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Elektrische Schrittschalteinrichtung
Die Erfindung bezieht sich auf eine elektrische Schrittschalteinrichtung mit einer bistabilen Schalt- stufe und einer Relaiskette beliebiger Länge.
Elektrische Schrittschalteinrichtungen sind bereits in-verschiedenen Ausführungsformen bekanntge- worden, unter anderem in elektrischen Rechenmaschinen als sogenannte Schieberegister, die vorrehm- lich aus einer Kette bistabiler elektronischer Kippstufen bestehen.
Die Erfindung betrifft eine für die Lösung vieler Steuerungsprobleme besonders vorteilhafte, betriebssichere, mit geringem Aufwand an Schaltelementen betriebene und nach Art des Baukastenprinzips be- liebig erweiterungsfähige Schrittschalteinrichtung, besonders für Schrittschaltungen in beiden Richtungen.
Die Einrichtung zeichnet sich besonders dadurch aus, dass die bistabile Schaltstufe aus zwei unter
Zwischenschaltung einer Verzögerungsstufe hintereinander geschalteten bistabilen, vorzugsweise transistorbestückten Kippstufen mit jeweils zwei getrennten Ausgängen besteht, und dass die Erregerwicklung eines jeden Relais - mit Ausnahme eines einzigen Relais bei einer nicht geschlossenen Relaiskette-über mindestens einen Kontakt des davorliegenden Relais mit dem einen Ausgang der ersten Kippstufe und über einen Selbsthaltekontakt mit dem entsprechenden Ausgang der zweiten, verzögerten Kippstufe verbunden ist, und dass jedes zweite Relais in entsprechender Weise jeweils mit dem ändern Ausgang der ersten und dem entsprechenden andern Ausgang der zweiten verzögerten Kippstufe verbunden ist.
Zur Steuerung der Schaltrichtung der Einrichtung kann erfindungsgemäss auch vorgesehen sein, dass zwischen die erste Kippstufe und die Relaiskette ein Umschalter zum Ändern des Anschlusses der beiden Ausgänge der ersten Kippstufe an die einzelnen Relais der Kette zwecks Umschaltens der Schrittschaltrichtung gelegt ist, und dass die Erregerwicklung eines jeden Relais über einen Kontakt des vorhergehenden und über einen Kontakt des nachfolgenden Relais der Kette mit jeweils einem andernAusgangder ersten Kippstufe verbindbar ist.
Die Einrichtung gemäss der Erfindung kann auch zur Lösung von Additions- und Subtraktionsaufgaben verwendet werden. Hiezu ist zweckmässig zwischen der. Relaiskette und der ersten Kippstufe zum Auswählen einer Additions- oder einer Subtraktionsschaltung ein Umschalter zum Vertauschen der beiden Ausgänge der ersten Kippstufe vorgesehen. Dabei wird die Erregerwicklung eines jeden Relais über je einen Schaltkontakt des vorhergehenden Relais und einen Einweggleichrichter mit einem der beiden Ausgänge der ersten Kippstufe verbunden, und die beiden benachbarten Relais sind in entsprechender Weise mit dem andern Ausgang der ersten Kippstufe verbunden. Für den vorstehend genannten Schaltzweck kann auf die zweite Kippstufe und die vorgeschaltete Verzögerungsstufe verzichtet werden.
Alles Nähere über die Erfindung ergibt sich aus der nachfolgenden Beschreibung in Verbindung mit der Zeichnung, in derein Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes mit seinen verschiedenen Variationsmöglichkeiten mehr oder minder schematisch dargestellt ist. Im einzelnen zeigen : Fig. 1 ein Schaltdiagramm des elektronischen Schaltungsteiles der Einrichtung, Fig. 2 eine Einrichtung gemäss der Erfindung, teilweise im Blockschaltbild und Fig. 3 eine abgewandelte Form der in Fig. 2 dargestellten Einrichtung.
In Fig. 1 ist der elektronische Schaltungsteil l der Schrittschalteinrichtung dargestellt. Er umfasst
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zwei bistabile Kippstufen 100, 101. an sich bekannter Bauart mit den Transistoren 2 und 3 bzw. 4 und 5.
Die Eingangsleitungen 6 und 7 der zweiten Kippstufe -101 sind mit den Ausgangsleitungen 8 und 9 der ersten Kippstufe'lOG, über eine symmetrisch aufgebaute und dem Aufbau der Kippstufen angepasste Ver- zögerungsstufe 102 mit den Transistoren 10 und 11 verbunden. Die erste Kippstufe ist mit zwei Eingängen 12 und 13 versehen, auf die wechselweise von einem ausserhalb der Einrichtung liegenden, durch den Umschalter 14 symbolisch dargestellten Signalgeber einer Steueranlage od. dgl. Impulse gegeben werden.
Die erste Kippstufe kann in an sich bekannter Weise jedoch auch mi ! einem einzigen Eingang versehen sein.
Einem an der ersten Ausgangsklemme 15 der ersten Kippstufe 100 auftretenden Signal entspricht also
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Wie aus dem Schaltdiagramm der Fig. 2 hervorgeht, sind die Ausgänge 15, 16, 15'und 16'der elektronischen Schaltstufe 1 mit Sammelschienen verbunden, die mit den gleichen Bezugsziffern versehen sind. Die Ausgänge 15 und 16 der ersten Kippstufe können dabei über ein die Schrittschaltrichtung steuerndes Relais 17 oder eine andere geeignete Umschaltvorrichtung wahlweise mit den Sammels (hie- nen 15 und 16 oder 15"und 16"verbunden werden.
An die Sammelschienen kann eine offene oder geschlossene, aus beliebig vielen Einzelgliedern zu- sammengesetzte Relaiskette angeschlossen werden. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel sind nur drei, in einer offenen Kette angeordnete Relais 18,19 und 20 dargestellt. Das eine Ende der Erregerwicklung eines jeden Relais, mit Ausnahme des ersten Relais 18, kann, im Beispiel des Relais 19 gezeigt, über einen Kontakt 21 des vorhergehenden Relais 18, über die Sammelschiene 16. über einen
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mittungsteiles 1 verbunden werden. Dieses Ende der Erregerwicklung eines jeden Relais kann ausserdem über einen Selbsthaltekontakt 23 mit dem Ausgang 16'der verzögerten Kippstufe des elektronischen Schaltungsteiles verbunden werden. Das andere Ende der Erregerspulen sämtlicher Relais ist auf ein negatives Potential gelegt.
Die Erregerwicklung des ersten Relais 18 der Relaiskette kann in nicht dargestellter Weise über einen gesonderten Schalter erregt werden. Dieses Relais kann aber auch über ein Zeitglied oder eine andere, dem gewünschten Steuerzweck angepasste Schaltung 24 von dem elektronischen Schaltungsteil aus betätigt werden.
Ausser den drei für die Schrittschaltung benötigten Kontakten 21-23 können die einzelnen Relais mit einer beliebigen Anzahl von Arbeits- oder Ruhekontakten versehen sein, die in irgendwelche Steuerverbindungen gelegt sind. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist für jedes Relais jeweils nur ein solcher Kontakt 25 vorgesehen.
An Stelle der Transistoren 2-5 können im Schaltungsteil 1 der Schrittschalteinrichtung selbstverständlich auch Röhren verwendet werden. Gegebenenfalls können dafür auch Relais verwendet werden.
Die Wirkungsweise der Einrichtung gemäss der Erfindung ist folgende : Wird bei einer Stellung des Richtungsrelais 17 in der eingezeichneten Lage und bei einem Signal am Ausgang 16 der ersten Kippstufe des elektronischen Schaltungsteiles 1 das erste Relais 18 der Relaiskette eingeschaltet, so wird über den Schaltkontakt 21 die Erregerwicklung des nachfolgenden Relais 19 an den Ausgang 16 der Kippstufe gelegt und erregt.
Über den Selbsthaltekontakt 23 ist das Relais 19 ausserdem an den entsprechenden verzögerten Ausgang 16'des Schaltungsteiles 1 gelegt, so dass das Relais 19 nunmehr unabhängig vom Erregungszustand des Relais 18 - ausschliesslich abhängig vom Schaltzustand der Kippstufen des Schaltungsteiles 1 - seine mementane Schaltstellung beibehält. Kippt die Stufe 1, so dass nunmehr der Ausgang 15 dieser Stufe aktiviert ist, so wird das nächstfolgende Relais 20 über den Kontakt 21'des Relais 19 an den aktiven Ausgang 15 des Schaltungsteiles 1 gelegt und erregt ; seine Schaltkontakte schliessen sich, und es wird über einen Selbsthaltekontakt an den verzögerten Ausgang 15'gelegt. Das Relais 19 geht dagegen in seine Ruhelage zurück.
Beim Kippen der Stufe 1 ist also ein Schrittschaltvorgang vom Relais 19 auf das Relais 20 erfolgt.
Wird in diesem Schaltstadium das Richtungsrelais 17 betätigt, so dass nunmehr die Ausgänge 15 und 16 des elektronischen Schaltungsteiles mit den Sammelschienen 15"bzw. 16"verbunden sind, ändert sich zunächst am Erregungszustand des Relais 20 nichts, da es nach wie vor über den verzögerten Ausgang
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regt, das sich anschliessend über den mit dem verzögerten Eingang 16'des Schaltungsteiles 1 verbun- denen Kontakt 23 hält. Bei diesem Kippvorgang der Stufe 1 ist also eine Schrittschaltung der Relaiskette in umgekehrter Richtung, nämlich vom Relais 20 zurück zum Relais 19 erfolgt.
In Fig. 3 ist eine mit Hilfe der erfindungsgemäss ausgestalteten Schrittschalteinrichtung erzielte Ad- ditions-und Subtraktionsschaltung dargestellt. Für diese Schaltung wird nur die erste Kippstufe mit den
Ausgängen 15 und 16 des Schaltungsteiles 1 verwendet. Diese beiden Ausgänge sind über einen Addi- tions-/Subtraktionswähler, hier ein Relais 26, entweder mit den Sammelschienen 15 und 16 oder 15" und 16"verbunden. Die Relaiskette ist ähnlich geschaltet wie beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 2, doch sind die einen Enden der Erregerwicklungen der Relais 18, 19, 20 über Widerstände 27 mit dem ne- gativen Pol einer Gleichspannungsquelle verbunden, und das andere Ende der Erregerwicklungen der Re- lais ist über einen Kontakt 21 des vorhergehenden Relais und einen Einweggleichrichter 28 mit dem einen
Ausgang des Schaltungsteiles 1 verbunden.
Die beiden benachbarten Relais eines jeden Relais sind dage- gen wie bei der Ausführungsform nach Fig. 2 mit dem andern Ausgang des Schaltungsteiles 1 verbun- den.
Bei der dargestellten Additionsstellung der Schalteinrichtung erfolgt wieder-wie an Hand des vor- hergehenden Ausführungsbeispieles beschrieben-ein Fortschreiten des Schaltvorgangs bei jedem Kipp- vorgang der Stufe 1 vom Relais 18 zum Relais 19, zum Relais 20 usw.
Beim Umschalten des Relais 26 wird die Schrittschaltrichtung umgekehrt. An Stelle des Relais 26 kann auch eine andere, beispielsweise elektronische Umschaltvorrichtung verwendet werden.
Der Anwendungsbereich der Schrittschalteinrichtung gemäss der Erfindung ist äusserst umfangreich.
Die Einrichtung kann beispielsweise an Stelle von erfahrungsgemäss störungsanfälligen Magnetschaltern praktisch für jede Steueranlage einer Werkzeugmaschine mit umfangreicherem Steuerungsprogramm vorteilhaft verwendet werden. Die ganze Einrichtung erfordert nur einen geringen Einbauraum und kann nach dem Baukastenprinzip beliebig erweitert werden. Das Grundbauelement ist der elektronische Schaltungteil 1, an den durch Anfügen einer passenden Anzahl von Einzelrelais und durch eine passende Wahl der Anzahl der durch diese Relais gesteuerten Kontakte jede beliebige Programmsteuerschaltuug zusammengestellt werden kann. Der Schrittfolgeverlauf wird durch eine entsprechende Steuerung der Kippvorgänge und des Umschaltrelais 17 bzw. 26 bewirkt.
Eine weitere Eingriffsmöglichkeit in die Schaltung besteht in der freien Wahl des Auslösezeitpunktes des Schrittfolgevorganges durch eine entsprechende Steuerung der Erregung des ersten Relais der Relaiskette. Als mögliche Verwendungsgebiete seien beispielsweise ange- führt : Zeitplan-Regel-oder-Steueranlagen, Maschinensteuerungen aller Art. Anlagen zur Steuerung von Lichtreklamen und von Verkehrsampeln, Steueranlage für Fernsprechnetze, Mess- und Zählschaltungen und Speicheranlagen.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Elektrische Schrittschalteinrichtung mit einer bistabilen Schaltstufe und einer Relaiskette beliebi- ger Länge, dadurch gekennzeichnet, dass die bistabile Schaltstufe (1) aus zwei unter Zwischenschaltung einer Verzögerungsstufe (102) hintereinander geschalteten bistabilen, vorzugsweise transistorbestückten Kippstufen (100,101) mit jeweils zwei getrennten Ausgängen (15, 16 bzw. 15', 16') besteht, und dass die Erregerwicklung eines jeden Relais (z. B, 18-20)-mit Ausnahme eines einzigen Relais (18) bei einer nicht geschlossenen Relaiskette-über mindestens einen Kontakt (21, 21'usw.) des davorliegenden Relais mit dem einen Ausgang (z. B. 16) der ersten Kippstufe (100) und über einen Selbsthaltekontakt (23) mit dem entsprechenden Ausgang (z.
B. 16') der zweiten, verzögerten Kippstufe (101) verbunden ist, und dass jedes zweite Relais (z. B. 19) in entsprechender Weise jeweils mit dem andern Ausgang (z. B. 15) der ersten und dem entsprechenden andern Ausgang (z. B. 15') der zweiten verzögerten Kippstufe verbunden ist.
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Electric stepping device
The invention relates to an electrical step switching device with a bistable switching stage and a relay chain of any length.
Electrical stepping devices have already become known in various embodiments, including in electrical computing machines as so-called shift registers, which primarily consist of a chain of bistable electronic multivibrators.
The invention relates to a stepping device which is particularly advantageous for solving many control problems, is operationally reliable, operated with little expenditure on switching elements and can be expanded at will according to the modular principle, especially for stepping in both directions.
The device is particularly characterized by the fact that the bistable switching stage consists of two
Interposition of a delay stage consists of bistable, preferably transistor-equipped flip-flops, each with two separate outputs, and that the excitation winding of each relay - with the exception of a single relay when the relay chain is not closed - via at least one contact of the relay in front of the one output of the first flip-flop and is connected to the corresponding output of the second delayed trigger stage via a self-holding contact, and that every second relay is connected in a corresponding manner to the other output of the first and the corresponding other output of the second delayed trigger stage.
To control the switching direction of the device, it can also be provided according to the invention that a changeover switch is placed between the first flip-flop and the relay chain to change the connection of the two outputs of the first flip-flop to the individual relays of the chain for the purpose of switching the step-by-step switching direction, and that the excitation winding of a each relay can be connected to a different output of the first flip-flop via a contact of the preceding relay and a contact of the subsequent relay of the chain.
The device according to the invention can also be used to solve addition and subtraction tasks. For this purpose it is useful between the. Relay chain and the first flip-flop for selecting an addition or a subtraction circuit, a switch is provided for swapping the two outputs of the first flip-flop. The excitation winding of each relay is connected to one of the two outputs of the first flip-flop via a switching contact of the preceding relay and a half-wave rectifier, and the two adjacent relays are connected in a corresponding manner to the other output of the first flip-flop. The second trigger stage and the upstream delay stage can be dispensed with for the aforementioned switching purpose.
All details about the invention emerge from the following description in connection with the drawing, in which an embodiment of the subject of the invention with its various possible variations is shown more or less schematically. In detail: FIG. 1 shows a circuit diagram of the electronic circuit part of the device, FIG. 2 shows a device according to the invention, partly in a block diagram, and FIG. 3 shows a modified form of the device shown in FIG.
In Fig. 1, the electronic circuit part l of the stepping device is shown. He includes
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two bistable multivibrators 100, 101. of a known type with transistors 2 and 3 or 4 and 5.
The input lines 6 and 7 of the second flip-flop -101 are connected to the output lines 8 and 9 of the first flip-flop 10, via a symmetrically constructed delay stage 102 which is adapted to the construction of the flip-flops with the transistors 10 and 11. The first flip-flop is provided with two inputs 12 and 13 to which alternately from a signal generator of a control system or the like, located outside the device and symbolically represented by the switch 14, are given.
However, the first flip-flop can also be mi! be provided with a single entrance.
A signal occurring at the first output terminal 15 of the first flip-flop 100 thus corresponds
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As can be seen from the circuit diagram of FIG. 2, the outputs 15, 16, 15 'and 16' of the electronic switching stage 1 are connected to busbars which are provided with the same reference numbers. The outputs 15 and 16 of the first flip-flop can optionally be connected to the collector (15 and 16 or 15 "and 16") via a relay 17 controlling the step switching direction or another suitable switching device.
An open or closed relay chain composed of any number of individual links can be connected to the busbars. In the embodiment shown, only three relays 18, 19 and 20 arranged in an open chain are shown. One end of the field winding of each relay, with the exception of the first relay 18, shown in the example of the relay 19, via a contact 21 of the preceding relay 18, via the busbar 16 via a
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middle part 1 are connected. This end of the field winding of each relay can also be connected to the output 16 'of the delayed trigger stage of the electronic circuit part via a self-holding contact 23. The other end of the excitation coils of all relays is connected to a negative potential.
The excitation winding of the first relay 18 of the relay chain can be excited in a manner not shown via a separate switch. This relay can, however, also be actuated from the electronic circuit part via a timing element or another circuit 24 adapted to the desired control purpose.
In addition to the three contacts 21-23 required for stepping, the individual relays can be provided with any number of normally open or normally closed contacts that are placed in any control connections. In the illustrated embodiment, only one such contact 25 is provided for each relay.
Instead of the transistors 2-5, tubes can of course also be used in the circuit part 1 of the stepping device. If necessary, relays can also be used for this.
The mode of operation of the device according to the invention is as follows: If the first relay 18 of the relay chain is switched on with a position of the direction relay 17 in the position shown and with a signal at the output 16 of the first flip-flop of the electronic circuit part 1, the switching contact 21 is the The excitation winding of the following relay 19 is applied to the output 16 of the trigger stage and energized.
The relay 19 is also connected to the corresponding delayed output 16 ′ of the circuit part 1 via the self-holding contact 23, so that the relay 19 now retains its momentary switch position regardless of the energization state of the relay 18 - exclusively dependent on the switching state of the toggle stages of the circuit part 1. If stage 1 tilts, so that output 15 of this stage is now activated, then the next relay 20 is connected to active output 15 of circuit part 1 via contact 21 'of relay 19 and is excited; its switching contacts close and it is applied to the delayed output 15 'via a latching contact. The relay 19, however, goes back to its rest position.
When level 1 is tilted, a step switching process from relay 19 to relay 20 has taken place.
If the direction relay 17 is actuated in this switching stage, so that the outputs 15 and 16 of the electronic circuit part are now connected to the busbars 15 "and 16", initially nothing changes in the excitation state of the relay 20, since it is still via the delayed output
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stimulates, which is then held via the contact 23 connected to the delayed input 16 ′ of the circuit part 1. During this step 1 tilting process, the relay chain is switched in the opposite direction, namely from relay 20 back to relay 19.
In FIG. 3, an addition and subtraction circuit achieved with the aid of the stepping device designed according to the invention is shown. Only the first flip-flop with the
Outputs 15 and 16 of circuit part 1 are used. These two outputs are connected via an addition / subtraction selector, here a relay 26, either to the busbars 15 and 16 or 15 "and 16". The relay chain is connected similarly to the embodiment according to FIG. 2, but one ends of the excitation windings of the relays 18, 19, 20 are connected to the negative pole of a DC voltage source via resistors 27, and the other end of the excitation windings of the relays is via a contact 21 of the preceding relay and a half-wave rectifier 28 with the one
Output of circuit part 1 connected.
The two adjacent relays of each relay, on the other hand, are connected to the other output of the circuit part 1, as in the embodiment according to FIG.
In the illustrated added position of the switching device - as described with reference to the previous exemplary embodiment - the switching process progresses with each tilting process of stage 1 from relay 18 to relay 19, to relay 20, etc.
When switching over the relay 26, the stepping direction is reversed. Instead of the relay 26, another, for example electronic, switching device can also be used.
The field of application of the stepping device according to the invention is extremely extensive.
The device can, for example, advantageously be used in place of magnetic switches which, as experience has shown, are susceptible to failure, for practically every control system of a machine tool with a more extensive control program. The entire facility requires only a small amount of installation space and can be expanded as required using the modular principle. The basic component is the electronic circuit part 1, to which any program control circuit can be put together by adding a suitable number of individual relays and a suitable choice of the number of contacts controlled by these relays. The sequence of steps is brought about by a corresponding control of the tilting processes and the switching relay 17 and 26, respectively.
Another possibility to intervene in the circuit is the free choice of the trigger time of the step sequence process by a corresponding control of the excitation of the first relay of the relay chain. Possible areas of use are, for example: schedule regulation or control systems, machine controls of all kinds. Systems for controlling neon signs and traffic lights, control systems for telephone networks, measuring and counting circuits and storage systems.
PATENT CLAIMS:
1. Electrical stepping device with a bistable switching stage and a relay chain of any length, characterized in that the bistable switching stage (1) consists of two bistable, preferably transistor-equipped flip-flops (100,101), each with two separate outputs, connected in series with a delay stage (102) (15, 16 or 15 ', 16') and that the excitation winding of each relay (e.g. 18-20) - with the exception of a single relay (18) if the relay chain is not closed - has at least one contact ( 21, 21 'etc.) of the upstream relay with one output (e.g. 16) of the first flip-flop (100) and via a latching contact (23) with the corresponding output (e.g.
B. 16 ') of the second, delayed flip-flop (101) is connected, and that every second relay (z. B. 19) in a corresponding manner with the other output (z. B. 15) of the first and the corresponding other output (z. B. 15 ') of the second delayed trigger stage is connected.