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Elektronisches Drehzahl-Relais veränderbarer Ansprechzeit Aufgabe
eines sogenannten Drehzahl-Relais ist, bei einer bestimmten, wählbaren Drehzahl,
z. B. einer Welle, einen Schaltvorgang auszulösen. Dies kann z. B. dadurch geschehen,
daß eine der Drehzahl proportionale Spannung erzeugt und z. B. mittels eines Spannungsdiskriminators
ein Schaltvorgang bewirkt wird.
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Eine andere Lösung besteht darin, an Stelle der Drehzahl eine Zeit
zugrunde zu legen. Liefert ein Aufnehmer eine sinusförmige Spannung, dann ist die
Dauer deren Periode oder auch deren Halbwelle umgekehrt proportional der Drehzahl.
Wandelt man z. B. die positiven Halbwellen dieser Sinusspannung in gleichlange und
phasengleiche Rechteckimpulse und vergleicht diese mit Normalimpulsen, so erhält
man Differenzimpulse, sobald die Drehzahl einen eingestellten Wert überschreitet,
da dann die Periodendauer der drehzahlabhängigen Impulse kürzer als die der Normalimpulse
wird. Eine solche Anordnung ist z. B. in der »Polytechnischen Tijdschrift«, E, H.
18/1963, S. 801 bis 803, beschrieben.
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Voraussetzung für deren einwandfreie Funktion ist neben dem Vorhandensein
einer exakt sinusförmigen Spannung, daß der Impulsformer genau in den Nulldurchgängen
der Eingangsspannung anspricht, da sonst jede Amplitudenänderung der Eingangsspannung
einen Fehler hervorruft.
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Unabhängig von der Form und Höhe des Eingangssignals wird man jedoch,
wenn der Schaltung noch ein Binär-Untersetzer zugefügt wird, der bei jedem Eingangsimpuls
in die jeweils andere Lage kippt. Dadurch entstehen am Ausgang des Binär-Untersetzers
Impulse, deren Dauer nicht mehr von der Dauer des Eingangsimpulses abhängt, sondern
nur noch vom Teilungsverhältnis des Impulsgenerators, z. B. eines Triggerrades,
und von der Drehzahl. Im Extremfall liefert der Impulsgeber nur noch einen Impuls
pro Umdrehung, z. B. wenn das Triggerrad nur einen Triggerstab aufweiset, womit
das Teilungsverhältnis konstant wäre. Dann wäre auch der Meßfehler nur noch durch
Ungenauigkeiten des Vergleichs-(Normal)-Impulses hervorgerufen. Die »Totzeit« ist
in diesem Fall während der für maximal zwei Umdrehungen benötigten Zeit unabhängig
von der eingestellten Soll-Drehzahl. Durch Erhöhung der Zahl der Eingangsimpulse
nimmt die Totzeit entsprechend ab. Einen Binär-Untersetzer für eine derartige Aufgabe
zu verwenden, ist z. B. der deutschen Auslegeschrift 1 167073 zu entnehmen.
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Es ist auch bereits bekannt, bei einem elektronischen Drehzahl-Relais
die gewonnenen Impulse einmal direkt und einmal über eine Verzögerungsschal-
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den Eingängen einer Torschaltung zuzuführen, so z. B. aus der deutschen Auslegeschrift
1077 307 und der französischen Patentschrift 1 362966.
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Von diesem Stand der Technik ausgehend, zeigt die Erfindung eine
Lösung der Aufgabe, eine einstellbare Hysterese für das Schaltverhalten eines solchen
Drehzahl-Relais zu schaffen.
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Diese Lösung besteht darin, daß die Torschaltung bei einer niedrigeren
Spannung als die Speicher-Rücksetzspannung geschlossen ist und diesen Speicher über
ihre parallelgeschalteten Ausgänge ansteuert und daß die Steilheit der am Ausgang
der Verzögerungsschaltung auftretenden Spannungsänderung einstellbar ist.
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Es sei hier bemerkt, daß auch ein monostabiler Vibrator als Zeitgenerator
dienen kann. Dieser hat jedoch die unerwünschte Eigenschaft, nicht wieder in seine
ursprüngliche Lage zurückgebracht werden zu können, wenn er einmal gestartet worden
ist.
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An Hand der Zeichnung wird die Erfindung näher beschrieben. Darin
zeigt Fig. 1 das Blockschaltbild eines elektronischen Drehzahl-Relais, F i g. 2
ein Schaltbild der Verzögerungsstufe, Fig. 3 die Schaltung des Impulstores, und
F i g. 4 ein Schaltdiagramm.
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Die zu überwachende Welle 1 (Fig. 1) trägt eine Impulserzeugungseinrichtung,
beispielsweise sogenannte Triggerstäbe 2, und eine Abnahmespule 3, deren Impulse
über einen Impuls-Wandler 4, z. B. einen Schmitt-Trigger, auf einen Binär-Untersetzer
5, z.B. eine Flip-Flop-Stufe, mit den Ausgängen 5a und 5b gegeben werden.
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Der Ausgang 5 a des Untersetzers 5 führt über eine Verzögerungsstufe
6 zum Eingang 7 a, während der Ausgang 5 b des Untersetzers 5 direkt mit dem Eingang
7b der Torschaltung 7 verbunden ist, deren Ausgang mit dem Eingang 8a des Speichers
8 verbunden
ist. Schließlich steuert der Ausgang 8a' des Speichers
8 über einen Verstärker9 des Relais 10.
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Die in Fig. 2 gezeigte Verzögerungsschaltung erhält über die Klemmen
0 und 11 eine konstante Spannung Ur. Am Eingang 12 werden die vom Binär-Untersetzer
5 a kommenden Impulse zugeführt, während die Ausgangsklemme 13 mit der Eingangsklemme
7 a der Torschaltung 7 verbunden ist.
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Im Prinzip besteht die Verzögerungsschaltung aus einem symmetrischen
Verstärker. In dem Augenblick, in dem der Transistor 16 von dem Binär-Untersetzer
5 gesperrt wird, beginnt die Spannung an der Eingansgklemme 12 mit der aus dem Widerstand
14 und der Kapazität 15 gebildeten Zeitkonstanten anzusteigen. Sobald die Spannung
an dem Kondensator 15 die Spannung Ur überschreitet, wird der Transistor 17 leitend,
und die an seinem Kollektor liegende Spannung fällt von -12V auf etwa - 7 V. Die
Steilheit des Spannungsabfalles wird bestimmt durch die Verstärkung der Stufe und
kann somit am Widerstand 18 eingestellt werden. Die Ansprechschwelle wird durch
das Verhältnis der Widerstände 19, 20 bestimmt.
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F i g. 3 zeigt die Torschaltung. Deren Funktionsweise ist folgende:
Wenn die Eingangsfrequenz kleiner ist als die eingestellte (Schalt-)Frequenz, steigt
die Spannung am Kondensator 15 (F i g. 2) bis zu einem Wert, der höher ist als Ut.
Dabei entsteht am Ausgang 13 eine Spannung, die in dem Moment verschwindet, in dem
der Binär-Untersetzer 5 umkippt.
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Ein Impulstor, das von der Ausgangsspannung der Verzögerungsschaltung
gesperrt wird und nach Verschwinden dieser Spannung etwas (einige Mikrosekunden)
verzögert öffnet, ließe also die differentiierte Rückflanke des Binär-Untersetzers
nicht durch.
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Liegt dagegen die Eingangsfrequenz höher als die eingestellte Frequenz,
so erreicht die Spannung am Kondensator 15 nicht den Wert Ur, und am Ausgang 13
ändert sich nichts. Das Impulstor ist dauernd ge-
öffnet. Der nachfolgende Speicher
8 wird nur dann von den differentiierten Rückflanken des Binär-Untersetzers 5 gesetzt,
wenn die Frequenz größer als die eingestellte Frequenz ist, und von der Ausgangsspannung
des Zeitgenerators wieder zurückgesetzt, wenn die Frequenz kleiner als die eingestellte
Frequenz ist.
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Gemäß der Erfindung wird die Torschaltung nun einmal so dimensioniert,
daß sie bereits bei einem solchen Wert der Ausgangsspannung der Verzögerungsschaltung
geschlossen wird, der noch nicht ausreicht, den Speicher zurückzusetzen. Auf diese
Weise erhält man eine Hysterese. Deren Größe wird bestimmt durch die Zeit, welche
die Ausgangsspannung der Verzögerungsschaltung benötigt, um die Differenz zwischen
diesen beiden Werten zu durchlaufen, wie F i g. 4 zeigt. Macht man nun außerdem
den Wert des Widerstandes 18 (F i g. 2) einstellbar und damit die Steilheit der
Spannungsänderung variabel, so läßt sich die Größe der Hysterese einstellen.