DE1091910B

DE1091910B - Stoerungsmelder

Info

Publication number: DE1091910B
Application number: DEW22542A
Authority: DE
Inventors: John F Reuther; Sheldon D Silliman
Original assignee: Westinghouse Electric Corp
Current assignee: CBS Corp
Priority date: 1957-01-22
Filing date: 1958-01-11
Publication date: 1960-10-27
Also published as: BE563463A; CH365309A; GB856724A; US3128456A

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Störungsmelder und ähnliche Alarm- und Anzeigegeräte. Ziel der Erfindung ist allgemein, einen einfachen Störungsmelder aus statischen Elementen aufzubauen, insbesondere aus logischen Elementen unter Verwendung von Halbleitern. Dabei wird von den sogenannten Flip-Flop- oder Kippschaltungen Gebrauch gemacht.

Es ist bekannt, mehrere Flip-Flop-Schaltungen hintereinanderzuschalten, wodurch man einen Ersatz für einen mechanischen Stufenschalter erhält. Die Zahl der Flip-Flop-Schaltungen entspricht dabei der gewünschten Stufenzahl.

Eine solche Anordnung kann jedoch den im vorliegenden Fall gestellten Anforderungen nicht genügen, da bei einem Störungsmelder verlangt wird, daß die Anlage jederzeit um beliebig viele Zweige erweitert werden "kann. Diese Zweige müssen hinsichtlich der Störungsmeldung gleichwertig sein und auf eine gemeinsame Alarmleitung arbeiten.

Ferner wird bei Störungsmeldern angestrebt, daß ein innerer Fehler die Anzeige einer Störung im zu überwachenden Teil nicht beeinträchtigt oder aber selbst die Alarmeinrichtung auslöst. Als Störungssignal sind unter Umständen nur ganz kurzzeitige und im wesentlichen leistungslose Signale vorhanden.

Nicht zuletzt ist ein Prüfkreis für die Anzeigelampe erwünscht, unabhängig vom Betriebszustand der Alarmeinrichtung und des gesamten Störungsmelders. Dabei ist es von Bedeutung, jede einzelne Lampe getrennt prüfen zu können, indem abwechselnd Stromkreise für den Betrieb normalerweise brennender und normalerweise nicht brennender Lampen vorgesehen werden. Im Interesse der Betriebssicherheit soll nur eine einzige Spannungsquelle erforderlich sein.

Gegenstand der Erfindung ist ein Störungsmelder mit einer Alarm-Flip-Flop-Schaltung zur Betätigung einer Alarmeinrichtung, der gekennzeichnet ist durch mindestens eine weitere rückstellbare Flip-Flop-Schaltung, die mit Hilfe eines Störungskontaktes gekippt wird und zum Anstoß der Alarm-Flip-Flop-Schaltung einen Energiespeicher auf eine Alarmleitung entlädt.

Die Alarm-Flip-Flop-Schaltung kann ein akustisches Signal einschalten, gegebenenfalls auch den überwachten Stromkreis unterbrechen. Dabei ist ein gemeinsamer Rückstellkreis vorgesehen, der die Basiskreise der einzelnen Flip-Flop-Schaltungen für jede Störungsstelle unterbricht und dadurch die in diesen Flip-Flop-Schaltungen vorgesehenen Meldelampen abschaltet. Die Rückstellung der Alarm-Flip-Flop-Schaltung geschieht durch einen Rückstellkontakt, der die Basis des jeweils geöffneten Transistors erdet.

Störungsmelder

Anmelder:

Westinghou.se Electric Corporation,
East Pittsburgh, Pa. (V. St. A.)

Vertreter: Dr.-Ing. P. Ohrt, Patentanwalt,
Erlangen, Werner-von-Siemens-Str. 50

Beanspruchte Priorität:
V. St. v. Amerika vom 22. Januar 1957

Sheldon D. Silliman und John F. Reuther,

Pittsburgh, Pa. (V. St. Α.),
sind als Erfinder genannt worden

Beim Erfindungsgegenstand werden auch sogenannte Umkehrverstärker verwendet, die bei Ab-Wesenheit eines Eingangssignals ein Ausgangssignal von verhältnismäßig großer Leistung abgeben.

Zur näheren Erläuterung des Aufbaus und der Wirkungsweise des Störungsmelders nach der Erfindung werden im folgenden Ausführungsbeispiele heschrieben, die in der Zeichnung schematisch dargestellt sind.

Fig. 1 zeigt ein vereinfachtes Schaltbild eines Störungsmeldesystems nach der Erfindung.

Fig. 2 eine Abwandlung des Ausführungsbeispieles nach Fig. 1 und

Fig. 3 ein weitere Abwandlung.

In Fig. 1 ist mit 10 allgemein ein Störungsmeldesystem bezeichnet, in dem verschiedene Störungskontakte 7"Cl und TC 2 einzelnen Zweigen 12 und 13 des Störungsmelders zugeordnet sind, um Meldelampen L1 und L 2 sowie eine gemeinsame Alarmeinrichtung 15 zu betätigen.

Da die einzelnen Zweige 12 und 13 gleich aufgebaut sind, ist der Zweig 13 nur angedeutet.
Der Zweig 12 enthält eine Flip-Flop-SchaltungFFl aus zwei Flächentransistoren T1 und T 2, die in Reihe mit Widerständen 16 und 17 liegen und zwischen den Leitungen 18 und 20 einer Gleichstromquelle angeordnet sind. Der Emitters des Transistors T2 ist mit der Leitung 18 verbunden und geerdet, im vorliegenden Fall an die positive Klemme der Stromquelle angeschlossen. Die Widerstände 16 und 17 sind zwischen der Leitung 20 und den Kollektoren c angeordnet. Die Basiselektroden b und die Kollektoren c

009 629/281

der Transistoren T1 und T 2 sind über Kreuz verbunden. Der Störungskontakt TC1 ist zwischen die geerdete Leitung 18 und den Kollektor c des Transistors T1 geschaltet, um den Transistor T1 in den geöffneten Zustand zu kippen. Parallel zum Widerstand 16 ist ein Kondensator 22 geschaltet, so daß dessen Ladestrom, wenn die Flip-Flop-Schaltung mit der Stromquelle verbunden wird, genügend Basisstrom liefert, um den Transistor Γ2 zu öffnen, d.h. in den Durchlaß- oder Sättigungszustand zu bringen. Während die Emitter der übrigen Transistoren geerdet sind, ist der Emitter des Transistors Tl an eine gemeinsame Rückstelleitung 23 angeschlossen, die über einen Lampenrückstellkontakt 25 mit der geerdeten Leitung 18 verbunden werden kann. Durch öffnung des Schalters 25 wird der Emitter des Transistors Tl von Erdpotential gelöst, der Transistor T2 wird geöffnet, und die Flip-Flop-Schaltung FFl kippt in den anfänglichen Betriebszustand zurück.

Die Anzeigelampe L1 ist über einen in Reihe mit ihr geschalteten Transistor T 4 mit der Stromquelle verbunden. Die Basiselektrode b des Transistors T 4 ist an den Kollektor c eines Umkehrverstärkers angeschlossen, der aus einem Transistor 7'3 mit Kollektorwiderstand 27 besteht. Die Steuerung der Anzeigelampe Ll wird durch die Verbindung der Basiselektrode & des Transistors Γ3 mit dem Kollektor c des Transistors Π ermöglicht. Wird durch Betätigung des Störungskontaktes TCl die Flip-Flop-Schaltung/⁷/⁷! in die Schaltstellung »Ein« gekippt, so entsteht durch das Fehlen eines Eingangssignals an der Basiselektrode des Transistors T 3 ein Ausgangssignal am Kollektor dieses Transistors, das den Transistor T4 öffnet. Dieses Signal wird außerdem der Basiselektrode & eines Steuertransistors T5 für die Alarmeinrichtung zugeführt. Der Transistor T5 ist so geschaltet, daß er im geöffneten Zustand einen Kondensator 30 entlädt und über ein Ventil 32 einen Steuerimpuls auf eine Alarmleitung 31 gibt, der die Alarmeinrichtung betätigt. Ein Widerstand 28 sorgt für langsame Aufladung des Kondensators 30, wenn der Transistor Γ 5 gesperrt ist.

Die Alarmeinrichtung 15 enthält eine Alarm-Flip-Flop-Schaltung FF 2 aus Transistoren TIl und T12, die über Kreuz verbundene Kollektoren und Basiselektroden aufweisen. Der Anschluß an die Stromquelle geschieht über Widerstände 34 und 35 in ähnlicher Weise wie bei der Flip-Flop-Schaltung Fl. Parallel zum Widerstand 35 liegt ein Kondensator 37, um den Transistor TIl bei Einschaltung der Stromquelle zu öffnen. Das bedeutet, daß am Kollektor des Transistors T12 ein Ausgangssignal entsteht, das einem Alarmrelais 40 und/oder anderen Alarmvorrichtungen über einen Transistorkaskadenverstärker T13, T14, T15 zugeführt wird.

Ferner ist eine akustische Signaleinrichtung 42 vorgesehen. Sie enthält einen Tonfrequenzgenerator 43, bestehend aus einem Kondensator 44, der einem Transformator 45 über einen Transistor T17 parallel geschaltet ist. An die Sekundärwicklung des Transformators 45 ist ein Lautsprecher 47 angeschlossen. Die Verbindung mit der Stromquelle stellt ein Transistor T16 in umgekehrter Kaskadenschaltung zur Verringerung des Leckstromes her. Diesem Transistor wird ein Steuersignal von der Flip-Flop-Schaltung FF 2 zugeführt.

Wenn der Störungsmelder an die Stromquelle angeschlossen wird, kippt die Flip-Flop-Schaltung FF1 in den Betriebszustand »Aus«, da der Ladestrom des Kondensators 22 den Transistor T2 öffnet und der Transistor T1 gesperrt wird. Sein Kollektor ist auf dem gleichen Potential wie die Basis b des Transistors T2. Dieses Potential wird auch dem Umkehrverstärker zugeführt und öffnet den Transistor T3. Demzufolge liegt der Kollektor des Transistors T 3 annähernd auf Erdpotential, so daß der Transistor T4 gesperrt und die Lampe stromlos ist. Ebenso ist auch der Transistor T 5 gesperrt, und die Kondensatoren 30 werden über die Widerstände 28 und 33 langsam

ίο aufgeladen.

Die Flip-Flop-Schaltung FF2 kippt zur gleichen Zeit in den Betriebszustand »Ein«, da über den Kondensator 37 genügend Basisstrom zur öffnung des Transistors 11 fließt. Dementsprechend wird der Transistor TIl gesperrt; sein Kollektor liegt auf gleichem Potential wie die Basis des Transistors 11. Dieses Potential wird auch der Basis des Transistors T13 zugeführt und öffnet ihn. Sein niedriges Kollektorpotential hält den Transistor T14 gesperrt, so daß der Transistor T15 geöffnet ist. Das Alarmrelais 40 wird somit über die niedrige Impedanz des geöffneten Transistors T15 zwischen die Leitungen 18 und 20 geschaltet und dadurch erregt. Das Signal der Flip-Flop-Schaltung FF 2 öffnet ferner den Transistor T16 und schaltet den Tonfrequenzgenerator 43 ein, so daß ein akustisches Signal entsteht. Durch Betätigung eines Rückstellkontaktes 41 kann das Signal abgeschaltet werden. Hierbei wird die Basis des Transistors TIl geerdet, so daß dieser gesperrt wird. Der Transistor T12 wird geöffnet, wobei dessen Kollektorpotential ungefähr Erdpotential erreicht und kein Signal mehr an die Basiselektroden der Transistoren T13 und T16 liefert. Die Sperrung des Transistors T13 führt zur öffnung des Transistors T14 und Sperrung des Transistors T15, so daß das Alarmrelais 40 abfällt.

Wenn der Störungskontakt TCl geschlossen wird, wird die Flip-Flop-Schaltung FFl in den Betriebszustand »Ein« gekippt, der Transistor T2 gesperrt und der Transistor T1 geöffnet, so daß dessen Kollektorpotential auf Erdpotential abällt. Dadurch wird der Transistor T 3 gesperrt, sein Kollektorpotentiai steigt und öffnet den Transistor T 4, wodurch die Lampe L1 eingeschaltet wird.

Zugleich wird das Kollektorpotential des Transistors T 3 den Transistor T 5 öffnen. Der Kondensator 30 ist dann mit der Leitung 18 verbunden, so daß er sich über die Alarmleitung 31 entladen kann. Dadurch entsteht ein positives Potential an der Basiselektrode b des Transistors T12 der Flip-Flop-Schaltung FF2, wodurch der Basisstrom unterbrochen wird. Dies hat zur Folge, daß der Transistor T12 gesperrt und der Transistor TIl geöffnet wird. Es entsteht ein Signal am Kollektor des Transistors T12, das den Transistor T16 öffnet und den Tonfrequenzgenerator 43 an die Stromquelle anschließt. Zugleich wird der Transistor T13 geöffnet, der Transistor T14 gesperrt und der Transistor T15 geöffnet, so daß das Alarmrelais 40 anspricht.

Die Anzeigelampe und die Alarmeinrichtung bleiben eingeschaltet, wenn auch der Störungskontakt nur ganz kurz betätigt wird. Die Abschaltung der Alarmeinrichtung erfolgt durch den Rückstellkontakt 41, der den Transistor TIl sperrt und den Transistor T12 öffnet und die Flip-Flop-Schaltung FF2 in den Betriebszustand »Aus« zurückkippt. Wie bereits früher beschrieben, wird dadurch der Transistor T13 gesperrt, der Transistor T14 geöffnet und der Transistor T15 gesperrt, so daß das Relais 40 abfällt.

Ebenso wird auch der Transistor T16 gesperrt, so

daß der Tonfrequenzgenerator 43 abgeschaltet und das akustische Signal unterbrochen wird.

Die Ausschaltung der Lampe L1 geschieht durch den Rückstellkontakt 25, der den gemeinsamen Emitterkreis der einzelnen Transistoren Tl öffnet und die Transistoren T1 sperrt, so daß die Transistoren T 2 geöffnet werden. Der Kondensator 30 wird aufgeladen, und die Schaltung kehrt in ihren Anfangszustand zurück. Der Betriebszustand nicht betätigter Zweige des Störungsmelders bleibt vom Schließen des Rückstellkontaktes unberührt.

Um die Betriebsbereitschaft der Lampe Ll zu prüfen, ist ein Prüf schalter 50 vorgesehen, der die Lampe Ll unabhängig vom Transistor T4 an die Stromquelle anschließt. Dies geschieht entweder über einen Prüfleiter 49 und einen Prüfkontakt 52 oder über einen Widerstand 54, der durch den Prüfschalter 50 parallel zum Transistor T4 geschaltet werden kann. Der Widerstand 54 ist so bemessen, daß die Lampe Ll normalerweise glüht, jedoch hell aufleuchtet, wenn der Transistor Γ 4 geöffnet wird.

Aus Fig. 2 ist ersichtlich, daß mehrere Zweige 12, 13, 14 analog dem im einzelnen beschriebenen Zweig 12 zur Einschaltung ihrer zugeordneten Meldelampen und einer gemeinsamen Alarmeinrichtung verwendet ^a5 werden können. Um über die Störungskontakte TC1' und TC2' ein Schutzrelais 48 od. dgl. erreichen zu können, ist das Relais über einen Gleichrichter 55 an eine Kraftstromquelle mit den Leitungen 53 und 54 angeschlossen. Zum Anschluß der Zweige des Störungsmelders an die Leitungen 18 und 20 sind zusätzliche Transistoren 718 und Γ19 vorgesehen. Die Basiselektroden dieser Transistoren sind über Widerstände 56, 57 und die zugeordneten Störungskontakte TCl' und TC 2' mit der Leitung 53 verbunden. Die Kollektoren der Transistoren T18, T19 sind an den Kollektor des Transistors Tl angeschlossen. Dagegen kann die Schaltung der Zweige 13 und 14 gleich der des Zweiges 12 in Fig. 1 sein.

Wenn der Störungskontakt TCl' geschlossen wird, wird das Schutzrelais 48 zwischen die Leitungen 53 und 54 geschaltet, um einen Trennschalter od. dgl. für einen bestimmten Teil der zu schützenden Einrichtung zu betätigen. Zugleich wird der Transistor T18 geöffnet, so daß eine Verbindung zur Leitung 18 hergestellt wird, ähnlich wie dies durch Betätigen des Störungskontaktes TCl in Fig. 1 geschieht. Die übrige Wirkungsweise des Zweiges 12 in Fig. 2 ist gleich der des Zweiges 12 nach Fig. 1.

Wenn die Abschaltung der Lampen Ll und L 2 erst dann gewünscht wird, wenn die Störungskontakte wieder öffnen, so kann der Emitter des Transistors Tl der einzelnen Zweige abgeschaltet werden, so daß aus der Flip-Flop-Schaltung FF1 ein einziger Schalttransistor wird, der nicht als Gedächtniselement wirkt.

Eine weitere Ausbildungsmöglichkeit ist schematisch in Fig. 3 dargestellt. Dort verbindet der Störungskontakt TC1' einfach die Basiselektrode b des Transistors T 2 mit der Leitung 53 über einen Widerstand 56, so daß der Transistor geöffnet und die Lampe L1 eingeschaltet wird. Das gleiche Potential wird auch der Basiselektrode des Transistors T5 zugeführt, so daß dieser geöffnet wird, wobei sich der Kondensator 30 entlädt und in der bereits beschriebenen Weise ein Signal an die Alarmeinrichtung 15 gibt. Der Störungskontakt TC Y schaltet außerdem das Schutzrelais 48 an die Leitungen 53 und 54, so daß das Relais erregt wird und einen gewünschten Stromkreis unterbricht. Die Rückstellung geschieht wie in der Einrichtung nach Fig. 1.

Wie aus der obigen Beschreibung der Ausführungsbeispiele hervorgeht, wird durch die Erfindung ein mit ruhenden Elementen arbeitender Störungsmelder geschaffen, bei dem die Störungskontakte nur Bruchteile einer Millisekunde geschlossen zu sein brauchen, um einen befriedigenden Betrieb zu gewährleisten. Jede Momentanbetätigung eines Störungskontaktes schaltet die Meldelampe ein, die bis zur Rückstellung brennt. Ebenso wird eine Alarmeinrichtung betätigt, die durch einen eigenen Rückstellkontakt ausgeschaltet wird. Der Betriebszustand der Lampen kann auf einfache Weise überprüft werden, und zwar völlig unabhängig von den übrigen Stromkreisen. Es ist nur eine einzige Gleichspannungsquelle nötig, und der Leistungsverbrauch ist außerordentlich niedrig. Der Betriebszustand der Batterie wird selbsttätig dauernd überwacht, da eine kurzzeitige Unterbrechung der Speisespannung zur Einschaltung der Alarmeinrichtung führt.

Claims

Patentansprüche:

1. Störungsmelder mit einer Alarm-Flip-Flop-Schaltung zur Betätigung einer Alarmeinrichtung, gekennzeichnet durch mindestens eine weitere rückstellbare Flip-Flop-Schaltung (FFl), die mit Hilfe eines Störungskontaktes (TCl) gekippt wird und zum Anstoß der Alarm-Flip-Flop-Schaltung (FF 2) einen Energiespeicher (30) auf eine Alarmleitung (31) entlädt.

2. Störungsmelder nach Anspruch 1, mit mehreren Zweigen, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Flip-Flop-Schaltungen mit zugeordneten Störungskontakten (TCl, TC2) auf eine gemeinsame Alarmleitung (31) arbeiten, an die die getrennt rückstellbare Alarm-Flip-Flop-Schaltung angeschlossen ist.

3. Störungsmelder nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Flip-Flop-Schaltung eine Anzeigelampe (L 1) od. dgl. zugeordnet ist.

4. Störungsmelder nach den Ansprüchen 1 bis 3, gekennzeichnet durch einen Kondensator (30) als Energiespeicher.

5. Störungsmelder nach den Ansprüchen 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß zur steuerbaren Entladung des Energiespeichers ein schaltbarer Halbleiter vorgesehen ist.

6. Störungsmelder nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß in Reihe mit der Anzeigelampe ein schaltbarer Halbleiter liegt.

7. Störungsmelder nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Zweig des Störungsmelders einen Umkehrverstärker mit einem schaltbaren Halbleiter (T 3) enthält, der die Anzeigelampe und den Energiespeicher steuert.

8. Störungsmelder nach den Ansprüchen 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Flip-Flop-Schaltungen aus direkt über Kreuz gekoppelten schaltbaren Halbleitern aufgebaut sind.

9. Störungsmelder nach den Ansprüchen 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß als schaltbare Halbleiter Transistoren dienen.

10. Störungsmelder nach den Ansprüchen 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß zur Rückstellung der Flip-Flop-Schaltungen der einzelnen Zweige ein Rückstellkontakt (25) vorgesehen ist, der die Emitterleitung je eines Transistors der Flip-Flop-Schaltungen unterbricht.

11. Störungsmelder nach den Ansprüchen 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß zur Rück-

stellung der Alarm-Flip-Flop-Schaltung ein Rückstellkontakt (41) vorgesehen ist, der die Basis eines Transistors der Alarm-Flip-Flop-Schaltung mit dem Emitter verbindet.

12. Störungsmelder nach den Ansprüchen 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß in den Flip-Flop-Schaltungen der Kollektorwiderstand eines Transistors durch einen Kondensator (22, 37) überbrückt ist.

13. Störungsmelder nach den Ansprüchen 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß zur Prüfung der Betriebsbereitschaft der Anzeigelampe eine Prüfleitung (49) vorgesehen ist, über die alle Lampen gemeinsam mittels eines Prüfkontaktes (52) einschaltbar sind.

14. Störungsmelder nach den Ansprüchen 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß zur Prüfung

der Betriebsbereitschaft einer Anzeigelampe ein Widerstand (54) mittels eines Prüfschalters (50) parallel zum steuernden Transistor (Γ4) schaltbar ist.

15. Störungsmelder nach den Ansprüchen 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß durch den Störungskontakt zugleich ein Schutzrelais (48) einschaltbar ist.

16. Störungsmelder nach den Ansprüchen 1 bis 15, dahin abgewandelt, daß an Stelle der Flip-Flop-Schaltung (FFl) ein einzelner Transistor verwendet ist, so daß die Anzeigelampe erst beim öffnen des Störungskontaktes erlischt.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Radio-Technik, Heft 9/1955, S. 277.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen