DE3807151C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine elektromagnetische Antriebs­ schaltung zum Antrieb eines Pendels oder von ähnlichem.

Zur Erläuterung der der Erfindung zugrundeliegenden Proble­ matik sei zunächst auf Fig. 8 Bezug genommen. Dort ist ein Beispiel einer Antriebsschaltung zum Erfassen und Antreiben des Pendels einer Uhr mit einer einzigen Spule gezeigt. Die Abläufe beim Antrieb eines Dipol-Dauermagneten M, wie in Fig. 9 gezeigt, mit dieser Antriebsschaltung soll nachfol­ gend beschrieben werden. Wenn sich der Magnet M in Richtung des Pfeiles nacheinander von der Position a bis zu Position e in Fig. 9 bewegt, werden in der Spule L 2 jeweils Spannun­ gen induziert, wie sie sich aus Fig. 10 ergeben. An der Stelle c hat die induzierte Spannung ein Maximum und klei­ nere Amplituden zwischen den Stellungen a und b sowie zwi­ schen d und e.

Diese induzierte Spannung liegt an dem Punkt P in Fig. 8 an. Wenn die induzierte Spannung die in Fig. 11A gezeigte Bezugsspannung vr übersteigt, wird ein Transistor T 2 in Fig. 8 gesperrt, während ein Transistor T 1 eingeschaltet wird und einen Antriebsstrom durch die Spule L 2 treibt. Die Einschaltdauer t des Transistors T 1 wird von der von der Kapazität des Kondensators C und dem Widerstand des Wider­ stands R 1 abhängenden Zeitkonstante bestimmt.

Für einen möglichst effizienten Antrieb des Magneten wird die Spule vorzugsweise im Bereich des Maximums (durch c in Fig. 10 gekennzeichnet, der induzierten Spannung erregt. Damit der Antrieb zu diesem Zeitpunkt ausgeführt wird, müs­ sen die Bezugsspannung vr und die Antriebsdauer richtig eingestellt werden.

Wenn ein Pendel angetrieben wird, ändert sich die Amplitude der induzierten Spannung mit dem Schwingwinkel, also der Schwingungsamplitude des Pendels. Hat die Bezugsspannung vr beispielsweise den in Fig. 11A gezeigten Wert, kann die in­ duzierte Spannung die Bezugsspannung auch außerhalb der Ma­ xima überschreiten, wenn die Schwingungsamplitude und damit die Amplitude der induzierten Spannung gemäß Fig. 11B zu­ nimmt. Dies kann zu Fehlfunktionen führen.

Wird die Bezugsspannung zur Vermeidung dieser Fehlfunktion angehoben, kann es vorkommen, daß die induzierte Spannung die Bezugsspannung nicht übersteigt und der Magnet nicht angetrieben wird, wenn die Schwingungsamplitude gering ist oder die Periodendauer des Pendels lang ist.

Dies führt zur Notwendigkeit, die Bezugsspannung jeweils abhängig von Schwingungsamplitude und Periodendauer des Pendels einzustellen.

Der bekannte Schaltungsaufbau wurde nachstehend im einzel­ nen erläutert. Sein größter, noch nicht erwähnter Nachteil, ist die Unmöglichkeit, ihn in Form einer integrierten Schaltung auszuführen.

Die DE 25 59 012 B2 offenbart eine Steuereinrichtung für einen drehenden Uhrenmotor, der eine mit Antriebsimpulsen gespeiste Spule aufweist. Bei einem solchen Motor müssen der Antriebsspule Antriebsimpulse zugeführt werden, die mit der in der Spule induzierten Wechselspannung in Phase sind. Dieses Ziel wird mit einer besonderen Steuerschaltung er­ reicht. Diese Steuerschaltung enthält einen Nulldetektor, der mit der Antriebsspule verbunden ist und ein binäres Signal eines ersten Zustands abgibt, solange die in der Spule induzierte Spannung positiv ist, bzw. ein binäres Signal des anderen Zustands, solange die induzierte Spannung negativ ist. Das Ausgangssignal dieses Nulldetektors wird mittels eines Zeitgliedes um eine voreingestellte Ver­ zögerungszeit vergrößert. Das Zeitglied liefert zwei komple­ mentäre Ausgangssignale, von denen eines an einem von drei Eingängen eines UND-Glieds anliegt, dessen zweiter Eingang mit einer Antriebsimpulsquelle verbunden ist und dessen Ausgang an dem Verbindungspunkt zwischen der Antriebsspule und dem Nulldetektor die Antriebsimpulse einspeist, wenn das UND-Glied durchgeschaltet ist. Mit dem Verbindungspunkt zwischen der Spule und dem Nulldetektor ist über einen Kon­ densator ein zweiter Nulldetektor verbunden, dessen Ausgang mit dem dritten Eingang des UND-Glieds verbunden ist. Der Eingang dieses zweiten Nullglieds ist über die Kanalstrecke eines MOS-Transistors mit Masse und damit mit dem anderen Anschlußpunkt der Antriebsspule verbunden. Das Gate dieses Transistors liegt an dem zweiten, dem komplementären Aus­ gang des Zeitglieds an. Die Funktion dieser bekannten Steuer­ schaltung besteht darin, daß der zweite Nulldetektor an das UND-Glied ein Ausgangssignal liefert, das symmetrisch zum Maximum der in der Spule induzierten Spannung liegt. Das UND-Glied läßt die Antriebsimpulse von der Antriebs­ impulsquelle während der Dauer dieses Ausgangssignals hin­ durch.

Aus der DE 25 36 972 A1 ist eine elektronische Uhr bekannt, die einen Oszillator enthält, der von einer Stimmgabel mit auf den Zinken angeordneten kleinen Permanentmagneten oder durch eine Unruhe mit geeignet angeordneten Magnetelementen bebildet ist und von einer Erregerspule angeregt wird. Der Oszillator, eine die Oszillatorsignale aufnehmender, mecha­ nisch-elektrischer Wandler, eine die Signale verstärkende elektronische Schaltung und ein die Signale zur Erhaltung des Schwingungszustandes an den Oszillator anlegender elek­ tro-mechanischer Wandler sind in einer geschlossenen Schleife angeordnet. Durch geeignete Dimensionierung der einzelnen Schaltungsbestandteile wird bei diesem Stand der Technik die Integration der Schaltung in Form einer monoli­ thisch integrierten Schaltung realisiert, die relativ unkritisch ist und in Massenfertigung hergestellt werden kann.

Aufgabe der Erfindung ist, eine elektromagnetische Antriebsschaltung zum Erfassen und Antreiben eines Dauermagneten mit einer einzigen Spule zu schaffen, bei der die Lieferung eines Antriebsstroms an die Spule, vorzugsweise im Bereich des Maximums der in der Spule induzierten Spannung, unabhängig von der Wellenform der induzierten Spannung gewährleistet ist. Dabei soll die Antriebsschaltung mit Ausnahme der Spule in Form einer integrierten Schaltung ausführbar sein.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine elektromagne­ tische Antriebsschaltung gemäß Patentanspruch 1 gelöst.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Un­ teransprüchen gekennzeichnet.

Die elektromagnetische Antriebsschaltung gemäß der Erfin­ dung ist mit einem Komparator versehen, der ein Ausgangs­ signal erzeugt, wenn die induzierte Spannung der Spule zum Erfassen und Antreiben des Dauermagneten die Bezugsspannung übersteigt. Ein Impulsgeber erzeugt als Antwort auf die Er­ zeugung des Ausgangssignals durch den Komparator einen An­ triebsimpuls. Als Antwort auf diesen Antriebsimpuls wird die Spule mit einem Antriebsstrom gespeist, wobei die Be­ zugsspannung als Antwort auf das Ausgangssignal des Kompa­ rators nach Maßgabe der Amplitude der induzierten Spannung gesteuert werden kann.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend an­ hand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 ein Schaltbild einer Ausführungsform der Erfin­ dung,

Fig. 2 Spannungsverläufe zur Erläuterung der Arbeits­ weise der in Fig. 1 gezeigten Schaltung,

Fig. 3 eine Detailschaltung eines Teiles von Fig. 1,

Fig. 4 Spannungsverläufe zur Erläuteruntg der Arbeits­ weise der in Fig. 3 gezeigten Schaltung,

Fig. 5 eine andere Ausführungsform der in Fig. 3 ge­ zeigten Schaltung,

Fig. 6 und 7 Spannungsverläufe zur Erläuterung der Arbeitsweise der in Fig. 5 gezeigten Schaltung,

Fig. 8 ein Schaltbild einer bekannten Antriebsschaltung,

Fig. 9 eine Darstellung von relativen Positionen zwischen der Spule und dem Dauermagnet,

Fig. 10 den Verlauf der in der Spule von Fig. 9 indu­ zierten Spannung und

Fig. 11 Spannungsverläufe zur Erläuterung von Unzuläng­ lichkeiten der in Fig. 8 gezeigten Schaltung.

In Fig. 1 ist Vr eine Bezugsspannungsquelle veränderbarer Spannung. CM ist ein Komparator, der ein Ausgangssignal ab­ gibt, wenn die in einer Spule L 1 induzierte Spannung die Bezugsspannung vr der Bezugsspannungsquelle Vr übersteigt. PG ist ein Impulsgeber, der als Antwort auf die Erzeugung des Ausgangssignals durch den Komparator CM zu einem opti­ malen Zeitpunkt einen Antriebsimpuls optimaler Breite ab­ gibt, wie es später im einzelnen beschrieben werden wird. S ist ein Transistor als Treiber. TM ist eine Zeitgeberschal­ tung, deren Zeit größer als die Periode des Pendels ist. W ist ein Impulsgeber in Form eines monostabilen Multivibra­ tors, eines sogenannten One-Shot oder Monoflops. F ist ein Flipflop, das zusammen mit dem Impulsgeber W eine zweite Steuereinrichtung bildet. G ist ein Verknüpfungsglied, (hier ein ODER-Glied) und CT ein Aufwärts/Abwärts-Zähler. Beide zusammen bilden eine erste Steuereinrichtung.

Die Funktionsweise der beschriebenen Schaltung soll nach­ folgend unter Bezug auf Fig. 2 erläutert werden. Es sei an­ genommen, daß die Bezugsspannung durch das Ausgangssignal des Zählers CT auf den Wert vr 1 am linken Ende in Fig. 2a eingestellt ist.

Wenn die in der Spule L 1 induzierte Spannung die Bezugs­ spannung vr 1 überschreitet (wie in Fig. 2a links darge­ stellt), erzeugt der Impulsgeber PG einen Antriebsimpuls, wie aus Fig. 2b ersichtlich, so daß der Transistor S einge­ schaltet wird und Antriebsstrom an die Spule L 1 liefert. Anstelle eines Antriebsimpulses kann es sich auch um eine Folge von Antriebsimpulsen handeln, wie sich aus der weite­ ren Beschreibung ergeben wird. Durch den Antriebsimpuls wird der Transistor S eingeschaltet und liefert Antriebs­ strom an die Spule L 1.

Durch den Antriebsimpuls (oder einen geeigneten anderen Impuls im Fall einer Folge von Antriebsimpulsen (siehe Erläuterung zu Fig. 3)) wird andererseits das Flipflop F gesetzt, so daß sein Ausgangssignal den Zähler CT in Auf­ wärtszählbetrieb schaltet. Durch die Abfallflanke des An­ triebsimpulses wird der Zähler CT getriggert, so daß sein Inhalt um eins erhöht wird, wie aus Fig. 2f erkennbar. Da­ mit wird die Bezugsspannung auf den Wert vr 2 angehoben.

Die Antriebsimpulse gelangen außerdem an den Rücksetzein­ gang des Zeitgebers TM, so daß dieser von jedem Antriebsim­ puls zurückgesetzt wird.

Wenn die induzierte Spannung dann die Bezugsspannung vr 2 überschreitet, wird wieder ein Antriebsimpuls (oder eine Folge von Antriebsimpulsen) erzeugt und der Inhalt des Zäh­ lers CT erneut um eins erhöht. Damit wird die Bezugsspan­ nung weiter auf den Wert vr 3 angehoben. Der nächste An­ triebsimpuls führt dann entsprechend zur Erhöhung der Be­ zugsspannung auf den Wert vr 4.

Wenn die induzierte Spannung die Bezugsspannung vr 4 nicht überschreitet, wird kein Antriebsimpuls mehr erzeugt und folglich auch der Zeitgeber TM nicht zurückgesetzt. Nach Ablauf der Zeit T des Zeitgebers gibt dieser daher das in Fig. 2c gezeigte Ausgangssignal ab. Daraufhin erzeugt der Impulsgeber W den in Fig. 2d gezeigten Impuls, durch den das Flipflop F rückgesetzt und der Zähler CT in den Ab­ wärtszählbetrieb geschaltet wird. Durch die Abfallflanke dieses Impulses wird zugleich der Inhalt des Zählers CT um eins erniedrigt, so daß der Wert der Bezugsspannung auf vr 3 fällt.

Die Bezugsspannung stabilisiert sich auf den Wert vr 3 oder vr 4, wodurch sichergestellt wird, daß keine Antriebsimpulse außerhalb der Maximalwerte der induzierten Spannung erzeugt werden.

Bislang wurde zur Vereinfachung davon ausgegangen, daß die Bezugsspannung mit jedem einzelnen Antriebsimpuls erhöht wird. Tatsächlich wird die Bezugsspannung vorzugsweise nach aufeinanderfolgender Erzeugung von n (n=2, 3, . . .) Antriebs­ impulsen um eine Stufe erhöht. Um dies zu realisieren, sieht man zusätzlich eine Schaltung vor, die unter Verwen­ dung eines n-stufigen Zählers (nicht gezeigt) pro jeweils n gezählten Impulsen einen Impuls abgibt. Diese Schaltung würde die Anzahl erzeugter Antriebsimpulse zählen und ihr Ausgangssignal an das Verknüpfungsglied G liefern. Der n- stufige Zähler würde durch die Impulse des Impulsgebers W zurückgesetzt.

Die Zeit T des Zeitgebers TM kann auch abhängig vom Inhalt des Zählers CT geändert werden. Wenn ein Pendel mit einer kurzen Schwingungsperiode angetrieben wird, ergibt sich im allgemeinen eine relativ große Amplitude der induzierten Spannung, so daß der Inhalt des Zählers CT entsprechend an­ steigt. Ein großer Inhalt des Zählers CT kann daher als An­ zeichen einer kurzen Pendelperiode betrachtet und als Kri­ terium für die Umschaltung der Zeit des Zeitgebers auf einen kürzeren Wert benutzt werden.

Nachfolgend soll ein spezielles Beispiel des Impulsgebers PG unter Bezug auf Fig. 3 beschrieben werden. In Fig. 3 be­ zeichnen G 1 und G 2 Verknüpfungsglieder, von denen das erste als ODER-Glied und das zweite als UND-Glied dargestellt sind. F 1 ist ein Flipflop und IN ein Inverter. W 1 und W 2 sind Impulsgeber in Form multistabiler Vibratoren oder One- Shots, die Impulse der Breiten t 1 bzw. t 2 liefern. Überein­ stimmende Teile in den Fig. 1 und 3 sind mit denselben Be­ zugszeichen versehen.

Solange bei der beschriebenen Antriebsschaltung der Komparator CM kein Ausgangssignal abgibt, werden der Impulsgeber W 1 in einem Setzzustand und der Impulsgeber W 2 in einem Rücksetzzustand gehalten, und zwar aufgrund des Ausgangssignals des Verknüpfungsglieds G 1.

Wenn dann die in der Spule L 1 induzierte Spannung die Be­ zugsspannung vr gemäß Darstellung in Fig. 4g überschreitet, gibt der Komparator CM das in Fig. 4h gezeigte Ausgangs­ signal ab, was die Impulsgeber W 1 und W 2 aus ihrem Setz- bzw. Rücksetzzustand durch das Verknüpfungsglied G 1 be­ freit. Nach der Zeit t 1 wechselt daher das Signal am Aus­ gang des Impulsgebers W 1 auf den Logikwert "0", wie es in Fig. 4j dargestellt ist. Dadurch wird der Impulsgeber W 2 getriggert, was wegen der Rückkopplung vom Ausgang des Im­ pulsgebers W 2 auf den Triggereingang des Impulsgebers W 1 eine Kette von Impulsen der Breite t 2 vom Ausgang des Im­ pulsgebers W 2 sowie die in Fig. 4j gezeigte Kette von An­ triebsimpulsen am Ausgang des Impulsgebers W 1 auslöst. Durch die Anstiegsflanke des ersten Impulses dieser An­ triebsimpulskette wird das Flipflop F 1 getriggert, dessen Ausgang Q damit gemäß Fig. 4k auf den Logikwert "1" wech­ selt. Das Signal am Ausgang des Verknüpfungsglieds G 1 nimmt damit mit dem Ausgangssignal vom Komparator CM den Logik­ wert "1" an und wird über das Flipflop F 1 in diesem Zustand gehalten (Fig. 4i), so daß die Antriebsimpulskette das vom Ausgangssignal des Verknüpfungsglieds G 1 vorbereitete Verknüpfungsglied G 2 passieren kann. Das daraufhin am Ausgang des Verknüpfungsglieds G 1 erscheinende Signal ist in Fig. 4l gezeigt. Durch diese Kette von Antriebsimpulsen wird der Transistor S eingeschaltet, so daß Antriebsstrom durch die Spule L 1 fließt.

Die Antriebsimpulskette liegt über den Inverter IN außerdem am Takteingang des Flipflops F 1, so daß der Zustand des Ausgangssignals des Komparators CM jeweils an der Anstiegs­ flanke der Antriebsimpulse "beurteilt" wird, das heißt in das Flipflop übernommen wird. Damit werden die Antriebsim­ pulskette solange erzeugt und die Spule L 1 solange erregt, solange das Ausgangssignal des Komparators CM ansteht.

Wenn dann die induzierte Spannung unter die Bezugsspannung vr fällt, so daß das Ausgangssignal des Komparators CM ver­ schwindet, wie aus den Fig. 4g und 4h ersichtlich, wechselt der Logikwert des Signals am Ausgang des Flipflops F 1 mit der Anstiegsflanke des nächsten danach auftretenden An­ triebsimpulses auf "0". Damit werden die Kette von An­ triebsimpulsen und folglich der Antrieb durch die Spule L 1 abgebrochen.

Der Antriebsstrom fließt also in der Spule, solange die in­ duzierte Spannung die Bezugsspannung vr überschreitet.

Bei der beschriebenen Schaltung dient das Ausgangssignal des Verknüpfungsglieds G 1 (Fig. 4i) als Eingangssignal für das Verknüpfungsglied G 2 sowie als das Signal des Impuls­ gebers PG, das in Fig. 1 den Zeitgeber TM zurücksetzt, das Flipflop F setzt und über das Verknüpfungsglied G den Zäh­ ler CT taktet. Anstelle des Ausgangssignals von G 1 kann auch das Ausgangssignal des Flipflops F 1 (Fig. 4h) verwen­ det werden. Dagegen dient der Ausgang des Verknüpfungs­ glieds G 2 in Fig. 3 als der den Transistor S steuernde Ausgang des Impulsgebers PG.

Die Breite t 2 der vom Impulsgeber W 2 abgegebenen Impulse beruht auf folgenden Überlegungen. Da die Spule L 1 durch Impulse angesteuert wird, tritt mit der Abfallflanke jedes Impulses eine gedämpfte Schwingung r von etwa 1 ms Dauer auf, wie in Fig. 4g gezeigt. Während dieser gedämpften Schwingung hat die in der Spule L 1 induzierte Spannung kei­ nen stabilen Wert, was zu einer Fehlfunktion führen könnte, wenn während einer solchen gedämpften Schwingung der nach­ folgende Antriebsimpuls erzeugt und damit der Zustand des Ausgangssignals des Komparators CM zu diesem Zeitpunkt in das Flipflop F 1 übernommen würde. Damit der nachfolgende Antriebsimpuls nicht erzeugt wird, bevor sich der Wert der induzierten Spannung wieder stabilisiert hat, wird die Im­ pulsbreite t 2 der Impulse vom Impulsgeber W 2 auf einige Millisekunden eingestellt. Der Antrieb des Dauermagneten wird durch diese Unterbrechung für einige Millisekunden nicht merklich beeinflußt.

Bei der bisherigen Beschreibung wurde davon ausgegangen, daß dieselbe Bezugsspannung vr den Startzeitpunkt des An­ triebs und auch den Endzeitpunkt bestimmt. Tatsächlich kön­ nen aber für Start und Ende des Antriebs auch unterschied­ liche Bezugsspannungen verwendet und damit das Antriebsende beeinflußt werden. Wird beispielsweise eine Bezugsspan­ nungsquelle veränderbarer Spannung verwendet und die von dieser abgegebene Bezugsspannung vom Ausgangssignal des Flipflops F 1 auf den Wert vr 5 (siehe Fig. 4g) umgeschaltet, so würde der letzte Antriebsimpuls nicht mehr erzeugt wer­ den. Auf diese Weise ließe sich eine feinere Einstellung der Antriebsdauer erzielen.

Grundsätzlich wird die Amplitude der induzierten Spannung von Schwankungen der Versorgungsspannung beeinflußt. Jede Schwankung der Amplitude der induzierten Spannung führt zu einer Verschiebung des Zeitpunkts, zu dem die Bezugsspan­ nung überschritten wird, und bewirkt damit eine Änderung von Antriebszeitpunkt und Antriebsdauer. Zur Verringerung des Einflusses der Schwankungen der Versorgungsspannung kann die Bezugsspannung vr auf einen relativ kleinen Wert eingestellt werden, da sich dann Schwankungen der Versor­ gungsspannung geringer auswirken, und das Ausgangssignal des Komparators mittels einer Verzögerungsschaltung um eine feste Zeitspanne verzögert werden, damit der Antriebszeit­ punkt gegenüber dem Zeitpunkt, wo das Ausgangssignal des Komparators auftritt, verzögert wird. In Fig. 4g ist bei­ spielsweise die Bezugsspannung vr 6 geringer als die vorher erwähnte Bezugsspannung vr. Mit der Bezugsspannung vr 6 tritt der Zeitpunkt, wo die induzierte Spannung die Bezugs­ spannung überschreitet und der Komparator sein Ausgangs­ signal abgibt, früher auf als bei einer Bezugsspannung vr. Dieses Ausgangssignal kann mittels einer nicht gezeigten Verzögerungsschaltung um die Zeitspanne t 0 verzögert dem Flipflop F 1 und dem Verknüpfungsglied G 1 zugeführt werden. Der Antriebszeitpunkt wäre dann derselbe wie bei Verwendung einer Bezugsspannung vr. Auf diese Weise wäre es möglich, unabhängig von Schwankungen der Versorgungsspannung die Spule zum optimalen Zeitpunkt und mit optimaler Dauer zu erregen.

Unter Bezug auf Fig. 5 soll nachfolgend ein weiteres Bei­ spiel für den Impulsgeber PG beschrieben werden. In Fig. 5 ist F 2 ein Flipflop, während W 3 bis W 6 Impulsgeber in Form der schon erwähnten monostabilen Multivibratoren sind. Die Breite des von dem Impulsgeber W 4 abgegebenen Impulses ist veränderbar. Die Impulsgeber W 3, W 5 und W 6 geben Impulse der Breite t 3, t 5 bzw. t 6 ab. CT 1 ist ein Aufwärts/Abwärts- Zähler.

Unter der Annahme, daß der Inhalt des Zählers CT 1 u ist und die Breite des vom Impulsgeber W 4 abgegebenen Impulses t 4 beträgt, soll nachfolgend die Arbeitsweise der Schaltung von Fig. 5 erläutert werden.

Wenn die in der Spule L 1 induzierte Spannung die Bezugs­ spannung vr überschreitet, gibt der Komparator CM das in Fig. 6n gezeigte Ausgangssignal ab, das den Impulsgeber W 3 triggert, so daß ein Impuls der Breite t 3 erzeugt wird. Mit der Abfallflanke dieses Impulses erzeugt der Impulsgeber W 4 einen Antriebsimpuls der Breite t 4, der den Transistor S einschaltet und Antriebsstrom durch die Spule L 1 fließen läßt. Als Antwort auf die Abfallflanke dieses Antriebsim­ pulses erzeugt der Impulsgeber W 5 einen Impuls der Breite t 5. Von der Abfallflanke dieses Impulses werden das Flip­ flop F 2 und der Impulsgeber W 6 getriggert. Am D-Eingang des Flipflops F 2 liegt das Ausgangssignal des Komparators CM an, so daß dessen Zustand nun in das Flipflop F 2 übernommen wird. Im Moment der Abfallflanke des Impulses vom Impulsge­ ber W 5 wird also beurteilt, ob die induzierte Spannung die Bezugsspannung vr übersteigt oder nicht. Übersteigt sie die Bezugsspannung, nimmt das Signal am Ausgang des Flipflops F 2 den Logikwert "1" an, wodurch der Zähler CT 1 in einen Aufwärtszählbetrieb geschaltet wird. Dies entspricht der Entscheidung, daß die Antriebsimpulse eine zu geringe Brei­ te aufweisen und nicht im Bereich des Maximalwerts der in­ duzierten Spannung erzeugt werden, wie es günstig wäre.

Als Antwort auf die Abfallflanke des Impulses vom Impulsge­ ber W 5 erzeugt der Impulsgeber W 6 einen Impuls der Breite t 6, der als Taktimpuls für den Zähler CT 1 verwendet wird. Dadurch wird der Zählerstand des Zählers CT 1 von u auf u + 1 erhöht, wie in Fig. 6p dargestellt. Dies führt dazu, daß die vom Impulsgeber W 4 abgegebenen Impulse breiter sind als vorher. Die Breite der Antriebsimpulse wird also in Rich­ tung auf einen größeren Wert korrigiert.

Es sei angenommen, daß diese Vorgänge sich wiederholen und der Inhalt des Zählers auf m entsprechend einer Impuls­ breite t 4′ gemäß Fig. 6m geändert wird. Wenn dann die indu­ zierte Spannung kleiner wird und im Moment der Abfallflanke des Impulses vom Impulsgeber W 5 unter der Bezugsspannung liegt, wechselt das Signal am Ausgang des Flipflops F 2 auf den Logikwert "0", wie es in Fig. 6o gezeigt ist. Dadurch wird der Zähler CT 1 in einen Abwärtszählbetrieb versetzt. Ferner wird der Zählerstand des Zählers CT 1 von m auf m - 1 verringert und damit die Breite des nachfolgenden Antriebs­ impulses um einen Schritt verkürzt.

Die Antriebsimpulsbreite wechselt demzufolge zwischen dem Wert t 4′ und dem niedrigeren Wert und wird so stabilisiert.

Auf diese Weise kann die Antriebsimpulsbreite automatisch im optimalen Zeitpunkt auf eine vorbestimmte Breite stabi­ lisiert werden, so daß sich in stabiler Weise eine kon­ stante Schwingungsamplitude des Pendels einstellt.

Bei dem beschriebenen Beispiel wird nur die Impulsbreite eingestellt. Die Erfindung ist jedoch nicht darauf be­ schränkt, sondern es können auch programmierbare monosta­ bile Multivibratoren als Impulsgeber W 3 und W 5 verwendet werden, deren Impulsbreiten nach Maßgabe des Inhalts des Zählers CT 1 geeignet eingestellt werden. Soll beispiels­ weise die Schwingungsamplitude des Pendels auf einen gerin­ geren Wert eingestellt werden, müssen die Zeiten t 3 bis t 5 gemäß Darstellung in Fig. 7a zu etwas größeren Werten ver­ ändert werden, da die Amplitude der induzierten Spannung, wie ebenfalls in Fig. 7a dargestellt ist, im stationären Zustand geringer und die Steigungen des Spannungsverlaufs flacher werden. Soll die Schwingungsamplitude des Pendels auf einen größeren Wert gebracht werden, dann ergibt sich eine größere Amplitude der induzierten Spannung und ein steilerer Spannungsverlauf im stabilen Zustand, wie in Fig. 7b gezeigt, und die Breite des Antriebsimpulses kann kurz sein. Deshalb müssen die Zeiten t 3 bis t 5 auf geringere Werte als bei dem Fall von Fig. 7a gebracht werden.

Die Zustände gemäß den Fig. 7a und 7b unterscheiden sich bezüglich des Verhältnisses der Zeit t 4 zu den Zeiten t 3 und t 5. Diese Verhältnisse können zur Einstellung der Pen­ delamplitude verstellt werden. Soll der stabile Zustand beispielsweise dem Fall von Fig. 7b entsprechen, werden die Impulsbreiten der Impulsgeber W 3 bis W 5 so eingestellt, daß sich die jeweiligen Zeiten mit den dargestellten Verhält­ nissen ergeben, das heißt die Zeiten werden unter Beibehal­ tung der Verhältnisse nach Maßgabe des Inhalts des Zählers CT 1 geändert.

Die Pendelamplitude wird automatisch durch Einstellung der Zeiten t 3 bis t 5 auf einen gewünschten Wert stabilisiert, wie nachfolgend beschrieben wird. Es sei angenommen, daß die Impulsbreiten der Impulsgeber W 3 bis W 5 nach Maßgabe des Inhalts des Zählers CT 1 in einem Anfangszustand auf die Werte gemäß Fig. 7b eingestellt sind. Wenn in diesem Zustand Strom zu fließen beginnt, beginnt das Pendel zu schwingen. Da die Pendelamplitude zunächst klein ist, wird eine Spannung ähnlich der von Fig. 7a induziert. Im Moment der Abfallflanke des Impulses vom Impulsgeber W 5 ist dann die induzierte Spannung größer als die Bezugsspannung. Dies wird als ein Zustand einer zu kurzen Antriebsimpulsbreite erkannt und der Inhalt des Zählers CT 1 um eins erhöht, so daß die Zeiten t 3 bis t 5 zu längeren Werten verstellt werden. Diese Vorgänge wiederholen sich zur schrittweisen Verlängerung der Zeiten t 3 bis t 5. Damit wird die Antriebsimpulsbreite allmählich größer. Mit einer geringen Verzögerung führt dies auch zu einem allmählichen Ansteigen der Pendelamplitude gefolgt von einer Zunahme der Amplitude der induzierten Spannung.

Irgendwann wird die Impulsbreite zu groß, so daß der Zähler CT 1 auf Abwärtszählbetrieb geschaltet und die Zeiten t 3 bis t 5 verringert werden. Mit einer geringen Verzögerung nimmt dann auch die Pendelamplitude wieder ab.

Diese Vorgänge wiederholen sich in Annäherung an den Zu­ stand von Fig. 7b, der schließlich stabil wird. Es erfolgt also eine automatische Einstellung derart, daß der Antrieb wirkungsvoll mit optimaler Antriebsimpulsbreite an der Stelle des Maximums der induzierten Spannung ausgeführt werden kann.

Die Impulsbreite t 5 des Impulsgebers W 5 wird so einge­ stellt, daß der Zeitpunkt der Pegelbeurteilung der indu­ zierten Spannung die Entscheidung über die induzierte Span­ nung möglichst leicht macht. Dabei wird auch das weiter oben erwähnte gedämpfte Nachschwingen berücksichtigt.

Bei dem bislang beschriebenen Ausführungsbeispiel sind die Bezugsspannung für die Bestimmung des Antriebsstartzeit­ punkts und die Bezugsspannung zur Beurteilung der induzier­ ten Spannung nach dem Ende des Antriebs auf dem gemeinsamen Wert vr eingestellt. Die letztere Bezugsspannung könnte aber auch nach Maßgabe des Inhalts des Zählers CT 1 abwei­ chend eingestellt werden. Beispielsweise kann die Bezugs­ spannung auf eine vom Inhalt des Zählers CT 1 abhängende Spannung umgeschaltet werden, während die Impulsgeber W 4 bis W 6 ihre Ausgangsimpulse erzeugen. Diese Umschaltung entspricht der Einstellung der Impulsbreite des Impulsge­ bers W 5.

Muß auf Schwankungen der Versorgungsspannung und ähnliches keine Rücksicht genommen werden, dann könnte der Impulsge­ ber W 3 auch entfallen und statt dessen das Ausgangssignal des Komparators CM direkt an den Impulsgeber W 4 geliefert werden.

Im beschriebenen Ausführungsbeispiel wird dem Zähler CT 1 für jeden Antriebsimpuls ein Taktimpuls geliefert. Der In­ halt des Zählers CT 1 könnte aber auch abhängig davon verän­ dert werden, daß die Aufwärtszähl- oder Abwärtszählbe­ triebsart während zum Beispiel drei Antriebsimpulsen auf­ rechterhalten bleibt.

Für diesen Fall könnte ein ternärer Zähler zwischen dem Im­ pulsgeber W 6 und dem Zähler CT 1 angeordnet werden und je­ weils bei einer Umkehrung des Werts des Ausgangssignals vom Flipflop F 2 zurückgesetzt werden. Hierdurch können Fehl­ funktionen aufgrund von Störimpulsen oder ähnlichem verhin­ dert werden.

Erfindungsgemäß wird ein Dauermagnet mittels einer einzigen Spule erfaßt und angetrieben und von dem Komparator ein Ausgangssignal erzeugt, wenn die in der Spule induzierte Spannung die Bezugsspannung übersteigt, so daß die Spule als Antwort auf das Ausgangssignal vom Komparator erregt werden kann. Die Bezugsspannung kann nach Maßgabe der Am­ plitude der induzierten Spannung gesteuert werden. Mit Aus­ nahme der Spule kann die Schaltung integriert werden. Es ist weiter möglich, den Nachteil der Erzeugung von Antriebsim­ pulsen an anderen Stellen der induzierten Spannung als ihrem Maximalwert auszuschließen, so daß eine Regelung mit der Wirkung ausgeführt wird, daß der Antrieb mit hohem Wir­ kungsgrad ständig im Bereich des Maximalwerts der induzier­ ten Spannung erfolgt. Somit kann der Dauermagnet mit hohem Wirkungsgrad und stabiler Amplitude angetrieben werden.

Claims (6)

1. Elektromagnetische Antriebsschaltung, umfassend
eine Spule (L 1) zum Erfassen und Antreiben eines Dauermagneten (M),
eine Bezugsspannungsquelle (Vr) zur Abgabe einer veränderbaren Bezugsspannung (vr),
einen Komparator (CM), der ein Ausgangssignal er­ zeugt, wenn die in der Spule (L 1) induzierte Spannung die Bezugsspannung übersteigt,
einen Impulsgeber (PG), der als Antwort auf das Aus­ gangssignal des Komparators (CM) wenigstens einen Antriebs­ impuls erzeugt,
einen Treiber (S), der als Antwort auf den Antriebs­ impuls einen Antriebsstrom an die Spule (L 1) liefert und
eine Steuereinrichtung, die als Antwort auf das Ausgangssignal des Komparators (CM) die Bezugsspannung nach Maßgabe der Amplitude der induzierten Spannung steuert.

2. Antriebsschaltung nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Steuereinrichtung um­ faßt:
eine erste Steuereinrichtung (G, CT, F) zum Anheben der Bezugsspannung, wenn der Komparator (CM) sein Aus­ gangssignal ununterbrochen innerhalb einer vorbestimmten Zeitspanne erzeugt und
eine zweite Steuereinrichtung (TM, W, F) zum Absenken der Bezugsspannung, wenn der Komparator (CM) innerhalb einer vorbestimmten Zeitspanne kein Ausgangssignal erzeugt.

3. Antriebsschaltung nach Anspruch 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die erste Steuereinrichtung die Bezugsspannung erhöht, wenn der Komparator das ununter­ brochene Ausgangssignal n-mal (n=1, 2, . . .) erzeugt.

4. Antriebsschaltung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Steuereinrich­ tung ein Verknüpfungsglied (G) und einen Aufwärts/Abwärts- Zähler (CT) enthält.

5. Antriebsvorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Steuereinrichtung einen monostabilen Multivibrator (W) und ein Flipflop (F) enthält.

6. Antriebsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Treiber einen Transistor (S) umfaßt.