DE1077705B - Zaehlkettenstufe zur Zaehlung elektrischer Impulse und daraus aufgebaute Zaehlketten - Google Patents

Description

DEUTSCHES

Zählketten zur Zählung elektrischer Impulse werden seit langem im Fernmeldewesen, bei Fernmeßeinrichtungen, Nachrichtenspeichern und in elektrischen Rechenmaschinen benutzt. Derartige Zählketten sind in den erstgenannten Anwendungsgebieten meist aus elektromagnetischen Relais zusammengesetzte Schaltungen. In letzter Zeit wurden jedoch auch Zählketten aus elektronischen Schaltelementen, wie Röhren oder Transistoren, bekannt. Grundsätzlich wird natürlich beim Aufbau einer Zählkette versucht, mit möglichst wenigen Schaltelementen auszukommen. Es gibt jedoch eine eindeutig bestimmbare Mindestanzahl von Elementen für eine Zählkette bestimmter Zählkapazität. Oft ist es aber auch von Vorteil, eine etwas größere als die Mindestanzahl von Bauelementen zu benutzen, vor allem wenn es dadurch ermöglicht wird, die einzelnen Kettenstufen völlig gleichartig aufzubauen. Eine derartige Zählkette bietet den Vorteil, daß ihre Funktion sehr leicht zu übersehen ist und die einzelnen Stufen jederzeit untereinander oder gegen Ersatzstücke austauschbar sind.

Elektronische Zählketten haben den Vorteil, daß die in ihnen stattfindenden Vorgänge sich sehr schnell abspielen. Die in Frage kommenden Zeitabschnitte liegen in der Größenordnung von MiIIi- oder Mikrosekunden. Sollen mit einer Zähleinrichtung andere Einrichtungen, die zu ihrer Steuerung eine Leistung benötigen, gesteuert werden, so sind dazu elektronische Zählketten weniger geeignet. Außerdem verlangen bestimmte Anwendungsgebiete eindeutige Schalterstellungen, worunter zu verstehen ist, daß bei geschlossenem Schalter der Widerstand 0 und bei offenem Schalter ein unendlich großer Widerstand erzielbar ist. Für diese Aufgabe eignen sich elektronische Zählketten nur schlecht. Für viele Anwendungen auf dem Fernmeßgebiet sind außerdem die hohen Geschwindigkeiten elektronischer Zählketten gar nicht nötig. Derartige Aufgaben bleiben also zweckmäßig den elektromagnetischen Relais vorbehalten.

Es sind Zählkettenstufen zur Zählung elektrischer Impulse bekannt, die eine bistabile Schaltung aus zwei Relais anwenden.

Die Relais haben je zwei Wicklungen. Bei einem der Relais sind die beiden Wicklungen so angebracht, daß die von ihnen hervorgerufenen magnetischen Flüsse einander entgegenwirken. Die Schaltung der bekannten Zählkettenstufe weist einen Arbeitskontakt und einen Umschaltkontakt auf. Aus den weiter unten erläuterten Gründen soll die Aufgabe der Erfindung darm bestehen, den Aufbau einer Zählkettenstufe mit nur zwei Arbeitskontakten zu ermöglichen.

Die Kontakte normaler elektromagnetischer Relais unterliegen einer gewissen Abnutzung. Schon die Zählkettenstufe

zur Zählung elektrischer Impulse
und daraus aufgebaute Zählketten

Anmelder:

Siemens & Halske Aktiengesellschaft,

Berlin und München,
München 2, Wittelsbacherplatz 2

Wolfgang Michel, Karlsruhe-West,
ist als Erfinder genannt worden

normale Atmosphäre erzeugt Oxydschichten, so daß die Kontaktwiderstände im Laufe der Zeit sehr unterschiedlich werden. Es sind nun in einer Schutzgasatmosphäre arbeitende und dazu in einem beispielsweise Glasröhrchen eingeschmolzene Relaiskontakte bekannt. Allerdings stehen diese bekannten Kontakte nur als Arbeitskontakte zur Verfügung. Jedenfalls sind andere Kontakte noch mit technologischen Mängeln behaftet.

Die Erfindung geht von einer Zählkettenstufe zur Zählung elektrischer Impulse mit einer aus zwei Relais mit je zwei bei einem der Relais einander entgegengesetzt wirkenden Wicklungen bestehenden bistabilen Schaltung aus. Ihre kennzeichnenden Merkmale bestehen darin, daß eine erste Erregerwicklung eines Relais über einen Richtleiter und einen Schalter an eine Betriebsspannung anschließbar ist, daß ein Arbeitskontakt des Relais die genannte Erregerwicklung in Reihe mit einer Erregerwicklung eines zweiten Relais an die gleiche Spannung legt und daß eine entgegengesetzt zur ersten Erregerwicklung gepolte, zweite Erregerwicklung des ersten Relais parallel mit der zweiten Erregerwicklung des zweiten Relais durch einen Arbeitskontakt des zweiten Relais und den Schalter an die genannte Spannung gelegt wird.

Wie aus der weiter unten folgenden, näheren Beschreibung hervorgeht, können mit einer derartigen Zählstufe verschiedene Zählketten aufgebaut werden, die alle den Vorteil haben, aus völlig gleichartigen Stufen zusammengesetzt zu sein. Dazu können, weil die Schaltung der Einzelstufe nur mit Arbeitskontakten versehen ist, die eingangs erwähnten, unter Schutzgas arbeitenden Kontakte verwendet werden.

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Dadurch werden der Zählkette eine überaus große Funktionssicherheit und eine sehr große Lebensdauer verliehen. Die für die Zählkette vorgesehene Relaisart weist außerdem gegenüber den bekannten Relais geringere Schaltzeiten auf. Aber auch dann, wenn normale Relaisausführungen benutzt werden sollten, stellt die Anwendung von Arbeitskontakten einen Vorteil dar, denn Kontaktsicherheit und Ansprechgeschwindigkeit sind bei Arbeitskontakten durchweg besser als bei Ruhe- oder Umschaltkontakten.

Die aus diesen Zählstufen aufgebauten im folgenden beschriebenen Zählketten zählen vorzugsweise im dualen oder dualdekadischen (tetradischen) Zahlensystem. Im dualen Zahlensystem kann man mit s Zählstufen 2^Z— 1 Impulse zählen. Im tetradischen System werden für jede Dekade vier Zählstufen benötigt.

Es werden nun zwei Möglichkeiten gezeigt, eine Zählkettenstufe nach der Erfindung aufzubauen. In der ersten Art kann, wie bereits erwähnt, die erste Erregerwicklung eines der verwendeten Relais über einen Richtleiter und einen Schalter an eine Betriebsspannung gelegt werden. Ein Arbeitskontakt dieses Relais kann die genannte Erregerwicklung in Reihe mit der ersten Erregerwicklung eines zweiten Relais an die gleiche Spannung anlegen. Ein Arbeitskontakt des zweiten Relais kann im Verein mit dem genannten Schalter die entgegengesetzt zur ersten Erregerwicklung gepolte, zweite Erregerwicklung des ersten Relais mit der zweiten Erregerwicklung des zweiten Relais parallel an die genannte Spannung legen.

Nach einer weiteren Ausführungsform der Erfindung kann durch einen Schalter die erste, erregte Wicklung eines Relais über Richtleiter kurzgeschlossen werden. Durch den gleichen Schalter kann sowohl die zweite Erregerwicklung des genannten Relais über einen eigenen Arbeitskontakt als auch die erste Erregerwicklung eines zweiten Relais über einen Richtleiter an eine Betriebsspannung gelegt werden. Ein Arbeitskontakt des zweiten kann dessen Erregung aufrechterhalten, und die entgegengesetzt gepolte Abwurfwicklung des zweiten Relais kann durch den genannten Schalter an die Spannung anschließbar sein. Die Abwurfwicklung des zweiten Relais kann außerdem durch den Arbeitskontakt des ersten Relais über einen Richtleiter kurzgeschlossen sein. Ganz allgemein haben die in beiden Schaltungen vorgesehenen Richtleiter die Aufgabe, in denjenigen Zweigen, in denen sie eingefügt sind, den Stromfluß nur in einer Richtung zu gestatten. Ein in entgegengesetzter Richtung fließender Strom würde die Funktion der Schaltung stören.

Beide Zählstufen weisen ein gemeinsames Funktionsmerkmal auf. Beim Eintreffen eines ersten Zählimpulses wird ein Relais erregt und bleibt erregt bis zum Beginn eines zweiten Impulses. Mit dem Ende des ersten Zählimpulses wird ein zweites Relais entweder erregt oder stromlos, welcher je nach gewählter Schaltung verschiedene Zustand bis zum Ende des zweiten Impulses aufrechterhalten bleibt.

Mit beiden Zählkettenstufen können nun Zählketten aufgebaut werden, indem einer der Arbeitskontakte der Stufen zugleich auch als Schalter für eine nachfolgende Stufe dient. Mit Vorteil wird dabei der Arbeitskontakt des Relais mit zwei gleichsinnigen Erregerwicklungen benutzt. Wie aus der eingehenden Beschreibung hervorgehen wird, bringt es die Verwendung des genannten Arbeitskontaktes mit sich, daß jedes in der Kette folgende Relais mit der Rückil.-.:iki.· eines Steuerimpulses geschaltet wird. Diese Tatsache, daß die Zählstufen erst mit dem Ende einet· Impulses von dem einen in den anderen Zustand wechseln, kann als eine Speicherung eines vorher eingelaufenen Impulses bis zum Verschwinden einenächsten angesehen werden und z. B. beim Einsatz der Zählstufen in einem Addierwerk vorteilhaft ausgenutzt werden. Dies ist ein Vorteil der Erfindung gegenüber bekannten Flip-Flop-Stufen aus elektronisehen Bauelementen.

Im einzelnen können die Einzelstufen der Zählkette so miteinander verbunden werden, daß sie über einen Arbeitskontakt einer jeweils vorausgehenden Zählstufe hinsichtlich ihrer Ansteuerung in Reihe geschaltet sind.

Es ist aber auch möglich, daß die einzelnen Stufen der Kette über einen Arbeitskontakt der jeweils vorausgehenden Stufe parallel an die Betriebsspannung gelegt werden. Beide Zählketten können unter gewissen Voraussetzungen sowohl vor- als auch rückwärts zählen. An Hand von vier Zeichnungen und Zeitdiagrammen wird die Erfindung näher erläutert. Die Zeichnungen zeigen zum Teil in schematischer Darstellung bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung.

Die Fig. 1 stellt eine Zählkettenstufe der zuerst erwähnten Art dar. Mit s ist ein Schalter bezeichnet, der den Eingangssteuerimpuls hervorruft. Zu diesem Zweck ist der Schalter an ein Pluspotential gelegt. Der feste Kontakt des Schalters ist über einen Richtleiter R und eine erste Wicklung eines Relais A mit einem negativen Potential verbunden. Ein Arbeitskontakt α des Relais A schließt eine erste Wicklung eines Relais B an das positive Potential an. Der Ausgang der Erregerwicklung ist im Punkt P mit deiZuleitung zur ersten Wicklung des Relais A verbunden. Mit dem festen Kontakt des Schalters s ist der bewegliche Teil eines Arbeitskontaktes b des Relais B verbunden. An seinem festen Teil sind die zweite entgegengesetzt gewickelte Erregerwicklung des Relais A und die zweite Erregerwicklung des Relais B angeschlossen

Fig. 1 a zeigt das Zeitdiagramm dieser bistabilen Schaltung. Die Funktionsweise ist folgende: Schließt s. so zieht Relais A an. Der Kontakt α bereitet den Selbsthaltekreis für A und den Anzugskreis für Relais B vor. Solange s geschlossen ist, kann B nicht anziehen, weil der Punkt P praktisch das positive Potential hat. öffnet ^, so hält sich A über den eigenen Kontakt, und B zieht an. Beim Eintreffen des zweiten Impulses von s wird das Relais A durch Gegenstrom, der jetzt über den Kontakt b über die zweite Wicklung fließt, abgeworfen. Relais B hält sich, solange Kontakt s geschlossen ist, über seine zweite Wicklung, öffnet der Kontakt s wieder, so fällt auch das Relais B ab, und der Ausgangszustand ist wiederhergestellt.

Fig. 2 zeigt die bereits erwähnte zweite Variante der Erfindung. Es werden die gleichen Schaltelemente benutzt, die auch mit denselben Symbolen bezeichnet werden. Der Schalter s liefert, wenn er geschlossen wird, durch eine Verbindung mit einem positiven Potential einen Eingangsimpuls. Durch sein Schließen wird außerdem die vorher unter Strom stehende erste Wicklung des Relais B stromlos, weil das positive Potential über den Schalter .1 und die beiden Richtleiter R₂ und R₃ praktisch auch am Ausgang der ersten Erregerwicklung des Relais B liegt. Das Relais B hält sich aber über seinen Arbeitskontakt b und seine zweite Wicklung, während das Relais A über seine erste Wicklung erregt wird und anzieht. Damit

wird der Arbeitskontakt α des Relais A geschlossen, womit sich Relais A nun selbst hält. Beim Öffnen des Kontaktes s fällt das Relais B ab, weil seine erste Wicklung durch den Kontakt α und den Richtleiter R₃ kurzgeschlossen ist. Die zweite Wicklung des Relais B erhält bei offenem Schalter s keinen Strom mehr. Schließt der Schaltern zum zweiten Mal, wird das Relais A. durch Gegenstrom auf seine zweite Wicklung abgeworfen. Relais B kann noch nicht anziehen, weil seine erste Wicklung durch den Schalter .? und die beiden Richtleiter A₂ und R₃ umgangen wird. Beim abermaligen öffnen des Schalters s zieht das Relais S wieder an. Damit ist der Ausgangszustand wieder erreicht.

Fig. 2 a stellt das Zeitdiagramm der bistabilen Schaltung nach Fig. 2 dar. Bei einem Vergleich mit dem Zeitdiagramm nach Fig. 1 a kann bemerkt werden, daß die Schließungszeit des Relais B in der zweiten Schaltung um eine Schließdauer vorverlegt ist.

Beide Ausführungen der Zählkettenstufe benötigen zur Ansteuerung einen Schalter, der wiederum ein Arbeitskontakt eines Relais sein kann. Es besteht jedoch kein zwingender Grund, den Schalter s als mechanischen Kontakt auszuführen. Er kann deshalb jederzeit durch einen elektronischen Schalter, etwa eine Gasentladungsröhre oder einen Transistor, ersetzt werden. Es ist auch möglich, beide Zählstufen mit zusätzlichen Arbeitskontakten auszustatten, mit denen dann andere Einrichtungen, z. B. Anzeigeeinrichtungen für den jeweiligen Zustand der Zählstufe, gesteuert werden können.

In Fig. 3 wird eine Zählkette gezeigt, die aus Einzelstufen nach Fig. 1 zusammengesetzt ist. Die Symbole für die Schaltelemente der Stufen bleiben die gleichen, abgesehen davon, daß sie mit Indizes versehen sind, die die betreffende Zählstufe kennzeichnen. Die Indexzahlen sind der dualen Zählweise entnommen und stellen deshalb Potenzen von Zwei dar. Jede der Zählstufen hat zusätzlich zu dem aus Fig. 1 zu entnehmenden Arbeitskontakt b des Relais B einen zweiten Arbeitskontakt des gleichen Relais. Dieser zweite Kontakt, in Fig. 3 mit i>₁₂, b₂₂ usw. bezeichnet, tritt für alle der ersten Stufe folgenden Stufen an Stelle des Schalters s, der die betreffende Stufe an ein positives Potential anschließt.

Fig. 3 a stellt das Zeitdiagramm nach Fig. 3 dar. Es ist darin zu erkennen, daß mit einer Kette zu vier Stufen bis fünfzehn gezählt werden kann. Für den Ein- oder Auszustand jeder Stufe wird dabei nur die Stellung des jeweiligen Arbeitskontaktes b herangezogen. Im Zeitdiagramm sind die dualen Zahlen, die je nach Anzahl der Eingangsimpulse von der Zählkette angezeigt werden, durch kleine Kreise auf der Einschaltlinie der 5-Kontakte bezeichnet. Der Zahlenwert geht aus dem Index der betreffenden Stufe her- vor. Um die Anzahl der in die Kette eingegangenen Impulse zu ermitteln, sind alle Wertigkeiten der nach Beendigung eines Eingangsimpulses im Einzustand stehenden Stufen zu addieren. Eine besondere Anzeigevorrichtung ist in den Schaltskizzen nicht aufgenommen. Sie kann aber jederzeit an jede Stufe angeschlossen werden.

In Fig. 4 ist ein zweites Ausführungsbeispiel einer Zählkette nach der Erfindung gezeigt. Sie unterscheidet sich von der Zählkette nach Fig. 3 dadurch, daß sie nur einen Arbeitskontakt der Relais B_n benötigt. In ihr sind die Einzelstufen über den jeweiligen Arbeitskontakt b der vorangehenden Stufe hintereinandergeschaltet. Dadurch kann jede folgende Stufe nur dann angesteuert werden, wenn sowohl der Eingangsschalter ί der ganzen Kette als auch jeder vorangehende Arbeitskontakt b geschlossen ist.

In der Fig. 4 a ist das Zeitdiagramm einer Zählkette nach Fig. 4 gezeigt. Es unterscheidet sich vom Zeitdiagramm der Fig. 3 a vor allem durch die längere Überlappungszeit des eingeschalteten Zustandes der Arbeitskontakte α und b jeder Stufe.

Mit einer entsprechenden Erweiterung können beide Zählketten sowohl vorwärts als auch rückwärts zählen. Die Erweiterung besteht darin, daß die einfachen Arbeitskontakte b durch Umschaltkontakte ersetzt werden. Des weiteren ist dazu ein Wahlschalter nötig, der bei Richtungswechsel des Zählvorganges die Umschaltkontakte aus- und einschaltet.

Zum Löschen der in die Zählkette eingegangenen Impulse können Löschkontakte oder Löschschalter vorgesehen sein. Derartige Kontakte sind, weil für die Erfindung unerheblich, nicht eingezeichnet.

Claims (6)

Patentansprüche:

1. Zählkettenstufe zur Zählung elektrischer Impulse mit einer aus zwei Relais mit je zwei bei einem der Relais einander entgegengesetzt wirkenden Wicklungen bestehenden bistabilen Schaltung, dadurch gekennzeichnet, daß eine erste Erregerwicklung eines Relais (A) über einen Richtleiter (R) und einen Schalter (s) an eine Betriebsspannung anschließbar ist, daß ein Arbeitskontakt (α) des Relais (A) die genannte Erregerwicklung in Reihe mit einer Erregerwicklung eines zweiten Relais (B) an die gleiche Spannung legt und daß eine entgegengesetzt zur ersten Erregerwicklung gepolte, zweite Erregerwicklung des Relais (A) parallel mit der zweiten Erregerwicklung des Relais (B) durch einen Arbeitskontakt (b) des zweiten Relais und den Schalter (s) an die genannte Spannung gelegt wird.

2. Zählkettenstufe nach Anspruch 1, dahingehend abgewandelt, daß durch den Schalter (s) die erste, erregte Wicklung des Relais (B) über Richtleiter (R₂, R_s) kurzschließbar ist, daß durch den gleichen Schalter (s) sowohl die zweite Erregerwicklung des Relais (B) über den eigenen Arbeitskontakt (b) als auch die erste Erregerwicklung des Relais (A) über den Richtleiter (R₂) an die Betriebsspannung gelegt werden, daß der Arbeitskontakt (a) des Relais (A) dessen Erregung aufrechterhält und daß die entgegengesetzt gepolte Abwurfwicklung des Relais (A) durch den Schalter (Y) an die genannte Spannung zu legen und durch den Arbeitskontakt (b) des Relais (B) über einen Richtleiter (R₁) kurzschließbar ist.

3. Mit Zählkettenstufen nach Anspruch 1 oder 2 aufgebaute Zählkette, dadurch gekennzeichnet, daß als Schalter für jede der Eingangsstufe folgende Stufe einer der Arbeitskontakte der vorausgehenden Stufe verwendet ist.

4. Zählkette nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß als Schalter für jede der Eingangsstufe folgende Stufe der Arbeitskontakt des Relais mit zwei gleichsinnigen Erregerwicklungen der vorausgehenden Stufe verwendet ist.

5. Zählkette nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die einzelnen Stufen der Kette über einen Arbeitskontakt der jeweils vorausgehenden Stufe hinsichtlich ihrer Ansteuerung in Reihe geschaltet sind.

6. Zählkette nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die einzelnen Stufen der Kette über einen Arbeitskontakt der jeweils vorausgehenden Stufe parallel an die Betriebsspannung gelegt werden.

In Betracht gezogene Druckschriften: Electronic Engineering, Oktober 1954, S. 432 bis 435;

Journal of Scientific Instruments, Oktober 1952. 5 S. 339, 340.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

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