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Schaltungsanordnung zum Herstellen oder Auftrennen einer elektrischen
Leitungsverbindung zwischen zwei Punkten durch Betätigung einer vorgegebenen Mindestzahl
von aus einer vorgegebenen G esauntzahl beliebig ausgewählten 'Schaltorganen In
der Elektrotechnik besteht oft das Bedürfnis nach einer Schaltungsanordnung, die
so arbeitet, daß eine Leitungsverbindung zwischen zwei Punkten A und B dann
und nur dann besteht, wenn von n insgesamt angeordneten Schaltern mindestens
eine bestimmte Anzahl m, in beliebiger Kombination herausgegriffen, betätigt worden
ist. Dabei kann es sich um handbediente oder durch Kräfte beliebiger Art betätigte
Schaltorgane, wie beispielsweise Relais u. dgl., handeln. Ein einfaches Beispiel
hierfür ist die elektrische Regelung einer Heizung, wenn die Forderung gestellt
wird, daß die zentralgesteuerte Heizmittelzufuhr dann und nur dann geändert - beispielsweise
herabgesetzt - wird, wenn von einer größeren Anzahl an verschiedenen Stellen oder
in verschiedenen Räumen angeordneter Handschalter oder Temperaturfühler eine gewisse
Mindestzahl betätigt wird bzw. anspricht.
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Bei einer solchen Schaltungsanordnung müssen im allgemeinen Fall von
den meisten der Schaltorgane gleichzeitig mehrere Umschaltkontakte, also Kontaktsätze,
betätigt werden, und die Erfindung hat sich die Aufgabe gestellt, eine Schaltungsanordnung
zu ersinnen, bei der die Zahl der Umschaltkontakte in jedem Kontaktsatz und damit
auch die Zahl der zu verlegenden Verbindungsleitungen so klein wie möglich ist.
Für
die durch die Erfindung gegebene Lösung macht es einen Unterschied, ob die Zahl
m der zu betätigenden Schaltorgane entweder gleich oder kleiner oder aber größer
ist als die Hälfte der Gesamtzahl; daher werden beide Fälle für sieh betrachtet.
Denkt man sich die einzelnen Kontaktsätze sämtlicher Schaltorgane in einer- bestimmten
Reihenfolge zwischen die Punkte A und B gelegt, so weist erfindungsgemäß
der von A aus gesehen erste Kontaktsatz nur einen, der zweite zwei usw. Umschaltkontakte
auf, bis schließlich die Zahl der Umschaltkontakte eines Kontaktsatzes k gleich
m geworden ist. Diese Zahl bleibt bis zum i-ten Kontaktsatz unverändert, wobei
i = n - m + i. Von da ab nimmt die Zähl der Umschaltkontakte eines
Kontaktsatzes der Reihe nach wieder bis auf i ab, so daß also der letzte Kontaktsatz
wieder nur einen Umschaltkontakt trägt. Nun werden die Umschaltkontakte verschiedener
Kontaktsätze in einem Netzwerk so verbunden, daß in Ruhelage aller Umschaltkontakte
und Schaltorgane aus je r = n - m + r in Reihe liegenden Umschaltkontakten
m voneinander getrennte Leitungsstränge gebildet werden, von denen der erste- nach
A durchgeschaltet ist und mit einem offenen Umschaltkontakt des r-ten Kontaktsatzes
endet, wogegen die übrigen der Reihe nach mit einem freien Umschaltkontakt des jeweils
nächstfolgenden Kontaktsatzes beginnen und jeweils entsprechend später mit offenen
Umschaltkontakten endigen, daß dagegen in Arbeitslage jeder Umschaltkontakt den
dem Punkt A näher liegenden Teil seines Leitungsstranges auf den nächsten Leitungsstrang
umschaltet und alle Umschaltkontakte im letzten (also m-ten) Leitungsstrang eine
unmittelbare Verbindunz mit dem Punkt B herstellen.
Die -Lösung für diesen Fall unterscheidet sich von der gegebenen lediglich dadurch,
daß die Formeln für k und i vertauscht sind. Es ist also jetzt
k = n - m+z und i = m einzusetzen. Die Größe r dagegen behält unverändert
den Wert n - m + i.
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Die Abbildungen zeigen drei Schaltbeispiele für verschiedene Zahlenwerte
von n und m. Sie sind aus Gründen der Übersichtlichkeit in der bei
der Darstellung von Kontaktketten üblichen Weise schematisch gehalten. Die Schaltarme
der einzelnen Kontakte sind in Ruhelage gezeichnet und berühren in ihren Schaltstellungen
- sofern die Kontakte nicht offen sind - die feststehenden Teile des nächsten Kontaktes.
Die - Schaltorgane, unter denen man sich Relaisanker vorstellen kann, sind mit S1
bis S" bezeichnet. Durch die eingezeichneten Querbalken wird veranschaulicht, welche
und wieviel Umschaltkontakte ein Schaltorgan gleichzeitig betätigt. Die Schaltarme
s sind - wie in den Abbildungen angedeutet -nach ihrer Zugehörigkeit zu den Schaltorganen
und nach ihrer Zahl im Kontaktsatz beziffert zu denken. So bedeutet z. B. s82 den
zweiten Kontakt des sechsten Schaltorgans Se usw.
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Abb: i. Es ist n = 7, m = 2 angenommen, d. h., von insgesamt
sieben Schaltorganen müssen mindestens zwei ansprechen, : damit eine Leitungsverbindung
von A nach B zustande kommt; es ist also
Gemäß der für diesen Fall oben gegebenen Lehre trägt der Kontaktsatz des ersten
Schaltorgans S1 nur einen Kontakt s11, der des zweiten trägt zwei Kontakte s21 und
s22. Bei den folgenden Kontaktsätzen bleibt diese Zahl unverändert, da bereits
k =m
erreicht ist. Ebenso weist der (i = n - m -f- i) -te, also
der sechste Kontaktsatz, noch zwei Kontakte auf, der siebente dagegen nur noch einen.
In der gezeichneten Ruhelage der Schaltarme entstehen m=2 voneinander getrennte
Leitungsstränge, die beide y = n - m + i = 6 in Reihe liegende
Umschaltkontakte enthalten. Werden alle Kontakte in die Arbeitslage umgelegt, so
schaltet jeder Schaltarm seinen Leitungsstrang auf den nächsten um, und die Umschaltkontakte
im letzten (also zweiten) Leitungsstrang stellen über die Stromschiene St eine unmittelbare
Verbindung mit dem Punkt B her.
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Daß diese Schaltung die gestellte Aufgabe löst, ersieht man ohne weiteres,
denn das Ansprechen mindestens zweier Schaltorgane, also das Umlegen mindestens
zweier Kontaktsätze, ist notwendige und hinreichende Bedingung für den Stromdurchgang
von A nach B.
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Abb. 2. Hier ist n = 8, m = 6 angenommen; es ist also
Die Zahl der Kontakte je Kontaktsatz steigt von i bis zu h = n - m -[ i =
3 an und nimmt nach dem (i = m)-ten, also nach dem sechsten Kontaktsatz wieder ab.
In Ruhelage aller Kontakte werden m = 6 getrennte Leitungsstränge gebildet, in denen
je y = n - m + i = 3 Umschaltkontakte in Reihe liegen. Jeder Strang
endet wieder mit einem offenen Kontakt. In der Arbeitslage stellen die Kontakte
s63, s72 und s81 eine unmittelbare Veibindung mit dem Punkt B über die Stromschiene
SE her.
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In der Abb. 3 _ ist schließlich n = 8, m = q., also
gewählt. Damit wird die Maximalzahl der Kontakte je Kontaktsatz k = m = q..
Diese Zahl bleibt bis zum, (i = n = m + i = 5)-ten Kontaktsatz unverändert.
Die Zahl der durchgehenden Leitungsstränge in der Ruhelage der Kontakte ist m =
q.; die Zahl der in einem, solchen Strang hintereinandergeschalteter Kontakte ist
dagegen r = n - m + i = 5.
In der Arbeitslage stellen die Kontakte
s44, s64, ss3, s72 und s81 die Verbindung mit der Stromschiene St her.
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Es versteht sich, daß die in der gegebenen Lehre benutzten Ausdrücke
»Ruhelage« und »Arbeitslagen nur im Sinn der gestellten Aufgabe auf das Betätigen
(Ansprechen) oder Nichtbetätigen der Schaltorgane Bezug nehmen und in ihrer Bedeutung
unabhängig davon sind, ob in den Schaltorganen (beispielsweise Relais) Strom fließt
oder nicht.
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Da die durch Betätigung von m Schaltorganen hergestellte Leitungsverbindung
aufrechterhalten bleibt,, wenn weitere und schließlich auch alle Schaltorgane angesprochen
haben, so ist ohne weiteres ersichtlich, daß die angegebenen Schaltungen auch zur
Lösung der umgekehrten Aufgabe, nämlich zur
Auftrennung einer Leitungsverbindung
beim Ansprechen einer Mindestzahl in' von insgesamt n
Schaltorganen geeignet
sind. Haben nämlich von n
Schaltorganen m angesprochen, so daß die Leitungsverbindung
von A nach B gerade hergestellt ist, so sind n - m Schaltorgane
unbetätigt geblieben. Wird jetzt noch die Betätigung eines weiteren Schaltorgans
rückgängig.gemacht, so ist die Leitungsverbindung gerade bei der Mindestzahl n -
nz + i = m' unbetätigter Schaltorgane geöffnet. Im Sinne der geänderten Aufgabenstellung
werden aber jetzt aus den »betätigten« Schaltorganen die »unbetätigten«, und umgekehrt.
In der für den Schaltungsaufbau gegebenen Anweisung ist daher die Größe m durch
zz-m' + i zu ersetzen und der Ausdruck »Ruhelage« mit dem Ausdruck »Arbeitslage"
zu vertauschen.
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Für den Fall, daß m = n ist, geht die angegebene Schaltung in den
Sonderfall in Reihe geschalteter und für den Fall m = i in den Sonderfall parallel
geschalteter Einzelkontakte über. Diese Fälle sind bekannt und daher nicht Gegenstand
der Erfindung.