit dem Hauptschalter
5 ergänzen.
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Nach einem hier nicht näher dargestellten, an eine Wechselspannungsquelle
angeschlossenen Gleichrichter, führt eine Leitung 6 die Betriebsspannung UB, eine
Leitung 7 dient als Bezugsleitung OV. Die Kollektoren zweier Transistoren T1 und
T2 liegen an der Betriebsspannung, während ein Kondensator C 1 parallel zur Kollektor-Emitter-Strecke
des Transistors T1 geschaltet ist, wobei der Emitter des Transistors T1 außerdem
mit der Basis des Transistors T2 verbunden ist. Das Emitter-Potential des Transistors
T2 entspricht der Regelspannung UR, die durch den Pfeil 8 angedeutet ist. Der Emitter
des Transistors T2 ist verbunden mit der Kathode einer Diode D2, dem Plus-Anschluß
des Wickelmotors M1, dem Kontakt 9.1 eines ersten Relais g sowie dem einen Anschluß
von Widerständen R4 und R10. Die Anode der Diode D2 liegt an der Bezugsleitung 7
(OV).
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Der Minus-Anschluß des Wickelmotors M1 liegt über einen Widerstand
R1 an der Bezugsleitung 7, sowie an der Anode einer Diode D4 und der Kathode einer
Diode D5.
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Die Kontakte des ersten Relais 9 bilden für den Wickelmotor M2 einen
Umschalter. Dabei liegt im stromlosen Zustand des ersten Relais 9 der Pluspol des
Wickelmotors M2 über die Kontakte 9.3, 9.1 an der Betriebsspannung (um)' der Minuspol
des Wickelmotors 2 über die Kontakte 9.5 und 9.4 und einen Widerstand R2
an
der Bezugsleitung 7. Bei stromdurchflossenem erstem Relais 9 liegt der Pluspol des
Wickelmotors M2 über die Verbindung der Kontakte 9.3, 9.6, 9.4 und den Widerstand
R2 an der Bezugsleitung 7, der Minuspol des Wickelmotors M2 über die Verbindung
der Kontakte 9.5, 9.2, 9.1 an der Betriebsspannung (Leitung 6).
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Der Widerstand R2 liegt einerseits an der Bezugsleitung 7, zum anderen
am Kontakt 9.4 des ersten Relais 9 sowie an der Anode einer Diode D3 und der Kathode
einer Diode D6.
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Die Kathoden der Dioden D3 und D4 liegen gemeinsam am Kontakt 10.1
eines zweiten Relais 10, während der Kontakt 10.2 des Relais 10 an die Bezugsleitung
7 angeschlossen ist.
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Die Relaiswicklungen der Relais 9 und 10 liegen parallel, einerseits
(9.7, 10.4) an der Betriebsspannung (Leitung 6), andererseits (9.8, 10.3) an der
Anode eines Thyristors BRX 44.
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Die Anoden der Dioden D5 und D6 liegen gemeinsam an der Basis eines
Transistors T3, die über einen Widerstand R3 mit der Betriebsspannung führenden
Leitung 6 verbunden ist.
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Der Kollektor des Transistors T3 ist über den Widerstand R4 an die
Regelspannung (Emitter des Transistors T2) ) gelegt und dessen Emitter über einen
Widerstand R5 mit der Bezugsleitung 7 verbunden.
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Zugleich ist der Kollektor des Transistors T3 mit dem Plinus-Eingang
eines Operationsverstärkers OPV 1 verbunden.
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Der Plus-Eingang des Operationsverstärkers OPV 1 liegt zugleich an
der Kathode einer Diode D1, am Emitter eines Transistors T5 und über Widerstände
R7 und R8 an der Betriebsspannung führenden Leitung 6 (UB) Die Verbindungsleitung
zwischen den Widerständen R7 und R8 liegt außerdem über eine Zenerdiode ZD1 an der
Bezugsleitung 7. Die Anode der Diode D1 liegt an einer Wechselspannung,
die
über einen Spannungsteiler von der Eingangsseite des Gleichrichters abgenommen ist.
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Der positive Versorgungsspannungsanschluß des Operationsverstärkers
°PV1 und eines weiteren Operationsverstärkers OPV2 liegt an der Betriebsspannung
führenden Leitung 6, der negative Versorgungsspannungsanschluß an der Bezugsleitung
7.
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Der Ausgang des Operationsverstärkers OPV1 ist über einen Widerstand
Rg mit dem Betriebsspannung führenden Leiter 6 verbunden und außerdem an die Basis
des Transistors T1 gelegt.
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Das Emitter-Potential des Transistors T2 (Regelspannung UR) ist weiter
über einen Widerstand R10 mit der Basis eines Transistors T4 verbunden, die ihrerseits
mit dem positiven Anschluß eines Kondensators C2 verbunden ist. Der Minus-Anschluß
des Kondensators C2 liegt an der Bezugs leitung 7 (OV). Der Kollektor des Transistors
T4 liegt an der Betriebs spannung führenden Leitung 6, sein Emitter über die Reihenschaltung
mit einer Zener-Diode ZD2, einem Widerstand R11 und einem Widerstand R12 an der
Bezugsleitung 7. Die Verbindungsleitung der Widerstände R11 und R12 liegt am Gate
des Thyristors BRX 44. Die Kathode des Thyristors BRX 44 liegt an der Bezugsleitung
7 (OV), seine Anode einmal über einen Widerstand R21 an der Betriebs spannung führenden
Leitung 6, andererseits an den Wicklungsanschlüssen 9.8 und 10.3 der Relais 9 und
10, und schließlich über eine Reihenschaltung von Widerständen R15 und R14 an der
Betriebsspannung führenden Leitung 6, wobei parallel zum Widerstand R14 noch eine
Reihenschaltung eines Widerstandes R13 und eines Kondensators C3 geschaltet ist
(der positive Anschluß des Kondensators C3 liegt an der Betriebsspannung führenden
Leitung 6).
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Die Verbindungsleitung vom Widerstand R14 zum Widerstand R15 ist über
einen Widerstand R16 mit dem Minus-Eingang des Operationsverstärkers OPV2 verbunden,
dessen Plus-Eingang an der Verbindungsstelle von Widerständen R17 und R18 liegt,
wobei der
Widerstand R17 mit seinem zweiten Anschluß an der Betriebsspannung
führenden Leitung 6, der Widerstand R18 mit seinem zweiten Anschluß an der Bezugsleitung
7 (OV) liegt.
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Der Minus-Eingang des Operationsverstärkers OPV2 ist weiterhin über
einen Widerstand R19 mit dem Ausgang des Operationsverstärkers OPV2 verbunden, welcher
über einen Widerstand R20 an der Betriebsspannung führenden Leitung 6 angeschlossen
ist.
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Ferner ist der Ausgang des Operationsverstärkers OPV2 über einen Widerstand
R22 mit der Basis des Transistors T5 verbunden. Der Kollektor des Transistors T5
liegt an der Betriebsspannung, sein Emitter am Plus-Eingang des Operationsverstärkers
OPV1. Der Minus-Anschluß des Kondensators C3 ist mit dem Drain eines Feldeffekt-Transistors
FET BF 320 verbunden, dessen Gate an Betriebsspannung und dessen Source an die Verbindungsleitung
von Widerständen R23 und R24 angeschlossen ist, wobei der zweite Anschluß des Widerstandes
R23 an Betriebsspannung, der zweite Anschluß des Widerstandes R24 an der Bezugsleitung
7 (OV) liegt.
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Die Funktion der vorbeschriebenen Schaltung soll nachfolgend beschrieben
werden: Die zwei Wickelmotoren M1 und M2 liegen über den Leistungstransistor T2
und den Regeltransistor T1 an der gemeinsam geregelten Spannung UR, die durch den
Pfeil 8 dargestellt ist.
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In den Minus-Leitungen dieser Wickelmotoren M1 und M2 begrenzen die
Widerstände R1 und R2 als Vorwiderstände den Strom. Der Wert der Vorwiderstände
R1 und R2 ist im Ausführungsbeispiel gleich dem Wert des Ankerwiderstandes der Wickelmotoren
M1 und M2.
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1. Schleife-Ziehen 1.1 Meßglied Auf Grund der Schaltcharakteristik
der Silizium-Dioden D5 und D6 fließt über den Widerstand R3 nur Strom zu dem Widerstand
(R1 oder R2) mit der kleineren Spannung, das heißt, daß
u1 = uD + IM1 . R1, für IM1 < IM2 |
# 1 |
u1 = uD + IM2 . R2, für IM2 < IM1 |
wird.
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Der Silizium-Transistor T3 hat nun eine Basis-Emitter-Schwellspannung,
die ungefähr gleich der Dioden-Spannung UD ist, so daß an seinem Emitter die Spannung
u2 = u1 - uD = IM1 . R1, für IM1 < IM2 |
# 2 |
u2 = IM2 . R2, für IM2 < IM1 |
ansteht.
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Da weiter
ist, sowie mit Rücksicht auf die Beziehungen
uM1 = ui1 + RA . IM1 |
4 |
uM2 = ui2 + RA . IM2 |
worin ui gleich der induzierten Spannung im jeweiligen Wickelmotor M1 beziehungsweise
M2 ist, ergibt sich:
uR = ui1 + 2 R . IM1 |
# 5 |
uR = ui2 + 2 R . IM2. |
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Wegen der Beziehung 2 und für R4 = R5 liegt nun auch zwischen dem
Kollektor und dem Emitter des Transistors T3 die Spannung
ui = ui1, für IM1 < IM2 |
# 6 |
ui = ui2, für IM2 < IM1. |
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Das heißt die induzierte Spannung des weniger belasteten Motors.
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Beim Gleichstrommotor ist die induzierte Spannung mit guter Näherung
proportional der Drehzahl, somit ui ~ n. 7 Nun ist die Eingangsspannung des Operationsverstärkers
OPV1 ue1 = u3 - u4.
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Dabei muß uel # OV sein, wenn die Ausgangsspannung uA des Operationsverstärkers
OPV1 im Regelbereich liegt. Also wird u3 = u4 = ui N n. 8 Über die Zenerdiode ZD1
und den Spannungsteiler mit den Widerständen R7 und R6 wird also eine drehzahlproportionale
Spannung ui vorgegeben. Diese Spannung u. ist nahezu unabhängig von der Temperatur
und der Versorgungsspannung.
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1.2 Stellglied Der Ausgang des Operationsverstärkers °PV1 arbeitet
auf die Basis des Regeltransistors T1 der mit dem Leistungstransistor T2 in Darlington-Schaltung
verbunden ist. Der Kondensator C1 unterdrückt höherfrequente Regelschwingungen.
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Die Regelspannung uR ergibt sich nach Gleichung Nr. 5, wenn zunächst
die Bürstenspannung vernachlässigt wird.
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2. Meßglied für den Stillstand beider Wickelmotoren Wenn beide Wickelmotoren
M1 und M2 zum Stehen kommen, etwa bestehende Filmschleifen also abgebaut sind, wird
ui1 und u12 = 0 und somit auch u3 OV. Dann liegt am Plus-Eingang des Operationsverstärkers
OPV1 eine positive Spannung (Ue = - u4), sodaß der Ausgang des Operationsverstärkers
°PV1 auf + uB (Betriebsspannung) geht. Damit schaltet das UB Stellglied voll durch
und es wird uR = uB - 2 uD. Diese Spannung kommt nun über das RC-Glied (R10, C2),
das gleichzeitig als Siebglied schnelle Spannungsänderungen unterdrückt und als
Verzögerungsglied die beim Einschalten der Motoren kurzfristig auftretende Spannungsspitze
von uR eliminiert, an die Basis des Transistors T4, der als Emitterfolger geschaltet
ist. Die gesiebte und verzögerte Ausgangsspannung wird nun über den Schwellwertschalter
ZD2, R11, Po12, BRX 44 weiter verarbeitet.
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Die Triggerschwelle liegt bei einem optimalen Abstand von der Regelspannung
uR und der minimalen Betriebs spannung UB.
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Nach einmaliger Triggerung bleibt der Schaltzustand des Thyristors
BRX 44 erhalten, so lange der Haltestrom über den Widerstand R21 seinen Minimalwert
nicht unterschreitet.
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3. Weicher Hochlauf 3.1 Stellglied Sobald der Thyristor BRX 44 durchgeschaltet
hat, werden a. die Vorwiderstände R1 und R2 über das Relais 10 und die Dioden D3
und D4 überbrückt, b. der Wickelmotor M2 wird umgepolt (Freilauf) über das Relais
9, c. der, weiche Hochlauf, gesteuert über den Operationsverstärker OPV2 und den
Wickelmotor M1, beginnt.
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3.2 Weicher Hochlauf Vor der Zündung des Thyristors BRX 44 ist die
Steuerspannung des Operationsverstärkers OPV2 u5 # + uB wegen u + x 2/3 uB, u -
u + wird dann die Ausgangsspannung des Operationsverstärkers OPVz uA0 # OV.
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Nach der Zündung springt zunächst die Spannung u5 auf + UB . R15f(R15
+ R13) # 0,85 UB UA1 # 0,31 uB.
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Danach fällt die Spannung US nach einer e-Funktion mit der Zeitkonstante
T # C3 (R13 + (R14//R15))#1,3 sec auf 1/3 UB und damit die Spannung uA bereits nach
t#T T = 1,3 sec auf den Wert + UB uA2 = + uB.
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Die Ausgangsspannung uA des Operationsverstärkers OPV2 kommt über
den Widerstand R22 und den als Emitterfolger geschalteten Transistor T5 an den Plus-Eingang
des Operationsverstärkers OPV1, sobald das Potential der Ausgangsspannung ua des
Operationsverstärkers OPV2 das Potential der Plus-Spannung u+ des Operationsverstärkers
OPV 1 um mehr als die Basis-Emitter-Diodenschwellspannung uD des Transistors T5
übersteigt.
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Über den Widerstand R6 wird das Emitterpotential des Transistors
T3 so weit angehoben, daß dieser sperrt. Damit wird auch der Spannungsabfall an
dem Widerstand R4 zu Null, also UR = u - = uA - uD Das heißt die Regelspannung uR
steigt zunächst sprunghaft auf 1/3 uB und dann nahezu linear in der Zeit t#T#C3
(R13 + R14 // R15) auf UB - 2 UD 4. Überlagerung von Wechselspannungsimpulsen An
der Anode der Diode D1 wird nun eine Wechselspannung u ~ angeschlossen. Diese Spannung
kann ohne zusätzlichen Schaltaufwand über einen Spannungsteiler von- der Eingangsseite
des Gleichrichters abgenommen werden. Bei einer Nennspannung von 6 V beträgt der
Spitzenwert also 6 V . C28,5 V.
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Am Eingang des Operationsverstärkers °PV1 überlagern sich nun die
Kuppen der Wechselspannung so lange der Gleichspannung, so lange ihr Momentanwert
höher als die Gleichspannung ist. Das heißt im Ausführungsbeispiel (U2 + u4 N 3
V, bei 1M = 250 mA) mit einem Tastverhältnis von ungefähr 1 : 3 und einen Spitzenwert
von =8,5 V. Die Regelspannung uR steigt dann in diesem Bereich bei einem Gleichspannungswert
von 4 V auf maximal # 9,6 V. Dabei steigt, bedingt durch das Tastverhältnis und
die Form der überlagerten Spannung, der Gleichspannungsmittelwert und somit die
Drehzahl des betriebenen Wickelmotors nur um ca. 20 % an.
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Mit anderen Worten, durch geringfügiges Reduzieren des Gleichspannungswertes
u4 und Überlagerung eines Wechselspannungsanteils kann ein sehr kleiner Gleichspannungsmittelwert
und damit eine sehr kleine Drehzahl stabil eingestellt werden.
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Der Spitzenwert der Wechselspannungskomponente liegt nun wesentlich
höher als ein maximal möglicher Wert der Bürstenspannung, und die Frequenz der Wechselspannung
liegt im Vergleich zur Anlaufzeitkonstante des Wickelmotors genügend tief. Damit
ist ein sicheres Anlaufen des Motors auch nach längerem Stillstand gewährleistet,
während dem die Bürstenspannung durch Aufbau einer Patina anfangs wesentlich über
dem Normalwert liegen kann.
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5. Kondensator-Schnellentladung 5.1 Zeitkonstante Triggerschaltung
Sowohl für die Triggerschaltung "Stillstand beider Wickelmotoren" als auch für die
Schaltung "weicher Hochlauf" sind über RC-Glieder Zeitkonstanten realisiert.
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Beim Umschalten von Schnellumspulung auf Null sind bis zum neuen
Schalten auf Schnellumspulung die entsprechenden Zeitkonstanten zu beachten.
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Bei der Triggerschaltung beträgt die Entladezeitkonstante etwa 183
ms.
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Bei einem Triggerpunkt uTr = 9,5 V, einer Betriebsspannung UB = 18
V und einer Regelspannung uR = 4,5 V, beträgt die Mindesterholzeit für die Triggerschaltung
etwa 90 ms.
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5.2 Zeitkonstante "weicher Hochlauf" Bei der Schaltung "weicher Hochlauf"
ist die Entladezeitkonstante ohne Schnellentladung mit etwa 1,4 sec anzusetzen.
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Für eine Entladung des Kondensators C3 auf 10 % beträgt die Zeit
etwa 3 sec.
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Um eine schnelle Bedienbarkeit zu erreichen beziehungsweise um Fehlfunktionen
zu vermeiden, ist deshalb für den Kondensator C3 eine Schnellentladung notwendig.
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5.3 Kondensator-Schnellentladung Die Schnellentladung ist realisiert
mit einem selbstleitenden Feldeffekttransistor FET BF 320. Dessen Gate liegt auf
+ Ug' dessen Source auf UB R24/(R23 + R24)0,68 Z somit ist UGS = + 0,32 UB Diese
Spannung reicht aus, um bei anliegender Betriebsspannung den Feldeffekttransistor
FET BF 320 sicher zu sperren. Bei Null-Stellung des Hauptschalters 5, was einer
Betriebsspannung UB = OV entspricht, leitet der Feldeffekttrans stor. Die Zeitkonstante
bei Schnellentladung läßt sich auf Grund der Kennlinie des Feldeffekttransistors
rechnerisch nicht exakt angeben. Der meßtechnisch ermittelte
Wert
für die Entladezeit des Kondensators C3 auf 10 % beträgt t#0,5 sec.