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Anordnung zum Prüfen des Einhaltens der Differenz von Netzharmonischer
und Steuerfrequenz in mittels dieser Differenz gesteuerten Rundsteueranlagen Es
sind Verfahren und entsprechende Vorrichtungen zum Empfang von Fernsteuerbefehlen
mit dem Starkstrom überlagerten Steuerimpulsen bekanntgeworden, bei welchen als
Steuerfrequenz eine Frequenz gewählt wird, welche von stark ausgeprägten Netzharmonischen
2 bis 20 Hertz entfernt liegt. Auf der Empfangsseite werden dabei die Steuerfrequenz
und die ihr unmittelbar benachbarte Netzharmonische vermittels eines Filters getrennt
und hierauf durch Mischung die Differenzfrequenz zwischen der Steuerfrequenz und
der benachbarten, stark ausgeprägten Netzharmonischen gebildet. Diese Differenzfrequenz
wird endlich ausgesiebt und hierauf zur Betätigung des fernzusteuernden Kontaktes
herangezogen.
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Es sind hierzu auch Lösungen vorgeschlagen worden, gemäß welchen die
richtige Differenzfrequenz in den Empfangsapparaten mit Hilfe von elektronischen
Zählvorrichtungen festgestellt werden kann.
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Für die Aussteuerung solcher elektronischer Zählvorrichtungen werden
vorzugsweise Impulsspitzen verwendet, welche durch die Differenzierung von Rechteckimpulsen
gewonnen werden, wobei diese Rechteckimpulse ihrerseits aus der zu überwachenden
Differenzfrequenz in an sich bekannten Schaltungen gewonnen werden.
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Die Betätigung -fernzusteuernder Kontakte geschieht auf zweckmäßige
Weise durch ein Relais, dessen Wicklung von einem Stromstoß in dem Augenblick durchflossen
wird, wenn die genannte elektronische Zählvorrichtung das Vorhandensein der richtigen
Differenzfrequenz festgestellt hat. Dieser Stromstoß wird dabei durch die schlagartige
Entladung einer an sich bekannten Speicherschaltung hervorgerufen.
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Die vorliegende Erfindung betrifft nun eine Anordnung zum Prüfen des
Einhaltens der Differenz von Netzharmonischer und Steuerfrequenz in mittels dieser
Differenz gesteuerten Rundsteueranlagen und ist dadurch gekennzeichnet, daß jeweils
die Anfänge der negativen Halbwellen der Differenzfrequenz, über einen Schmitt-Trigger
in Rechteckimpulse umgeformt und über einen Kondensator differenziert, einen ersten
Multivibrator anstoßen, der nach vorgegebener Zeit in seine Ausgangslage zurückfällt,
daß der differenzierte Ausgang der Multivibrator-Rechteckschwingung einen zweiten
Multivibrator mit gleichfalls vorgegebener Rückfallzeit anstößt und daß das zeitliche
Zusammenfallen des Endes der Rechteckschwingung dieses Multivibrators mit dem Beginn
der am Ausgang des Schmitt-Triggers abgegriffenen Rechteckimpulse als Ansprechkriterium
der Rundsteuerempfänger dient. Ein Ausführungsbeispiel für eine erfindungsgemäße
Anordnung wird an Hand der nachfolgenden Beschreibung und der Figuren erläutert.
Dabei zeigt F i g. 1 ein Blockschema der in der beschriebenen Anordnung enthaltenen
Schaltgruppen, F i g. 2 die Spannungs- bzw. Stromverhältnisse der einzelnen Schaltgruppen
in Funktion der Zeit, F i g. 3 und 4 analoge Spannungsdiagramme, jedoch mit verschiedenen
- von zu empfangenden Differenzfrequenzen - abweichenden Differenzfrequenzen, F
i g. 5 ein detailliertes Schema eines Ausführungsbeispiels.
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In einer Einrichtung nach dem Blockschema der F i g.1 gelangt das
elektrische Signal Uo, welches als Frequenz to die Differenzfrequenz aus
dem Steuer-Signal mit der Steuerfrequenz fst und der nächst liegenden, stark ausgeprägten
Netzharmonischen f,, aufweist, an ein Tiefpaßfilter 1. Die Grenzfrequenz dieses
Tiefpaßfilters 1 ist so gewählt, daß die höchstzulässige Differenzfrequenz von beispielsweise
20 Hz
gerade noch ungedämpft passieren kann. Die im Signal U, enthaltenen
weiteren Mischprodukte, deren Frequenzen von der Differenzfrequenz fo verschieden
sind, werden in diesem Tiefpaßfilter ausgesiebt. Das verbleibende Signal U1 wird
einem Schmitt-Trigger 2 zugeführt, welcher während einer Halbwelle des Signals U1
einen Rechteckimpuls U2 von der halben Periodendauer T/2 erzeugt. Das Signal
Up die Rechteckimpulse U2 sowie alle weiteren elektrischen Größen sind in
der F i g. 2 a bis 2 i in Funktion der Zeit dargestellt.
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Dieser Rechteckimpuls UZ wird an einem Kondensator differenziert und
die dabei entstehenden positiven und negativen Spitzenimpulse U2 (F i g. 2 c) gelangen
weiter an einen ersten monostabilen Multivibrator 3, der beim Auftreten beispielsweise
negativer Spitzenimpulse während einer vorgegebenen festen Zeitdauer t1 (F i g.
2 d) in seinen unstabilen Betriebszustand umkippt und so während der Zeitdauer t1
ein elektrisches Rechtecksignal U3 abgibt. Die positiven Spitzenimpulse sind ohne
Einfluß auf den genannten ersten monostabilen Multivibrator 3. Am Ausgang des ersten
monostabilen Multivibrators 3 verzweigt sich das von ihm abgegebene Signal U3. Einerseits
kommt es an einen zweiten monostabilen Multivibrator 4, der so arbeitet,
daß er in dem Moment, in welchem das Rechtecksignal U3 des ersten monostabilen Multivibrators
3 beendet ist und somit eine beispielsweise negative Impulsspitze U3 (F i g. 2e)
auftritt, in seinen unstabilen Betriebszustand umkippt und während einer vorgegebenen
Zeitdauer t., (F i g. 2 f) seinerseits ein Rechtecksignal U4 liefert. Das Rechtecksignal
U3 des ersten monostabilen Multivibrators 3 umgeht aber auch auf einem anderen Zweig
den zweiten monostabilen Multivibrator 4. Die Rechtecksignale U3 und U4 gelangen
auf eine Torschaltung 5, welche dann und nur dann ein Signal US abgibt, wenn einer
der beiden Rechtecksignale U.; oder U4 oder aber beide gleichzeitig am Eingang liegen.
Fehlen beide Rechteckimpulse U., und U4, so ist auch kein Signal US vorhanden (F
i g. 2 g). Das Signal US gelangt an einen Integrator 6, der während der Zeit,
während der ein Signal U5 vorliegt, einen Speicherkondensator auflädt (F i g. 2
h). Sobald die Ladung des genannten Speicherkondensators einen vorgegebenen Wert
UL erreicht hat, wird durch eine Relaisschaltung, deren Arbeitsweise später beschrieben
wird, ein Relais betätigt, das den Fernsteuer-(Rundsteuer-) Empfänger in an sich
bekannter Weise in Betrieb setzt. Sobald das Signal U5 am Eingang des Integrators
6 wegfällt, entlädt sich der inzwischen teilweise oder ganz geladene Speicherkondensator
schlagartig und beginnt mit der Aufladung von neuem, sobald wieder ein Signal US
vorhanden ist.
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Die vorgegebenen Zeitintervalle t1 und t, der monostabilen Multivibratoren
3 und 4 sind nun so bemessen, daß in den Fällen, in welchen eine bestimmte
Differenzfrequenz f. des Eingangssignals U, vorliegt, d. h. in denen die Periodendauer
T einen bestimmten Wert aufweist, sich die von den beiden monostabilen Multivibratoren
3 und 4 abgegebenen Rechtecksignale lückenlos aneinanderreihen oder überlappen,
womit die kontinuierliche Ladung des Speicherkondensators im Integrator 6 gewährleistet
ist. Sobald die Differenzfrequenz fo von dem vorgegebenen Wert um mehr als einen
zulässigen Toleranzbetrag abweicht, wird zwischen dem Rechtecksignal U4 und dem
nachfolgenden Rechtecksignal U3 eine Impulslücke auftreten, durch welche der Speicherkondensator
- wie bereits erwähnt - seine bis dahin erreichte Ladung wieder abgeben muß.
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F i g. 3 zeigt in der Form von Diagrammen ein Beispiel für eine zu
tiefe Differenzfrequenz mit der Periodendauer T', auf welche die Einrichtung zur
übertragung von Fernsteuerungsbefehlen nicht ansprechen soll. Die Funktionen der
einzelnen Schaltgruppen sind zunächst dieselben wie im Falle der idealen Differenzfrequenz
f o gemäß F i g. 2. Da jedoch jetzt die Periodendauer T' größer ist als die Summe
der Zeitintervalle tl+t. der Rechtecksignale U3 und U4, kippt der zweite monostabile
Multivibrator 4 bereits in seinen stabilen Betriebszustand zurück, bevor die nachfolgende,
um die Periodendauer T' spätere Halbwelle des Signals Ui ein neues Rechtecksignal
U3 auslöst. Die Folge davon ist, daß an der Torschaltung 5 eine Impulslücke 51 von
der Dauer T'-(tl+t2) auftritt, während welcher sich der Speicherkondensator des
Integrators 6 völlig entlädt. Er wird also die Spannung UL, die zur Betätigung des
Empfangsrelais nötig ist, nie erreichen.
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Ähnliche Verhältnisse treten auf, wenn die Differenzfrequenz fo mit
der Periodendauer T" höher ist als die Grenzfrequenz einschließlich der zulässigen
Toleranz, wie dies F i g. 4 veranschaulicht. Wenn nämlich die zweite Impulsspitze
U', bereits auftritt, so lange das Zeitintervall t1 noch andauert, wird das Rechtecksignal
U3 nicht erneut beeinflußt. Der erste monostabile Multivibrator 3 fällt deshalb
auf alle Fälle nach dem Zeitintervall t1 in seinen stabilen Betriebszustand zurück
und regt damit den zweiten monostabilen Multivibrator 4 zum Umkippen an, wodurch
das Rechtecksignal U4 wie bisher während des Zeitintervalls t2 auftritt. Solange
nun die Periodendauer T" kleiner ist als das Zeitintervall t1, jedoch die doppelte
Periodendauer 2 T" größer ist als die Summe der Zeitintervalle tl+t" wird auch in
diesem Falle in der Torschaltung 5 ein Unterbruch 51 im Signal U5
von der Dauer 2 T"-(tl+t.) auftreten. Es wird daher ein Frequenzintervall d f entsprechend
einer Periodendauer zwischen einem Wert T'",;" und einem Wert T".. immer zu einer
Aufladung des Speicherkondensators im Integrator 6 führen. Dieses Frequenzintervall
4f ist um so kleiner, je kleiner das Zeitintervall t2 und je größer das Zeitintervall
t1 [bei konstanter Summe der Zeitintervalle (tl+t@)] gewählt wird. Jedoch soll aber
die zeitliche überlappung der aufeinanderfolgenden Rechtecksignale U3 und U,1 doch
so groß sein, daß alle Toleranzen in der Arbeitsweise der beiden monostabilen Multivibratoren
3 und 4 berücksichtigt werden.
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Somit bleiben Signale U, am Eingang des Rundsteuerempfängers mit von
fo und der zulässigen Toleranz verschiedenen Frequenzen unwirksam. F i g. 2i zeigt
noch den Relaisstrom 1, in Funktion der Zeit. Ein Relais wird vom vollen Kollektorstrom
eines Transistors durchflossen, sobald die Spannung am Speicherkondensator einen
Wert Ui erreicht hat.
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In der F i g. 5 ist ein weiter detailliertes Schaltungsschema als
Beispiel für einen erfindungsgemäßen Rundsteuerempfänger gezeigt. Seine Wirkungsweise
ist die folgende: Das Tiefpaßfilter 1 ist als zweistufiges transistorisiertes RC-Filter
ausgebildet. Das Signal U, liegt an einem aus Widerständen 7, 8, Kondensatoren
10, 11
und einem als Emitterfolger geschalteten Transistor 9. Das Signal am
Emitter des Transistors 9
wird einer zweiten Filterstufp, zur weiteren
Siebung zugeführt. Die zweite Filterstufe. mit dem Transistor 12 ist mit der ersten
Stufe identisch. Von dem Emitter des zweiten Transistors 12 wird das ausgesiebte
NF-Signal Ui über den Kondensator 17 abgenommen. Der Schmitt-Trigger 2 ist aus den
Transitoren 21, 22 aufgebaut. Das NF-Signal U1 liegt über Widerstand 26 an der Basis
des ersten Transistors 21. Dessen Emitter ist durch eine Diode 23 mit der Basis
verbunden, wodurch nur während der beispielsweise negativen Halbwellen des NF-Signals
U1 ein Umkippen des Schmitt-Triggers erfolgt. Die Emitter beider Transistoren 21
und 22 sind miteinander verbunden und durch einen gemeinsamen Emitterwiderstand
24 an die positive Speiseleitung gelegt. Der Kollektor des Transistors 21 ist durch
ein RC-Glied, bestehend aus Widerstand 27 und Kondensator 28, mit der Basis des
zweiten Transistors 22 in an sich bekannter Weise verbunden. Die am Kollektor des
zweiten Transistors 22 auftretenden Rechteckimpulse U2 werden einem monostabilen
Multivibrator 3 als nächste Stufe zugeführt. Sein Eingang wird vorerst durch ein
Differenzierglied mit dem Kondensator 30 und dem Widerstand 38 gebildet, an welchem
die Rechteckimpulse U., differenziert und in Impulsspitzen U'2 umgeformt werden.
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Der monostabile Multivibrator 3 enthält Transistoren 31, 32 und 33.
Die Impulsspitzen U, gelangen an die Basis des ersten Transistors 32. Dessen Emitter
liegt - parallel mit dem Emitter des Transistors 33 - über ein RC-Glied 37, an der
positiven Speiseleitung. Ein weiteres RC-Glied, bestehend aus Widerstand 35 und
Kondensator 36, bestimmt das Zeitinten fall t1, während welchem der monostabile
Multivibrator 3, angeregt durch eine beispielsweise negative Impulsspitze U'" in
seinem instabilen Betriebszustand verharrt. Am Ausgang des ersten monostabilen Multivibrators
3 erscheint das Rechtecksignal U3. Dieses geht einerseits zum zweiten monostabilen
Multivibrator 4, wo es zunächst in einem Kondensator 4 differenziert wird, anderseits
unter Umgebung des zweiten monostabilen Multivibrators 4 zur Torschaltung 5. Der
monostabile Multivibrator 4 wird nur beim Auftreten von beispielsweise negativen
Impulsspitzen U'o zum Umkippen veranlaßt und verharrt während eines Zeitintervalls
t." welches durch die Zeitkonstante des RC-Gliedes mit dem Widerstand 45 und dem
Kondensator 46 gegeben ist, in seinem instabilen Betriebszustand. Der zweite monostabile
Multivibrator 4 ist analog dem ersten aufgebaut und enthält im wesentlichen drei
Transistoren 41; 42 und 43, eine Diode 44 und die erforderlichen Widerstände zur
Abteilung der Betriebsgrößen für die Transistoren.
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Das Rechtecksignal U4 am Ausgang des zweiten monostabilen Multivibrators
4 sowie das Rechtecksignal U3 des ersten monostabilen Multivibrators 3 werden der
Torschaltung 5 zugeführt. Diese stellt ein ODER-Tor dar. Jedes Rechtecksignal U3
bzw. U4 gelangt an eine der Dioden 51 bzw. 52. Deren Kathoden sind über einen Widerstand
53 an die negative Speiseleitung gelegt. Wie bereits früher erwähnt, ist am Ausgang
der Torschaltung 5 nur dann ein Signal U- vorhanden, wenn entweder ein -Rechtecksignal
U3 oder ein Rechtecksignal U4 oder beide gleichzeitig vorhanden sind.
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Der Integrator 6 enthält einen Transistor 61, an dessen Basis das
Signal U5 der Torschaltung liegt. Sein Emitter ist über einen Spannungsteiler mit
den Widerständen 62 und 68 vorgespannt. Als Speicherkondensator 63 wirkt die zwischen
Emitter und Kollektor geschaltete Kapazität. Wenn sein Signal- U" vorliegt, ist
die Emitter-Kollektor-Strecke des Transistors 61 leitend und damit der Speicherkondensator
63 überbrückt. Sobald ein Singnal U5 auftritt, sperrt das dann vorhandene Basispotential
die Emitter-Kollektor-Strecke, und die Ladung des Speicherkondensators 63 setzt
ein. Eine Schaltung, bestehend aus einer Zenerdiode 65 und einem Transistor 66,
in dessen Kollektorkreis ein Relais 67 geschaltet ist, sorgt dafür, daß beim Auftreten
einer bestimmten Ladespannung U,--- UL (F i g. 2h) am Speicherkondensator 63 ein
starker Strom IR durch den Kollektor des Transistors 66 und damit durch das Relais
67 einsetzt und damit das Relais 67 betätigt wird. Das Relais 67 bleibt so lange
angezogen, wie die Ladespannung U6 am Speicherkondensator 63 vorhanden ist (F i
g. 2 i). Das Relais 67 seinerseits setzt in an sich bekannter Weise den Rundsteuerempfänger
in Betrieb.
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Das Tiefpaßfilter 1, welches das elektrische Signal U, von allen anderen
Mischprodukten befreit, deren Frequenzen von der Differenzfrequenz f. verschieden
sind, kann beliebig aufgebaut sein. Außer dem in der vorliegenden Beschreibung erläuterten
zweistufigen transistorisierten RC-Filter sind auch elektromechanische Filter möglich,
welche besonders im Bereich tiefer Durchlaßfrequenzen vorzügliche Filtereigenschaften
aufweisen.
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Eine andere Ausführungsart der Schaltung gemäß F i g. 5 besteht darin,
daß die Impulsspitzen U."' gleichzeitig an beide monostabilen Multivibratoren 3,
4 gelegt werden, so daß die Rechtecksignale U3, U4 im gleichen Zeitpunkt beginnen,
jedoch nicht zur gleichen Zeit beendet sind. In der Torschaltung 5 müssen dann diese
Rechtecksignale so unterschieden werden, daß nur dann ein kontinuierliches Signal
U#_ an den Integrator 6 gelangt, wenn die Frequenz f o innerhalb der zulässigen
Toleranz liegt.