DE1480653A1

DE1480653A1 - Elektrisches Antriebssystem fuer ein batteriebetriebenes Flurfoerderfahrzeug

Info

Publication number: DE1480653A1
Application number: DE19641480653
Authority: DE
Inventors: Dannettell Alan C
Original assignee: Eaton Yale and Towne Inc
Current assignee: Eaton Corp
Priority date: 1963-04-02
Filing date: 1964-04-01
Publication date: 1969-06-19
Also published as: US3289062A; GB1051093A

Description

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PATENTANWALT westenhellweq O7

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AKTEN-NR:

158/519

YaIe & Towne, Inc., New York / U»S.A.

"Elektrisches Antriebssystem für ein batteriebetriebenes Flurförderfahrzeug"

Die Erfindung bezieht sich auf ein elektrisches Antriebssystem für ein batterie-betriebenes Flurförderfahrzeug·

Der Zweck der Erfindung ist, ein einfaches, billiges, wirtschaftliches, kompaktes und im wesentlichen wartungsfreies elektrisches Antriebssystem mit stufenloser Geschwindigkeitsregelung zu schaffen.

Daher wird bei dem Antriebssystem naoh der Erfindung ein Mehrphasen-Wechselstrom-Induktionsmotor, vorzugsweise ein Kurzschlussläufermotor verwendet, im Gegensatz zu bekannten Antriebesystemen für Flurförderfahrzeuge, bei denen Gleichstrommotor üblich sind. Es ist bekannt, daß ein Induktionsmotor keine Kontaktbürsten oder Kommutatoren hat. Unter anderem aus diesem Grund ist er relativ billig und wartungsfrei. Daher bietet die Verwendung eines solchen

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Motors im Antriebssystem eines Plurforderfahrzeuge wesentliche Vorteile bezüglich Anschaffungskosten und Wartung. Letztere ist sehr wichtig, da die zur Wartung verwendete Zeit einen wesentlichen Teil der Betriebskosten eines FlurfOrderfahrzeuge darstellt.

Die wirtschaftliche Verwendung eines Mehrphasen-Wechselstrom-Kurzschlussläuferinduktionsmotors als Antriebsmotor eines Flurförderfahrzeugs ist nach der Erfindung durch eine neuartige elektronische Kopplungsanordnung möglich, mit der Gleichstrom von der Batterie in Mehrphasenwechselstrom zum Betrieb des Induktionsmotors umgewandelt wird, wobei die Geschwindigkeit des Motors in einem grossen Bereich durch Änderung der Frequenz des Wechselstromes für den Motor veränderbar ist, während die mittlere Spannung jeder Halbperiodendauer des Wechselstromes im wesentlichen proportional zur Frequenz gehalten wird, um grosse Wärmmeverluste zu vermeiden, wenn die Frequenz geändert wird.

Das Antriebssystem nach der Erfindung hat nicht nur die wartungsfreien Vorzüge eines Induktionsmotors, sondern lässt auch eine stufenlose Geschwindigkeitsregelung des Motors durch Verändern der Frequents des Wechselstromes xu und gestattet einen ausserst wirtschaftlichen Betrieb des Motors, indem die mittlere Spannung proportional zur

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Geschwindigkeit des Motors gehalten wird. Das Antriebssystem nach der Erfindung erfordert daher ein weniger häufiges Aufladen der Fahrzeugbatterien im Vergleich zu herkömmlichen Systemen mit Gleichstrommotoren.

Entsprechend den weiteren Merkmalen der E_rf±idung besteht das Geschwindigkeitsregelsystem für den Induktionsmotor vorzugsweise auschliesslich aus Festkörperschaltungen, A einschliesslioh Transistoren und ähnlichen Einzelteilen von verhältnismäseig geringer Grosse, geringem Gewicht und Unempfindlichkeit gegen Erschütterungen oder Schwingungen, Diese Merkmale stellen wichtige Vorteile für das batterijB-betriebene Flurförderfahrzeug dar, wo Verlässlichkeit trotz rauher,Behandlung wiohtig und verringertes Gewicht und Volumen des Steuergerätes erwünscht ist·

Dementsprechend,4.8$, es Ziel der Erfindung, ein verbessertes Wechselstrom-Motorantriebssystem für batterie-betriebene Flurförderfahrzeuge mit einem atufenlosen Geechwlndigkeitsregelsystem zu schaffen, bei dem die Frequenz des Wechselstromes kontinuierlich veränderbar ist, um die Geschwindigkeit zu ändern, und die mittlere Leistung für den Motor gleichzeitig bei jeder Frequenz geregelt wird, um eine optimale Motorarbeitsweise zu erreichen, ohne den Motor unnütz zu erhitzen.

Die Erfindung wird anhand der in den Zeichnungen darge-

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ORIGINAL INSPECTEO

stellten AuBführungsbeispiele näher erläutert.

Pig. 1 ist eine schematische Darstellung eines batteriebetriebenen Flurforderfahrzeuges, bei dem die Erfindung angewendet werden kann.

Fig. 2 ist ein Wellenform-Zeit-Diagramm zum besseren Verständnis des Betriebes des Dreiphasenmotor-Steuersystems nach der Erfindung.

Pig. 3 ist ein elektrisches Blockschema eines bevorzugten Motorgeschwindigkeitsregelsystems.

Pig. 4 zeigt eine elektrische Schaltung, teilweise als Blockschema, um die bevorzugt im System nach Pig. 3 verwendeten elektrischen Schaltkreise darzustellen.

Pig. 5 stellt eine Abwandlung der Schaltung nach Pig. 4 dar.

Pig. 6 ist ein elektrisches Blockschema, das das Diagramm der Pig. 3 vervollständigt und die Art der Umkehrung des Motors zeigt, um die Antriebsrichtung des Flurfördei fahrzeuge umzukehren.

Pig. 1 zeigt ein Flurhebefahrzeug, das mit einem Motorsteuersystem nach der Erfindung gesteuert wird. Die Erfindung kann

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aber auch auf andere Flurforderfahrzeuge und für andere Zwecke angewendet werden. Das gezeigte Fahrzeug T ist von üblicher Bauart und hat aufrecht stehende Ständer 10 und einen Hubsohlitten 11 zum Heben und Lagern von Lasten, der längs der Ständer 10 vertikal bewegbar ist. Das Fahrzeug hat vorne Stützräder oder -rollen 12, die vor dem Hubmechanismus zur Balance und Stütze angebracht sind, und ein rückwärts angebrachtes Antriebsrad 14, das von einem Wechselstrom-Antriebsmotor 13 angetrieben wird, der oberhalb des Antriebsrades 14 sitzt. Zweckmässig sind der Antriebsmotor 13 und das Antriebsrad 14 als kombinierte Einheit ausgebildet, die gedreht werden kann, um das Fahrzeug mittels einer Lenkdeichsel 15 zu lenken, der mit der kombinierten Einheit durch eine vertikale Welle und ein passendes Getriebe, wie schematisch gezeigt, verbunden ist. Neben der Lenkdeichsel 15 befindet sich ein Schalthebel 16, mit dem der Fahrer die Speisung des Motors durch den noch zu beschreibenden Motorsteuermechanismus verschieden steuern kann, um die Geschwindigkeit und Lage des Fahrzeuges zu steuern.

Fig. 3 zeigt in Form eines Blockschaltbildes eine bevorzugte Ausführungsform des Motorsteuersystems nach der Erfindung, das von einer Batterie 17, die auf dem Fahrzeug T angebracht ist, gespeist wird und die Erregungeines Dreiphasen-Induktionsmotors 13, vorzugsweise eines Kurzsohluss-

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laufermotors, steuert, um die Geschwindigkeit und Lage des Fahrzeugs zu regeln.

Wie gezeigt, umfasst das System im wesentlichen drei regelbare Frequenzoszillatoren 18,19 und 20, und zwar Je einen für jede Phasenwicklung 13a, 13b und 13c des Dreiphasenmotors 13» ctei Wechselrichter 24,25 und 26, je einen zur Erzeugung von Wechselstrom für eine der drei Phasenmotorwioklungen mit einer durch den zugeordneten Oszillator bestimmten Frequenz, und drei Leistungssohalter 27,28 und 29, um die Leistungsmenge der Wechselrichter zur Speisung der Motorwioklungen einzustellen.

Es ist bekannt, daß die Geschwindigkeit eines Induktionsmotors von der Frequenz des Wechselstromes, der an seine Wicklungen angelegt wird, steuerbar ist, wobei die Geschwindigkeit des Motors 13 in der gezeigten Ausführungsform innerhalb eines grossen Bereichs selektiv geregelt oder geändert werden kann durch Steuern der Frequenz der Oszillatoren 18,19 und 20. Es ist aber auch bekannt, daß jede Erhöhung der Frequenz des Wechelstromea ohne Änderung der Amplitude des Wechaeletromsignals die dem Motor zugeführte Leistung überaässig über die zum Fahren des Fahrzeuges bei höherer Geschwindigkeit benötigte Leistung hinaus erhöht; diese Überleistung ist im wesentlichen verlorene Energie, die der Batterie 17 entzogen und in Form

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von Überhitzung des Motors 13 vergeudet wird. Aus diesem Grund sind die Leiβtungssteuerschalter 27,28 und 29 zur proportionalen Regelung der von den Wechselrichtern bei jeder an die Motorwicklungen angelegten Frequenz erzeugten Leihst ung vorgesehen, sodaß bei jeder Geschwindigkeit des Motors die Motorwioklungen nur eine ausreichende Leiabung3-menge bei solcher Frequenz erhalten, die zum ordnungsgemässen Betrieb des Fahrzeuges bei der betreffenden Geschwindigkeit erforderlich ist.

Auf diese Weise wandelt das System nach der Erfindung die Leistung einer Gleichstrombatterie in einen Wechselstrom einstellbarer Frequenz um, der den Wechselstrom-Induktionsmotor mit verschiedenen Geschwindigkeiten antreibt; ausserdem reguliert es automatisch die Wechselstromleistungs-Menge, die an den Motor bei verschiedenen Geschwindigkeiten angelegt wird, um sicher zu stellen, daß der Motor für jede Geschwindigkeit nur die erforderliche Leistungsmenge zum ordnungsgemässen Fahren des Fahrzeugs erhält.

Zurüok zu Fig. 3 zur genaueren Erläuterung des Systems: Die drei Oszillatoren 18,19 und 20 sind vorzugsweise Rechteckwellenoszillatoren oder Multivibratoren zur Erzeugung von Rechteckimpulsen? sie sind miteinander synchronisiert, um immer mit der gleichen Frequenz und in einer gegebenen

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dreiphasig verschobenen Anordnung zu arbeiten, wie sie zur entsprechenden Speisung der Dreiphasen-Wicklungen 13a, 13b und 13c des Wechselstrommotors 13 erforderlich ist.

Die von diesen Multivibratoren erzeugten Rechteckwellen und ihr festes Phasenverzögerungs-Verhältnis bei jeder Frequenz werden in den obersten drei Wellenformen in Fig. 2 gezeigt. Wie ersichtlich ist, stellt die obere Wellenform 31 das von dem Multivibrator 18 erzeugte Signal dar, die Wellenform 32 stellt das von Multivibrator 19 erzeugte Signal dar und ist um 120° gegenüber der des Multivibrators 18 phasenverschoben; die Wellenform 33 stellt das von Multivibrator 20 erzeugte Signal dar und ist um 120° gegenüber dem vom Multivibrator 19 erzeugten Signal und um 240° gegenüber dem Signal 21 des Multivibrators 18 verschoben.

Wie oben erwähnt, bestimmt jedes dieser Multivibratorsignale die frequenz und Phase seines zugeordneten Wechselrichterkreises, wodurch die im wesentlichen rechteckige Wellenform 34, die vom WechselrichterloBis 24 erzeugt wird, in Phase mit dem Multivibratorsignal 31 gehalten wird. Die Wellenform 35, die vom zweiten Wechselrichterkreis 25 erzeugt wird, wird in Phase mit dem Multivibratorsignal 32 und die vom Wechselrichterkreis 26 erzeugte Wellenform 36 wird mit dem Multlvibratorelgnal 33 in !Phase gehalten.

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Um die drei Oszillatoren 18,19 und 20 richtig zu synchronisieren, sodaß jeder in der gleichen Frequenz wie die anderen schwingt, aber jaäer von nächsten um 120° phasenverschoben ist, sind zwei phasenverzögernde Synchronisierungskreise 21 und 22, welche die drei Oszillatoren verbinden, vorgesehen· Der Synchronisierungs-YerzögerungBkreis 22 verbindet den ersten Phasenoszillator 18 mit dem dritten Phasenoszillator 20 und bewirkt die gewünschte 240° Verzögerung zwischen den beiden Oszillatoren. In ähnlicher Weise verbindet der Synohronisierungskreis 21 den dritten Phasenoszillator 20 mit dem zweiten Phaeenoszillator 19 und bewirkt eine 240° Phasenverzögerung zwisohen diesen.

Aus den Wellenformen 32 und 33 der fig. 2 ist ersichtlich, daß zum Dreiphasenbetrieb die dritte Phase 33 um 240° von der ersten Phase 31 verzögert sein muss, und um 120° von der zweiten Phase 32. Anders ausgedrückt, kann die dritte Phase 33 auch um 240° vor der zweiten Phase έ

liegen, und diese Funktion wird duroh den phasenverzögernden Synchronisierungskreis 21 ausgeübt.

Es ist offensichtlich, daß auch drei zeitverzögernde Synchronisierungskreise (nioht gezeigt) statt der beschriebenen zwei Kreise 21 und 22 verwendet werden können, wobei jeder der drei ein anderes Paar Oszillatoren verbindet,

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— ι υ —

z.B. den ersten mit dem zweiten, zweiten mit dritten, dritten mit ersten«

Die von jedem der Wechselrichterkreise zum Anlegen an die verschiedenen Phasenwicklungen des Motors erzeugte Leistung wird durch die Leistungssteuerschalter 27,28 und 29 geregelti diese Schalter arbeiten während jeder Halbperiode der Wechselrichter, um einen ausgewählten Teil der Wellenformen 34,35 und 36 an die Wicklungen 13a, 13b und 13c anzulegen. Dieser Teil ist durch das schraffierte Gebiet 34a in der Wellenform 34, das Gebiet 35a in der Wellenform 35 und daa Gebiet 36a in der Wellenform 36 bezeichnet. Um die an die Motorwicklungen anzulegende Leistung zu erhöhen, werden die Schalter während jeder Halbperiode der Wechselrichtersignale eher geschlossen, um die schraffierten Gebiete zu vergrössern und einen grösseren Teil jedes Rechteckwellenimpulses auf die Motorwicklungen zu übertragen, während zur Verringerung der Leistungsmenge der Wechselrichter, die zur Speisung der Motorwicklungen bestimmt ist, diese Schalter während jeder Halbperiode des Impulses später betätigt werden, um die schraffierten Ge« biete zu verkleinern und damit die Nettoleistungsmenge, die den Motorwioklungen zugeführt wird, zu verringern. Die Erhöhung oder Verringerung der Leistung, die an die Wicklungen angelegt wird, ist unabhängig von der Frequenz der Weohselrichtersignale, die an die Wicklungen angelegt wer-

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den-, während die Frequenz und die Leietungeregelung unabhängig oder gemeinsam steuerbar sein können, um eine optimale Speisung des Motors für 3ede verschiedene Arbeitsgeschwindigkeit su erhalten.

Zur Regelung der Motorgeschwindigkeit ist ein Geschwindigkeitsschalthebel 16 vorgesehen, um die Frequenz der drei Oszillatoren 18, 19 und 20 zu ändern, wie durch die gestrichelte Linie 38, die den Geschwindigkeitssohalthebel mit den Oszillatoren verbindet, angezeigt ist· Weiterhin dient dieser Geschwindigkeitsechalthebel 16 dazu, die Leistungssteuerschalter 27, 28 und 29 mittels Verzögerungskreisen 41, 42 und 43 einzustellen. Auf diese Weise wird die Frequenz der Oszillatoren 18,19 und 20 für jede Geschwindigkeitseinstellung des Schalthebels 16 gemeinsam geändert und die Leistungssteuersohalter 27,28 und 29 werden gleichzeitig derart geändert, daß die Breite der Weohselrichterimpulse, die zur Speisung der Motorwioklungen dienen, proportional eingestellt oder moduliert wird, wodurch sich eine optimale Speisung dee Motors für diese Geschwindigkeit ergibt.

Um sicherzustellen, daß die Multivibratoren 18,19 und 20 ursprünglich in der gewünschten Sreiphasensynchronisation bleiben, bevor sie sum Steuern der Weohselrichterkreise 24,25 und 26 verwendet werden, ist eine Anzahl miteinander gekuppelter Schalter 44,45 und 46 zum wahlweisen Verbinden jedes Oszilla-

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tors mit seinem zugeordneten Wechselrichterkreis vorgesehen. Jedes dieser Schalterpaare ist normalerweise offen, wie gezeigt, und alle Schalter werden erst nach einer bestimmten Zeitspanne gemeinsam geschlossen, damit sich die drei Oszillatoren 18,19 und 20 in ein ordnungsgemässes synchronisiertes Phasenverhältnis einstellen können. Zur Ausübung dieser Punktion können die Schalter 44,45 und 46 Einzelpaare von Schalterkontakten eines Startrelais 47 sein, das von einem Zeitverzögerungskreis 48 nach Ablauf einer bestimmten Zeitspanne gespeist wird, nachdem die Multivibratoren gespeist worden sind. Dementsprechend wird beim ersten Anlassen des Systems durch Betätigen des Geschwindigkeitsschalthebels 16 zunächst kurzzeitig Leistung an die Oszillatoren 18,19 und 20 angelegt, um diese Oszillatoren in die richtige Phasensynchronisation zu bringen; danach wird das Relais 97 durch den Zeitverzögerungskreis 48 gespeist, um die Schalter 44,45 und 46 zu schliessen, die jeden der Oszillatoren mit seinem zugeordneten Wechselrichterkreis verbinden, wodurch dem Motor Leistung zugeführt wird.

Um die Drehrichtung des Dreiphasenmotors 13 umzukehren, wird die Phasenfrequenz der drei Oszillatoren 18,19 und 20 geändert, ohne die Schaltung zu ändern. Eine bevorzugte Ausführungsform ist in Fig. 6 dargestellt, wo ein zweites Paar verzögernder Synchronisierungskreise 117 und 118 vorgesehen iet, die wahlweise in das System eingeschaltet oder .ausgeschalt

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tet werden können durch Verstellen eines Richtungshebels 123. Wie gezeigt, wird der Riehtungahebel 123 zum Vorwärtsgang des Motors nach rechts gestellt, wobei er die Schalter 119 und 120 schliesst, um zwischen die Oszillatoren 18 und 20 den zeitverzögernden Synchronisierungskreis 22 und zwischen die Oszillatoren 20 und 19 den verzögernden Synchronisierungstaeis 21 einzuschalten. Wie oben beschrieben, synchronisiert diese Verbindung die drei Oszillatoren ^ miteinander, um den Oszillator 18 als erste Phase, den Oszillator 19 als zweite Phase und den Oszillator 20 als dritte Phase zu erhalten. In dieser Vorwärtsstellung des Richtungshebels 123 sind die Schalter 121 und 122 offen und trennen daher die Verzögerungskreise 117 und 118 von den Oszillatoren.

Wenn man den Motor umkehren will, wird der Richtungshebel nach links gestellt. In dieser Stellung werden gleichzeitig die Schalter 119 und 120 geöffnet und die Schalter 121 und ( 122 geschlossen. Das Öffnen der Schalter 119 und 120 unterbricht die Verzögerungskreise 22 und 21 und das Schliessen der Schalter 121 und 122 schaltet die Verzögerungskreise 117 und 118 zwischen die Oszillatoren 18 und 19 bzw. zwischen die Oszillatoren 19 und 20. Der Verzögerungskreis 117 arbeite^ um den Oszillator 19 mit 240° nach dem Oszillator 18 zu synchronisieren und der Verzögerungekreis 118 arbeitet, um den Oszillator 19 mit 240 nach dem Oszillator 20 zu synchroni-

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eieren, oder anders ausgedrückt, mit 120° vor dem Oszillator 20. So ist in umgekehrter Stellung des Richtungshebels der Oszillator 18 die erste Phase, wie zuvor, aber die Oszillatoren 20 und 19 kehren ihre Phasenlage um, wobei der Oszillator 20 zur zweiten Phase und Oszillator 19 zur dritten Phase wird. Diese Umkehrung der Oszillatorphasen stellt das richtige Verhältnis zum Ändern der Drehrichtung des Motors her.

Die verzögernden Synchronisierungskreise 117 und 119 können in der Schaltung mit den oben beschriebenen Verzögerungskreisen 22 und 21 identisch sein.

In einer alternativen Anordnung können aufgrund der Gleichheit dieser Phasenverzögerungskreise die gleichen verzögernden Synchronisierungskreise 21 und 22 iowohl für den Vorwärts- als auch für den Rückwärtsgang bei Benutzung zweipoliger Schalter zum wahlweisen Verändern der Zwischenverbindungen zwischen den Oszillatoren 18,19 und 20 für jede Drehriohtung verwendet werden. Diese Änderung ist nicht in Fig. 6 gezeigt, aber sie ergibt sich aus der vorstehenden Beschreibung·

Pig. 4 zeigt Einzelheiten einer bevorzugten Gruppe von Pestkörperkreisen, die im Motorsteuersystem nach Pig. 3 verwendet werden können. Obwohl die Schaltungen nur für eine Phase des Dreiphasenmotorsteuersystems gezeigt sind, ist offensicht-

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lieh, daß die Schaltungen für die zweite und dritte Phaee identisch sind.

Der Multivibratorkreis 18 besteht im wesentlichen aus zwei Transistoren 49 und 50, die im Rückkopplungsverhältnis mitein ander verbunden sind, um einen frei laufenden Multivibrator-Oszillator zu schaffen. Die Kollektorelektrode des Tranmsistors 49 ist mit der Basiselektrode des Transistors 50 über einen Kondensator 55 und in ähnlicher Weise die Kollektor elektrode des Transistors 50 mit der Basiselektrode des Transjßtors 49 über einen Kondensator 54 verbunden· Die Emitterelektroden beider Transistoren werden aus dem positiven Anschluss der Batterie gespeist und die Kollektorelektroden beider Transistoren werden aus dem negativen Anschluss der Batterie über strombegrenzende Widerstände 51 und 52 gespeist. Zur Steuerung der Oszillatorfrequenz dieses Multivibrators ist ein Transistor 55 vorgesehen, dessen Kollektor- und Emitterelektroden in Reihe mit einem Widerstand 56 zwisehen den negativen Anschluss der Batterie und der Basiselektrode des Transistors 49 geschaltet sind. Dieser Transistor 55 dient als veränderliche Impedanz zur Steuerung der Zeitkonstante des LadeStromkreises für den Kondensator 54· In ähnlicher Weise ist in der anderen Hälfte des Multivibrators ein ähnlicher Transistor 58 vorgesehen, der in Reihe alt ei«- nem Widerstand 57 zwisähen die Basiselektrode des Tran-

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sistors 50 und den negativen Anschluss der Batterie zur Steuerung der Zeitkonstante des Kreises mit dem Kondensator 53 geschaltet ist. Die Basiselektroden beider Steuertransistoren 55 und 58 werden gemeinsam über eine Leitung 59 mit einer einstellbaren Amplitudenspannung zur gemeinsamen Steuerung der Leitfähigkeit oder Impedanz dieser Transistoren gespeist. Per Geschwindigkeitsschalthebel 16 dient dazu, um einen einstellbaren Schleifer 60 eines gespeisten Potentiometers 61 einzustellen, wodurch eine einstellbare Steuerspannung an die Leitung 59 zur Multivibratorschaltung erzeugt wird. Demzufolge wird durch Einstellen der Spannungsamplitudenhöhe auf der Leitung 59 mittels des GeschwindigkeitsBchalthebels 16 die Multivibratorfrequenz elektrisch verändert, um als gewünschte Frequenz über einen grossen kontinuierlichen Bereich zu schwingen, wie er durch die Stellung des Geschwindigkeitsschalthebels 16 eingestellt wird.

Wie oben erwähnt, erzeugt der Multivibrator 18 ein Rechteckwellen-Ausgangssignal über die Leitung 62, wie die Wellenform 31 in Fig· 2 zeigt; ein Rechteckwellen-Ausgangssignal entgegengesetzter Polarität wird vom Kollektor des Transistors 50 über die Ausgangsleitung 63 abgenommen. Das Oszillator-Ausgangs signal Über der Leitung 62 wird zum zeitverzögernden Synchronisierungskreis 22 geleitet, der Impulse erzeugt, die um 240° von jedem der Ausgangsimpulse des Multivibratorkrei-

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ses 18 zeitverzögert sind. Diese Zeitverzögerungsimpulse vom Kreis 22 werden zum Oszillator 20, der die Speisung der dritten Phase des Motors steuert, geleitet und dienen dazu, den Oszillator 20 in dem gewünschten, um 240° zeitverzögerten Verhältnis mit dem Oszillator 18 zu synchronisieren, um die in Fig. 2 gezeigte dritte Wellenform 33 zu erzeugen.

Der zeitverzögernde Synchronisierungskreis 22 umfasst zwei !Transistoren 68 und 73, deren Kollektorelektroden über die Widerstände 69 und 75 aus den negativen Anschlüssen der Batterie gespeist werden und deren Emitterelektroden gemeinsam verbunden und aus dem positiven Batterieanschluss über den Rückkopplungswiderstand 74 gespeist werden. Die Basiselektrode des Transistors 68 ist vorgespannt durch Anschluss an die Verbindung zwischen den Widerständen 66 und 67» während die Basiselektrode des Transistors 73 negativ vorgespannt ist durch Verbindung mit dem negativen Batterieanschluss über ' einen Widerstand 72 in Reihe mit einem Regeltransistor 71· Der Kollektorwisderstand 75 des Transistors 73 ist wertmassig niedriger als der Widerstand 69 in der Kollektorschaltung des Transistors 68 und gestattet dadurch einen grösseren Stromfluss durch den Transistor 73 als durch den Transistor 68.

Im Betrieb ist der Transistor 73 gewöhnlich leitend und er-

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zeugt einen Spannungsabfall am Widerstand 74, der so gerichtet ist, daß er gewöhnlich den Transistor 68 nicht» leitend macht. Wenn an die Basis des Transistors 68 ein negativer Impuls angelegt wird, wird dieser leitend und erzeugt einen positiven Impuls über den Kadensator 70 zur Basis des Transistors 73, der den Transistor 71 ausschaltet und ihn nicht-leitend macht. Nachdem der Transistor 73 nicht-leitend gemacht ist, wird der Rückkopplungs-Spannttngsabfall am Widerstand 74 verringert und der Transistor 68 leitet weiterhin Strom. Aber nach einer gewissen Zeit wird der Kondensator 70 durch den Stromfluss durch den Widerstand 72 und die Transistoren 71 und 68 umgekehrt aufgeladen, so daß die Spannung an der Basis des Transistors 73 auf ihren ursprünglichen Wert zurückkehrt, worauf der Transistor 73 wieder leitend wird und die Rückkopplungsspannung am Widerstand 74 wieder das Leiten des Transistors 68 unterbricht, um die Schaltung in ihre ursprüngliche Stellung zurückzubringen. Das Zeitinterval zwischen dem Anlegen des ursprüngliohen negativen Impulses an den Transistor 68 und der Erzeugung eines negativen Ausgangssignals am Kollektor des Transistors 73 ist deshalb proportional zur Zeitkonstanten des Kondensators 70, des Widerstandes 72 und des Transistors Da der Stromfluss durch den Transistor 71 durch die an seiner Basiselektrode über die Leitung 59 erhaltene Spannung gesteuert wird, steuert die Spannung an der Leitung 59 also die Zeitverzögerung der Schaltung, die durch Verändern dieser

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Spannung einstellbar ist. So erzeugt diese zeitverzögernde SynchronisierungsBchaltung einen 240° Verzögerungsimpuls für jede Frequenz des Oszillators duroh proportionale Einstellung der Steuerspannung an der Leitung 59«

Die Ausgangssignale des Multivibrators 18, die über die Leiter 62 und 63 geführt werden, gelangen über Schalter 44 auch zum Wechselrichterkreis 24. Dieser Wechselrichterkreis g enthält zwei gesteuerte Siliziumspannungsgleichrichter 80 und 81, die mit einer Transformator-Primärwicklung 82 in Serie geschaltet sind; die positiven und negativen Batterieanschlüsse liegen am Mittelabgriff der Primärwicklung und der Verbindung der beiden Siliziumgleichrichter. Da die Ausgangsimpulse des Multivibrators auf den Leitern 62 und 63 um 180 verschoben sind, werden die Siliziumgleichrichter 80 und 81 während jeder Halbperiode des Multivibrators 18 abwechselnd leitend getriggert, sodaß während einer halben Periode des Multivibrators Strom duroh den Siliziumgleichrichter 80 in einer Richtung durch die Primärwicklung des Transformators 82 und während der zweiten Halbperiode des Multivibrators Strom durch den Siliziumgleichrichter 81 in entgegengesetzter Richtung duroh die Transformator-Primärwicklung 82 flieset, wodurch wechselnde Impulse in der Primärwiolung des Iraneformators 82 in der gleichen frequenz wie der Frequenz des Multivibrators 18 erseugt werden.

Die zweite Wicklung 83 dee Weoheelrichterx-Transformatore ist

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mit der ersten Phasenwicklung 13a des Motors und mit einem Schaltkreis 27 in Serie geschaltet, sodaß, wenn der Schaltkreis 27 geschlossen ist, die erste Phasenwicklung 13a des Induktionsmotors einen Wechselimpuls vom Wechselrichterkreis mit einer von der des Oszillators 18 bestimmten Frequenz erhält. Wenn daher der Schaltkreis 27 geschlossen ist, erhält die erste Phasenwicklung des Induktionsmotors die durch die schraffierte Wellenform 34a der Pig. 2 gezeigten Impulse.

Der Schaltkreis 27 enthält vier Dioden 84,85,86 und 87, die in einer Brückenschaltung angeordnet sind, und einen gesteuerten Siliziumgleichrichter 88, der die entgegengesetzten Anschlüsse der Brückenschaltung verbindet. Wenn der Siliziumgleichrichter 88 leitend ist, fliesst Strom in einer Richtung durch die Diode 84, den Siliziumgleichrichter 88 und die Diode 86 zur Motorwicklung 13a und während der nächsten Halbperiode in entgegengesetzter Richtung durch die Diode 87, den Siliziumgleichrichter 88 und die Diode 85. Demzufolge fliesst während beider Impuls-Halbperioden vom Wechselrichterkreis Strom durch den Siliziumgleichrichter 88, wodurch dieser den Stromfluss vom Wechselrichter zur Motorwicklung 13a während beider Halbperioden regelt.

Der Siliziumgleichrichter 88 wird in den Betriebszustand getriggert während jeder Halbperiode des Wechselrichters mittels eines veränderbaren Yerzögerungskreises 41, sodaß

er nur für einen Teil jeder Halbperiode leitend wird, um 809825/0501

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Strom zur Motorwicklung 13a durchzulassen. Auf diese Weise kann durch den zeitgesteuerten Betrieb des Siliziumgleichrichters 88 eine veränderbare Leistungsmenge vom Wechselrichterkreis 24 so geregelt werden, daß sie in gewünschtem Masse zur Motorwicklung 13a flieset.

Der Verzögerungskreis 41 zum Steuern des Gleichrichters 88 ist im wesentlichen identisch mit dem verzögernden Synchronisierungskreis 22 und weist zwei Transistoren 89 und 90 auf, die über einen Kondensator 91» einen Widerstand 92 und einen Regeltransistor 93 in einer zeitverzögernden Anordnung miteinander verbunden sind. In gleicher Weise, wie oben erwähnt, arbeitet der Transistor als steuerbare Impedanz aufgrund einer einstellbaren Spanjcnung auf der Leitung 59» um die Zeitverzögerung zwischen den an den Kreis über den Leiter 95 angelegtan Impulsen und den Impulsen, die diesem Kreis über den Leiter 96 zum Triggern des Siliziumgleichrichters 88 in den Betriebszustand entnommen werden, zu ändern.

Zur Regelung während beider Halbperioden des Wechselrichters wird der Singangeleiter 95 dieses Terzögerungskreises von den beiden Ausgangeleitern 62 und 63 der Oszillatosohaltung 18 über zwei negativ gepolte Dioden 97 und 98 gespeist, die während jeder Halbperiode des Oszillators 18 nur nega-

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tive Impulse durchlassen. Während der ersten Halbperiode, wenn der Ausgangsleiter 62 mehr negativ ist, geht der negative Impuls durch die Diode 97 zum Eingangsleiter 95, wodurch der Transistor 89 in den Betriebszustand getriggert und die Zeitverzögerung, wie oben erwähnt, ausgelöst wird. Nach einer Zeitverzögerung proportional zur vom Transistor 93 gebildeten variablen Impedanz, erscheint der Triggerimpuls am Ausgangsleiter 96, um den Siliziumgleichrichter 88 in den Betriebszustand zu triggern, wodurch der restliche Teil der Halbperiode des Wechselrichters die Motorwioklung 13a speisen kann« Mit dieser Anordnung kann durch Verändern der Spannung an der Leitung 59 und somit durch Steuern der Leitfähigkeit des Transistors 93 der Siliziumgleichrichter 88 in jedem gewünschten Teil jeder Halbperiode des Oszillators in den Betriebszustand getriggert werden, wodurch der Stromfluss durch die Motorwicklung 13a im Verhältnis zur Spannung an der Leitung 59 geregelt wird.

Während der zweiten Halbperiode des Oszillators ist der Betrieb im wesentlichen der gleiche und der Leiter 63 erhält einen negativen Impuls vom Oszillator 18, der durch die umgekehrt gepolte Diode 98 geht, um wiederum den Verzögerungskreis in den Betriebszustand zu triggern. Nach einer Zeitspanne, die proportional zu der von dem Kreis hervorgerufenen Verzögerung ist, erscheint wiederum ein

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Triggerimpuls auf dem Ausgangsleiter 96, um den Gleichrichter 88 in Betrieb zu setzen und damit demselben Teil der nächsten Halbperiode des WechselrichteiB zu ermöglichen, die Motorwicklung 13a zu speisen. Hierdurch regelt der Verzögerungskreis 41 und der Schaltkreis 27 die Leistung, die an die Motorwicklung 13a vom Wechselrichter während beider Halbperioden des Wechselrichters angelegt wird, um eine genaue Wellenregelung der Speisung der Motorwicklung ^ zu schaffen·

Wie oben erwähnt, steuert die Steuerspannung auf der Leitung 59 auch die Frequenz des Oszillators 18 und die vom verzögernden Synchronisierungskreis 22 hervorgerufene Zeitverzögerung, sowie die Zeitverzögerung des Verzögerungskreises 41, welche die an den Motor angelegte Leistung steuert. Daher wird, wenn die Frequenz des Oszillators 19 geändert wird, die synchronisierte Zeitvergrösserung zwischen den drei Oszillatoren des Systeme auch geändert, um jeden Oszillator vom nächsten um 120° zeitverschoben zu halten. Weiterhin verändert sich bei ;jeder Frequenz der Verzögerungskreis 41 auch zur automatischen Regelung der Leistung, die an die Motorwioklung 13a angelegt wird, proportional zur Frequenz.

Sie Schaltung zur Speisung der ssweiten und dritten Phasen 13b und 13c des Motors ist identisch mit der für die Speisung der ersten Phase 13a; die Oszillatoren und zeitverzö-909825/05 01

geraden Kreise in jeder dieser Phasen werden alle in. ähnlicher Weise durch die Spannung an der Leitung 59 gesteuert. Deshalb wird nur ein einziges Potentiometer 61 zur Geschwindigkeitsregelung benötigt, um sowohl die Speisung der drei Motorphasen zu synchronieieren als auch die im Verhältnis zur Motorgeschwindigkeit an den Motor angelegte Leistungsmenge zu regeln.

Um sicherzustellen, daß die drei Oszillatoren in der gewünschten zeitverzögert en Folge ordnungsgemäss arbeiten, bevor die Wechselriohterkreise in Tätigkeit gesetzt werden, ist eine anfängliche Verzögerungsschaltung vorgesehen, um die Verbildung zwischen den Oszillatoren und den Wechselrichterkreisen kurzzeitig zu verzögern. Wie aus Fig. 5 ersichtlich, sind die Oszillatoren mit den Wechselrichterkreisen durch eine Anzahl von Schalterpaaren 44_f45 und 46 verbunden. Alle diese Schalter können zusammen durch ein Relais 47 betätigt werden, das nach einer bestimmten Zeit nail dem Schliessen des Leistungsschalters gespeist wird.

Anhand von Fig. 4 wird diese Schaltung näher erklärt: Wenn der Geschwindigkeitsschalthebel 16 eingeschaltet wird, schließet er nicht gezeigte Schalter, um an die drei Oszillatoren 18,19 und 20 und die verzögernden Synchronisierungskreise 21 und 22 Spannung anzulegen. Dieser Hebel 16 schlisset auch einen Schalter 100, der die Batterie-

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spannung an einen miteinander in Serie geschalteten Kondensator 101 und Widerstand 102, die in einer Steuerechaltung miteinander verbunden sind, anlegt. Nach kurzer Zeispanne, wenn der Kondensator 101 eine vorbestimmte Ladung erhalten, hat, triggert die über ihm liegende Spannung einen Einschicht-Transistfcr 103 in den Betriebszustand, so daß Strom von der Batterie durch in Serie geschaltete Widerstände 104 und 105 und durch den !Transistor 103 flieset· Der Spannungsabfall am Widerstand 105 wird verwendet, um einen gesteuerten Siliziumgleichrlohter 106 in den Betriebszustand zu triggern, wodurch nach einer festgelegten, durch die Zeitkonstante des Widerstandes 102 und des Kondensators 101 bestimmten Zeitspanne an das Einschaltrelaia 47 Strom angelegt wird. Dieses Heiais 47 schliesst alle Schalter 44,45 und 46, um die Oszillatoren 18,19 und 20 mit ihren zugeordneten Wechselrichterkreisen 24,25 und 26 zu verbinden, wie anhand von flg. 3 oben beschrieben ist.

In dem Motorsteuersystem nach Pig. 4 wirkt die Amplitude der einstellbaren Spannung auf der Leitung 59 so, daß gleichzeitig die Frequenz der drei Oszillatoren 18, 19 und 20 und die von den. zeitverzögernden Synchronisierungekreisen 21 und 22 erzeugten Phasenverzögerungen geändert werden, und zwar so, daß die drei Oszillatoren immer bei jeder Frequenz und bei jeder Phase, die von der nächsten

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um die erforderlichen 120° zur ordnungsgemäßsen Dreiphasenspeisung des Motors 13 Verzögert ist, synchron bleiben. Auch werden die Leistungsschalter 27,28 und 29 automatisch von der Spannung an der leitung 59 geregelt, um die den Motorwicklungen 13a,13b und 13c zugeführte Leistung für jede Frequenz zwecks Erreichung optimaler Wirtschaftlichkeit und Wirkungsweise ordnungsgemäss zu bemessen. In jedem Kreis wird diese Steuerung mittels eines oder mehrerer Transistoren erreicht, wie Z₀B. durch die !Transistoren 55 und 58 in den Oszillatorkreisen, die auf die einstellbare Spannungsamplitude an der Leitung 59 ansprechen, um eine einstellbare Impedanz oder Stromregelung in dem Kreis für die gewünschte Änderung zu schaffen.

- Fig. 5 zeigt eine andere Art der gleichzeitigen Einstellung dieser Kreise aufgrund der Verstellung des Geschwindigkeitsschal thebels 16 zur Veränderung der Frequenz der Oszillatoren und der gleichzeitigen Regelung der bei jeder Frequenz zur optimalen Wirkung den Motorwicklungen zugeführten Leistung. Dies wird dadurch erreicht, daß in jedem der zu steuernden Kreise ein oder zwei veränderbare Widerstände vorgesehen sind, und durch Mittel zum mechanischen Verbinden aller dieser Widerstände zur gleichzeitigen Einstellung durch den Geschwindigkeitsschalthebel 16.

In Fig. 5 sind die OsEillatorkreise, z.B. der Oszillator 909825/0501

18, im wesentlichen dieselben, wie oben beschrieben, nur daß der Transistor 55 der Fig. 4 durch einen einstellbaren Widerstand 110 und der Transistor 58 durch einen einstellbaren Widerstand 111 ersetzt ist. Beide Widerstände 110 und 111 sind mechanisch miteinander verbunden, wie es die gestrichelte Linie 114 andeutet, um entsprechend der Einstellung des Geschwindigkeitsschalthebela 16 gemeinsam verstellt zu werden. Im Betrieb arbeitet dieser Oszillator in derselben Weise, wie oben beschrieben, insofern als die Änderung dieser Widerstände 110 und 111 die Zeitkonstante der Ladekreise für die Rückkopplungszeitkondensatoren 53 und 54 ändert» wodurch die Frequenz des Multivibratorkreises proportional geändert wird.

Der zeitverzögernde Synchronieierungskreis, z.B. der Kreis 22, wird in ähnlicher Weise dadurch geändert, daß ein veränderbarer Widerstand 112 im Kondensatorladekreis den Traneistor 71 in Fig. 4 ersetzt. Dieser Widerstand 112 < ist zur gleichzeitigen Einstellung mit den Widerständen 110 und 111 des Oszillators 18 durch den Geschwindigkeitsschalthebel 16 ebenfalls, wie die gestrichielte Linie 114 zeigt, mechanisch mit dem Hebel 16 verbunden.

Xn ähnlicher Weise haben die Vereöger ungskreiee, z,B. der Kreis 41, zur Steuerung der Leistungsschalter, wie des Schalters 27» auch einen einstellbaren Widerstand 113

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statt eines Transistors; auch dieser Widerstand ist zur gleichzeitigen Einstellung mit dem G-eschwindigkeitsschalthebel 16, wie gezeigt, verbunden.

Bei der Ausführungsform nach Pig. 5 sind für jede Phase vier einstellbare Widerstände oder insgesamt zwölf einstellbare Widerstände für alle drei Phasen vorgesehen, wobei alle Widerstände mechanisch miteinander zur gleichzeitigen Einstellung durch den Geschwindigkeitsschalthebel 16 verbunden sind.

Obwohl nur bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung gezeigt und beschrieben wurden, ist es offensichtlich, daß viele Änderungen vorgenommen werden können, ohne den Erfindungsgedanken zu verlassen. Zum Beispiel, obwohl in den bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung, wie beschrieben, drei automatisch synchronisierte Oszillatoren für die drei Phasen des Motors verwendet werden, könnte man auch einen einzigen Steueroszillator zusammen mit entsprechenden Phasenschiebern als phasenverzögernde Kreise benutzen, um die gewünschten synchronisierten Dreiphasensignale zu erhalten.

Patentansprüche:

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Claims

Patentansprüche:

1. Schaltungsanordnung zum Betrieb des Motors eines batteriebetriebenen Flurforderfahrzeuges, dadurch gekennzeichnet, daß ein Mehrphasen-WechselBtrom-Induktionsmotor (13)» vorzugsweise ein Kurzschlussläufermotor, verwendet wird, dessen drei Phasenwicklungen (13a,13b,13c) je durch Wechselstromimpulse (34,35,36) gespeist werden, die jeweils von einem durch die Fahrzeugbatterie (17) beschriebenen Wechsel richter (24 bzw. 25 bzw. 26) stammen, dessen ImpulsfxBLuenz zwecks Änderung der Motorgeschwindigkeit von durch einen frequenzänderbaren Oszillator (18 bzw· 19 bzw. 20) für jede Phasenwicklung erzeugten phasenverschobenen Signalen gesteuert wird, wobei für jede Phasenwicklung ein einstellbarer Leistungsregelschalter (27 bzw. 28bzw. 29) zur Regelung der von den Wechselrichtern an den Motor abgegebenen Leistung und ausserdem ein einziger Handschalter (16) zur gleichzeitigen und kontinuierlichen Frequenzänderung der Oszillatoren und zur gemeinsamen Einstellung der Leistungsregelschalter vorgesehen ist.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Änderung der Motordrehriohtung den Oszillatoren (18,19»20) ein Richtungsumsohalter (123) zugeordnet ist, mit dessen

Hilfe das Phasenverhältnis der phasenverschobenen Oszilla-908825/0501

torsignale umkehrbar ist (Pig. 6).

3. Anordnung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen die Oszillatoren (18,19,20) und die Wechselrichter (24,25,26) zeitverzögerte Schalter (44,45,46) .eingesetzt sind, die den Betrieb der Wechselrichter unterbrechen, bis die Signalreihen der Oszillatoren das gewünschte mehrphasige synchronisierte Zeitverhältnis erreicht haben.

4· Anordnung nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Leistungsregelschalter (27,28,29) mit Hilfe von Verzögerungskreisen (41,42,43), die gemeinsam durch den Handschalter (16) einstellbar und von den Oszillatoren (18,19,20) steuerbar sind, derart betätigt werden, daß die mittlere Spannung der den Motorwicklungen (13a,13b,13c) zugeführten Wechselstromimpulse proportional zu Aren Frequenz ist.

5· Anordnung nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils zwei der Oszillatoren (18,19,20) durch einen phasenverzögernden Synchronisierungskreis (21 oder 22) miteinander verbunden sind.

6. Anordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß zur Synchronisierung und Einstellung der Phasenverschiebung der drei Oszillatoren (18,19,20) zwei Synchronisie-909825/0501

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rungslcreiBe (21 und 22) vorgesehen sind.

7. Anordnung nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Leistungsrelgeschalter (27 bzw. 28 bzw. 29) einen steuerbaren Gleichrichter (88), vorzugsweise eten Siliziumgleiohrichter, aufweist, der den mit diesem Leistungsregelschalter zusammenwirkenden Wechselrichter (24 bzw. 25 bzw. 26) mit der betreffenden Phasenwicklung (13a bzw. 13b bzw. 13c) verbindet und der mittels eines der Verzögerungskreise (41 bzw. 42 bzw« 43) zu irgendeinem Zeitpunkt während jeder Wechselstrom-Periode des Wechselrichters proportional zur Oszillatorfrequenz in den Betriebszustand getriggert wird.

8. Anordnung nach den Ansprüchen 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Handschalter (16) für jede Hotorgesohwindigkeit eine unterschiedliche Spannung erzeugt zur gleichzeitigen Einstellung aller Oszillatoren (18, 19,20), phasenverzögernder Synchronisierungskreise (21,22) und TerBÖgerungskreise (41,42,43).

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