DE19512803C2 - Steuer- und Auswerteschaltung für Neigungsschalter - Google Patents

Description

Stand der Technik

Die Erfindung geht aus von einer Steuer- und Auswerteschaltung nach der Gattung des Hauptanspruches. Aus der DE 91 06 526 U1 ist bekannt, zu einem Neigungsschalter, bzw. Lageschalter, vorzugsweise mit einem wäßrigen Elektrolyt als Schaltflüssigkeit, beidseitig Widerstände und Dioden zu schalten, und den Lageschalter zur Auswertung des Schaltzustandes zwischen die Steuerstrecken zweier vorzugsweise antiparalell geschalteter Halbleiterschalter zu schalten. In einer Ausführungsvariante ist vorgesehen, die Reihenschaltung des Lageschalters mit den Widerständen, bzw. Dioden zwischen die antivalenten Ausgänge eines Wechselspannungsgenerators zu schalten, und den Spannungsabfall an den Widerständen einem NAND-Gatter zuzuführen. Die Halbleiterschalter, bzw. die dem NAND-Gatter nachgeschalteten Verstärkerstufen geben den direkten und/oder invertierten Schaltzustand des Lageschalters an ihren Ausgängen wieder. Dem Ausgang des NAND-Gatters ist zur Glättung des Ausgangssignales ein RC-Glied nachgeschaltet.

Aus der DE 42 18 560 C2 und der DE 42 40 870 A1 ist bekannt, einem Flüssigkeits- Neigungsschalter direkt, oder in Reihe mit einem Widerstand an eine Gleichspannungsquelle, oder an den Ausgang eines Wechselrichters anzuschließen, und das Schaltsignal dem Steuereingang eines Transistors oder FETs zuzuführen. Die Steuereingänge der Halbleiterbauelemente sind teilweise durch vorgeschaltete Widerstände und/oder Kondensatoren nach Masse abgeschlossen.

Aus der DE 93 14 686 U1 ist bekannt, einen Lageschalter mit einer elektronischen Anordnung zu versehen, die einen Wechselspannungsgenerotor bzw. Oszillator höherer Frequenz, z. B. einen Rechteckgenerator enthält, und einen der Schaltröhre nachgeschalteten Schaltstromverstärker. Der die Schaltröhre durchfließende Strom ist vorzugsweise ein periodischer Wechselstrom, der frei von Gleichstromanteilen ist. Letzteres wird erreicht, indem in Reihe mit der Schaltröhre ein Kondensator (sog Koppelkondensator) geschaltet wird.

Hauptzweck der o. st. Anmeldungen ist, mit elektronischen Mitteln den Lage- bzw. Neigungsschalter statt direkt mit hohen Schaltströmen, indirekt mit hinreichend kleinen Steuerströmen zu beaufschlagen, um das Schaltsystem zu schonen, und insbesonders bei quecksilberfreien Flüssigkeitsschaltern die Zersetzung bzw. Elektrotyse der Schaltflüssigkeit zu minimieren. Ferner werden mit den o. g. elektronischen Mitteln die Steuerströme so verstärkt bzw. umgesetzt, daß mittelbar hohe Schalt- bzw Arbeitsströme im Ausgangs- bzw. Lastkreis geschaltet werden können.

Eine weitergehende Aufbereitung, Selektion, oder Bewertung der Schaltsignale der Lage- bzw. Neigungsschalter findet bei den o. g. Anmeldungen nicht statt.

Vorteile der Erfindung

Die erfindungsgemäße Steuer-und Auswerteschaltung ist für den Gleichstrombetrieb konzipiert. Sie erfüllt gegenüber den bekannten Lösungen in vorteilhafter Weise mehrere komplexe Aufgaben.

Zum Ersten wird die Belastung der Schaltstrecke des Flüssigkeits-Neigungsschalters gegenüber den bekannten Lösungen sehr wirksam dadurch weiter verringert, daß der durch den Schalter fließende Wechselstrom von der ursprünglichen, generatorisch erzeugten Rechteckform in eine Impulsform umgewandelt wird, und daß bei diesem impulsförmigen Wechselstrom die Periodendauer groß gemacht wird gegenüber der Impulsdauer. Dies verringert den Effektivwert des Wechselstromes drastisch, und die tatsächlich Stromflusszeit durch die Schaltflüssigkeit kann gegenüber der Rechteckform nochmals um wenigstens eine Größenordnung kleiner gemacht werden. Die Zersetzung der Schaltflüssigkeit wird dadurch auch bei Lagzeitbeanspruchung vollständig verhindert.

Weil die Stromminimierung nicht, wie bei den bekannten Lösungen, über die Amplitude erreicht wird, braucht die elektronische Schaltung auch nicht so hochohmig gemacht werden. Dies verbessert die Störfestigkeit der gesamten Anordnung gegenüber elektromagnetischer und elektrostatischer Enstrahlung von Außen (EMV-Festigkeit).

Zum Zweiten werden durch elektronische Mittel die Schaltsignale einer Prüfung bzw. Bewertung unterzogen, und zwar auf zweifache Weise.

Erstens wird geprüft, ob nach einer Integration der Wechselstromimpulse mit einer vorgegebenen Zeitkonstante diese eine bestimmte Schwellenspannung erreichen. Wenn dies der Fall ist, wird ein DC-Schaltsignal erzeugt, das dann zweitens auf ausreichende Dauer bzw. Länge geprüft wird. In einer Ausführungsform wird diese zweite Prüfung auch noch für den Ein- und Ausschaltvorgang getrennt vorgenommen.

Beide Prüfungen zusammen ergeben eine wirksame Selektion der Schaltimpulse bzw. der Schaltvorgänge des Neigungsschalters, so daß fehlerhaftes Schaltverhalten, z. B. durch ungewollte Schaukelbewegungen der Schaltflüssigkeit, mit hoher Sicherheit vermieden wird. Die Prüfung auf Dauer bzw. Länge wird zusätzlich einstellbar gemacht, dadurch ist eine individuelle Anpassung des Neigungsschalters an den Arbeitsfall durch den Anwender möglich.

Zum Dritten wird das aufbereitete bzw. geprüfte Schaltsignal in einem Speicher abgespeichert, bei dem das Rücksetzen nicht automatisch mit dem Verschwinden des Schaltsignals erfolgt. Dies erfolgt anderweitig, z. B. willentlich. Erforderlich ist dies, wenn der Neigungsschalter z. B. als Sicherheitselement zur Vermeidung von gefährlichen Schieflagen bei mobilen Maschinen eingesetzt wird. Zusätzliche Sicherheit wird erreicht, indem das Rücksetzen nur möglich ist, wenn die den Setzvorgang auslösende Ursache zuvor beseitigt wurde.

Zum Vierten ist eine Vorteilhafte Ausgestaltung dadurch gegeben, daß wenigstens eine zweifache Anzeige des Signalzustands erfolgt, und zwar eine Erste, unverzögert und ohne Speicherung, z. B. zur Justage des Schaltwinkels bei der Montage des Neigungsschalters, und eine zweite, verzögert und/oder gespeichert, zur Optimierung der Stör- bzw. Funktionssicherheit der gesamten Anordnung im praktischen Einsatz.

Weitere Vorteile sind noch in den Ausführungbeschreibungen ausgeführt.

Zeichnungen.

Fig. 1 zeigt im Blockschaltbild das Funktionsprinzip der Steuer-und Auswerteschaltung gemäß der Erfindung, in

Fig. 2, 3 und 4 sind Ausführungsbeispiele dargestellt.

Beschreibung Fig. 1

Von einer Minus- bzw. Masseschiene 2 und einer Plus-Schiene 3 und ihren Verzweigungen werden paralell folgende Funktionsblöcke mit Betriebsspannung versorgt:

Ein Rechteckgenerator 4, ein Schaltstromverstärker 9, ein Schaltverstärker 15, ein Zeitverzögerungsglied 18, ein Speicher 22, und ein Endverstärker 25. Zwischen dem Rechteckgenerator 4 und dem Schaltstromverstärker 9 ist der Neigungsschalter 1 in Reihe mit dem Differenzierglied 5 + 6 geschaltet. Der Neigungsschalter 1 wird als im Ruhezustand offen angenommen, d. h. die Kontakte 7 + 8 sind nicht verbunden. Zwischen die Verstärker 9 + 15 ist ein kombinierter Funktionsblock Gleichrichter 12 + Integrator 13 eingeschoben. Vom Rechteckgenerator 4 beginnend, bis zum Endverstärker 25 sind alle Funktionsblöcke durch einen Signalpfad verbunden, dargestellt durch die obere der horizontalen Linien zwischen den Versorgungsschienen 3 und 2. Vom invertierenden Ausgang 17 des Schaltverstärkers 15 führt ein zweiter Signalpfad über eine Taste 23 zum Rücksetzeingang R des Speichers 22. Das Zeitverzögerungsglied 18 ist über die Leitung 20 mit einem Stellglied 19 verbunden. Am Ausgang 10 des Schaltstromverstärkers 9 ist ein erstes Anzeigeelement 11, an dem Ausgang des Endverstärkers 25 ein zweites Anzeigeelement 26 angeschlossen.

Für die Erfindung unwesentlich ist die praktische Ausführung der einzelnen Funktionsblöcke. Diese sind weitgehend Stand der Technik, und dem Fachmann bekannt. Die Erfindung erstreckt sich vielmehr auf die typische Formgebung des Schaltstromes, das spezifische Zusammenwirken der der Funktionsblöcke, und die Auswertung und Optimierung des Schaltsignals für Steuerungszwecke und Überwachungszwecke.

Die Rechteckspannung des Generators 4 wird durch Differentiation umgewandelt in einen impulsförmigen Wechselstrom. Die Differentiation wird bewirkt durch den Kondensator 5 und den Widerstand 6. Diese bilden zusammen das Differenzierglied. Der Vorteil der Impulsform gegenüber der Rechteck-, oder ggf. Sinus- oder Dreieckform besteht darin, daß der für die Schädigung der Schaltflüssigkeit vor allem maßgebliche Effektivwert des über den Schalter einfließenden Stroms allein schon damit sehr klein gehalten werden kann, daß die Impulsdauer gegenüber der Periodendauer klein gemacht wird. Kann, wie bei den bekannten Lösungen, der Effektivwert nur über die Amplitude niedrig gehalten werden, dann muß der Schaltstromverstärker 9 sehr empfindlich und der gesamte Schaltstrompfad sehr hochohmig gemacht werden. Dies stellt nicht nur höhere Anforderungen an den Verstärker, den Neigungsschalter und die Isolation (Kriechstromfestigkeit, Feuchteeinfluss) sondern verschlechtert vor allem auch die Störfestigkeit. Bei der vorliegenden Lösung ist die Anfälligkeit z. B. gegenüber Brumm-Einstreuungen minimal, es ist hier z. B. ohne Weiteres möglich, den Neigungsschalter 1 räumlich getrennt über längere Zuleitungen zur Schaltung zu betreiben.

Ein weiterer Vorteil der Anordnung mit dem in Reihe zum Schalter 1 geschalteten Differenzierglied ist, daß der über den Schalter fließernde Strom in jedem Fall völlig frei ist von Gleichstromanteilen, die sonst z. B. bereits bei geringfügiger Unsymmetrie der Rechteckspannung, oder bei Ungleichheit von Dioden- oder Transistorbasisstrecken im Schaltstromkreis auftreten. Gleichstromanteile im Schaltstrom begünstigen die Schädigung der Schaltflüssigkeit außerordentlich. Der Schaltstromverstärker 9 liefert an seinem Ausgang 10 ein positives und/oder negatives Spannungsäquivalent zum Eingangsstrom. Dieses Spannungsäquivalent wird einer Gleichrichter-Integrator-Kombination 12 + 13 zugeführt. Der Gleichrichter ist vorzugsweise ein Einweg-Gleichrichter. Der Intergrator kann passiv oder aktiv, z. B. mit Operationsverstärkern, aufgebaut sein. Seine Lade- und Entlade-Zeitkonstanten sind vorzugsweise verschieden voneinander, letztere größer als die erste. Der Schaltverstärker 15 schaltet erst, wenn die Integrator-Ausgangsspannung dessen Schaltschwelle übersteigt. Der Integrator 13 integriert die Impulse zu einem statisch auswertboren DC-Pegel.

Zusätzlich werden durch die Ladezeitkonstante bereits die Fehlimpulse am Integrator abgefangen, die auf kurzzeitiges fehlerhaftes Schließen des Neigungsschalters 1 zurückgehen, oder anderweitig durch Einstreuung auftreten.

Durch die Entladezeitkonstante wird bereits das Fehlverhalten abgefangen, das durch kurzzeitiges fehlerhaftes Öffnen des Neigungsschalters entstehen kann. Die beiden Zeitkonstanten bilden das erste Prüfkriterium für das Schaltsignal. Mit dem nichtinvertierten Ausgangssignal des Schaltverstärkers 15 wird das Zeitverzögerungsglied 18 gesetzt. Es ist beispielsweise aufgebaut aus retriggerbaren, rücksetzbaren Monoflops, oder aus einem rücksetzbaren Schieberegister. Das Schaltsignal erscheint an dessen Ausgang 21 um eine Zeit versetzt, die mit dem Stellglied 19 einstellbar ist. Das Stellglied ist entweder direkt ein Potentiometer, oder z. B. ein Taktgenerator, dessen Taktfrequenz einstellbar ist.

Mit dem invertierten Ausgangssignal des Schaltverstärkers wird das Zeitverzögerungsglied 18 zurückgesetzt. Die Kombination des Zeitverzögerungsglieds mit dem Schaltverstärker in dieser Weise ergibt für das Schaltsignal eine Prüfstrecke, mit der Prüfung auf Zeit- bzw. auf ausreichende Länge. Nur wenn das Schaltsignal auf der Leitung 16 länger absteht, als die eingestellte Verzögerungszeit, erscheint es auf der Leitung 21 und setzt den Speicher 22 über dessen S-Eingang. Die Verzögerungszeit ist somit das zweite Prüfkriterium für das Schaltsignal. Ist das Signal kürzer, wird es durch das Signal auf Leitung 17 und den R-Eingang von 18 wieder gelöscht, solange es sich noch auf dem Durchmarsch befindet. Diese Prüfung des Schaltsignals lässt sich grundsätzlich auch noch mit anderen, hier nicht dargestellten Anordnungen erreichen, indem z. B. dem Schaltverstärker 15 direkt ein JK-Flipflop nachgeschaltet wird, dessen Takteingang von einem durch das Schaltsignal getriggerten Monoflop angesteuert wird.

Mit dieser Prüfung auf Zeit erreicht man eine sehr effektive Auswertung bzw. Selektion der Schaltsignale hinsichtlich ihres zufälligen oder gewollten Zustandekommens, indem als Meldeelement, inbesondere im mobilen Einsatz, wird durch diese Aus- bzw. Bewertung wesentlich gesteuert. Gegenüber anderen Lösungen, z. B. der Filterung des Schaltsignals o. ä. hat diese Methode zusätzlich den Vorzug, daß sie vorgeschichtsunabhängig arbeitet. Es können z. B. vor einem "richtigen" Impuls beliebig viele "falsche" kommen, ohne daß sich an dem Prüfkriterium irgend etwas ändert, d. h., es kann kein falsches Signal durchschlüpfen, weil vorher schon ein paar Signale mit vorbereitender, d. h. das Prüfkriterium ändernder Wirkung da waren.

Ist der Speicher 22 durch ein solchermaßen geprüftes Signal gesetzt, steuert dieser über Leitung 24 den Endverstärker 25, und damit das Anzeigeelement 26 an. Dieses kann außer einer Lampe zusätzlich oder alternativ z. B. sein, eine Hupe, ein Relais, ein Magnetventil, ein Hubmagnet o-ä-.

Das Rücksetzen des Speichers 22 geschieht vorzugsweise nicht automatisch mit dem Öffnen des Neigungsschalters 1. Insbesonders beim Einsatz des Neigungsschalters als Gefahrenmelder, z. B. beim Erreichen einer unzulässigen Schieflage einer mobilen Maschine, ist es aus Sicherheitsgründen angezeigt, das Rücksetzen der Gefahrenmeldung erst nach einer willentlichen Prüfung vorzunehmen. Um Irrtümer bei der Prüfung oder Mißbrauch auszuschließen, muß aber gleichzeitig gewährleistet sein, daß der Speicher 22 tatsächlich erst dann zurückgesetzt werden kann, nachdem die Gefahr beseitigt wurde. Erst dann darf das Anzeigelement erlöschen. Dies wird erreicht, indem in den Rücksetzpfad des Speichers 22 ein Schalter 23 eingefügt wird, dieser aber erst aktiv werden kann, wenn der Neigungsschalter wieder in der Ausgangslage, d. h. im Ausgangszustand ist. Dem Schalter wird hierzu das invertierte Ausgangssignal des Schaltverstärkers 15 zugeführt. Leitung 17 bleibt solange spannungslos, und damit der Schalter 23 inaktiv, bis der Schaltverstärker tatsächlich zurückgeschaltet hat.

Eine andere Methode ist, das Rücksetzsignal für den Speicher 22 gegenüber dem Setzsignal nachrangig zu machen. Eine Lösung hierzu wird im Ausführungsbeispiel Fig. 3 gezeigt. Bei der Anwendung der gesamten Anordnung Fig. 1 in der Praxis muß der Neigungsschalter bezüglich seiner Winkellage und die Auswerteschaltung bezüglich ihrer Selektionseigenschaften dem Individualfall angepasst werden können. Letzteres geschieht mit dem Stellglied 19 unter Beobachtung der Anzeige 26. Die Einstellung der Winkellage, ebenfalls mit der Anzeige 26 ist unbefriedigend, weil der Schaltzustand des Neigungsschalters stets nur nach der Selektion, d. h. verzögert angezeigt wird.

Erfindungsgemäß ist deshalb ein zweites Anzeigeelement 11 vorgesehen, das vor dem Integrator 13 vorzugsweise am Ausgang des Schaltstromverstärkers angeschlossen wird, und das den Schaltzustand spontan, bzw. unverzögert anzeigt.

Bei Anwendungen, bei denen z. B. keine schnellen Bewegungen, Erschütterungen, Stöße, Schwingungen o. ä. auf den Neigungsschalter einwirken, kann auf das Zeitverzögerungsglied 18 verzichtet werden. Zur Beseitigung "falscher" Schaltimpulse genügt dann der Integrator 13 allein. In diesem Fall wird der Setzeingang S des Speichers 22 mit dem Ausgang des Schaltverstärkers 15 direkt verbunden, dargestellt durch die gestrichelte Linie 16.

Die nachfolgenden Ausführungsbeispiele sind im Wesentlichen und für den Fachmann verständlich auf das Blockschema Fig. 1 rückführbar. Die weitere Beschreibung der Ausführungsbeispiele beschränkt sich deshalb auf das Wesentliche, Neue oder Vorteilhafte.

Beschreibung Fig. 2

Das Schaltbild Fig. 2 ist das genaue, realisierte Äquivalent zum Blockschaltbild Fig. 1 Zwischen den Plus- und Masseschienen 3 u. 2 sind angschlossen, bzw. angeordnet:

• 1. 1.) Der Rechteckgenerator, bestehend aus zwei Invertern 40 und 41, dem Kondensator 42 und den Widerständen 43 und 44, in einer bekannten Standardschaltung (s. auch Stand der Technik, G 91 06 526.7, Fig. 4).
  Der Rechteckgenerator liefert eine Rechteckspannung an,
• 2. 2.) das Differenzierglied, bestehend aus der Reihenschaltung von Kondensator 5 mit dem Widerstand 6, und dem Widerstand 47. Sind die, Kontakte 7 und 8 des Neigungsschalters 1 durch die Schaltflüssigkeit überbrückt (entspricht der Arbeitslage), liefert das Differenzierglied Wechselstrom-Schaltimpulse an den Eingang des Schaltstromverstärkers 48.
• 3. 3.) Der Schaltstromverstärker 48. Er besteht ebenfalls aus einem Inverter.
  Zweckmäßigerweise sind sämtliche Inverter in Fig. 2 realisiert, mit einem handelsüblichen IC, vorzugsweise einem 6-fach-Inverter in CMOS-Technik. Da dessen Eingänge im Megaohmbereich liegen, und wegen der Inverterfunktion, ist der Eingangswiderstand des Inverters 48 als realer Widerstand 47 ausgeführt, und nach Plus geschaltet.
  In dieser Anordnung liefert der Schaltstromverstärker positive Spannungsimpulse an.
• 4. 4.) die Gleichrichter-Integrator-Kombination, bestehend aus der Reihenschaltung des Widerstandes 49 mit der Diode 50 und dem Kondensator 52 nach Masse. Zum Widerstand 49 und der Diode 50 liegt der Widerstand 51 paralell. Der Widerstand 49 bestimmt im Wesentlichen die Lade-, der Widerstand 51 die Entladezeitkonstante des Integrators, wobei vorausgesetzt und vorteilhaft ist, daß Widerstand 51 < gegen Widerstand 49 ist.
  Bei geeigneter Wahl dieser Widerstände wird der integrierende Kondensator 52 von regulären, periodisch eintreffenden Impulsen nach t = ∞ auf seinen Maximalwert, z. B. auf 60% der Speisespannung aufgeladen. Treffen keine, oder nur einzelne Fehlimpulse ein, erreicht der integrierende Kondensator dieses Spannungsniveau nicht.
• 5. 5.) Der Schaltverstärker 59. Er besteht aus zwei Invertern 55 und 56 und zwei Widerständen, 54 und 57, besitzt eine definierte Schaltschwelle, die z. B. bei 50% der Speisespannung liegt. Die dargestellte Schaltung der Elemente 54 bis 57 ergeben eine Schmitt-Trigger- Standardschaltung, die dem Fachmann bekannt ist, und auf deren weitere Beschreibung verzichtet wird.
  Der Schaltverstärker, bzw. hier Schmitt-Trigger 59 gibt ein H-Signal an das nachfolgende Zeitverzögerungsglied 60, wenn der integrierende Kondensator 52 dessen Schaltschwelle (50% von Ub) erreicht hat.
• 6. 6.) Das Verzögerungsglied 60. Es besteht hier aus zwei Monoflops, die in ebenfalls bekannter Schaltung als Verzögerungsstrecke in Reihe geschaltet sind. Die Schaltzeit des ersten Monoflops ergibt die Verzögerungszeit t. Diese wird in ebenfalls bekannter Weise bestimmt durch den Kondensator 61, und den Widerstand 62. Letzterer ist als Potentiometer ausgeführt, und dient als Geber zur Vorgabe der Zeit t. Der Rücksetzeingang R, gemeinsam für beide Monoflops, ist verbunden mit dem invertierenden Ausgang 58 des Schaltverstärkers 59. Sobald dieser zurückschaltet, wird der Ausgang 58 high, und setzt die Monoflopkette unverzögert auf Ausgangssignal low. Wird vor der Zeit t nicht rückgesetzt, erscheint am Ausgang Q des zweiten Monoflops das geprüfte Schaltsignal als positiver Impuls.
• 7. 7.) Der Speicher 63. Er besteht aus zwei NOR-Gattern 64 und 65, und den Widerständen 67 und 68, die in ebenfalls bekannter Weise zum RS-Flipflop verschaltet sind. Der Speicher wird über seinen Setzeingang S vom Ausgang Q gesetzt, kann aber von diesem nicht rückgesetzt werden. (high-Dominanz der NOR-Eingänge). Am Speicherausgang 66 erscheint bleibend L-Signal.
  Das Rücksetzen erfolgt über Eingang R. Dieser ist über den Schalter 23 verbunden mit dem invertierenden Ausgang 58 des Schaltverstärkers 59. Wird der Schalter 23 betätigt, dann bleibt dies solange ohne Wirkung, wie der Ausgang 58 low ist, d. h. der Neigungsschalter 1 . nicht wieder geöffnet hat. Erst nach dessen Öffnen kann rückgesetzt werden.
• 8. 8.) Der Endverstärker. Er besteht aus dem pnp-Transistor 71 und dem Widerstand 70, der zwischen der Basis des Transistors und dem Ausgang 66 des Speichers 63 geschaltet ist. Der Transistor wird leitend, sobald der Speicher 63 gesetzt ist, d. h., am Ausgang 66 low-Signal erscheint. Verstärker-Ausgang ist der Kollektor.
• 9. 9.) Die Anzeigeelemente. Sie sind einmal als Glühlampe 26 und einmal als Leuchtdiode 46 mit Vorwiderstand 45 ausgeführt. Erstere liegt zwischen dem Kollektor des Transistors 71 und Masse, Letztere liegen als Reihenschaltung zwischen dem Ausgang des Schaltstromverstärkers 48 und Masse.
  Die Gesamtfunktion der Schaltung Fig. 2 und die Darstellung der unselektierten, und der selektierten Schaltsignale mit den beiden Anzeigeelementen ist bereits ausreichend erläutert in der Beschreibung zu Fig. 1.

Beschreibung Fig. 3.

Die Schaltung Fig. 3 ist geeignet für Anwendungen, bei denen der Neigungsschalter keine, oder nur wenige fehlerhafte Schaltimpulse produziert, d. h., also kaum Stößen, Schwingungen oder Ä. ausgesetzt ist. Das Zeitverzögerungsglied zur sekundären Selektion der Schaltimpulse kann deshalb entfallen.

Vorteil der Schaltung ist, daß sie mit sehr geringem Bauelementeaufwand auskommt, d. h. kostengünstig ist. An aktiven Bauelementen, bzw. Halbleitern werden nur ein IC, zwei Dioden und zwei Transistoren benötigt. Da das Zeitverzögerungsglied fehlt, kann auch auf das Anzeigeelement hinter dem Schaltstromverstärker 81 verzichtet werden.

Bis zu Neigungsschalter 1 ist die Schaltung mit Fig. 2 identisch. Der Schaltverstärker 86 ist mit nur einem Inverter realisiert. Wegen der dadurch bedingten Inversion des Schaltsignals ist zur Korrektur der vorangehende Teil, nämlich der Schaltstromverstärker 81 mit Widerstand 80, und die Gleichrichter-Integrator-Kombination 82-84 negativ aufgebaut. Die Funktion dieses Teils ist jedoch sinngemäß wie bei der Schaltung Fig. 2.

Als Speicher und gleichzeitig Endverstärker dienen zwei Transistoren in Selbsthalteschaltung, Elemente 87 bis 94. Diese Schaltung ist dem Fachmann ebenfalls bekannt, auf eine detaillierte Beschreibung wird daher verzichtet.

Der Speicher wird über den Widerstand 87, der zwischen die Basis von Transistor 89 und den Ausgang des Schaltverstärkers geschaltet ist, gesetzt, und über die Rückführung Widerstand 93 und Diode 94, im gesetzten Zustand gehalten. Die Diode 94 erfüllt die Funktion einer ODER-Verknüpfung an der Basis des Transistors 89 für das Schalt- und für das rückgeführte Signal. Vorzugsweise wird noch Widerstand 93< Widerstand 87 gemacht, der Speicher kann dann vom Schaltverstärker 86 nicht rückgesetzt werden. Das Rücksetzen erfolgt durch Schließen des Schalters 23. Punkt R wird auf Masse gesetzt, d. h. das Rückführungssignal kurzgeschlossen. Dies führt jedoch tatsächlich nur dann zum Rücksetzvorgang, wenn gleichzeitig das Setzsignal verschwunden ist. Wegen Diode 94 ist dieses bevorrechtigt, bzw. im H-Zustand dominant.

Das Anzeigeelement 26 und seine Funktion ist mit Schaltung Fig. 2 wiederum indentisch.

Beschreibung Fig. 4.

Die Schaltung Fig. 4 ist geeignet für Anwendungen, bei denen das Rücksetzen des Speichers nicht willentlich, vorzugsweise manuell erfolgen soll, wie in den vorangegangenen Beispielen, sondern automatisch, d. h. gesteuert vom Neigungsschalter bei dessen Rückkehr in die Ruhelage. Vorteilhafterweise werden dabei die Rücksetz-Schaltimpulse dem gleichen Prüfprinzip unterworfen, wie die Setzimpulse im Beispiel der Fig. 2.

Bis zum Schaltverstärker 59 ist die Schaltung mit Fig. 2 identisch, ebenfalls identisch mit Fig. 2 ist der Speicher 63, der Endverstärker 70 +-71 und die Anzeigeelemente 26, 45 + 46 und deren Funktion. Neu sind der gesteuerte Rücksetzpfad und nunmehr zwei Zeitverzögerungsglieder 100 und 101, die mit Schieberegistern realisiert sind, sowie die Erzeugung von zwei Verzögerungszeiten mit 2 Taktgebern 104 bis 108 und 110 bis 114.

Das Schieberegister 100 liegt mit seinem Data-Eingang D am Ausgang 103, mit seinem Rücksetzeingang R am invertierenden Ausgang 102 des Schaltverstärkers 59. Sein Ausgang Q ist mit dem Setzeingang S des Speichers 63 verbunden.

Das Schieberegister 101 ist mit seinem Data- und mit seinem Rücksetzeingang komplementär zum Schieberegister 100 an den Ausgängen des Schaltverstärkers 59 angeschlossen. Sein Ausgang Q ist mit dem Rücksetzeingang R des Speichers 63 verbunden.

Die Clock-Eingänge C der beiden Schieberegister werden über die Leitung 109 und 115 von den beiden Takt-Generatoren 104 bis 108, bzw. 110 bis 114 als Geber angesteuert. Diese Taktgeneratoren sind zweckmäßigerweise gleich aufgebaut wie der Rechteckgenerator 40 bis 44, in der Frequenz jedoch nicht fest, sondern mit den Potentiometern 107 und 113 einstellbar.

Die mit den Schieberegistern 100 und 101 erzeugten Verzögerungszeiten ergeben sich unmittelbar aus der Periodenzeit der Takte, dividiert durch die Stellenzahl des jeweils benutzten Q-Ausgangs des Schieberegisters. Damit besteht bei dieser Schaltung die Möglichkeit, die Verzögerungszeiten digital darzustellen, bzw. anzuzeigen.

Ist die Verzögerungszeit, bzw. Prüfzeit für das Setz- und das Rücksetzsignal stets gleich, genügt ein Taktgenerator. Die Clock-Eingänge C der Schieberegister 100 und 101 werden dann zusammen an den Ausgang eines Taktgenerators angeschlossen.

Die Prüfung bzw. Selektion der Schaltsignale erfolgt sinngemäß gleich wie bei der Monoflop- Kette 60 in Fig. 2. Ein in den Data-Eingang D des Schieberegisters 100 eingespeistes Schaltsignal durchläuft dieses im Rhythmus des eingegeben Takts. Schaltet der Schaltverstärker 59 wieder zurück, bevor das in der Kette befindliche Signal den Ausgang Q erreicht, erhält dessen Rücksetzeingang R des Schieberegisters 100 vom Ausgang 102 H- Signal. Das im Schieberegister befindliche Signal wird dann gelöscht, analog zur Fig. 2 hat es somit die Prüfung nicht bestanden.

In derselben Weise geschieht die Prüfung des Rücksetzsignals mit dem Schieberegister 101. Geht der Neigungsschalter 1 in seine Ruhelage zurück, setzen die Stromimpulse aus, und der integrierende Kondensator 52 wird über den Widerstand 51 entladen. Ist dessen Spannung unter die Schaltschwelle des Schaltverstärkers 59 gefallen, schaltet dieser zurück, d. h., Ausgang 102 wird high, Ausgang 103 low. Das jetzt am Dataeingang D des Schieberegisters 101 entstehende H-Rücksetzsignal durchläuft dieses im Rhythmus des Takts, der über die Leitung 115 eingegeben wird. Behält der Neigungsschalter 1 bzw. der Schaltverstärker 59 den Aus-Zustand solange bei, bis das H. Signal den Ausgang Q des Schieberegisters erreicht hat, wird der Speicher 63 über dessen Eingang R zurückgesetzt,' die Anzeige 26 erlischt. Dauert der Auszustand des Neigungsschalters 1, z. B. aufgrund eines Stoßes oder einer Schwingung nur kurzzeitig, d. h. kürzer als die Laufzeit des H-Rücksetzsignals im Schieberegister 101, dann wird dieses über den Ausgang 103 weiterlaufende H-Setzsignal gelöscht, bevor es den Ausgang Q erreicht. Analog zu oben hat es dann die Prüfung nicht bestanden, das Rücksetzen des Speichers 63 unterbleibt, die Anzeige 26 erlischt nicht. Insgesamt erreicht man damit sowohl für die Einschalt-, als auch für die Ausschalt-Funktion der Schaltung nach Fig. 4 eine optimale qualitative Verbesserung gegenüber Fehlverhalten. bzw. Störungen des Neigungsschalters 1.

Claims (24)

1. Steuer- und Auswerteschaltung für Neigungsschalter mit einem Wechselsspannungsgenerator, vorzugsweise einem Rechteckgenerator, und einem dem Neigungsschalter nachgeschalteten Schaltstromverstärker, wobei der Neigungsschalter vorzugsweise von einem periodischen Wechselstrom durchflossen ist, dadurch gekennzeichnet, daß der den Neigungsschalter durchfließende Wechselstrom impulsförmig ist.

2. Steuer- und Auswerteschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß dem Ausgang (den Ausgängen) des Wechselspannungsgenerator mindestens ein Differenzierglied (5 + 6) nachgeschaltet ist.

3. Steuer- und Auswerteschaltung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Differenzierglied aus der Reihenschaltung eines Kondensators (5) und eines diskreten ohmschen Widerstandes (6) besteht.

4. Steuer- und Auswerteschaltung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß dem Schaltstromverstärker (9) ein Integrator (12 + 13) nachgeschaltet ist.

5. Steuer- und Auswerteschaltung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß dem Integrator ein weiterer Schaltstromverstärker mit einer definierten Schwellenspannung, z. B. ein Schmitt-Trigger (59), nachgeschaltet ist.

6. Steuer- und Auswerteschaltung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zur Auswertung oder Selektion der Schaltsignale diese einer Prüfung auf Signaldauer unterworfen werden.

7. Steuer- und Auswerteschaltung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Auswerteschaltung zur Selektion, bzw. Prüfung der Schaltsignale wenigstens ein Zeitverzögerungsglied (18) aufweist, und daß die Verzögerungszeit, des Zeitverzögerungsgliedes mit einem Stellglied (19) veränderbar ist.

8. Steuer- und Auswerteschaltung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Zeitverzögerungsglied (18), aus einem oder mehreren rücksetzbaren Monoflops (60) (60) besteht, und das deren Rücksetzeingang (R) mit dem Q-Ausgang (58) des Schaltverstärkers (59) verbunden ist.

9. Steuer- und Auswerteschaltung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Stellglied (19) ein Potentiometer (62) ist.

10. Steuer- und Auswerteschaltung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Zeitverzögerungsglied (18) ein Schieberegister (100) ist, dessen Dataeingang (D) mit dem Q-Ausgang (103) und dessen Rücksetzeingang (R) mit dem Q-Ausgang (102) des Schaltverstärkers (59) verbunden ist.

11. Steuer- und Auswerteschaltung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Schieberegister (100) von einem Taktgeber (104-108) gesteuert wird, dessen Taktzeit mit einem Potentiometer (107) veränderbar ist.

12. Steuer- und Auswerteschaltung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Auswerteschaltung zur Speicherung des Schaltsignals einen Speicher (22) mit einem Rücksetzeingang (R) aufweist.

13. Steuer- und Auswerteschaltung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Speicher aus einem RS-Flipflop (63) besteht, das vorzugsweise aus zwei NOR-(64, 65) oder NAND-Gattern aufgebaut ist.

14. Steuer- und Auswerteschaltung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Speicher mit Transistoren in einer Selbsthalteschaltung(88-94) aufgebaut ist.

15. Steuer- und Auswerteschaltung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Speicher mit einem GTO-Thyristor realisiert ist.

16. Steuer- und Auswerteschaltung nach Anspruch 12 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß am Rücksetzeingang (R), bzw. Gate ein Rücksetzsignal nur dann zur Verfügung steht oder wirksam wird, wenn der Neigungsschalter in seine Ausgangs- bzw. Ruhelage zurückgekehrt ist.

17. Steuer- und Auswerteschaltung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß das Rücksetzsignal am invertierenden Ausgang Q(17, 58, 102) des Schaltverstärkers (15, 59) abgenommen wird.

18. Steuer- und Auswerteschaltung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß das Setzsignal für den Speicher gegenüber dem Rücksetzsignal dominant oder bevorrechtigt ist.

19. Steuer- und Auswerteschaltung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß dem Eingang des Speichers (88-94) eine ODER-Verknüpfung (87, 94) vorgesetzt ist.

20. Steuer- und Auswerteschaltung nach einem der Ansprüche 12 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß das Rücksetzsignal dem Speicher über einen, von der übrigen Schaltung unabhängigen Kontakt (23) zugeführt wird.

21. Steuer- und Auswerteschaltung nach einem der Ansprüche 12 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß das Rücksetzsignal dem Speicher zeitverzögert über ein zweites Verzögerungsglied(101) zugeführt wird.

22. Steuer- und Auswerteschaltung nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Zeitverzögerungsglied (101) und dessen Stellglied (110 bis 114) prinzipiell gleich aufgebaut ist, wie das erste (100), daß dessen Setz- bzw. Dataeingang (D) und dessen Rück­ setzeingang (R) komplementär zu den Eingängen des ersten Zeitverzögerungsgliedes (100) an den Q- und Q Ausgängen (103 und 102) des Schaltverstärkers (59) angeschlossen sind, und daß dessen Ausgang (Q) mit dem Rücksetzeingang (R) des Speichers (63) verbunden ist.

23. Steuer- und Auswerteschaltung nach Anspruch 21 oder 22, dadurch gekennzeichnet, daß die Verzögerungszeit des zweiten Verzögerungsgliedes (101) unabhängig von der des ersten (100) einstellbar ist.

24. Steuer- und Auswerteschaltung nach einem der Ansprüche 4 bis 22, dadurch gekennzeichnet, daß der Schaltzustand des Neigungsschalters wenigstens zweimal durch Anzeigeelemente (11, 26) angezeigt wird, wobei das erste Anzeigeelement (11) an einem, vor dem Integrator (12) liegenden Schaltungspunkt, und das letzte an einen nach dem Speicher (26) liegenden Schaltungspunkt des Signalpfades angeschlossen wird.