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Programmsteuerung von Arbeitsmaschinen Die Erfindung bezieht gioh
auf -eine Programmsteuerung von Arbeitmaschineii ihittelg eines Schrittschaltwerks
und eines Für die Programnigteuorung von Wetkzeugffiagchineu, Bombeituilgsgtraßon
ü# dgl. wurden inochaffisohe Steueroinrichtungen verwendet, bei denen ftlit Hilfe
von Schrittschaltwerken. die einzelnen Programmschritte in der vorbestimmten Reihenfolge
eillgeschaltet wurden. Um die, Nächteile mechäffischer K. ontakte zu vermeiden,
ist man bgreits seit längerem dazu übergegangen, die Schrittschaltwerke
elek-
tronisch aufzubauen. Zu diesem Zweck sind Schalztungen mit Röhren, Transistoren
u. dgl. aufgebaut worden.
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Die bekannten elektronischen Schrittschaltwerke haben den Nachteil,
daß sie auf einem verhältnigmäßig niedrigen Leistungspegel arbeiten, so daß es nicht
möglich ist, die Steuerorgäne (Schütze, Kupplungen., Motoren u. dgl.), der Arbeitsmaschine
direkt durch die Schrittschaltwerke zu betätigen. Es sind daher Eiuxichtungen
erforderlich, die die Ausgangssignale der Schaltwerke weiterverarbeiten und
die notwendige Ausgangsverstärkung, liefern, Eine derart aufgebaute Steuerdinnehtung
verün, acht jedoch einen gewissen Aufwand, so daß die rein mechanisch ar#
beitenden Einrichtungen trotz ihrer betriebsmäßigen Nachteile für einfachere Steueraufgaben
ihre Bedeutung bis jetzt nicht verloren habert.
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Dar Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, der kontaktlosen
Steuerteahnik, durch entscheidende Voreinfachung auch diesen Bereich zu erschließen.
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Die Erfindung besteht bei einer Programmsteuerung von Arbeitsmaschinen
mittels eines Schrittschaltwerks und eines Kreuzschienenverteilers erstens in der
Vereinigung folgender Merkmale.
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a.) Das Schrittschaltwerk besteht aus Ströme von mehreren Ampere schaltenden
bistabilen Halbleiter-Kippstufen, von denen jede Stufe zwei komplementäte
Transistoren enthält, die parallel über Kal.Icktorwiderstände gespeist und über
den gemeinsamen Verbraucher in Reihe mit einer entkoppelndea Diode geächaltet sind,
während jeweils die Basis des einen mit dem Kollektor des anderen Transistors verbunden,
ist und die eine Basis zugleich d= Eingaug der Ydppstufe bildet,' b) an die
Emitter beider Transistoren ist ausgangsseitig ein RC#Glied angeschloesen, über
desseii, Abgriff mitteds einer Diede die iiächstfölgende Stufe des Schrittgchältwerks
angekoppelt wird'.
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Die Erfmdtmg besteht bei einer Programfnstduemüg von Arbeitsmagchinen
mittels einos Schrittschaltwerks und eines Kreuzschienenverteilerg zweitens 'in
der Vereinigung folgender Merkmale-, a) Das Schrittschaltwerk besteht aus Ströme
von mehreren Amperä schaltenden Halbleitetstufen, von denein jede Stufe einen,
steuerbareii Halbleiter-Gleichrichter niit drei pn#übergängen ent" hält, der über
den Verbraucher in Reihe mit einer entkoppelnden Diode gespeist wird; b) die einzelnen
Stufen des Sehrittschaltwerkg sind über Kondensatoren gekoppelt, die die,
vorbraucherseitige Elektrode deg vörhergehenden mit der Steueralektrode des üachfölgenden
Gleichrichters verbinden, Das Setzen der ersten Stufe des Schrittschaltwerks
W- , ölgt durch ein Eingangggignal und das Fortschalten von Stufe
zu Stufe jeweils, durch kurze Unterbrechung der Spoigulig.
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Die Stufen des Schrittschaltwerks können nach einem weiteren Merkinal
der Erfindung unmittelbar Miteiffander gekoppelt sein, und die Verbraucher
(Schütze, Kupplungen, Motoren def Arboitsmaschine) sind dann über den Krenzschienenverteiler
an# geschlossem Die Verbindu.figggtöpsei des Kreuzschienenvettollef s, iuohnien
dib entköppelndeü Dioden aeif.
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Die Stufen des Schtittschältweiks, können nach einem weiteren Merkmal
der, Erftduig auch über den miteiiiander gekoppelt g&.ä, während die, Verbraucher
(Schütze, Kupplungen, Motoren deg Arbditgihägühiide) jeweils den eiilzebitn
gttiferl =geordnet siüd. In ditseüi Fall nehm en die VefW,n#du-nggs,t.öpgel dös.
Kreuzschi>eiieftveeei.1,brq die
kdppelü>dcn Diodeii bzw. Kandeüsatö:ren
auf.
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Zuni abwechg61iiden Schalten inthrerer Verbraucher ist eiüe Aiäötdfiung
mit einer bigtabileü5
monostabilen oder astabilen Kippschaltung
mit mehreren Transistoren bekannt, bei der jeweils einer der Transistoren sowohl
den Kippvorgang als auch das Einschalten des Verbrauchers übernimmt; jeder der verwendeten
Transistoren ist aber nicht in der Lage, Ströme von mehreren Ampere zu schalten.
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Es ist weiter bekannt, bistabile Schaltkreise für Signalübertragungseinrichtungen
mit je zwei Transistoren entgegengesetzten Leitfähigkeitstyps aufzubauen,
wobei die Basiselektrode eines jeden der beiden Transistoren mit der Kollektorelektrode
des anderen Transistors verbunden und eine gemeinsame Spannungsquelle zwischen die
Steuerelektroden des Transistorpaars geschaltet ist; die bekannte Verbundtransistoranordnung
ist aber nicht in der Lage, Ströme von mehreren Ampere zu schalten.
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Die der Erfindung zugrunde liegende Lehre, die einzelnen Stufen des
Schrittschaltwerks aus an sich bekannten Halbleiteranordnungen aufzubauen, welche
Durchlaßströme von mehreren Ampere zulassen, ermöglicht eine wesentliche Vereinfachung
des Schaltwerksaufbaues, weil die Verbraucher unmittelbar angesteuert werden können
und Zwischenverstärker entbehrlich werden. Der Innenwiderstand der einzelnen Halbleiterkippstufen
bzw. steuerbaren Halbleitergleichrichter soll dabei so klein wie möglich gehalten
werden, damit durch die hohen Betätigungsströme keine übermäßige Verlustleistung
in der Steuereinrichtung entsteht; außerdem darf ein unterschiedlicher Strombedarf
dei angeschlossenen Verbraucher keinen Einfluß auf die Funktion der Halbleiterkippstufen
bzw. steuerbaren Halbleitergleichrichter haben.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung seien nachstehend, an Hand von
vier Figuren näher erläutert'. Die Fig. 1 veranschaulicht eine Kette von
bistabilen Halbleiterkippstufen, von denen eine Stufe näher beschrieben werden soll.
Sie besteht aus den beiden Transistoren 1 und 2 verschiedenen Leitfähigkeitstyps,
die mit entsprechenden Kollektorwiderständen 3 und 4 in--Reihe -liegen. Die
parallel gespeiste Verbundtransistorkombination 1, 2 aus Germanium- oder
Siliziumtransistoren, welche Ströme von mehreren Ampere zu schalten vermögen, ist
über eine Entkopplungsdiode 9 mit dem Verbraucher 5 in Reihe geschaltet,
der die Erregerwicklung eines Schützes, einer Kupplung od. dgl. sein kann. Um ini
Bedarfsfall noch ein besonderes Ausgangssignal erhalten zu können, kann jeder Kippstufe
eine Klemme A zugeordnet sein, welche mit dem masseabseitigen Anschluß des
Verbrauchers 5 verbunden ist.
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Bei Anstoß des Schrittschaltwerks durch einen Eingangsimpuls auf die
Eingangsklemme E wird die erste Kippstufe durchlässig gesteuert; dabei öffnen
sich die beiden Transistoren 1, 2 sehr rasch gegenseitig, bis beide den vollen
Durchlaßstrom führen. Die Widerstände 3 und 4, die verhältnismäßig niederohmig
sind, dienen dazu, die Kollektorrestströme der Transistoren 1, 2 im gesperrten
Zustand klein zu halten. Im durchlässigen Zustand fällt an der Kombination der beiden
Transistoren 1, 2 nur eine geringe Spannung ab. An die Emitter der Transistoren
1, 2 ist ein RC-Glied mit dem Widerstand 6 und dem Kondensator
7 in Reihenschaltung angeschlossen; über den Abgriff B dieses Reihen-RC-Gliedes
und die Koppeldiode 8 ist die nächstfolgende Stufe des Schrittschaltwerks
angekoppelt. Der Stufenausgang ist mit C bezeichnet. Die Weiterschaltung
von Stufe zu Stufe erfolgt jeweils durch kurzzeitige Unterbrechung des SPeisestromkreises.
Dadurch wird je-
weils die vorher gezündete Stufe gelöscht und nach Wiederkehr
der Speisespannung die nächste Stufe gezündet.
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EineandereMöglichkeitzumAufbau*einesS#hrittschaltwerks mit Ströme
von mehreren Ampere schaltenden Halbleiterstufen ist in der F i g. 2 veranschaulicht.
Jede Stufe des Schrittschaltwerks enthält einen steuerbaren Halbleitergleichrichter
10 mit drei pn-Übergängen. Jeder der Gleichrichter 10 ist über die
entkoppelnde Diode 9 und den Verbraucher 5 in Reihenschaltung an die
Speisespannungsquelle angeschlossen. Der Eingang ist mit E, die Ausgänge
sind mit A, B bzw. C bezeichnet. Die einzelnen Stufen
des Schrittschaltwerks sind über Kondensatoren 7 gekoppelt, welche die verbraucherseitige
Elektrode des vorhergehenden Gleichrichters 10 mit der Steuerelektrode des
nachfolgenden Gleichrichters verbinden. Der Anstoß des Schrittschaltwerks erfolgt
auch hier durch einen Impuls auf die EingangsklemmeE, -die Weiterschaltung von Stufe
zu Stufe durch kurzzeitige Unterbrechung der Speisung.
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Zur Erläuterung einer Programmsteuerung mit einem solchen Schaltwerk
seien nachstehend die F i g. 3 und 4 herangezogen.
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Mit Z" Z2 ... Z" seien die einzelnen Stufen de - s Schrittschaltwerks
bezeichnet, dessen Schaltungseinzelheiten in den zuvor betrachteten F i
g. 1 und 2 dargestellt sind. Die Stufen Z, bis 4 sind unmittelbar miteinander
gekoppelt, wie dies in den Fig. 1
bzw. 2 veranschaulicht ist. Die Ausgänge
C der Kipp-
stufen Z, bis Z" sind an die Eingangsschienen a,
b ... n eines Kreuzschienenverteilers angeschlossen, dessen Ausgangsschienen
a', b'. . . n' mit Verbrauchern Sl, S2, Kl,
K2 verbunden sind. Diese Verbraucher mögen Schütze bzw. Kupplungen sein und
entsprechen den Verbrauchern 5 gemäß Fig. 1
und 2. Das Programmieren
erfolgt durch Einstecken von Stöpseln St, welche die entkoppelnden Dioden
9
(F i g. 1 und 2) enthalten, in den Kreuzüngspunkten des Verteilers.
Bei diesem Ausführungsbeispiel sind also die einzelnen Stufen des Schrittschaltwerks
starr miteinander gekoppelt und werden in der angegebenen Reihenfolge Z" Z2... Z"
nacheinander fortgeschaltet. Die Programrnierung erfolgt auf der Starkstromseite
durch den Kreuzschienenverteiler, und die Verbraucher S, K
werden direkt, d. h. ohne Zwischenschalten von Verstärkern, in einer durch
die Stöpsel des Kreuzschienenverteilers festlegbaren Reihenfolge eingeschaltet.
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Eine andere vorteilhafte Möglichkeit zur Progranimierung mit Schrittschaltwerk
und Kreuzschienenverteiler ist in der Fig. 4 angedeutet. Das Schrittschaltwerk ist
hierbei in seine einzelnen Stufen Zl, Z2 ... Z., aufgelöst, d. h.,
die Stufen sind nicht starr miteinander gekoppelt, sondern die Koppelausgänge B,
beispielsweise die Verbindungsstellen der Reihen-RC-Glieder 6, 7 in F i
g. 1, sind an die Eingangsschienen des Kreuzschienenverteilers und dessen
Ausgangsschienen an die Eingänge der Kippstufen angeschlossen. Diese Anordnung gestattet
es, die Programmierung auf der Schwachstromseite, d. h. im Koppelbereich
der Kippstufen, vorzunehmen, so daß die Stöpsel St, welche die Koppeldioden
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(F i g. 1) bzw. die Kondensatoren 7 (F i g. 2) enthalten,
nur mit geringen Strömen belastet werden. Das Programm wird durch ein Eingangssignal
auf die erste Stufe der Kette in Gang gesetzt und jeweils
durch
ein Ausgangssignal der einzelnen Stufen fortgeschaltet. An den Starkstromausgang
C jeder Stufe ist - jeweils über die Entkopplungsdiode 9 -
unmittelbar der Verbraucher S, K angeschlossen. An einen Stufenausgang
C können auch mehrere Verbraucher angeschlossen sein, wobei dann zweckmäßig
die Entkopplungsdioden 9 den Verbrauchern S, K
zugeordnet
werden. Die Reihenfolge, in der die einzelnen Kippstufen nacheinander zum Ansprechen
gebracht werden, wird in diesem Fall durch die Stöpsel des Kreuzschienenverteilers
bestimmt.