DE3630843A1 - Mittels einer handkurbel betreibbarer elektrischer impulsgeber - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen mittels einer Hand­ kurbel betreibbaren elektrischen Impulsgeber zur Steuerung eines elektrischen Stellantriebs, insbesondere eines Schritt­ motors.

Derartige Impulsgeber werden vielfach zur inkrementellen Ver­ stellung von beweglichen Teilen in Geräten eingesetzt (elek­ tronische Handkurbel). Das Weg-Zeit-Verhalten der Stellinkre­ mente zur Weg- oder Winkelverstellung wird durch die Drehge­ schwindigkeit der Handkurbel bestimmt.

Im allgemeinen werden handkurbelbetriebene Tachogeneratoren mit drehgeschwindigkeitsabhängiger Impulsfolge als Ausgangs­ größe eingesetzt, wodurch eine exakte manuelle Einstellung einer mechanischen Größe erzielbar ist.

Nachteile ergeben sich jedoch aus dem linearen Zusammenhang zwischen Handbewegung, d. h. Drehwinkel oder Drehgeschwindig­ keit der Handkurbel, und Verstellung, wenn bei kleinen Inkre­ menten große Verstellungen schnell vorgenommen werden sollen. Beispielsweise kann man an einer Handkurbel von etwa 60 mm Durchmesser maximal 100 Inkremente pro Umdrehung sicher ein­ zeln verstellen. Andererseits sind drei Umdrehungen pro Sekunde eine nur kurzfristig zumutbare und eine Umdrehung pro Sekunde eine langfristig zumutbare Drehbewegung mit der Hand. Ein Gerät mit einer Winkelverstellung, beispielsweise der Goniometerkopf eines Diffraktometers, mit einem Inkrement von 0,001° erfordert zehn Kurbeldrehungen für eine Verstel­ lung um 1°.

Eine Verstellung um 90° benötigt dann etwa 1,5 Minuten.

Es besteht demgemäß die Aufgabe, einen handkurbelbetriebe­ nen Impulsgeber der eingangs genannten Art so weiterzubilden, daß sowohl kleine Verstellungen mit großer Präzision und große Verstellungen mit großer Geschwindigkeit ausgeführt werden können.

Eine Lösung der Aufgabe ist mit einem Impulsgeber mit den im Anspruch 1 angegebenen Merkmalen möglich.

Die als Steuersignal für den Stellantrieb verfügbare Ausgangs­ größe des Impulsgebers ist eine überproportional mit der Dreh­ geschwindigkeit der Handkurbel zunehmende Impulsfolge, wobei die Abhängigkeit der Vervielfachung von der Geschwindigkeit und die Höchstgeschwindigkeit weitgehend dem Bedienproblem angepaßt werden können.

In einer bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, daß bis zu einer bestimmten Drehgeschwindigkeit der Handkurbel die Impulsfrequenz am Ausgang des Impulsgebers linear mit der Drehgeschwindigkeit wächst. Bei weiter steigender Drehge­ schwindigkeit setzt der überproportionale, nichtlineare Anstieg der Ausgangsfrequenz ein, so daß bei verdoppelter Drehgeschwindigkeit ein Vielfaches der beim Grenzwert auf­ tretenden Impulsfolgefrequenz erreicht wird.

Zur Erläuterung der Erfindung sind in den Fig. 1 bis 4 Aus­ führungsbeispiele dargestellt und im folgenden beschrieben.

Fig. 1: Es wird ausgegangen von einem Tachogenerator 1, der in bekannter Weise aus einer mittels einer Handkurbel 2 ange­ triebenen Scheibe 3 besteht, die auf ihrem Randbereich mit wechselnd reflektierenden und nichtreflektierenden Sektoren 4 versehen ist, welche bei der Drehung mittels einer aus Licht­ quelle und Empfänger bestehenden elektronischen Abtasteinrich­ tung 5 abgetastet werden. Es steht so am Ausgang des Tacho­ generators eine der Drehgeschwindigkeit v der Handkurbel 2 proportionale Impulsfolge mit der Frequenz f ₁ zur Verfügung, aus der in einem nichtlinearen Frequenzvervielfacher 6, bei­ spielsweise einem steuerbaren Oszillator, durch überproportio­ nale Vervielfachung die eine Impulsfolge mit der Ausgangsfre­ quenz f ₂ gebildet und als Steuerfrequenz f _s einem Stellan­ trieb 7, insbesondere einem Schrittmotor, zugeführt wird, welcher eine Antriebswelle 8 inkrementweise verstellt.

In Fig. 2 ist die Kennlinie eines solchen Impulsgebers darge­ stellt. Über der Drehgeschwindigkeit v der Handkurbel ist die überproportional ansteigende Kennlinie der Steuerfrequenz f _s aufgetragen.

Da die Ausgangsfrequenz f ₁ des Tachogenerators 1 der Drehge­ schwindigkeit v proportional ist, folgt die Kennlinie der Be­ ziehung

f _s = f ₁ (1 + h(v))

h(v) ist ein funktionell mit der Drehgeschwindigkeit anstei­ gender Summand.

Um eine besonders feinfühlige Verstellung um kleine Winkel oder Wege zu erreichen, kann in einer in Fig. 3 dargestellten bevorzugten Ausführungsform des Impulsgebers eine anfänglich lineare und erst ab einem Grenzwert nichtlineare Vergrößerung der Steuerfrequenz vorgenommen werden.

Von dem hier der Einfachheit halber nicht mehr eingezeichne­ ten Tachogenerator mit der drehgeschwindigkeitsproportionalen Ausgangsfrequenz f ₁ wird ein Grenzwertmelder 9 gespeist, wel­ cher einen Umschalter 10 betätigt.

Bei Drehgeschwindigkiten unterhalb einer einstellbaren Grenz­ geschwindigkeit v 1 ist die drehgeschwindigkeitsproportionale Frequenz f ₁ über den Kontakt a 1 als Steuerfrequenz f _s direkt dem Stellantrieb 7 aufgeschaltet. Es läßt sich so eine sehr exakte Feineinstellung erreichen.

Nach Überschreiten der Grenzgeschwindigkeit v 1 schaltet der Umschalter 10 auf den Kontakt a 2, an welchem die in dem Fre­ quenzvervielfacher 6 aus der Eingangsfrequenz f ₁ erzeugte, überproportional ansteigende Ausgangsfrequenz f ₂ als Steuer­ frequenz f _s anliegt.

Bei linearer Erhöhung der Drehgeschwindigkeit v lassen sich so schnelle Weg- oder Winkelverstellungen vornehmen.

In dem Diagramm in Fig. 4 ist diese mit der Anordnung nach Fig. 3 erreichbare Kennlinie dargestellt; sie besteht aus einem linearen Teil von der Drehgeschwindigkeit 0 bis zur Drehgeschwindigkeit v 1 als Grenzgeschwindigkeit und einem daran anschließenden überproportional ansteigenden Teil, so daß sich bei etwa verdoppelter Drehgeschwindigkeit eine bei dem gezeigten Beispiel um etwa vier- bis fünffach erhöhte Impulsfolgefrequenz f ₂ und demgemäß Verstellgeschwindigkeit erreichen läßt.

Claims (3)

1. Mittels einer Handkurbel betreibbarer elektrischer Impuls­ geber zur Steuerung eines elektrischen Stellantriebs, insbe­ sondere eines Schrittmotors, gekennzeichnet durch Mittel (6) zur Erzeugung einer überproportional mit der Drehgeschwindigkeit (v) der Handkurbel (2) zunehmen­ den Impulsfolgefrequenz (f ₂) als Steuerfrequenz (f _s ).

2. Impulsgeber nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Impulsfolge der Steuerfrequenz (f _s ) bis zu einer vorgegebenen Drehgeschwindigkeit (v 1) dieser proportional ist und dann überproportional zunimmt.

3. Impulsgeber nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen handkurbelbetriebenen Tachogenerator (1) mit drehgeschwindigkeitsabhängiger Impulsfolge (f ₁) als Ausgangs­ größe, die einem nichtlinearen Frequenzvervielfacher (6) zuge­ führt ist, dessen Ausgangsfrequenz (f ₂) die Steuerfrequenz (f ₂) für den Stellantrieb (7) ist.