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Schaltungsanordnung zur Untersetzung oder zur Zählung von Impulsen
In der Meßtechnik werden vielfach Impulse zur Steuerung von Anzeige- und Registriergeräten
oder sonstigen Vorgängen übertragen. Dabei ist oft eine Anpassung der von der Meßstelle
kommenden Impulszahl an die Aufnahmefähigkeit des Empfängers notwendig, wenn die
Impulsfolgefrequenz für die anzuschließende Empfangseinrichtung zu groß ist. In
diesem Fall behilft man sich damit, daß man die ankommenden Impulse durch Zwischenschalten
eines Impulszahluntersetzers in einem bestimmten Verhältnis verringert.
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Die Impulse können z. B. durch Schließen eines Kontaktes an der Meßstelle
erzeugt werden. Eine Impulszahluntersetzung kann nun dadurch erreicht werden, daß
man z. B. mit Hilfe einer zwischengeschalteten Relaisanordnung aus je zwei Kontaktspielen
des Meßstellenkontaktes ein Kontaktspiel an einem der Relaiskontakte macht. Betrachtet
man die Relaiskontakte, so ist die Impulszahl also im Verhältnis 1:2 verringert.
Durch Hintereinanderschalten von n solcher Stufen kann man Impulsuntersetzungen
im Verhältnis 1:2't erhalten. Solche Stufen können auch direkt zur dualen Zählung
von Impulsen dienen. Bekannt ist eine solche Untersetzerstufe, die aus zwei Relais
besteht. Ferner sind Spezialrelais bekannt, deren Anker ein Schrittschaltwerk betätigt.
Das Schrittschaltwerk trägt wieder eine Nockenanordnung, die weitere Kontakte steuert.
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Es ist auch schon eine Zähl- oder Untersetzerstufe bekanntgeworden,
bei welcher ein Kondensator in Vorbereitung der am Relais zu erwartenden Schalthandlung
aufgeladen oder entladen ist. Das Relais liegt hierbei ständig an einer Spannung
von solcher Höhe, daß es sich gerade selbst halten kann. Bei ungeradzahligen Impulsen
wird das Relais hierbei an den aufgeladenen Kondensator geschaltet, so daß es anspricht,
und bei geradzahligen Impulsen an den entladenen Kondensator, so daß es abfällt.
Der Kondensator wechselt bei diesen Vorgängen seine Polarität nicht.
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Der Nachteil dieser Schaltung, der nur durch beträchtliche Heraufsetzung
des Aufwandes an Steuermitteln, beispielsweise durch Relais mit mehreren Wicklungen
und Hilfskontakten zu umgehen ist, besteht darin, daß ein Kondensator erheblicher
Größe verwendet werden muß, um die für das Schalten des Relais nötigen Voraussetzungen
zu schaffen. Das ergibt sich schon daraus, daß zur Erzeugung des zum Ansprechen
des Relais nötigen Stromes lediglich der Spannungsunterschied zwischen den Spannungen
am Kondensator und am Relais zur Verfügung steht. Solche Kondensatoren haben neben
ihren hohen Kosten beträchtlichen Platzbedarf und beeinflussen die Aufnahmebereitschaft
wesentlich. Die Impulsfolgefrequenz ist hierbei durch die Zeitkonstanten in ungünstiger
Weise begrenzt.
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Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung zur Untersetzung
von Impulszahlen oder zur dualen Zählung von Impulsen mit je einem Relais und einem
Kondensator pro Untersetzer- oder Zählstufe. Gemäß der Erfindung werden die obigen
Nachteile dadurch vermieden, daß der Kondensator umladbar angeordnet ist und mit
dem Relais, mindestens einem Widerstand und mindestens einem Umschaltkontakt so
zusammengeschaltet ist, daß bei jedem Eingangsimpuls, der die Schließung eines Steuerkontaktes
bewirkt, eine Schaltstellungsänderung am Relais jeweils infolge der Entladung des
Kondensators von negativem oder positivem Potential erfolgt.
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Im Gegensatz zu den bekannten Schaltungen kommt man also hier pro
Stufe mit der halben Anzahl von Relais aus.
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Der Gegenstand der Erfindung wird an Hand eines Ausführungsbeispiels
gemäß der Zeichnung erläutert. Die dargestellte Schaltung besteht aus einem Steuerkontakt
1, der nach Eintreffen eines Eingangsimpulses kurzzeitig geschlossen wird, einem
Relais 2 mit den Umschaltkontakten 3 und 4, einem Kondensator 5, einer Gleichspannungsquelle
6 und Widerständen 7, 8, 9. Die Eingangsimpulse können beispielsweise durch ein
zählendes Meßgerät geliefert werden, das nach jeweils einer Meßeinheit den Kontakt
1 kurzzeitig schließt. Der Umschaltkontakt 4 des Relais 2 dient zur Umsteuerung
des Relais selbst, während mit Hilfe der Umschaltkontakte3 weitere Steuervorgänge
ausgelöst werden können. Bei Hintereinanderschaltung
mehrerer Zähl-
oder Untersetzungsstufen wird man einen der Kontakte 3 als Ein-Aus-Kontakt ausführen,
der dann den Steuerkontakt der nachgeschalteten Zähl- oder Untersetzungsstufe darstellt.
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Die Arbeitsweise der Untersetzereinheit ist folgende: Im Ruhezustand,
d. h. bei stromloser Relaisspule nimmt der Umschaltkontakt 4 die gezeichnete Ruhestellung
ein. Folglich fließt über den Widerstand 7 und den Widerstand 9 zunächst ein Strom,
der den Kondensator 5 auf die Spannung der Gleichspannungsquelle 6 auflädt. Außerdem
fließt in der Ruhestellung des Umschaltkontaktes 4 ein Strom über den Widerstand
B. Wenn jetzt der Steuerkontakt 1 kurzzeitig geschlossen wird, entlädt sich der
Kondensator 5 über das Relais 2 und bringt es zum Anziehen. Dadurch wird außer den
Kontakten 3 auch der Umschaltkontakt 4 in Arbeitsstellung gebracht, so daß sich
das Relais selbst im angezogenen Zustand hält. Der Widerstand 9 ist daher so bemessen,
daß der Abfallstrom des Relais nicht unterschritten wird. Während der kurzen Zeit,
in der der Steuerkontakt 1 geschlossen ist, wird der Kondensator 5 zumindest teilweise
wieder aufgeladen. Beim Öffnen dieses Steuerkontaktes entlädt sich der Kondensator
5 über die Widerstände 7, 8, 9. Da mittlerweile das Relais 2 angezogen hat und Strom
führt, fällt an dem Widerstand 9 eine Spannung ab, die zu einer Umladung des Kondensators
führt. Dieser Kondensator, der hierbei zusammen mit den Widerständen 7 und 8 dem
Widerstand 9 nebengeschaltet ist, lädt sich exponentiell auf, bis er im Endzustand
eine Spannung von gleicher Höhe wie die am Widerstand 9 abfallende Spannung erreicht
hat. Der Ladestrom ist dann zu Null geworden. Diese Aufladung erfolgt in Vorbereitung
des zu erwartenden zweiten Schaltstellungswechsels des Relais, und zwar mit umgekehrtem
Vorzeichen wie bei der erstmaligen Aufladung. Wenn nun nach einer beliebigen Zeit
der Steuerkontakt 1 erneut geschlossen wird, entlädt sich der Kondensator 5 über
diesen Steuerkontakt und die Relaisspule. Es kommt dabei ein Strom zustande, der
dem schon fließenden Relaisstrom entgegengerichtet ist. Folglich ist der resultierende
Relaisstrom kurzzeitig, d. h. bis zur Entladung des Kondensators, so stark geschwächt,
daß der Abfallstrom des Relais unterschritten wird und dieses abfällt. Damit geht
der Umschaltkontakt 4
in die gezeichnete Ruhestellung, so daß der über den
Umschaltkontakt 4, das Relais 2 und den Widerstand 9 führende Stromkreis unterbrochen
wird. Während der Schließungsdauer des Steuerkontaktes 1 fließt zwar noch über den
Widerstand 7, den Steuerkontakt 1, das Relais 2 und den Widerstand 9 ein Reststrom,
jedoch wird dieser durch geeignete Bemessung des Widerstandes 7 so klein gehalten,
daß der Ansprechstrom des Relais nicht erreicht wird. Sobald nun der Steuerkontakt
1 wieder geöffnet wird, findet eine erneute Aufladung des Kondensators 5 über die
Widerstände 7 und 9 statt. Damit ist der eingangs beschriebene Schaltungszustand
wieder erreicht.
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Ein vom Relais betätigter Ein-Aus-Kontakt wird nur halb so oft geschlossen
wie der Steuerkontakt 1. Folglich wird die Impulszahl durch jede Stufe im Verhältnis
1 : 2 untersetzt. Bei n Stufen ergibt sich insgesamt eine Impulsuntersetzung im
Verhältnis 1: 2 n. Eine n-stufige Schaltungsanordnung stellt gleichzeitig ein n-stelliges,
duales Zählwerk dar, in dem die Zahlenwerte durch die Kontaktstellungen wiedergegeben
werden. Ein geschlossener Relaiszusatzkontakt stellt beispielsweise die Ziffer 1
und ein geöffneter die Ziffer 0 dar. In an sich bekannter Weise können die dualen
Zahlen wiederum in dezimale übergeführt werden. Man kann also mit Schaltungen unter
Verwendung der dargestellten Zählstufen Impulse dual zählen und das Ergebnis dezimal
wiedergeben. Der höchste dezimale Zählwert entspricht der Zahl 2 n-1 bei n Zählstufen.
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Der Kondensator 5 kann so bemessen sein, daß durch eine Schließung
des Steuerkontaktes 1 bei angezogenem Relaisanker der fließende Relaisstrom nicht
nur verkleinert, sondern sogar umgekehrt wird.
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Die Schaltung arbeitet auch dann richtig, wenn der Widerstand 9 gleich
Null ist. In diesem Falle wird der aufgeladene Kondensator beim Schließen des Steuerkontaktes
1 ebenfalls über das Relais entladen, so daß dieses anzieht. Beim Umschalten des
Kontaktes 4 in die Arbeitsstellung wird der Kondensator 5 nicht mit umgekehrter
Polarität aufgeladen. Wenn nun der Steuerkontakt 1 erneut geschlossen wird, fließt
kurzzeitig ein so starker Ladestrom über den Kondensator 5, daß der dazu parallel
verlaufende Relaisstrom unter den Abfallwert sinkt. Bei fehlendem Widerstand 9 muß
jedoch der Kondensator 5 zur Erzielung eines ausreichenden Ladestromes ziemlich
groß gewählt werden. In Sinne einer geringen Zeitkonstante der Schaltung empfiehlt
es sich jedoch, möglichst kleine Kondensatoren zu verwenden und den Widerstand 9
nicht wegzulassen.
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Der Widerstand 7 ist nicht unbedingt erforderlich. Er hat lediglich
die Aufgabe, den Reststrom bei abgefallenem Relais und noch geschlossenem Steuerkontakt
1 kleiner zu halten als den Ansprechstrom. Wenn man ein Relais mit sehr großem Halteverhältnis
(1: 2) verwendet, so kann der Widerstand 7 gleich Null sein, weil dann der Reststrom
mit genügendem Sicherheitsabstand zwischen dem Anzugsstrom und dem Abfallstrom liegt.
Wenn man jedoch normale Relais mit nicht sehr großem Halteverhältnis verwendet,
dann darf der Widerstand 7 nicht zu groß gewählt werden, weil er die Aufladung des
Kondensators verzögert, die Zeitkonstante vergrößert und damit die maximale Schaltfrequenz
herabsetzt. Der Widerstand 8 muß auf jedem Fall vorhanden sein, weil sonst zeitweise
die Stromquelle kurzgeschlossen wäre und eine Aufladung des Kondensators verhindert
würde.