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Schaltungsanordnung zur Übertragung von Zeichen, wie Signalen od.
dgl., in Bergwerksförder-und Eisenbahnanlagen Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung
zur Übertragung von Zeichen, wie Signalen od. dgl., in Bergwerksförder- und Eisenbahnanlagen
durch magnetische Feldbeeinflussung unter Verwendung von Induktivitäten, welche
in einem die Signale in Abhängigkeit von der magnetischen Feldbeeinflussung auslösenden
Stromkreis liegen.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Zeichen- bzw. Signalübertragung
zwischen beweglichen Vorrichtungen und festen Punkten zu ermöglichen. Die Signalübertragung
soll z. B. zwischen schnell beweglichen Förderkörben und bestimmten Punkten im Förderschacht
erfolgen. Ferner ist die Erfindung beispielsweise zur Steuerung von Förderanlagen
oder zur Steuerung von Zähleinrichtungen geeignet.
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Es ist bekannt, die genannte Aufgabe so zu lösen, daß ein Magnetfeld,
welches sich mit dem beweglichen Gegenstand fortbewegt, einen feststehenden Stromkreis,
z. B. am Gleis, beeinflußt.
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Man hat z. B. schon versucht, den feststehenden Stromkreis als Brückenschaltung
auszubilden. Dabei liegt dann in einem Zweig einer solchen Brückenschaltung eine
Feldspule, die von dem bewegten magnetischen Feld beeinflußt wird. Durch die magnetische
Beeinflussung wird die Brückenabstimmung gestört und dadurch ein Signalerzeuger,
z. B. ein Relais, betätigt. Ein Nachteil dieser Schaltung besteht darin, daß die
Richtung der Magnetisierung des beeinflussenden Feldes keine Wirkung auf das Relais
ausübt.
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Es ist versucht worden, diesen Mangel durch Anwendung einer Vormagnetisierung
der Feldspule zu beseitigen. Damit ist aber einerseits ein erheblicher Aufwand verbunden,
andererseits kann durch eine ungewollte Änderung der Vormagnetisierung die Brückenabstimmung
gestört werden, so daß Fehlsignale gegeben werden. Ein weiterer Nachteil der genannten
Schaltung besteht darin, daß im unbeeinflußten Zustand ständig eine Wechselspannung
am Ausgang der Schaltung vorhanden ist. Dimensioniert man die Schaltung so, daß
die genannte Wechselspannung klein bleibt und somit das angeschlossene Relais nicht
beeinflussen kann, so bleibt auch die Signalspannung klein, wenn die Beeinflussung
nur kurzzeitig erfolgt.
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Es ist auch bereits versucht worden, den Aufwand einer solchen Schaltung
für einfache Schaltaufgaben zu verringern. Dabei ergab sich aber der Nachteil, daß
Relais mit ausgesprochen gutem Abfallfaktor verwendet werden mußten, um die betreffende
Schaltung funktionsfähig zu machen. Durch die Erfindung sollen die beschriebenen
Mängel beseitigt werden. Ferner soll eine Auswertung von Feldbeeinflussungen ermöglicht
werden, die von sehr kurzer Dauer sind.
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Dies wird erfindungsgemäß dadurch verwirklicht, daß das magnetische
Feld eines Permanentmagneten gleichzeitig zwei oder mehr magnetisch und elektrisch
gleiche, mit Wechselstrom gespeiste Induktivitäten, z. B. Drosselspulen, beeinflußt,
denen zur Signalspannungsentnahme über gleichsinnig gepolte Richtleiter je eine
Impedanz oder Impedanzkombination, z. B. Parallelschaltung aus Kondensator und Widerstand,
derart zugeordnet ist, daß sich die an den Impedanzen entstehenden Wechselspannungsabfälle
im unbeeinflußten Zustand aufheben, während im beeinflußten Zustand der Widerstand
der Drosselspulen durch das magnetische Feld derart verändert wird, daß die dadurch
bedingten unterschiedlichen Ströme an den Impedanzen ungleiche Spannungen hervorrufen,
deren Differenz zur Signalgabe auswertbar ist.
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Die Spannungsdifferenz kann beispielsweise zur Steuerung eines Relais
ausgenutzt werden. Für die Bemessung der Impedanzen ist der für die Magnetisierung
der Drosselspulen erforderliche Wechselstrom maßgebend.
Am Ausgang
der erfindungsgemäßen Schaltung tritt kein Wechselspannungsanteil im unbeeinflußten
Zustand auf, weil sich die an den Kondensatoren bildenden Spannungen in jedem Zeitaugenblick
gegeneinander aufheben. Die Schaltung kann deshalb so dimensioniert werden, daß
bei der Beeinflussung die Signalspannung sehr schnell ansteigt. Das hat den Vorteil,
daß eine geringe Verzögerung zwischen der Beeinflussung durch das magnetische Feld
und der Signalauslösung vorhanden ist. Damit lassen sich auch durch sehr schnell
bewegliche Objekte Signale auslösen.
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Die Erfindung und weitere Einzelheiten seien an Hand der in den Fig.
1 bis 6 dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert, und zwar zeigt Fig.
1 eine schematische Anordnung der beeinflußbaren Drosselspulen und eines beeinflussenden
Magneten.
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Fig.2 eine erfindungsgemäße Schaltungsanordnung, Fig. 3 den Verlauf
der Magnetisierungsströme im unbeeinflußten Zustand der Drosselspulen, Fig.4 den
Verlauf der Magnetisierungsströme im beeinflußten Zustand der Drosselspulen (die
Fig.3 und ,4 dienen zur Erläuterung der Wirkungsweise der Schaltung gemäß Fig. 2),
Fig. 5 eine erfindungsgemäße Schaltungsanordnung unter Verwendung von vier Drosselspulen
und zwei Speisespannungsquellen, wobei die positiven Halbwellen der Speisespannungen
zur Magnetisierung der Drosselspulen ausgenutzt werden, Fig. 6 eine Fig. 5 entsprechende
Schaltungsanordnung, wobei zur Speisung von vier Drosselspulen eine einzige Spannungsquelle
vorgesehen ist.
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Fig. 1 zeigt die beiden Drosselspulen DR 1 und DR 2, die auf
zwei Eisenkerne K 1 und K 2 gewickelt sind. Das Material dieser Eisenkerne besteht
aus einem Werkstoff mit ausgesprochener Sättigungscharakteristik. Die Drosselspulen
sind z. B. paarweise an bestimmten Stellen in einem Schacht angeordnet und erzeugen
die beeinflußbaren Magnetfelder. Das beeinflussende Feld wird hier zwischen den
Polen N und S eines Permanentmagneten PM erzeugt. Dieser Magnet ist
beispielsweise an einem Förderkorb befestigt und wird mit der Geschwindib keit des
Förderkorbes in der einen oder anderen Richtung des Doppelpfeiles DP an den Drosselspulen
vorbeibewegt.
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Fig.2 zeigt die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung der Drosselspulen
DR 1 und DR 2. Die Drosselspulen sind je mit einem Richtleiter RL 1 und RL 2 in
Reihe geschaltet. Diese Richtleiter sind derart gleichsinnig gepolt, daß der von
der Stromquelle SQ gelieferte Wechselstrom mit einer Halbwelle zur Magnetisierung
beider Drosseln ausgenutzt wird. Die Drosselspulen DR 1 und DR 2 sind so gewickelt
und an die Speisestromquelle SQ angeschlossen, daß die von ihnen erzeugten Magnetfelder
die durch die Pfeile PI und P2 dargestellte Richtung haben. Das von dem Permanentmagneten
PM erzeugte Feld möge die durch den Pfeil P 3 dargestellte Richtung haben. Die Signalspannung
zur Speisung des Signalrelais SR wird über die Impedanzkombinationen entnommen,
die aus je einem Kondensator C 1 und einem Widerstand R 1 bzw. aus einem
Kondensator C 2 und einem Widerstand R 2 bestehen.
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Die in Fig.2 dargestellte Schaltungsanordnung arbeitet folgendermaßen:
Im unbeeinflußten Zustand, d. h. wenn das durch den Pfeil P3 dargestellte beeinflussende
Feld nicht vorhanden ist, heben sich die von den Drosselspulen DR 1 und DR 2 erzeugten
Magnetfelder gegenseitig auf. Zur Magnetisierung der Drosselspulen dient der von
der Stromquelle SQ gelieferte Strom 1.
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In Fig. 3 ist dieser Strom 1 in Abhängigkeit von der Zeit t dargestellt,
und zwar dienen jeweils die gleichen Halbwellen zur Magnetisierung der beiden Drosselspulen
DR 1 und DR 2, da die beiden Richtleiter RL 1 und RL
2 gleichsinnig geschaltet sind. Der Stromverlauf in Fig. 3 soll zeigen, daß
der Strom Idr1 und der Strom Idr2 im unbeeinflußten Zustand einander gleich sind.
Die Stromquelle SQ und die Wicklungen der Drosseln DR 1 und DR 2 sind so bemessen,
daß die Sättigung der Drosselspulen einsetzt, wenn die Ströme Idrl oder Idr2 einen
bestimmten Wert überschreiten. Dadurch, daß die beiden Halbwellenströme Idrl und
Idr2 gleich groß sind, werden die Kondensatoren C 1 und C 2 im unbeeinflußten Zustand
auf gleich große Ladungen aufgeladen. Infolgedessen ist die Differenz der an beiden
Kondensatoren C 1 und C 2 liegenden Ladungen gleich Null, so daß im unbeeinflußten
Zustand keine Signalspannung am Signalrelais SR anliegt.
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Zur Erläuterung einer erfindungsgemäßen Schaltung während deren Beeinflussung
durch ein magnetisches Feld dient Fig. 4. Es sei angenommen, daß infolge der gleichzeitigen
Beeinflussung der beiden Drosselspulen DR 1 und DR 2 durch das Feld des Permanentmagneten
PM die beiden Drosselspulen eine derartige Widerstandsänderung erfahren, daß der
Strom Idrl größer und der Strom Idr2 kleiner wird. Dadurch beginnt die Sättigung
in der Drosselspule DR 1 zeitlich vor der Sättigung in der Drosselspule DR 2, wie
durch die betreffenden Augenblickswerte 1 1
und 12 in Fig. 4 angedeutet
werden soll. Der Sättigungsstrom der Drosselspule DR 1 steigt also bis zum Spannungsmaximum
der Stromquelle SQ stärker an als der Strom in der Drosselspule DR 2. Die unterschiedlichen
Sättigungsströme ergeben im beeinflußten Zustand ungleiche Aufladungen an den Kondensatoren
C 1 und C 2. Damit liegen auch ungleiche Spannungsabfälle an diesen Kondensatoren
und die Differenz dieser Spannungsabfälle ergibt die Signalspannung.
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Die zu den Kondensatoren C 1, C 2 parallel geschalteten Widerstände
R 1, R 2 führen jeweils während der Zeitspanne zwischen zwei Stromimpulsen Idrl.
und Idr2 die Ladungen der Kondensatoren teilweise ab. Sie verhindern damit die Aufladuna
der Kondensatoren auf die Spitzenspannung der Stromquellen und ermöglichen die Ausbildung
des nächsten Magnetisierungsimpulses.
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Die Polarität der Signalspannung ist von der Richtung des beeinflussenden
Feldes abhängig. Damit bietet die erfindungsmäßige Anordnung einen Vorteil. Wenn
nämlich als Signalempfänger z. B. ein gepoltes Relais verwendet wird, bei welchem
der Anker in unerregtem Zustand in der Mitte steht und bei Erregung je nach der
Stromrichtung einen der beiden Kontakte schließt, ist es möglich, von der Flußrichtung
des beeinflussenden magnetischen Feldes abhängige Signale auszulösen.
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Ein weiterer Vorteil der neuen Anordnung ist die schnelle Bildung
einer Signalspannung auch bei einer niedrigen Betriebsfrequenz des Magnetisierungsstromes,
z. B. bei 50 Hz. Die schnelle Bildung der
Signalspannung ist z.
B. in Schachtsignalanlagen erforderlich, wo die Annäherung des Förderkorbes an eine
bestimmte Stelle im Schacht auch bei hohen Korbgeschwindigkeiten gemeldet werden
soll. Bei geeigneter Dimensionierung der Kondensatoren C 1, C 2 bildet sich nach
dem Einsetzen der magnetischen Beeinflussung während des ersten Sättigungsimpulses
eine Signalspannung, welche ausreicht, ein Relais zu schalten.
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Eine zweckmäßige Weiterbildung der Erfindung ist in Fig. 5 dargestellt.
Diese Schaltungsanordnung hat den Vorteil, daß infolge der Anwendung zweier Stromquellen
SQ 1 und SQ 2 jeweils zwei Halbwellen zur Magnetisierung der Drosselspulen dienen.
Damit kann der Zeitabstand zwischen den Spitzenwerten des Magnetisierungsstromes
auf eine sehr kurze Zeit herabgemindert werden, was eine weitere Verkürzung der
Zeitspanne zwischen Beeinflussung und Signalgabe ermöglicht.
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Die Schaltungsanordnung gemäß Fig. 5 besteht aus der Kombination zweier
Anordnungen wie sie Fig. 2 zeigt. In Fig. 5 sind jedoch zur Erzeugung der beeinflußbaren
Magnetfelder vier Drosselspulen DR 11 und DR 12 sowie DR 21 und DR 22 vorgesehen,
und zwar sind die Drosselspulen DR 11 und DR 21 sowie die Drosselspulen DR 12 und
DR 22 auf je einem gemeinsamen Eisenkern angeordnet. Die Drosselspulen DR
11 und DR 12 werden von der Stromquelle SQ 1
gespeist.
Zur Speisung der Drosselspulen DR 21 und DR 22 dient die Stromquelle SQ 2. Die Schaltung
ist nun so getroffen, daß die Drosselspulen DR 11 und DR 22 über je einen
Richtleiter RL 11 und RL 22 mit der zugehörigen Impedanzkombination C 1,
R 1 verbunden sind. Gleichermaßen sind die Drosselspulen DR 12 und DR 21 über die
Richtleiter RL 12 und RL 21 mit der zugehörigen Impedanzkombination C 2, R 2 verbunden.
Die genannten Richtleiter RL 11, RL 22 bzw. RL 12, RL 21 sind jeweils gleichsinnig
gepolt. Der von der Stromquelle SQ 1 gelieferte Magnetisierungsstrom liegt
in Gegenphase zu dem von der Stromquelle SQ 2 gelieferten M.agnetisierungsstrom.
Die Drosselspulen DR 11 und DR 21 weisen einen Wickelsinn auf, der entgegen dem
Wickelsinn der beiden Drosselspulen DR 12 und DR 22 gerichtet ist.
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Die Wirkungsweise der Schaltungsanordnung, wie sie Fig. 5 zeigt, sei
im folgenden näher beschrieben. Im unbeeinflußten Zustand erzeugen die Drosselspulen
DR 12 und DR 22 einander entgegengerichtete beeinflußbare Magnetfelder, wie
sie durch die Pfeile P 12 und P 22 dargestellt werden. Gleichermaßen sind die von
den Drosselspulen DR 11 und DR 21 erzeugten Magnetfelder, die durch die Pfeile P
11 und P 21 dargestellt werden, einander entgegengerichtet. Ferner ist der Wickelsinn
jeweils zweier von der gleichen Stromquelle erregter Drosselspulen so getroffen,
daß das Feld der Drosselspule DR 11 entgegen dem Feld der Drosselspule DR 12 gerichtet
ist. Ebenso ist das Feld der Drosselspule DR 21 entgegen dem Feld der Drosselspule
DR 22 gerichtet, wie es auch die entsprechenden Pfeile zeigen. Die beiden
Pfeile P 3 stellen das beeinflussende magnetische Feld dar.
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Die Stromquellen SQ 1 und SQ 2 liefern Wechselspannungen
von gleicher Größe, die derart gepolt sind, daß die Richtleiter RL 11 und RL 12
für die von der Stromquelle SQ 1 gelieferte eine Halbwelle durchlässig sind.
Die Richtleiter RL 21 und RL 22 sind für die von der Stromquelle SQ 2 gelieferte
Halbwelle durchlässig. Die Kondensatoren C 1, C 2 werden über die gleichsinnig gepolten
Richtleiter RL 11, RL 12, RL 21, RL 22 im unbeeinflußten Zustand gleichmäßig
aufgeladen, so daß am Signalempfänger SR in diesem Zustand keine Spannung anliegt.
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Im beeinflußten Zustand dagegen wirkt auf die beiden Eisenkerne der
Drosselspulen derselbe Fluß ein. Dieser vom einwirkenden Feld erzeugte Fluß ist
dem pulsierenden Fluß in der Drosselspule DR 11
entgegengerichtet. Damit wird
der Sättigungsgrad und auch der Magnetisierungsstrom in der Drosselspule DR 11 verringert,
wodurch die Ladung des Kondensators C 1 kleiner wird. Umgekehrt wirkt der vom beeinflussenden
Magneten kommende Fluß auf die Drosselspule DR 12. Der Sättigungsgrad dieser
Drosselspule DR 12 wird nämlich erhöht. Der dadurch größere Strom lädt den
Kondensator C 2 stärker auf. Während der folgenden von der Stromquelle SQ
2 gelieferten Halbwelle werden nur die Drosselspulen DR 21 und DR
22 vom Strom durchflossen. Diese Drosselspulen sind derart gepolt, daß der
durch die entgegengerichteten Flüsse in der Drosselspule DR 22 verminderte Strom
dem Kondensator C 1 zugeführt wird, während der in Drosselspule DR 21 durch die
gleich verlaufenden Flüsse erhöhte Strom zur Ladung des Kondensators C 2 dient.
Eine bestimmte, den Drosselspulen von außen zugeführte Flußrichtung läßt also während
beider Halbwellen an einem Kondensator mehr, am anderen weniger große Ladungen entstehen.
Die Differenz beider Kondensatorladungen ergibt einen Gleichspannungsanteil, der
zur Signalauslösung, etwa an einem gepolten Relais SR, herangezogen wird.
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Fig. 6 zeigt ein weiteres Schaltungsbeispiel gemäß der Erfindung.
Zu jedem der beiden Kondensatoren Cl, C 2 führen zwei Stromwege. In
diesen Stromwegen liegen jeweils paarweise gleichsinnig gepolte Richtleiter RL 11,
RL 12 bzw. RL 21 und RL 22.
Durch diese paarweise Polung ist es möglich, beide
Halbwellenströme einer einzigen Stromquelle für die Magnetisierung der Drosselspulen
auszunutzen. Die Polung der Wicklungen der Drosselspulen DR 11, DR 12, DR 21 und
DR 22 ist so gewählt, daß bei Einwirkung eines magnetischen Feldes an den
Kondensatoren eine Potentialdifferenz entsteht, deren Vorzeichen von der Richtung
des signalgebenden Feldes abhängt, während im unbeeinflußten Zustand die Potentialdifferenz
Null an den Außenklemmen der Kondensatoren liegt und also das Relais SR nicht ansprechen
kann.
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Ein besonderer Vorteil der Schaltungsanordnung gemäß Fig.6 besteht
in dem geringen Leistungsbedarf der Schaltung, weil den Kondensatoren C 1, C 2 im
unbeeinflußten Zustand kein Gleichstromanteil zugeführt wird und also keine Parallelwiderstände
zur Abführung eines solchen Anteiles erforderlich sind.
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Es ist für die erfindungsgemäße Anordnung übrigens gleichgültig, ob
sich das beeinflussende magnetische Feld gegenüber fest angeordneten, zu beeinflussenden
Drosselspulen bewegt, oder ob sich die Drosselspulen gegenüber einem an fester Stelle
befindlichem magnetischen Feld bewegen. Es ist ferner nicht erforderlich, daß das
beeinflussende magnetische Feld von einem einzelnen Hufeisenmagneten, wie in Fig.
1 dargestellt, ausgeht. Der oder die Magneten können jede andere Form haben und
unter Umständen Elektromagneten sein. Statt zwei Drosselkernen können auch mehrere
zu
einer erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung gehörige Drosselkerne einer magnetischen
Beeinflussung unterliegen. Es ist auch möglich, ein oder mehrere Drosselspulen auf
einem einzigen Kern anzuordnen.