DE1449627C3 - Kontrolleinrichtung für Ausgabevorrichtungen datenverarbeitender Maschinen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung der im Oberbegriff des Anspruchs I angegebenen Art.

Es sind bereits unter der Bezeichnung »Positionsgeber« verschiedene Vorrichtungen bekannt, mit denen Relativstellungen, Winkelpositionen usw. von bewegten Teilen in entsprechende elektrische Signale umgewandelt werden. Hierzu gehören z. B. Potentiometer, bei denen der Schleifer eine der Position entsprechende Spannung abgreift, was jedoch nur für langsame Bewegungen anwendbar ist und außerdem zu hoher Abnutzung führt. Außerdem sind induktive Geber bekannt, die einen Transformator mit verschiebbarem Kern haben, dessen Bewegung die Kopplung zwischen zwei Wicklungen und damit die Ausgangsspannung verändert (FR-PS 13 31 386).

Ferner sind noch magnetische Geber bekannt, die jedoch dem Prinzip nach nur die Bewegung von bewegten Teilen, aber nicht deren Relativlage im Stillstand anzeigen können. Bei diesen Gebern wird durch einen Magneten, der mit dem bewegten Teil verbunden ist, der Fluß in einem Abtastkopf verändert, und diese Flußänderungen induzieren in einer Wicklung eine Spannung, die das Vorbeibewegen des Magneten am Abtastkopf anzeigt. Es ist auch möglich, den Dauermagneten im magnetischen Kreis des Abtastkopfes vorzusehen und durch ein bewegtes Teil aus ferromagnetischem Material den magnetischen Widerstand des gesamten Kreises zu verändern, was ebenso zu Flußänderungen und damit in der Wicklung induzierten Ausgangsspannungen führt (DT-AS 10 62 969, französische Patentschrift 12 12 331, DT-PS 5 90 995, IBM Diselosure Bulletin, August 1960, S. 35).

Schließlich ist es noch bekannt, durch Ändern des magnetischen Widerstandes eines mit einer Wicklung versehenen magnetischen Kreises die Induktivität der Wicklung zu steuern, wobei das bewegte Teil z. B. den Luftspalt des magnetischen Kreises geringer bzw. größer macht. Aus der hierdurch veränderbaren Induktivität ergeben sich Veränderungen der induktiven Impedanz, die sich durch Einprägen eines konstanten Stromes und Messen des Spannungsabfalls oder durch Brückenschaltungen in elastische Wechselstromsignale umwandeln lassen. Bei dieser Vorrichtung ist auch eine Anzeige der Position eines stillstehenden Teils möglich (DT-PS 5 90 995). Endlich sind noch die bekannten Transduktoren, d. h. magnetischen Verstärker, zu nennen. Sie enthalten einen Magnetkern mit gekrümmter Magnetisierurtgskennlinie und auf diesem Kern. angeordnete Übertragerwicklungen. Die Permeabilität des Kerns läßt sich durch eine Vormagnetisierung mittels eines in einer besonderen Wicklung fließenden Gleichstromes steuern, wodurch die Signalübertragung zwischen den beiden Wicklungen des Übertragers verändert werden kann. Bei diesen magnetischen Verstär-

kern liegt jedoch das Steuersigna! in der Form eines Gleichstromsignals an, also nicht in der Form einer mechanischen Bewegung.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung zur Abgabe von Signalen in Ausgabevorrichtungen datenverarbeitender Geräte zu schaffen, die sich durch niedrigen Raumbedarf, geringen Aufwand sowie sichere und verschleißfeste Arbeitsweise auszeichnet. Sie muß in der Lage sein, die Relativlage eines Teils gegenüber einem feststehenden Teil auch im Stillstand oder zumindest unabhängig von der Bewegungsgeschwindigkeit feststellen zu können.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im Anspruch 1 angegebenen Merkmale gelöst. Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.

Die erfindungsgemäße Ausbildung hat den wesentlichen Vorteil, daß sie ein Abtasten der Relativlage von stillstehenden Teilen zuläßt und daß die Ausgangssignale in ihrer Amplitude unabhängig von der Bewegungsgeschwindigkeit des abzutastenden Teils sind. Hierdurch ist eine sehr sichere Auswertung der Positionskriterien möglich.

Die Erfindung wird nachfolgend an Hand des Beispiels eines bewegten Teils an einem Lochstreifenloeher näher erläutert In den Figuren zeigt

Fig. 1 den prinzipiellen Aufbau eines Lochstreifenlochers mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung,

F i g. 2 eine Magnetisierungskennlinie gekrümmter Form, an Hand derer eine erste Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung beschrieben wird,

Fig.3 einen Impulsplan, an Hand dessen die Arbeitsweise einer zweiten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung beschrieben wird,

F i g. 4 das Blockschaltbild einer weiteren Ausführungsform und

F i g. 5 eine Magnetisierungskennlinie mit im wesentlichen rechteckiger Form für die Erläuterung der Ausführungsform nach F i g. 4.

Bei dem in der F i g. 1 schematisch dargestellten Streifenlocher geht es darum, die Bewegung eines Lochstempels 2, der von einer bekannten Antriebs- und Auswahlvorrichtung 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10 wahlweise zum Lochen abgesenkt wird oder nicht, zu überwachen. Das entsprechende elektrische Überwachungssignal soll dann mit dem Steuersignal für den Auswahlmechanismus verglichen werden, um eventuelle Ausfälle im Mechanismus anzeigen zu können.

Hierzu ist an dem zu überwachenden, beweglichen Teil 2 am oberen Ende ein Dauermagnet 11 angeordnet, der die Bewegung des beweglichen Teils 2 mitmacht. Über dem Magneten 11 ist ein Ringkern 12 fest angeordnet und trägt zwei Abfragewicklungen 15, 16. Der Abstand zwischen dem Magneten 11 und dem Ringkern 12 ändert sich dementsprechend beim Auf- und Abgehen des Teils 2, so daß der Ringkern 12 in der einen Endstellung nur von einem sehr schwachen Magnetfluß und in der anderen von einem stärkeren Magnetfluß durchsetzt wird.

An Hand der F i g. 2 soll nun die Funktion einer ersten Auswerteschaltung beschrieben werden. Sie zeigt die Magnetisierungskennlinie auf (H) eines Ringkernes mit stark ausgeprägter Sättigung. Die Breite der Hystereseschleife ist verhältnismäßig schmal und bei diesem Ausführungsbeispiel ohne Bedeutung. Wird nun an die eine Wicklung, z. B. die Wicklung 16, eine Wechselspannung der Amplitude 17 (F i g. 2) gelegt, so wird abhängig von der Stellung des Magneten 11 gegenüber dem Ringkern 12 in der Wicklung 15 eine schwache oder starke Wechselspannung induziert. Befindet sich der Magnetkern 11 in der Endstellung größten Abstandes vom Kern 12, so ergibt sich z. B. der Arbeitspunkt 14 auf der Kennlinie, was zu einer hohen Ausgangsspannung führt. Ist der Magnet 11 jedoch in der Endstellung, die dem Magnetkern 12 am nächsten ist, so gilt der Arbeitspunkt 13 auf der Magnetisierungskennlinie, so daß in der Wicklung 15 wegen der niedrigen Permeabilität des Kerns nur eine sehr niedrige Ausgangsspannung erzeugt wird. Die Amplitude der Ausgangsspannung ist also ein Kriterium dafür, in welcher Stellung sich der Magnet 11 und das zu überwachende Teil 2 gegenüber dem feststehenden Teil 3 befinden.

Wird als Kern 12 ein solcher Ringkern benutzt, wie er für Ferritkernspeicher verwendet wird, also mit einer annähernd rechteckigen Hystereseschleife, so läßt sich die Speichereigenschaft des Kerns in vorteilhafter Weise ausnutzen. Hierdurch hat man die Möglichkeit, den Ringkern durch Annäherung des Dauermagneten 11 in eine bestimmte äußere Remanenzlage zu bringen und diese Lage durch einen Rückstellimpuls in entgegengesetzter Richtung festzustellen. Dieses Abfragen durch den Rückstellimpuls kann zu beliebiger Zeit und damit synchron zu irgendwelchen anderen Vorgängen erfolgen. Die Arbeitsweise dieser zweiten Ausführungsform wird nachfolgend an Hand der F i g. 3 erläutert. Zeile a) zeigt die Bewegung des Magneten 11 gegenüber dem Ringkern 12, Zeile b) den Remanenzzustand im Kern 12, Zeile c) die Rückstellimpulse ρ und Zeile d) das Ausgangssignal in der Lesewicklung 15.

Am Anfang befindet sich der Kern 12 in der negativen Remanenzlage (Zeile b). Sobald der Magnet 11 (Zeile a, Arbeitsperiode 71) angenähert wird, kippt der Kern (zum Zeitpunkt to) in die entgegengesetzte, positive Remanenzlage. Der nächste Rückstellimpuls ρ stellt den Kern in die negative Remanenzlage zurück (Zeitpunkt π). Nähert sich der Magnet 11 in der zweiten Arbeitsperiode Ti nicht dem Ringkern 12, so wird dieser nicht aus der negativen in die positive Remanenzlage umgekippt. Der darauffolgende Rückstellimpuls ρ bleibt also unwirksam, weil sich der Kern bereits in der negativen Remanenzlage befindet.

Wie aus der Zeile d) hervorgeht, wird zum Zeitpunkt to wegen des Umklappens des Kerns von der negativen in die positive Remanenzlage ein positives Ausgangssignal erzeugt, das jedoch nicht ausgewertet wird. Zum Zeitpunkt π wird jedoch durch das Rückstellen durch den Rückstellimpuls ρ ein negativer Nutzimpuls erzeugt, der als Kriterium dafür ausgewertet wird, daß der Magnet 11 dem Magnetkern 12 vorher in der Arbeitsperiode 71 angenähert wurde. Der am Ende der Periode Ti auftretende Störimpuls s, der durch den Rückstellimpuls ρ bewirkt wurde, wird nicht ausgewertet, was ohne weiteres möglich ist, weil er eine sehr kurze Dauer hat.

Die Betriebsweise eines weiteren Ausführungsbeispiels soll nun an Hand der F i g. 4 und 5 näher erläutert werden. Der im geringen Abstand gegenüber dem Magneten 11 des beweglichen Teils 2 angeordnete Ringkern 18 trägt zwei Abfragewicklungen 19 und 20 entgegengesetzten Wicklungssinnes sowie'eine Lesewicklung 21. Die Abfragewicklungen 19 und 20 sind über je eine UND-Schaltung 22 bzw. 23 mit den zueinander komplementären Ausgängen einer astabüen Kippstufe 24 verbunden. Die UND-Schaltungen 22 und 23 werden über ihre Steuereingänge 22' bzw. 23' wech-

seiweise mit den ebenfalls zueinander komplementären Ausgängen einer bistabilen Kippstufe 25 gesteuert, deren Eingang über einen Leseverstärker 26 und ein Verzögerungsglied 27 an die Lesewicklung 21 angeschlossen ist.

Im Ausgangszustand befinde sich der Ringkern 18 in einem dem Kennlinienpunkt 30 (F i g. 5) entsprechen· den Remanenzzustand. Er wird in diesem Arbeitspunkt über die UND-Schaltung 23 und die Abfragewicklung 19 mit Magnetisierungsimpulsen der Amplitude 31 beaufschlagt. Durch diese Impulse wird der Kern jeweils bis zum Kennlinienpunkt 32 vormagnetisiert, welcher mit einem gewissen Sicherheitsabstand vor dem unteren Kennlinienknick 33, der Umschaltschwelle, liegt. Sobald der Dauermagnet U in die unmittelbare Nähe des Ringkerns 18 gelangt, wird der Kern auf den Kennlinienpunkt 34 vormagnetisiert. Dieser liegt zwar ebenfalls noch unterhalb des Kennlinienknicks 33, so daß hierdurch allein noch keine Umschaltung des Kerns erfolgt, aber die überlagerten Stromimpulse der Wicklung 19 bewirken eine Überschreitung des Kennlinienknicks 33, so daß der Ringkern durch die erste Impulsflanke umgeschaltet wird und danach im Kennlinienabschnitt 35 auf der oberen Hysteresegrenze pendelt. Wenn nun durch Niedergehen des beweglichen Teils 2 der Dauermagnet 11 von dem Kern entfernt wird, entfällt die Vormagnetisierung, und die Magnetisierungsimpulse in der Abfragewicklung 19 durchlaufen nun den Kennlinienabschnitt 36 auf der oberen Hysteresegrenze.

Beim Umschalten des Ringkerns 18 nach dem ersten Überschreiten des Kerinlinienknicks 33 war in der Le-S sewicklung 21 ein Spannungsimpuls induziert -worden, der über den Leseverstärker 26 über das Verzögerungsglied 27 mit der Verzögerungszeit T* an den Eingang der bistabilen Kippstufe 25 gelangt. Hierdurch schaltet die bistabile Kippstufe 25 um und öffnet nun

ίο die UND-Schaltung 22 für die Impulse der astabilen Kippstufe 24, die an die Abfragewicklung 20 gelangen. Die Wicklung 20 ist gegenüber der Amplitude der astabilen Kippstufe 24 so dimensioniert, daß Magnetisierungsimpulse mit einer größeren Amplitude 37 erzeugt

is werden, die ausreicht, den Magnetkern 18 wieder in die ursprüngliche, untere Remanenzlage zurückzuschalten. Als Ausgangssignal kann bei dieser beschriebenen Ausführungsform entweder einer der beiden gegensätzlich gepolten Leseimpulse am Ausgang 28 oder auch das Rückstelisignal am Ausgang 29 benutzt werden. Der bei der Rückstellung des Kerns in die Lesewicklung induzierte Impuls gelangt ebenfalls über den Leseverstärker 26 und das Verzögerungsglied 27 an den Eingang der bistabilen Kippstufe 25 und schaltet diese um. Die Rückstellimpulse werden also nach der Verzögerungszeit Ta zugunsten der umgekehrt gepolten Vorbereitungsimpulse abgeschaltet, womit der Ausgangszustand der Schaltung wieder hergestellt ist.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Einrichtung zur Abgabe von Signalen in Abhängigkeit von der Ausführung eines Hubes bewegbarer Teile in Ausgabevorrichtungen datenverarbeitender Geräte, bei der der magnetische Zustand eines Abtastkopfes durch einen am bewegbaren Teil angeordneten Magneten beeinflußt und zur Abgabe entsprechender elektrischer Signale ausgenutzt wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Abtastkopf einen ringförmigen Kern (12, 18) aus einem Material mit stark gekrümmter Hystereseschleife (F i g. 2, 5) sowie mindestens eine Abfrage- (16, 19, 20) und eine Lesewicklung (15, 21) aufweist und daß die in der einen Endstellung des bewegbaren Teiles (2) vom Magneten (11) verursachte niedrige und in der anderen Endstellung, in der das Magnetfeld den Kern in Umfangsrichtung durchsetzt, verursachte hohe Magnetisierung des Kernes (12,18) dadurch zur Abgabe entsprechender elektrischer Signale ausgenutzt wird, daß Abfragesignale, die der Abfragewicklung (16,19, 20) des Abtastkopfes zuführbar sind, dem Sättigungszustand des Kernes (12,18) entsprechende Signale in der Lesewicklung (15,21) erzeugen.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Kern (12, 18) des Abtastkopfes ein solcher mit nahezu rechteckiger Hystereseschleife (F i g. 5) vorgesehen ist.

3. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die magnetische Stärke des Magneten (11) und die Endstellungen des hin- und herbewegbaren Teils (2) so auf die Magnetisierungskurve des Abtastkopfes abgestimmt sind, daß der Kern in der einen Endstellung des hin- und herbewegbaren Teils nicht, aber in der anderen Endstellung über die Umschaltschwelle des Kerns aus der Ruhelage in die entgegengesetzte Remanenzlage ummagnetisierbar ist, und daß diese etwaige Ummagnetisierung durch ein in Richtung der Ruhelage wirkendes Rückstellsignal, das beim Umschalten des Kerns in der Lesewicklung ein entsprechendes Ausgangssignal erzeugt, feststellbar ist.

4. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Abfragewicklung des Kerns (12, 18) Abfrageimpulse zuführbar sind, die beim Umklappen des Kerns in der Lesewicklung (15, 21) entsprechende Ausgangsimpulse erzeugen, und daß die magnetische Stärke des Magneten und die Endstellungen des hin- und herbewegbaren Teils (2) so auf die Magnetisierungskurve (F i g. 5) des Abtastkopfes abgestimmt sind, daß in der einen Endstellung des hin- und herbewegbaren Teils dieses Umklappen verhindert, in der anderen' dagegen ermöglicht wird.

5. Einrichtung nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch eine Auswerteschaltung, bestehend aus zwei UND-Schaltungen (22, 23), deren Ausgänge zwei zueinander entgegengesetzt gepolte Abfragewicklungen (20, 19) auf dem Kern (18) des Abtastkopfes ansteuern, deren erste Eingänge von einem Impulsgenerator (24) gespeist werden und deren zweite Eingänge (22', 23') mit den beiden gegenpoligen Ausgängen einer bistabilen Kippstufe (25) verbunden sind, und einem an eine Lesewicklung (21) des Kerns (18) angeschlossenen Leseverstärker (26), der über ein Verzögerungsglied (27) an den Zähleingang der bistabilen Kippstufe (25) angeschlossen ist, wobei die eine Abfragewicklung (19) gegenüber der Amplitude der Signale des Impulsgenerators (24) so ausgelegt ist, daß in der einen Endstellung des hin- und herbewegbaren Teils (2) die Umschaltschwelle (33) des Kerns nicht, aber in der anderen Endstellung überschritten wird während die zweite Abfragewicklung (20) so ausgelegt ist, daß die Umschaltschwelle unabhängig von der Stellung des hin- und herbewegbaren Teils überschritten wird.