CH634918A5 - Elektronisches schaltwerk zur erzeugung von steuersignalen bei bestimmten winkelstellungen von sich drehenden teilen. - Google Patents

Description

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PATENTANSPRÜCHE

1. Elektronisches Schaltwerk zur Erzeugung elektrischer Steuersignale bei bestimmten Winkelstellungen sich fortlaufend drehender Teile mit einem von den sich drehenden Teilen betätigten Drehpotentiometer, das eine der Drehung des Potentiometerabgriffs proportional ansteigende, beim Erreichen einer vollen Drehung wieder auf den Nullpunkt zurückspringende Messspannung liefert, die zur Bestimmung des Ein- und des Ausschaltpunktes der Steuersignale mit einstellbaren Ein- und Ausschaltspannungen vergleichbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass ein erster Komparator (26) zum Vergleich der Messspannung (UMess) mit der Einschaltspannung (UE), ein dritter Komparator (31) zum Vergleich der Messspannung (UMess) und der Ausschaltspannung (UA) sowie ein zweiter Komparator (28) zum Vergleich der Einschaltsapnnung (UE) und der Ausschaltspannung (UA) vorgesehen sind und dass die Ausgänge (38,41, 47) der drei Komparatoren mit einer logischen Schaltung derart verbunden sind, dass ein Steuersignal immer dann eingeschaltet wird, wenn die Messspannung (UMess) die Einschaltspannung (UE) erreicht, und immer dann ausgeschaltet wird, wenn die Messspannung (UMess) die Ausschaltspannung (UA) erreicht.

2. Schaltwerk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die logische Schaltung ein Exklusiv-ODER-Element (40) enthält, dessen einer Eingang (39) direkt mit dem Ausgang (38) des ersten Komparators (26) und dessen zweiter Eingang (57) mit einer logischen Schalteinheit verbunden ist, die das Ausgangssignal des dritten Komparators (31) ungeändert lässt,

wenn die Einschaltspannung (UE) kleiner als die Ausschaltspannung (UA) ist, die das Ausgangssignal des dritten Komparators (31) jedoch umgekehrt, wenn die Einschaltspannung (UE) grösser als die Ausschaltspannung (UA) ist.

3. Schaltwerk nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die logische Schalteinheit (2) mit den beiden Eingängen (53,54) eines Exkluxiv-ODER-Gliedes (55) verbundene UND-Glieder (44,46) aufweist, dass der Ausgang (47) des dritten Komparators (31) mit dem einen Eingang (50) des ersten UND-Gliedes (44) direkt sowie mit dem einen Eingang (49) des zweiten UND-Gliedes (46) über einen ersten Inverter (48) und dass der Ausgang (41) des zweiten Komparators (28) mit dem anderen Eingang (43) des ersten UND-Gliedes (44) über einen zweiten Inverter (42) sowie mit dem anderen Eingang (45) des zweiten UND-Gliedes (46) direkt verbunden ist.

4. Schaltwerk nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Drehpotentiometer (37) zwei einen festen Winkelabstand zueinander aufweisende Schleiferarme (7,8) und eine Umschaltung besitzt, die eine Ausgangsspannung vom vorderen Schleiferarm (7) abnimmt, solange dieser vom vollen Potentiometerdrehwinkel von 36070° entfernt ist, und die eine Ausgangsspannung aus der Spannung des hinteren Schleiferarmes (8) bildet, indem sie dieser eine der Spannung zwischen den beiden Schleiferarmen (7,8) entsprechende Zusatzspannung (U2) hinzufügt, sobald der vordere Schleiferarm (7) sich im Bereich des vollen Drehwinkels befindet, und die von der so gewonnenen Ausgangsspannung zur Erzeugung der Messspannung (UMess) eine Spannung subtrahiert, die der Spannung am vorderen Schleiferarm (7) in der Stellung entspricht, in der die Umschaltung vom hinteren auf den vorderen Schleiferarm (8 bzw. 7) stattfindet.

5. Schaltwerk nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Drehpotentiometer (37) einen ersten festen Spannungsabgriff (4) für die Zusatzspannung (U2), einen zweiten festen Spannungsabgriff (5) bei einem Drehwinkel, der etwas mehr, als es dem Winkel zwischen den beiden Schleiferarmen (7, 8) entspricht, vor dem vollen Drehwinkel von 360° liegt, sowie einen dritten festen Spannungsabgriff (6) kurz vor dem vollen Drehwinkel 360° besitzt und dass die Umschaltung vom vorderen auf den hinteren Schleiferarm (7 bzw. 8) so lange erfolgt, wie die Spannung (Us) am hinteren Schleiferarm (8)

zwischen den Spannungen (U3 bzw. U4) am zweiten und dritten Spannungsabgriff (5 bzw. 6) liegt.

6. Schaltwerk nach einem der Ansprüche 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Umschaltung einen elektronischen s Schalter zum abwechselnden Abnehmen der Ausgangsspannung vom vorderen und vom hinteren Schleiferarm 7 bzw. 8 aufweist, welcher elektronische Schalter durch ein Steuersignal betätigbar ist.

7. Schaltwerk nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, lodass die Umschaltung zur Erzeugung des Schaltersteuersignals eine Schalteinheit mit zwei Komparatoren (10,11) und einem mit den Ausgängen (12 bzw. 13) der beiden Komparatoren (10 bzw. 11) verbundenen Summierverstärker (16) enthält, wobei an den Eingängen (18 bzw. 20) des einen Komparators (11) die 15 Spannung (Us) des hinteren Arms (8) und die Spannung (U 3) des zweiten Abgriffs (5), an den Eingängen (17 bzw. 19) des anderen Komparators (10) die Spannung (Us) des hinteren Arms (8) und die Spannung (U4) des dritten Abgriffs (6) liegt.

8. Schaltwerk nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch 20 gekennzeichnet, dass die Umschaltung doppelt ausgebildet ist und bei einer Abweichung der Schaltersteuersignale ein Fehlersignal erzeugt.

9. Schaltwerk nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass zur Überwachung der Funktion des Dreh-

25 Potentiometers (37) eine Überwachungsschaltung vorgesehen ist, die eine Summierschaltung (59) für die Spannung (U2) des ersten festen Abgriffs, für die Spannung (Uj—Us) zwischen dem vorderen und dem hinteren Schleiferarm (7 bzw. 8) und für die Spannung (U4-U3) zwischen dem zweiten und dem dritten fe-30 sten Abgriff (5 bzw. 6) sowie einen Fensterdiskriminator (64) zur Feststellung einer Abweichung der Summe dieser Spannungen von einem Spannungsfestwert aufweist, dass die Überwachungsschaltung bei einer bestimmten Abweichung des Spannungssummenwertes von dem Spannungsfestwert ein Fehlersi-35 gnal erzeugt und dass eine Selektionsschaltung mit dem Ausgang (65) des Fensterdiskriminators (64) verbunden ist, die das Fehlersignal unterdrückt, so lange die Umschaltung die Ausgangsspannung vom hinteren Schleiferarm (8) abnimmt.

10. Schaltwerk nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, 40 dass die Selektionsschaltung ein UND-Glied (67) enthält, dessen einer Eingang (66) mit dem Ausgang (65) des Fensterdiskriminators (64) und dessen anderer Eingang (68) unter Zwischenschaltung eines Inverters (69) mit dem Ausgang (21) der Schalteinheit zur Erzeugung eines Schaltersteuersignals für den

45 elektronischen Schalter verbunden ist.

11. Schaltwerk nach einem der Ansprüche 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass zur Überwachung der Funktion des Drehpotentiometers (37) ein Komparator (71) vorgesehen ist, an dessen einem Eingang (73) die Messspannung (UMess)

50 und an dessen anderem Eingang (72) die Spannung (U3) des zweiten festen Abgriffes (5) anliegt, dass die Uberwachungs-schaltung ein Fehlersignal erzeugt, wenn die Messspannung (UMess) unter der Spannung (U3) des zweiten festen Abgriffs (5) liegt und dass dem Komparator (71) eine Selektionsschaltung 55 nachgeschaltet ist, die das Fehlersignal unterdrückt, so lange die Ausgangsspannung vom vorderen Schleiferarm (7) abgenommen wird.

12. Schaltwerk nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Selektionsschaltung ein UND-Glied (77) enthält, des-

60 sen einer Eingang (76) über einen Inverter (75) mit dem Ausgang (74) des Komparators (71) und dessen anderer Eingang (78) mit dem Ausgang (21) der Schalteinheit zur Erzeugung eines Schaltersteuersignals für den elektronischen Schalter verbunden ist.

65 13. Schaltwerk nach einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass zwei Überwachungsschaltungen vorgesehen sind und bei einer Abweichung ihrer Fehlersignalanzeigen ein Fehlersignal erzeugen.

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14. Schaltwerk nach einem der voranstehenden Ansprüche, kannte Schaltwerke an Vorrichtungen mit sich drehenden Tei-dadurch gekennzeichnet, dass zur Überwachung der mechani- len, beispielsweise an Stanzen oder Pressen, erzeugen Signale sehen Verbindung zwischen dem sich drehenden Teil und dem zum phasengerechten Ein- und Ausschalten bestimmter Ar-Potentiometer (37) eine Vergleichsschaltung vorgesehen ist, der beitsvorgänge auf mechanischem Wege durch Verwendung von pro Umdrehung des Potentiometers von diesem mindestens ein s drehfest mit den rotierenden Teilen verbundenen Nockenschei-Zählimpuls und von einem dem sich drehenden Teil zugeordne- ben, die bei der Umdrehung entsprechende Nockenschalter beten Impulsgeber bei jeder Umdrehung desselben eine gleiche tätigen. Bei derartigen Vorrichtungen ist es schwierig, die EinAnzahl Rücksetzimpulse zugeführt werden, und dass die Ver- schaltzeitpunkte zu ändern, denn zu diesem Zweck müssen die gleichsschaltung bei einer Abweichung der Zahl der Zähl- und Nockenscheiben auf den sich drehenden Teilen verdreht oder der Rücksetzimpulse während einer Umdrehung ein Fehlersi- i o vollständig ausgewechselt werden. Ausserdem ergeben sich bei gnal erzeugt. hohen Drehgeschwindigkeiten Schaltverzögerungen durch die

15. Schaltwerk nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, Trägheit der mechanischen Teile.

dass eine zweite Vergleichsschaltung vorgesehen ist, der pro Es wäre daher wünschenswert, die Erzeugung der Steuersi-Umdrehung des sich drehenden Teils von einem diesem zuge- gnale auf elektrischem Wege vorzunehmen. Die bisher dazu ordneten Impulsgeber mindestens ein Zählimpuls und vom Po- is verwendeten Messgeber, das sind Vorrichtungen, die eine der tentiometer während jeder Umdrehung die gleiche Anzahl Winkelstellung des sich drehenden Teiles proportionale Span-Rücksetzimpulse zugeführt werden und dass die Vergleichs- nung abgeben, sind beispielsweise als Resolver oder als Kodierschaltung bei einer Abweichung der Zahl der Zähl- und der geber ausgebildet ; in jedem Fall handelt es sich um aufwendige Rücksetzimpulse während einer Umdrehung ein Fehlersignal und teure Vorrichtungen.

erzeugt. Wesentlich günstiger wäre in diesem Zusammenhang die

16. Schaltwerk nach einem der voranstehenden Ansprüche, . , , , , -, ., , f. ,,,, . , ^ .. , ... r , Verwendung von durch die sich drehenden Teile verdrehten dadurch gekennzeichnet dass die die drei Komparatoren (26, Potentiomefern • der Einsatz solcher Teile scheitert bisher je.

28,31 und die logische Schaltung umfassende Steuerschaltung doch d dass die yon Drehpotentiometern beim doppelt ausgebildet ist und bei Abweichung der erzeugten Steu- y des Schleif armes vom Ende zum Anf der wider.

ersignale ein Fehlersignal erzeugt. 25 „ ° » . Vv, , • u

I i.- 5 ... a -t. standspiste abgegriffene Spannung im Ubergangsbereich

17. Schaltwerk nach einem der voranstehenden Ansprüche, £- • 7- * * , „ , - , , c , . . ,,,, ., ...vT,. schlecht definiert ist. Ausserdem ergeben sich dann Schwierig-dadurch gekennzeichnet, dass die Umschaltung des Drehpo- , , . „ ,

. T /o-tn j- , r „ . ; keiten, wenn ein Steuersignal erzeugt werden soll, dessen Ein-

tentiometers (37) die gegebenenfalls doppelt ausgebildeten schalt kt am Ende der Widerstandspiste, dessen Ausschalt-

Uberwachungsschaltungen und die ein-und gegebenenfalls , . . , , . c . r ^ t T A-

.. ,. b . , ^ , , . ., . ^ ... punkt ledoch am Anfang der Widerstandspiste liegt. In diesem zweikanalig aufgebaute Steuerschaltung îeweils m getrennten 301, ,, . \ ,. . .... . . . c. . .

r- n„f,J ,6 . , Falle ist es bisher notig, zwei getrennte Steuersignale zu erzeu-

Emschuben 80 bzw. 84 bzw. 87, 94; 91) angeordnet sind gen, ein erstes vom Einschaltzeitpunkt bis zum Inde der Wider-

18. Schaltwerk nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, stand iste und ein zweites vom B inn der Widerstandspiste dass einem Drehpotentiometer mehrere Steuerschaltungen zu- bis zum Ausschaltzeitpunkt.

geordnet sind. .. Diese Nachteile haben dazu geführt, dass billige Drehpo-

19. Schaltwerk nach einem der voranstehenden Ansprüche, tentiometer zur El.zeugung von winkelabhängigen Steuersigna-dadurch gekennzeichnet, dass eine Anzeige (95) der Poten- ,en bjsher njcht eingesetzt wurden.

tiometermessspannung vorgesehen ist Es ist Aufgabe der Erfindung, ein elektronisches Schaltwerk

20. Schaltwerk nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, der eingangs beschriebenen Art derart zu verbessern, dasstrotz dass die Anzeige eine auf einen Winkel von 360 geeichte Digi- ^ der Verwendung von Drehpotentiometern eine exakte Erzeu-

talanzeige (95) ist. gung der Steuersignale auch über den Sprungbereich des Dreh-

21. Schaltwerk nach einem der voranstehenden Ansprüche, tentiometers hinweg ermöglicht wird.

dadurch gekennzeichnet, dass zur Überwachung der die Potentiometermessspannung (UMess) an die Steuerschaltungen über- Diese Aufgabe wird bei einer Vorrichtung der eingangs betragenden Verbindungen der Potentiometermessspannung eine schriebenen Art erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass ein er-Festspannung überlagert ist und dass der Steuerschaltung eine 45 ster Komparator zum Vergleich der Messspannung mit der Ein-beim Fehlen der Festspannung ein Fehlersignal erzeugende De- schaltspannung, ein dritter Komparator zum Vergleich der tektorschaltung zugeordnet ist. Messpannung und der Ausschaltspannung sowie ein zweiter

22. Schaltwerk nach einem der Ansprüche 8 bis 21, dadurch Komparator zum Vergleich der Einschalt- und der Ausschaltgekennzeichnet, dass eine beim Auftreten eines Fehlersignals Spannungen vorgesehen sind und dass die Ausgänge der drei die Bewegung des sich drehenden Teils anhaltende Unterbre- 50 Komparatoren mit einer logischen Schaltung derart verbunden cherschaltung vorgesehen ist. sind, dass ein Steuersignal immer dann eingeschaltet wird, wenn

23. Schaltwerk nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, die Messspannung die Einschaltspannung erreicht und immer dass der Unterbrecherschaltung ein Speicherglied vorgeschaltet dann ausgeschaltet wird, wenn die Messspannung die Ausschaltist, das auch auf kurze Fehlersignale anspricht und diese in Si- Spannung erreicht.

gnale transformiert, die die Unterbrecherschaltung betätigen 55 Die logische Schaltung kann ein EXKLUSIV-ODER-Ele-können. ment enthalten, dessen einer Eingang direkt mit dem Ausgang des ersten Komparators und dessen zweiter Eingang mit einer logischen Schalteinheit verbunden ist, die das Ausgangssignal des zweiten Komparators ungeändert lässt, wenn die Einschalt-Die Erfindung betrifft ein elektronisches Schaltwerk zur Er- 60 Spannung kleiner als die Ausschaltspannung ist, die das Auszeugung elektrischer Steuersignale bei bestimmten Winkelstel- gangssignal des zweiten Komparators jedoch umkehrt, wenn die lungen sich fortlaufend drehender Teile mit einem von den sich Einschaltspannung grösser als die Ausschaltspannung ist. drehenden Teilen betätigten Drehpotentiometer, das eine der Durch die erfindungsgemässe Ausbildung des Schaltwerkes

Drehung des Potentiometerabgriffs proportional ansteigende, lassen sich vom gewählten Einschaltzeitpunkt bis zum gewähl-beim Erreichen einer vollen Drehung wieder auf den Nullpunkt 65 ten Ausschaltzeitpunkt ununterbrochene Steuersignale erzeu-zurückspringende Messspannung liefert, die zur Bestimmung gen, auch wenn die gewählte Ausschaltspannung unterhalb der des Ein- und des Ausschaltpunktes der Steuersignale mit ein- gewählten Einschaltspannung liegt, wenn sich also die Einstellbaren Ein- und Ausschaltspannungen vergleichbar ist. Be- schaltdauer des Steuersignals über den Sprung der am Drehpo-

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tentiometer abgegriffenen Messspannung vom Maximalwert auf Null erstreckt.

Im Rahmen dieser Erfindung ist die Verwendung eines Drehpotentiometers besonders günstig, das zwei einen festen Winkelabstand zueinander aufweisende Schleifarme und eine Umschaltung besitzt, die eine Ausgangsspannung vom vorderen Schleifarm abnimmt, solange dieser vom vollen Potentiometerdrehwinkel von 360°/0° entfernt ist, und die eine Ausgangsspannung aus der Spannung des zweiten Schleifarmes bildet, indem sie dieser eine der Spannung zwischen den beiden Schleifarmen entsprechende Zusatzspannung hinzufügt, sobald der erste Schleifarm sich im Bereich des vollen Drehwinkels befindet, und die von der so gewonnenen Ausgangsspannung zur Erzeugung der Messspannung eine Spannung subtrahiert, die der Spannung am vorderen Schleiferarm in der Stellung entspricht, in der die Umschaltung vom hinteren auf den vorderen Schleiferarm zurückschaltet.

Gemäss einer weiteren vorteilhaften Ausführung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass das Drehpotentiometer einen ersten festen Spannungsabgriff für die Zusatzspannung, einen zweiten festen Spannungsabgriff bei einem Drehwinkel, der etwas mehr als es dem Winkel zwischen den beiden Schleiferarmen entspricht, vor dem vollen Drehwinkel von 360° liegt, sowie einen dritten festen Spannungsabgriff kurz vor dem vollen Drehwinkel von 360° besitzt und dass die Umschaltung vom vorderen auf den hinteren Schleiferarm so lange erfolgt, wie die Spannung am hinteren Schleifarm zwischen den Spannungen am zweiten und dritten Spannungsabgriff liegt.

Solche Drehpotentiometer sind an sich bereits vorgeschlagen worden, die Verwendung im Rahmen der vorliegenden Erfindung stellt eine besonders vorteilhafte Anwendung von Drehpotentiometern dieser Art dar.

Um den sicheren Betrieb des elektronischen Schaltwerks überwachen zu können, kann insbesondere eine Überwachungsschaltung für das Drehpotentiometer vorgesehen sein, die eine Summierschaltung für die Spannung des ersten festen Abgriffs, für die Spannung zwischen dem vorderen und dem hinteren Schleiferarm und für die Spannung zwischen dem zweiten und dem dritten festen Abgriff sowie einen Fensterdiskriminator zur Feststellung einer Abweichung der Summe dieser Spannungen von einem Spannungsfestwert aufweist, die weiterhin bei einer bestimmten Abweichung des Spannungssummenwertes von dem Spannungsfestwert ein Fehlersignal erzeugt und bei der eine Selektionsschaltung mit dem Ausgang des Fensterdiskrimi-nators verbunden ist, die das Fehlersignal unterdrückt, so lange die Umschaltung die Ausgangsspannung vom hinteren Schleiferarm abnimmt. Diese Überwachungsschaltung überwacht die Funktion des Drehpotentiometers nur in dem Bereich, in dem der vordere Schleiferarm die Ausgangsspannung liefert.

Zur Überwachung der Funktion des Drehpotentiometers im restlichen Bereich kann ein Komparator vorgesehen sein, an dessen einem Eingang die Potentiometermessspannung und an dessen anderem Eingang die Spannung des zweiten festen Abgriffs anliegt. Diese Überwachungsschaltung kann ein Fehlersignal erzeugen, wenn die Potentiometermessspannung unter der Spannung des zweiten festen Abgriffs liegt. Damit diese Überwachungsschaltung nur in dem von der oben beschriebenen Überwachungsschaltung nicht überwachten Bereich tätig wird, kann dem Komparator eine Selektionsschaltung nachgeschaltet sein, die das Fehlersignal unterdrückt, solange die Ausgangsspannung vom vorderen Schleifarm abgenommen wird.

Zur Erhöhung der Sicherheit kann die Überwachungsschaltung doppelt ausgeführt sein und bei einer Abweichung ihrer Fehlersignalanzeige ein Fehlersignal erzeugen.

Zur Überwachung der mechanischen Verbindung zwischen dem sich drehenden Teil und dem Potentiometer kann eine Vergleichsschaltung vorgesehen sein, der pro Umdrehung des

Potentiometers von diesem mindestens ein Zählimpuls und von einem dem sich drehenden Teil zugeordneten Impulsgeber bei jeder Umdrehung desselben eine gleiche Anzahl Rücksetzimpulse zugeführt werden. Bei einer Abweichung der Zahl der 5 Zähl- und der Rücksetzimpulse während einer Umdrehung erzeugt die Vergleichsschaltung ein Fehlersignal.

Schliesslich kann zur Überwachung der die Potentiometermessspannung an die Steuerschaltungen übertragenden Verbindungen der Potentiometermessspannung eine Festspannung îoûberlagert sein. Der Steuerschaltung ist dann eine Detektorschaltung zugeordnet, die beim Fehlen der Festspannung ein Fehlersignal erzeugt.

Alle Fehlersignale werden einer die Bewegung des sich drehenden Teils anhaltenden Unterbrecherschaltung zugeführt. 15 Weitere vorteilhafte Aus- und Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche und in diesen niedergelegt.

Die nachfolgende Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen der Erfindung dient im Zusammenhang mit der Zeich-20nung der näheren Erläuterung. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Ansicht eines in eine lineare Konfiguration abgewickelten Drehpotentiometers mit zwei Schleiferarmen;

Fig. 2 eine Summierschaltung zur Erzeugung eines Schalt-25 impulses für einen Schalter zur abwechselnden Abnahme der Ausgangsspannung des Potentiometers vom vorderen und vom hinteren Schleiferarm;

Fig. 3 eine diagrammatische Darstellung der an den beiden Schleiferarmen des Drehpotentiometers anliegenden Spannun-30 gen und der Ausgangsspannung über dem gesamten Drehbereich des Potentiometers sowie die von der Steuerschaltung gelieferten Impulse zur abwechselnden Abnahme der Ausgangsspannung vom vorderen und hinteren Schleiferarm ;

Fig. 4 eine Steuerschaltung zur Erzeugung eines von der 35 vom Potentiometer abgegebenen Messspannung abhängigen Steuersignals ;

Fig. 5 eine Überwachungsschaltung zur Überwachung der Potentiometerfunktion während des Abgriffs der Ausgangsspannung am vorderen Schleif erarm;

40 Fig. 6 eine Überwachungsschaltung zur Überwachung der Potentiometerfunktion während der Abnahme der Ausgangsspannung vom hinteren Schleiferarm und

Fig. 7 eine schematische Vorderansicht eines kompletten Schaltwerkes gemäss der Erfindung.

45 Anhand der Figuren 1 bis 3 wird zunächst Aufbau und Funktionsweise eines Drehpotentiometers mit zwei Schleiferarmen erläutert, das zur Verwendung als Winkelgeber im Rahmen des erfindungsgemässen elektronischen Schaltwerkes besonders geeignet ist.

50 In Fig. 1 ist die Piste 1 des Drehpotentiometers abgewickelt dargestellt. Normalerweise ist diese Piste in sich geschlossen. An die aus einem elektrisch leitenden, mechanisch sehr widerstandsfähigen Material bestehende Widerstandspiste 1 ist über Anschlussklemmen 2 und 3 eine Betriebsspannung Ux angelegt, 55 die während des gesamten Betriebes konstant bleibt. Zwischen der Anschlussklemme 2 und einem ersten festen Spannungsabgriff 4 liegen eine Spannung U2, zwischen der Anschlussklemme 2 und einem zweiten festen Spannungsabgriff 5 eine Spannung U3 und zwischen der Anschlussklemme 2 und einem dritten 60 festen Spannungabgriff 6 eine Spannung U4 an.

Ein vorderer Schleiferarm 7 und ein hinterer Schleiferarm 8 sind so winkelmässig gegeneinander versetzt, dass zwischen ihnen eine Spannung besteht, die genau gleich der zwischen der Anschlussklemme 2 und dem ersten Abgriff 4 liegenden Span-65 nung U2 ist. Der Winkelabstand zwischen den beiden Schleiferarmen bleibt konstant.

Zur Erzeugung einer Potentiometermessspannung, die bei einer vollen Umdrehung des Drehpotentiometers kontinuierlich

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vom Wert Null auf einen Maximalwert ansteigt und bei Errei- das Kippen des Komparators 10 ausgelöst wird. Dies erfolgt chen desselben definiert auf den Nullwert zurückspringt, ist eine durch den hinteren Schleifer 8, der sich dabei noch in sicherer in Fig. 2 dargestellte Schalteinheit 9 vorgesehen, die ein Schal- Entfernung von dem Undefinierten Endbereich der Wider-tersteuersignal für einen elektronischen Schalter erzeugt, mit standspiste befindet. In Fig. 3 ist die Spannung am hinteren dem in einer weiter unten genauer beschriebenen Weise ab- 5 Schleiferarm 8 gestrichelt und die Messspannung Stück punkwechselnd die am vorderen Schleifarm 7 und die am hinteren tiert dargestellt. Die Verwendung des beschriebenen Drehpo-Schleifarm 8 anliegende Spannung abgenommen wird. tentiometers ermöglicht also die Erzeugung einer der Winkel-Die Schalteinheit 9 umfasst zwei Komparatoren 10,11, de- Stellung des sich drehenden Teiles über den gesamten Bereich ren Ausgänge 12 bzw. 13 mit den Eingängen 14,15 eines Sum- genau proportionalen, analogen Messspannung. Im Rahmen der mierverstärkers 16 verbunden sind. An den beiden Plus-Ein- io vorliegenden Erfindung wird diese Messspannung benutzt, um gängen 17 bzw. 18 der Komparatoren 10 und 11 liegt die Span- bei bestimmten Winkelstellungen Steuersignale zur Auslösung nung zwischen der Anschlussklemme 2 und dem hinteren bestimmter Arbeitsvorgänge etc. zu erzeugen.

Schleiferarm 8 (Us), am Minus-Eingang 19 des Komparators 10 In Fig. 4 ist eine Schaltung dargestellt, mit welcher ein sol-

die Spannung U4 und am Minus-Eingang 20 des Komparators ches Steuersignal erzeugt werden kann. Die Schaltung weist

11 die Spannung U3 an. is zwei veränderliche Potentiometer 22 und 23 zur Erzeugung ei-

Wenn die Winkelstellung zwischen den beiden Schleiferar- ner einstellbaren Einschaltspannung UE sowie zur Erzeugung men 40° beträgt und wenn der zweite feste Abgriff 5 bei einer einer einstellbaren Ausschaltspannung UA auf. Der Abgriff 24 Winkelstellung von 300° und der dritte feste Abgriff bei einer des Potentiometers 22 ist mit dem einen Eingang 25 eines ersten Winkelstellung von 330° liegen, dann ergibt sich beim Verschie- Komparators 26 und mit dem einen Eingang 27 eines zweiten ben der beiden Schleiferarme 7 und 8 am Ausgang 13 des Kom- 20 Komparators 28 verbunden. Der Abgriff 29 des Potentiometers parators 11 der in Fig. 3 unter A dargestellte Spannungsverlauf. 23 ist mit dem einen Eingang 30 eines dritten Komparators 31 Bei einer Winkelstellung des vorderen Schleifarmes 7 von 340° sowie mit dem anderen Eingang 32 des zweiten Komparators 28 übersteigt die Spannung zwischen dem hinteren Schleiferarm 8 verbunden. Die anderen Eingänge 33 und 34 des ersten Kom-und der Anschlussklemme 2 die Spannung U3, so dass das Aus- parators 26 und des dritten Komparators 31 sind gemeinsam mit gangssignal des Komparators 11 kippt. Dieses Ausgangssignal 25 dem Ausgang 35 eines Entkopplungsgliedes 36 verbunden, über kippt in die Ausgangslage zurück, sobald der hintere Schleifarm das den Eingängen 33 und 34 die von dem in der Zeichnung nur 8 den Übergang 360°-0° erreicht, also bei einer Winkelstellung schematisch dargestellten, mit dem sich drehenden Teil Verbundes vorderen Schleifarmes 7 von 40°. denen Drehpotentiometer 37 erzeugte Messspannung zugeführt

In ähnlicher Weise kippt das Ausgangssignal des Kompara- , wird.

tors 10 in der in Fig. 3 unter B dargestellten Weise sobald die 30 Der Ausgang 38 des ersten Komparators ist mit dem EinSpannung Us die Spannung U4 übersteigt, d.h. bei einer Winkel- gang 39 eines Exklusiv-ODER-Gliedes 40 verbunden. Der

Stellung des vorderen Schleiferarmes 7 von 10°. Auch dieser Ausgang des zweiten Komparators 28 ist über einen Inverter 42

Komparator kippt in die Ausgangsstellung zurück, sobald der mit dem einen Eingang 43 eines ersten UND-Gliedes 44 und hintere Schleifer 8 am Übergang 360°-0° vorbeiläuft. direkt mit dem einen Eingang 45 eines zweiten UND-Gliedes

Durch den eine Differenz der Ausgangssignale der Kompa- 35 4g verbunden. Ebenso ist der Ausgang 47 des dritten Kompara-

ratoren 10 und 11 bildenden Summierverstärker 16 ergibt sich tors 31 über einen Inverter 48 mit dem anderen Eingang 49 des am Ausgang 21 desselben ein Signalverlauf, wie er in Fig. 3 zweiten UND-Gliedes 46 und direkt mit dem anderen Eingang unter C dargestellt ist. Am Ausgang 21 liegt zwischen einer 50 des ersten UND-Gliedes 44 verbunden. Die Ausgänge 51

Winkelstellung des vorderen Schleiferarms 7 zwischen 340° und und 52 der UND-Glieder 44 bzw. 46 sind mit den Eingängen 53

10° eine Signalspannung an. 4<> bzw. 54 eines zweiten Exklusiv-ODER-Gliedes 55 verbunden,

Diese Signalspannung wird in nicht näher dargestellter Wei- dessen Ausgang 56 mit dem anderen Eingang 57 des Exklusiv-

se dazu verwendet, die Ausgangsspannung des Potentiometers ODER-Gliedes 40 in Verbindung steht.

abwechselnd vom vorderen Schleiferarm 7 und vom hinteren Die hier beschriebene Steuerschaltung erzeugt am Ausgang

Schleiferarm 8 abzunehmen. 58 des Exklusiv-ODER-Gliedes 40 das gewünschte Steuersi-

Bei der folgenden Erläuterung sind die Winkelangaben im- 45 gnal.

mer auf die Stellung des vorderen Schleiferarms 7 bezogen. Im folgenden wird die Wirkungsweise der Steuerschaltung

Beim Fehlen eines Ausgangssignals am Ausgang 21 (Win- erläutert. Ein positives Signal am Ausgang eines der in der kelbereich zwischen 10° und 340°) entspricht die Ausgangsspan- Schaltung enthaltenen logischen Schaltelemente wird im folgen-

nung der am vorderen Schleiferarm 7 anliegenden Spannung den mit 1, ein negatives mit 0 bezeichnet.

(ausgezogene Linie in Fig. 3). Während des Auftretens eines 50 Am Ausgang 38 des Komparators 26 liegt eine 1, wenn die

Ausgangssignals am Ausgang 21 (Winkelbereich 340° bis 10°) Messspannung grösser ist als die am Potentiometer 22 einge-

entspricht die Ausgangsspannung der am hinteren Schleiferarm schaltete Einschaltspannung UE, liegt die Messspannung unter-

8 anliegenden Spannung Us, der die konstante Spannung U2 halb von UE, liegt am Ausgang 38 eine 0. Das gleiche gilt am hinzugefügt ist (punktierter Spannungsverlauf). Die Ausgangs- Ausgang 47 des Komparators 31 bezüglich der am Potentiome-

spannung des Potentiometers wird also im Bereich zwischen 10° 55 ter 23 eingeschalteten Ausschaltspannung UA.

und 340° durch die ausgezogene Linie, zwischen 340° und 10° Am Ausgang 41 des Komparators 28 liegt eine 0, wenn die durch die punktierte Linie dargestellt. Man erkennt, dass diese Ausschaltspannung UA grösser ist als die Einschaltspannung Spannung für keine Winkelstellung auf den Wert Null zurück- UE. Das ist immer dann der Fall, wenn Ein- und Ausschaltzeit-geht. Um dies zu erreichen, wird von der Ausgangsspannung punkt zwischen 0 und 360° liegen. Wenn der Einschaltzeitpunkt eine konstante Spannung abgezogen - man erhält dabei die im 60 vor Erreichen der 360°, der Ausschaltzeitpunkt jedoch danach folgenden als Messspannung bezeichnete Spannung. Die kon- liegen, dann ist die Einschaltspannung UE grösser als die Ausstante, von der Ausgangsspannung abzuziehende Spannung schaltspannung UA ; am Ausgang 41 des Komparators 48 erwird dabei so gewählt, dass die Messspannung unmittelbar nach scheint dann eine 1.

dem Umschalten, d.h. bei einer Winkelstellung von 10°, auf Null Wie sich durch die logischen Funktionen der Inverter 42

absinkt. Bei einer Drehung des Potentiometers ergibt sich also 65 und 48, der UND-Glieder 44 und 46 und des Exklusiv-ODER-

eine linear vom Wert Null auf den Maximalwert ansteigende Gliedes 55 leicht ergibt, liegt am Ausgang 56 des Exklusiv-

Messspannung. Wesentlich ist dabei, dass der Sprung vom Ma- ODER-Gliedes 55 das gleiche Signal wie am Ausgang 47 des ximalwert auf den Minimalwert scharf definiert ist, da er durch Komparators 31 an, wenn das Ausgangssignal des Komparators

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28 0 ist. Ist dieses Ausgangssignal 1, dann liegt am Ausgang 56 des Exklusiv-ODER-Gliedes 55 das umgekehrte Signal wie am Ausgang 47 des Komparators 31 an.

Für den Fall, dass die Ausschaltspannung grösser ist als die Einschaltspannung (Komparator 28 hat 0), ergibt sich immer dann ein Steuersignal am Ausgang 58 des Exklusiv-ODER-Gliedes 40, wenn die Messspannung zwischen der Einschaltspannung UE und der Ausschaltspannung UA liegt.

Ist die Ausschaltspannung UA kleiner als die Einschaltspannung UE, ergibt sich ein Steuersignal am Ausgang 58 immer dann, wenn die Messspannung nicht zwischen der Einschalt-und der Ausschaltspannung liegt, sondern nur dann, wenn die Messspannung entweder oberhalb der Einschaltspannung oder unterhalb der Ausschaltspannung liegt.

Mit dieser Steuerschaltung gelingt also die kontinuierliche Erzeugung eines Steuersignals, das beginnt, wenn die Messspannung die Einschaltspannung erreicht und endet, wenn die Messspannung die Ausschaltspannung erreicht, unabhängig davon, ob während der Dauer des Steuersignals ein Sprung der Messspannung auftritt oder nicht. Es ist daher möglich, mit ein und derselben Steuerschaltung einen Steuerimpuls beliebiger Länge und beliebiger Phasenlage zu erzeugen.

Um die sichere Funktion des beschriebenen elektronischen Schaltwerkes überprüfen zu können, sind verschiedene Kontrollschaltungen für die einzelnen Teile des Schaltwerkes vorgesehen.

Der einfache Aufbau der Umschaltvorrichtung des Drehpotentiometers zur abwechselnden Abnahme der Potentiometerausgangsspannung von den beiden Schleifarmen desselben sowie der ebenfalls einfache Aufbau der in Fig. 4 dargestellten Steuerschaltung ermöglichen es, diese Schaltungen zu Uberprüfung doppelt auszuführen. Die dabei erzeugten Ausgangssignale, bei der Umschaltung das in Fig. 3 unter C gezeigte Steuersignal und das am Ausgang 58 der Steuerschaltung erscheinende Steuersignal, werden mit dem jeweils gleichen Signal der Parallelschaltung verglichen. Beim Auftreten von Abweichungen wird in nicht näher erläuterter Weise ein Fehlersignal erzeugt.

Zur Überwachung der Funktion des zweiarmigen Drehpo-tentiometers selbst sind die in den Figuren 5 und 6 dargestellten Schaltungen geeignet.

Die Schaltung der Fig. 5 weist einen Summierverstärker 59 auf, an dessen positivem Eingang 60 eine aus den Spannungen U4, U2 und der Spannung UT zwischen der Anschlussklemme 2 und dem vorderen Schleiferarm 7 zusammengesetzte Summenspannung und an dessen negativem Eingang 61 eine aus den Spannungen U3 und Us zusammengesetzte zweite Summenspannung anliegen. Die Summenspannung UD am Ausgang 62 des Summierverstärkers 59 setzt sich aus der Summe der Spannungen zwischen der Anschlussklemme 2 und dem ersten festen Abgriff 4, dem hinteren Schleiferarm 8 und dem vorderen Schleiferarm 7 sowie dem zweiten Abgriff 5 und dem dritten Abgriff 6 zusammen. Diese Summenspannung UD wird dem Eingang 63 eines Fensterdiskriminators 64 an sich bekannter Bauart zugeführt, an dessen Ausgang 65 nur dann ein Signal erscheint, wenn die Summenspannung UD von einer Festspannung nach oben oder nach unten um einen bestimmten Betrag abweicht. Der Ausgang 65 ist mit dem Eingang 66 eines UND-Gliedes 67 verbunden, dessen anderer Eingang 68 über einen Inverter 69 in nicht dargestellter Weise mit dem Ausgang 21 der in Fig. 2 dargestellten Umschaltung verbunden ist.

Die Summenspannung UD kontrolliert die Funktion des Drehpotentiometers. Beim Ausfall irgendwelcher Funktionen dieses Potentiometers ändert sich die Spannung UD, so dass am Ausgang 65 des Fensterdiskriminators 64 ein Signal erzeugt wird. Wenn am Ausgang 21 der Umschaltung kein Signal erzeugt wird, liegt am Eingang 68 des UND-Gliedes 67 eine 1, so dass am Ausgang 70 des UND-Gliedes ein Fehlersignal erzeugt wird, falls der Ausgang 65 des Fensterdiskriminators 64 ebenfalls eine 1 zeigt. Es wird jedoch durch das UND-Glied 67 keine Fehlermeldung durchgelassen, wenn am Ausgang 21 der Umschaltung ein Steuersignal anliegt. Die Kontrollschaltung der Fig. 5 ist damit nur in dem Bereich am, in dem die Ausgangs-5 Spannung vom vorderen Schleifer 7 abgenommen wird, d.h. im dargestellten Beispiel zwischen einer Winkelstellung von 10 und 340°.

Der übrige Bereich lässt sich mit Hilfe der in Fig. 6 dargestellten Überwachungsschaltung kontrollieren. Diese umfasst io einen Komparator 71, an dessen einem Eingang 72 die Spannung U3 und an dessen anderem Eingang 73 die Messspannung UMess liegt. Der Ausgang 74 des Komparators 71 ist über einen Inverter 75 mit dem Eingang 76 eines UND-Gliedes 77 verbunden, dessen anderer Eingang 78 in gleicher Weise mit dem Aus-15 gang 21 verbunden ist, wie dies beim UND-Glied 67 der Fig. 5 der Fall ist.

Wenn die Messspannung grösser ist als die Spannung U3, liegt am Ausgang 74 eine 1, am Eingang 76 des UND-Gliedes 77 also wegen des Inverters 75 eine 0. Es erscheint also kein 20Fehlersignal am Ausgang 79 des UND-Gliedes 77. Liegt die Messspannung jedoch unterhalb der Spannung U3, liegt am Eingang 76 des UND-Gliedes 77 eine 1. Wenn am Eingang 78 ebenfalls eine 1 liegt, erscheint am Ausgang 79 ein Fehlersignal. Das ist dann der Fall, wenn die Umschaltung der Fig. 2 ein 25 Ausgangssignal erzeugt, d.h. bei Abnahme der Ausgangsspannung vom hinteren Schleifer 8 (zwischen 340° und 10°). Die Überwachungsschaltung der Fig. 6 prüft also, ob die Messspannung im gesamten Umschaltbereich oberhalb der Spannung U3 liegt. Sie prüft damit auch, ob die Umschaltung vom vorderen 30 Schleifer 7 auf den hinteren Schleifer 8 erfolgt ist, denn der vordere Schleifer 7 weist nach dem Ubergang nur eine sehr geringe Spannung auf, so dass die von ihm abgeleitete Messspannung unterhalb von U3 liegen würde.

35 Insgesamt kontrollieren damit die in den Figuren 5 und 6 dargestellten Überwachungsschaltungen den Betrieb des beschriebenen Drehpotentiometers über dessen gesamten Drehbereich. Eine weitere Kontrolle ist notwendig, um die sichere Drehverbindung zwischen dem sich drehenden Teil und dem 40 Drehpotentiometer zu gewährleisten. Dies kann in einfacher Weise dadurch erfolgen, dass man einem Zähler vom Drehpotentiometer pro Umdrehung mindestens einen Zählimpuls und von einem dem sich drehenden Teil zugeordneten Impulsgeber pro Umdrehung des Teiles eine gleiche Anzahl von Rücksetzim-45 pulsen zuführt. Ist die Drehverbindung in Ordnung, erhält der Zähler pro Umdrehung die gleiche Anzahl von Zähl- und von Rücksetzimpulsen. Ist die Drehverbindung jedoch fehlerhaft, weicht die Anzahl der Zähl- und der Drehimpulse voneinander ab. In diesem Fall erzeugt der Zähler ein Fehlersignal.

50 Um auch zu überprüfen, ob die die Rücksetzimpulse erzeugende Vorrichtung richtig funktioniert, kann ein weiterer Zähler vorgesehen sein, dem die Rücksetzimpulse als Zählimpulse und die Zählimpulse des Drehpotentiometers als Rücksetzimpulse zugeführt werden. Falls der dem sich drehenden Teil zuge-55 ordnete Impulsgeber fehlerhaft funktioniert, gibt dieser Zähler ein Fehlersignal ab.

Um sicherzugehen, dass auch die in den Figuren 5 und 6 dargestellten Uberwachungsschaltungen sicher funktionieren, kann man diese doppelt ausführen und vergleichen. Bei Abwei-60 chung wird ein Fehlersignal erzeugt.

Schliesslich kann zur Überwachung der das Messignal an die Steuerschaltung übergebenden Leitung vorgesehen sein, auf diese Leitungen immer eine bestimmte Grundspannung von beispielsweise 1V zu geben, die von einer der jeweiligen Steu-65 erschaltung zugeordneten Detektorschaltung geprüft wird. Diese Spannung überlagert sich der Messspannung und wird in der Steuerschaltung wieder von ihr abgezogen. Sollte die Detektorschaltungfeststellen, dass diese Überlagerungsspannung aus

bleibt, wenn die Messspannung auf 0 zurückgeht, dann gibt die Detektorschaltung ein Fehlersignal ab.

Die in den beschriebenen Schaltungen erzeugten Fehlersignale werden einer Unterbrecherschaltung zugeführt, die beim Auftreten eines einzigen Fehlersignals sofort den Antrieb für den sich drehenden Teil unterbricht. Solche Unterbrecherschaltungen sind an sich bekannt und werden daher nicht im einzelnen beschrieben.

Das vorstehend beschriebene elektronische Schaltwerk ist durch die dargestellte Ausbildung nicht nur geeignet, Steuerimpulse beliebiger Länge und Phasenlage zu erzeugen, sondern es überprüft sich auch in allen Funktionen selbst, so dass ein vollkommen sicherer Betrieb gewährleistet ist.

In Fig. 7 ist eine praktische Ausführung eines solchen elektronischen Schaltwerks dargestellt.

In einem ersten Einschub 80 mit einem Ein- und Ausschalter 81, einer Kontrollampe 82 und einem Sicherungsgehäuse 83 ist die Umschaltung für das Drehpotentiometer untergebracht, also die die Spannungsabnahme vom Drehpotentiometer steuernde und die Messspannung erzeugende Schaltung. In einem zweiten Einschub 84 befindet sich die in den Figuren 5 und 6 dargestellte Fehlerschaltung, die in der beschriebenen Weise gegebenenfalls doppelt ausgeführt ist. Anzeigelampen 85 und 86 zeigen das einwandfreie Funktionieren bzw. einen Fehler an.

Ein dritter Einschub 87 nimmt eine Steuerschaltung zur Erzeugung eines Steuerimpulses auf. Mittels eines ersten Betätigungsknopfes 88 kann das Einschaltpotentiometer 22 der in Fig. 4 dargestellten Steuerschaltung, mit einem zweiten Betätigungs-

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knöpf 89 das Ausschaltpotentiometer 23 eingestellt werden. Eine Kontrollampe 90 zeigt das Vorhandensein eines Steuersignals an. Der Einschub 91 ist im wesentlichen gleich aufgebaut wie der Einschub 87, jedoch ist die Steuerschaltung in der be-5 schriebenen Weise doppelt ausgeführt. Eine die Ausgangssignale der Steuerschaltungen vergleichende Fehlerschaltung zeigt an zwei Kontrollampen 92,93 an, ob die Steuerschaltung einwandfrei funktioniert. Ausserdem übermittelt sie gegebenenfalls ein Fehlersignal an die Unterbrecherschaltung.

io Den Einschüben 80 und 84 kann eine beliebige Anzahl von separaten Steuerschaltungen nachgeschaltet werden, die entweder wie im Einschub 87 einkanalig oder wie im Einschub 91 zweikanalig sind. So schliesst sich in der Darstellung der Fig. 7 an den zweikanaligen Einschub 91 ein weiterer einkanaliger 15 Einschub 94 an, der gleich aufgebaut ist wie Einschub 87.

Zur Überwachung der Winkelstellung des sich drehenden Teils ist im Einschub 80 ausserdem ein Anzeigegerät 95 vorgesehen, das von der Messspannung direkt gesteuert wird. Bei dem dargestellten Anzeigegerät handelt es sich um ein auf den 20 Winkelbereich von 360° geeichtes digitales Anzeigeinstrument, es können jedoch auch Analoganzeigegeräte verwendet werden.

Um sicher zu gewährleisten, dass die Fehlerschaltungen eine Unterbrechung der Bewegung des sich drehenden Teiles auch dann bewirken, wenn das Drehpotentiometer sehr schnell ge-25 dreht wird und die Fehlersignale dadurch sehr kurz werden,

kann der Unterbrecherschaltung ein Speicherglied vorgeschaltet werden, das auch kürzeste Fehlerimpulse in Signale verwandelt, auf die die Unterbrecherschaltung ansprechen kann.

C

5 Blatt Zeichnungen