DE3042267C2 - Schaltungsanordnung zum Regeln der Drehzahl eines mit zwei Drehzahlen zu betreibenden Elektromotors - Google Patents

Schaltungsanordnung zum Regeln der Drehzahl eines mit zwei Drehzahlen zu betreibenden Elektromotors

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DE3042267C2
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Description

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zum
Regeln der Drehzahl eines mit zwei Drehzahlen zu betreibenden Elektromotors mit einem ein Rechteck-Detektionssignal erzeugenden Drehzahl-Istwertgeber, dessen Periode von der Drehzahl des Motors abhängt, mit wenigstens zwei Impulsgeneratoren, welche aus dem Detektionssignal gebildete Triggerimpulse abgeben und mit einem Wahlschalter, über welchem jeweils einer der Impulsgeneratoren mit dem Vergleicher eines Drehzahlreglers verbunden werden kann, wobei die Impulsgeneratoren für die Triggerimpulse so ausgebildet sind, daß bei beiden Drehzahlen im eingeregelten Zustand die Triggerimpulse gleiche Perioden aufweisen. Eine derartige Schaltungsanordnung ist durch die GB-PS 9 89 458 bekannt. Das mit Hilfe eines Schmitt-Triggers gebildete Rechtecksignal wird in Triggerimpulse umgewandelt, die im eingeregelten Zustand für jede vorgesehene Drehzahl des Motors einen gleichen Impulsabstand aufweisen. Dies wird mit Hilfe von Fre qeunzteilern durchgeführt. Dadurch kann für jede der Drehzahlen derselbe Regelmechanismus verwendet werden. Die bekannte Schaltungsanordnung ist für die Drehzahlsteuerung bei aufwendigen Wiedergabegeräten vorgesehen. Für Mini-Kassettenrecorder werden kompakte Motoren verwendet, die mit zwei Bandgeschwindigkeiten betrieben werden. Es ist bekannt, bei derartigen Motoren die Drehzahl durch Einstellung von über einem gewissen Bereich verstellbare, voreingestellte Spannungsteiler zu bewirken. Für zwei Drehzah- len werden zwei solcher Spannungsteiler, die üblicherweise aus einem Festwiderstand und einem variablen Widerstand gebildet sind, sowie zwei Einstelloperationen erforderlich. Die Verwendung von zwei Spannungsteilern erschwert die kompakte Ausführung des Motors.
Dies liegt nicht nur an dem Raum, den die beiden Spannungsteiler einnehmen, sondern auch an dem Raum, der für die Einführung eines Schraubenziehers o. a. in die Steuerschaltung zur Einstellung der Spannungsteiler freigelassen werden muß. Da die Einstell- operation zweimal ausgeführt werden muß, entsteht ein relativ hoher Arbeitsaufwand bei der Herstellung und Steuerung. Die beiden getrennten Einstellvorgänge verursachen auch größere fertigungsbedingte Toleranzen für die Drehzahl des Motors.
Durch die DE-AS 15 88 875 ist eine Regelschleife für die Drehzahl eines Motors bekannt, der mit mehreren Drehzahlen umlaufen kann. Die Umschaltung der Drehzahl wird durch die Umschaltung der Ausgangsspannung eines Frequenzdiskriminators erreicht. Bei
so einer Veränderung der Drehzahl des Motors wird ein Frequenzteiler umgeschaltet. Die Änderung der Drehzahl wird jedoch durch die Abstufung der Ausgangsspannung des Frequenzdiskriminators erreicht. Demzufolge ist für die Justierung der Drehzahlen ein analoges Justiermittel erforderlich, z. B. jeweils ein Potentiometer, so daß auch bei dieser Schaltungsanordnung die oben erwähnte, durch die Justierung verursachten Nachteile bestehen. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schaltungsanordnung der eingangs erwähnten Art anzugeben, die mit einfachen und preiswerten Mitteln eine Umschaltung der Motordrehzahl erlaubt.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der erste Impulsgenerator so ausgebildet ist, daß er nur bei einer Kante eines Impulses und der zweite Impulsgenerator so, daß er bei beiden Kanten des Impulses des Rechteck-Detektionssignals einen Triggerimpuls erzeugt.
Bei der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung wird die Periode der Triggerimpulse durch die größte Motordrehzahl bestimmt. Hieraus resultiert eine geringe Welligkeit des Regelsignals, die aufgrund der mechanischen Eigenschaften (Massenträgheit) z. B. eines Mini-Tonbandgeräts, ausintegriert werden, so daß die Verwendung eines nachgeschaltete.: Integrationsfilters entbehrlich wird. Bei der GB-PS 9 89 458 werden Triggerimpulse entsprechend der Periode des Rechteck-Detektionssignals für die geringste Motordrehzahl erzeugt, so daß eine höhere Welligkeit des Regelsignals die Folge ist.
Durch die erfindungsgemäße Ausnutzung nur einer Impulskante oder der beiden Impulskanten des Rechteck-Detektionssignals kann eine sehr einfach aufgebaute Schaltung verwendet werden, die die Ausbildung eines preisgünstigen Servomotors mit zwei Drehzahlen enröglicht.
Da in der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung durch die elektronische Umschaltung der Drehzahl eine Justierung für die zweite Drehzahl nicht erforderlich ist, wenn die Justierung für die erste Drehzahl erfolgt ist, entfällt ein Justiervorgang.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben und anhand der nachfolgenden konstruktiven Beschreibung eines Ausführungsbeispiels näher erläutert.
Die Erfindung soll im folgenden anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert werden. Es zeigt
Fig. 1 ein Blockschaltbild eines Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung
Fig. 2 Signalverläufe zur Erläuterung der Funktion der Schaltungsanordnung aus Fig. 1
Fig. 3 und 4 Darstellungen zur Verdeutlichung der Beziehung zwischen dem Rotationswinkel des Motors, der mit der Schaltung aus Fig. 1 geregelt wird, und den Zeitpunkten der Erzeugung der Triggerimpulse Ec
Fig. 5 ein Detailschaltbild für den Hauptteil aus Fig. 1.
Die in Fig. 1 dargestellte Schaltung weist einen Frequenzgenerator 12 auf, der an einen elektrisch gesteuerten Motor 10 angeschlossen ist. Der Frequenzgenerator 12 kann durch jede Art Generator gebildet sein, Beispielsweise durch ein Hall-Element, einen Magnetkopf o. ä. Ein erstes Signal Ea steht am Ausgang des Frequenzgenerators 12 und weist eine Periode auf, die umgekehrt propotional zur Drehzahl des Motors 10 ist. Wenn beispielsweise der Motor mit einer hohen Drehzahl umläuft, die einer Bandgeschwindigkeit von 2,4 cm/s entspricht, weist das erste Signa! EaI eine kurze Periode 71 auf, wie in Fig. 2a dargestellt. Wenn andererseits der Motor mit einer geringen Drehzahl umläuft, die einer Bandgeschwindigkeit von 1,2 cm/s entspricht, bekommt das erste Signal EaI eine lange Periode 72. Das vom Frequenzgenerator 12 kommende erste Signal Ea wird in ein Detektionssignal Eb mit einem rechteckigen Verlauf durch einen Wellenformer 14, wie beispielsweise einen Schmitt-Trigger oder einen Flip-Flop, umgewandelt, wie dies in Fig. 2b oder 2d gezeigt ist.
Der Frci|uciiigciic;aiüf 12 und der Wellenfoincr 14 bilden eine erste Stufe 15 zur Erzeugung des Detektionssignals Eb mit einer Periode, die mit der Drehzahl des Motors 10 in Beziehung steht.
Das Detektionssignal Eb gelangt auf den Eingang einer Trigger-Schaltung 16, die auf eine Kante eines Eingangsimpulses reagiert, und auf einen Eingang einer Trigger-Schaltung 18, die auf beide Kanten des Eingangsimpulses reagiert. Die Trigger-Schaltung 16 erzeugt in Abhängigkeit nur von der ansteigenden Kante (oder nur der abfallenden Kante) des Eingangsimpulses einen ersten Trigger-Impuls EcI. Wenn das Detektionssignal EbI, das in Fig. 2b dargestellt wird, das Eingangssignal darstellt, erzeugt die Trigger-Schaltung 16 den ersten Trigger-Impuls Ed, der in Fig. 2c dargestellt ist. Die Trigger-Schaltung 18 erzeugt einen zweiten Trigger-Impuls EcI in Abhängigkeit sowohl der ansteigenden als auch der abfallenden Flanke des Eingangsimpulses. Wenn das Detektionssignal EbI, das in Fig. 2d verdeutlicht ist, auf die Trigger-Schaltung 18 gelangt, wird ein zweiter Trigger-Impuls EcZ (Fig. 2e) erzeugt.
Die Trigger-Schaltung 16 stellt einen Trigger-Impuls-Generator dar, der Trigger-Impulse mit dem Abstand einer Periode des Detektionssignals Eb produziert. Die Trigger-Schaltung 18 bildet einen zweiten Trigger-Impuls-Generator für Trigger-Impulse EcI, deren Abstand von der Periode des Detektionssignals Eb verschieden ist, beispielsweise die Hälfte der Periode des Detektionssignals Eb ausmacht.
Der erste Trigger-Impuls Ed und der zweite Trigger-Impuls EcI gelangen auf einen Wahlschalter 20. Mit dem Wahlschalter 20 wird die Drehzahl gesteuert. Der erste Trigger-Impuls EcI wird beispielsweise ausgewählt, um eine Bandgeschwindigkeit von 2,4 cm/s zu erhalten, und der zweite Trigger-Impuls EcZ für eine Bandgeschwindigkeit von 1,2 cm/s. Der mit dem Wahlschalter 20 ausgewählte Trigger-Impuls Ec gelangt auf einen Sägezahngenerator 22. Der Sägezahngenerator erzeugt ein Sägezahnsignal Ed mit derselben Periode, die der Trigger-Impuls Ec aufweist (Fig. 2f). Dieses Signal Ed gelangt auf einen Vergleicher 24. Auf den zweiten Eingang des Vergleichers 24 gelangt eine Referenzspannung Er. Die Referenzspannung Er wird aus einer stabilisierten Spannung Es durch Spannungsteilung mit einem über einen gewissen Bereich variablen Potentiometer 26 erhalten. Der Wert der Spannung Er kann daher durch das Potentiometer 26 eingestellt werden. Der Vergleicher 24 liefert ein zweites Signal Ee (Fig. 2g). Dieses Signal Ee entsteht dann, wenn die Spannung des Signals Ed den Spannungswert Er überschreitet.
Das zweite Signal Ee gelangt auf einen Integrator 28. Der Integrator 28 integriert das Signal Ee und liefert ein drittes Signal Efmit einer dreieckigen Wellenform, wie sie in Fig. 2h verdeutlicht ist. Das Signal £/wird verstärkt durch einen Treiberverstärker 30. Dadurch wird das Signal Ef in verstärkter Form als Treibersignal Eg dem Motor 10 zugeleitet.
Die Bauteile 22 bis 30 bilden eine Anordnung 32 zur Erzeugung eines Treibersignals Eg für den Motor 10, das zu dem Trigger-Impuls Ec gehört, der durch den Wahlschalter 20 ausgewählt worden ist.
Die in Fig. 1 dargestellte Schaltung arbeitet in folgender Weise. Die Drehzahl des Motors 10 ist im wesentlichen proportional zur Größe der Spannung des Signals Eg. Angenommen, der Motor 10 sei Teil eines Bandtransports in einem Tonbandgerät, das nicht in der
Drehzahl tvl, die zur Bandgeschwindigkeit von 2,4 cm/s gehört. Der Frequenzgenerator 12 erzeugt dann ein erstes Signal EaI mit einer Periode 71, die zur Drehzahl w\ gehört. Das Signal EaI wird durch den Wellenformer 14 geformt und gelangt als Detektionssignal EbI auf die Trigger-Schaltung 16. Die Trigger-Schaltung 16 erzeugt die ersten Trigger-Impulse Ed mit einem
Impulsintervall TCl. Der Trigger-Impuls EcI gelangt auf den Sägezahngenerator 22 über den Wahlschalter 20. Der Sägezahngenerator 22 erzeugt ein Sägezahnsignal Ed mit der Periode des Trigger-Impulses Ed. Das Signal Ed wird in dem Komparator 24 mit der Referenz- s spannung Er verglichen. Der Vergleicher 24 erzeugt das zweite Signal Ee, das einen Spannungswert »high« oder »1« annimmt, wenn Ed S Er ist.
Das zweite Signal Ee wird durch den Integrator 28 integriert und in dem Treiberverstärker 30 verstärkt, um so zum Motor 10 als Treibersignal Eg zu gelangen. Die Drehzahl wl des Motors 10 ist proportional zur Höhe der Spannung des Signals Eg und die Spannungshöhe des Signals Eg ist wiederum proportional zu der Impulsbreite Te des Signals Ee, während dieses die is Spannungshöhe »high« oder »1« aufweist. Die Impulsbreite Te steht in umgekehrter Beziehung zur Höhe der Referenzspannung Er und ist proportional zu dem Impulsintsrvall TCl des Triggerimpulses Ed. Der Impulsabstand TCl ist gleich der Periode 71 des ersten Signals EaI und diese Periode 71 ist umgekehrt proportional zur Drehzahl wl. Demzufolge wird der Impulsabstand 7"Cl und die Impulsbreite Te kleiner, wenn die Drehzahl wl ansteigt. Dann wird der Spannungswert des Signals Eg kleiner, so daß das Ansteigen der Drehzahl h>1 gestoppt wird.
Wie aus der bisherigen Beschreibung hervorgeht, bilden die Bauteile 10,12,141,16 (bzw. 18), 20,22,24,28, 30 eine negative Rückkopplungsschleife, d. h. eine Schleife, in der die regelnde Größe durch die Referenzspannung Er vorgegeben ist. Demzufolge kann die Drehzahl wl des Motors 10 durch das Potentiometer 26 eingestellt werden. Nach dieser Einstellung bleibt die Drehzahl tvl konstant.
Die Drehzahl wl des Motors 10 hängt von dem Impulsabstand TCl des Triggerimpulses Ed ab, so daß die Regelung den Impulsabstand TCl konstant hält, wenn die Spannung Er konstant ist. Wenn daher Maßnahmen unternommen werden, die zur Folge haben, daß das Impulsintervall des Triggerimpulses Ec sich auch dann nicht ändert, wenn die Drehzahl des Motors 10 geändert wird, kann eine solche Änderung der Drehzahl des Motors 10 ohne eine Veränderung der Bedingungen des Regelsystems vorgenommen werden, d. h. ohne Veränderung der Referenzspannung Er. In dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel wird die Beziehung zwischen dem Impulsabstand des Triggerimpulses Ec und der Drehzahl des Motors 10 durch den Wahlschalter 20 für die Auswahl der beiden Triggerschaltungen 16 und 18 geregelt.
Im folgenden sollen die Vorgänge direkt nach dem Umschalten des Wahlschalters 20 von der Trigger-Schaltung 16 saf die Trigger-Schaltung 18 betrachtet werden. In diesem Fall beträgt der Impulsabstand 7~C2 des zweiten Trigger-Impulses Ed die Hälfte des Impulsabstandes TCl des ersten Trigger-Impulses Ed. Daraufhin wird die Spannung des Treibersignals Eg verringert, bis TCl = TCl durch die Funktion der Regelschleife gewährleistet ist. Wenn die Drehzahl wl so groß geworden ist, daß TCl = TCl gewährleistet ist, ist die Periode 72 des ersten Signals EaI, das von dem Frequenzgenerator 12 geliefert wird, doppelt so groß wie die Periode 71, die bei der ersten Drehzahl tvl entstanden ist. Demzufolge kann durch die Auswahl des zweiten Trigger-Impulses Ed mit Hilfe des Wahlschalters 20 eine Bandgeschwindigkeit von 1,2 cm/s exakt erhalten werden, ohne daß die Einstellung des Potentiometers 26 geändert werden müßte.
Fig. 3 verdeutlicht die Zeitpunkte der Erzeugung der Trigger-Impulse Ec, wenn der Frequenzgenerator 12 sechspolig ausgebildet ist. Der Frequenzgenerator erzeugt ein erstes Signal Ea mit sechs Perioden bei jeder Umdrehung des Motors. Wenn eine Trigger-Schaltung 16 benutzt wird, die nur auf eine Ranke der Impulse reagiert, werden die ersten Trigger-Impulse Ed an den Punkten Pl bis P6 im Abstand von Drehwinkeln von 60° erzeugt. Wenn eine auf beide Flanken der Impulse reagierende Trigger-Schaltung 18 benutzt wird, befinden sich die die zweiten Trigger-Impulse Ed erzeugenden Zeitpunkte Ql bis QIl im Abstand eines Drehwinkels von jeweils 30°.
Fig. 4 zeigt eine grafische Darstellung, in der die Zeitpunkte für die Erzeugung der Trigger-Impulse aus Fig. 3 auf die Zeitachse übertragen worden sind. Die Gerade P charakterisiert die Erzeugung der Trigger-Impulse bei einem Drehwinkel von jeweils 60°, entsprechend einer Bandgeschwindigkeit von 2,4 cm/s, und eine Gerade Q verdeutlicht die Erzeugung der Trigger-Impulse nach einem Drehwinkel von jeweils 30° bei einer Bandgeschwindigkeit von 1,2 cm/s. Fig. 4 verdeutlicht, daß die Anzahl der Trigger-Impulse Ec pro Zeiteinheit für beide Bandgeschwindigkeiten 2,4 cm/s und 1,2 cm/s gleich ist.
Fig. 5 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer Schaltungsanordnung für die Trigger-Schaltungen 16 und 18 sowie den Wahlschalter 20. Das vom Impulsformer 14 gelieferte Signal Eb gelangt auf einen Inverter 1O2 und auf den ersten Eingang eines NAND-G atters 16,. Der Ausgang des Inverters U2 ist mit dem zweiten Eingang des NAND-Gatters 16, über eine RC-Verzögerungsschaltung I63 verbunden. Der erste Trigger-Impuls EcI, der von dem NAND-Gatter 16, erzeugt wird, gelangt auf eine erste Torschaltung 20, über einen Inverter 16,. Das Detektionssignal Eb gelangt weiterhin auf jeweils einen Eingang von Exklusiv-oder-(EXOR)-Gattern 18, und IS2- Der Ausgang des EXOR-Gatters 18, ist mit dem zweiten Eingang des EXOR-Gatters I82 über eine RC-Verzögerungsschaltung I83 verbunden. Der zweite Trigger-Impuls EcL wird von dem zweiten EXOR-Gatter I82 erzeugt und gelangt auf eine zweite Torschaltung 2O2. Die Torschaltungen 2O1 und 2O2 können durch ein Steuersignal unwirksam geschaltet werden, so daß sie das Potential auf der Ausgangsleitung nicht mehr beeinflussen.
Die Trigger-Impulse Ec, die entweder durch den ersten Trigger-Impuls Ed oder durch den zweiten Trigger-Impuls Ed gebildet werden, werden von den Ausgängen der Torschaltungen 20, und 2O2 geliefert. Ein Steuersignal Ex gelangt auf den Steuereingang der zweiten Torschaltung 2O2. Ein Steuersignal Ex mit der entgegengesetzten Phase zu dem Steuersignal Ex gelangt auf den Steuereingang der ersten Torschaltung 20,. Das Steuersignal Ex wird durch Invertierung des Signals Ex mit Hilfe eines Inverters 2O3 erhalten. Das Steuersignal Ex entsteht durch Spannungsteilung oder durch das Ein- und Ausschalten einer positiven Spannung +Vcc, die dem Wert logisch »1« entspricht, wobei ein Widerstand 2O4 und ein Geschwindigkeitswahlschalter 20, verwendet werden. Wenn der Schalter 2O5 geöffnet ist, gilt Ex = 1 und Ex = 0. Dann wird die erste Torschaltung 20, leitend und die zweite Torschaltung 2O2 nicht-leitend, so daß Ec = Ed. Somit entsteht die Bandgeschwindigkeit von 2,4 cm/s. Wenn andererseits der Schalter 2O5 geschlossen ist, wird Ex = 0 und Ex = 1, und somit Ec = Ed. In diesem Fall ist die Bandgeschwindigkeit 1,2 cm/s.
Als Abwandlung des beschriebenen Ausführungsbcispieles kann, wenn der Motor 10 ein Gleichstrommotor ist, die elektromotorische Kraft des Motors 10
mit einer Brücke detektiert und A/D-gewandelt
werden, um das Detektionssignal Eb zu erhalten.
Hierzu 4 Blatt Zeichnungen io
30
35
45
65

Claims (4)

Patentansprüche:
1. Schaltungsanordnung zum Regeln der Drehzahl eines mit zwei Drehzahlen zu betreibenden Elektromotors mit einem ein Rechteck-Detektionssignal erzeugenden Drehzahlistwertgeber, dessen Periode von der Drehzahl des Motors abhängt, mit wenigstens zwei Impulsgeneratoren, welche aus dem Detektionssignal gebildete Trigger-Impulse abgeben und mit einem Wahlschalter, über welchen jeweils einer der Impulsgeneratoren mit dem Vergleicher eines Drehzahlreglers verbunden werden kann, wobei die Impulsgeneratoren für die Trigger-Impulse so ausgebildet sind, daß bei beiden Drehzahlen im eingeregelten Zustand die Trigger-Impulse gleiche Periode aufweisen, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Impulsgenerator (16) so ausgebildet ist, daß er nur bei einer Kante eines Impulses und der zweite Impulsgenerator (18) so, daß er bei beiden Kanten des Impulses des Rechteck-Detektionssignals einen Trigger-Impuls (Ed, EcZ erzeugt.
2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Impulsgenerator (18) ein erstes Exklusiv-Oder-Gatter (18,), dessen erstem Eingang das Detektionssignal (Eb) zugeführt ist, und dessen zweiter Eingang geerdet ist, ein zweites Exklusiv-Oder-Gatter (U2), dessen erstem Eingang das Detektionssignal (Eb) zugeführt ist und an dessen Ausgang die der zweite Impulsgenerator erzeugende Trigger-Impulse (EcI) anstehen, und eine erste Signal-Verzögerungsschaltung (183) aufweist, die zwischen den Ausgang des ersten Exklusiv-Oder-Gatters (18,) und einem zweiten Eingang des zweiten Exklusiv-Oder-Gatters (IS2) geschaltet ist.
3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Trigger-Impulsgenerator (16) ein Nand-Gatter (1O1, 164), dessen erstem Eingang das Detektionssignal (Eb) zugeführt ist und an dessen Ausgang die der erste Impulsgenerator erzeugende Trigger-Impulse (EcV) anstehen, und eine zweite Signal-Verzögerungsschaltung (162,163) zur Invertierung und Verzögerung des Detektionssignals (Eb) aufweist, dessen Ausgang mit dem zweiten Eingang des Nand-Gatters (I61, I64) verbunden ist.
4. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Auswahlschalter (20) eine erste Torschaltung (2O1), deren Eingang mit dem ersten Trigger-Impulsgenerator (16) verbunden ist, eine zweite Torschaltung (2O2), deren Eingang mit dem zweiten Trigger-Impulsgenerator (18) und deren Ausgang mit dem Ausgang der ersten Torschaltung (2O1) verbunden ist, und eine Steuersignalschaltung (2O3, 2O4, 2O5) aufweist, die ein erstes Steuersignal (Ex) auf die erste Torschaltung (20t) und ein zweites gegenüber dem ersten invertiertes Steuersignal (Ex), auf die zweite torschaltung (ZW2) leitet, wobei die Leitungsbedingung der beiden Torschaltungen (20, und 2O2) durch die logischen Zustände der beiden Steuersignale (Ex, Ex) bestimmt sind.
DE3042267A 1979-11-12 1980-11-08 Schaltungsanordnung zum Regeln der Drehzahl eines mit zwei Drehzahlen zu betreibenden Elektromotors Expired DE3042267C2 (de)

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