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Die Erfindung bezieht sich auf eine berührungsfrei steuerbare elektrische
Schalteinrichtung zur Betätigung eines Relais mit einem elektrischen Oszillator
und einem mechanisch verstellbaren, in der Oszillatorschaltung angeordneten Steuerkondensator
zur Beeinflussung der Amplitude der Oszillatorspannung, bei der die Oszillatorspa_nnung
über einen Gleichrichter eine schwellwertempfindlich eingestellte; das Relais betätigende
Schaltvorrichtung steuert.
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Es sind zur Zeigerbetätigung von Kontakten an elektrischen Meßwerken,
z. B. an Drehpulsinstrumenten, berührungsfrei betätigbare Oszillatoranordnungen
bekannt, bei denen eine am Zeiger befestigte Metallfahne den Resonanzwiderstand
eines im Rückkopplungspfad des OsziJlatars angeordneten Schwingkreises durch Beeinflussung
einer Schwingkreisinduktivität derart verändert, däß die Oszillatorschwin¢ung in
einer bestimmten Stellung der Metallfahne abreißt Die Oszillatorspannung wird gleichgerichtet
und steuert eine schwellwertempfindlich eingestellte Gleichstromkippschaltung derart,
daß diese beim Abreißen des Oszillatorschwingung ein Sehutzgasrelais od. dgl. schaltet.
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Diese Anordnungen eigenen sich schlecht zum Aufbau in integrierter
Schalttechnik, wozu induktivitätsfreie Oszillatoren erwünscht sind.
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Es sind ferner Anordnungen mit induktivitätsfreien Oszillatoren bekannt,
bei denen die Amplitude der Oszillatorspannung durch Veränderung einer in der Oszillatorschaltung
angeordneten Kapazität stetig gesteuert werden kann. Diese Anordnungen verlangen
zur empfindlichen Reduktion der Oszillatorspannung einen relativ großen Verstellbereich
der Kondensatorkapazität, welcher durch Zeigerbetätigung nicht erzielbar ist. Andere
Anordnungen benötigen dazu den weitgehenden Kurzschluß des Kondensators; welcher
nur über eine am Zeiger des Meßwerks befestigte Elektrode erreichbar ist, die ihrerseits
mit passenden Punkten der Oszillatorschaltung elektrisch leitend verbunden werden
muß. Dieses ist wegen der dabei am Meßwerk zu treffenden Maßnahmen zur elektrisch
leitenden Verbindung der am Zeiger befestigten Kondensatorelektrode mit ortsfesten
Teilen des Meßwerks unerwünscht.
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Die Erfindung verbessert Vorrichtungen der eingangs genannten Art
dadurch, indem erfindungsgemäß als Oszillator ein über einen Kondensator schwach
mit Wechselstrom rückgekoppelter quasi stabiler Multivibrator vorgesehen ist, dessen
Rückkopplungskapazität durch Einführen einer potentialfreien elektrisch leitenden
Reduktionselektrode in den Luftspalt des Kondensators zwischen einem kleinen und
einem größeren Wert infolge Luftspaltreduktion steuerbar ist und dadurch, daß die
kleinere Rückkopplungskapazität derart bemessen ist, daß das Multivibratorsystem
eine stabile Lage einnimmt.
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Diese Anordnung läßt sich für höhere Oszillatorfrequenzen leicht in
integrierter Schalttechnik induktivitätsfrei aufbauen und gestattet es, durch einfaches
Einführen einer leitenden Elektrode in den Luftspalt des Rückkopplungskondensators
die Multivibratorschwingung anzufachen; so daß am Ausgang des Gleichrichters eine
entsprechende Steuerspannung für Schaltzwecke zur Verfügung steht.
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Zur Betätigung von Relais sind durch Eingriff in die Rückkopplung
steuerbare Multivibratoren an sich bereits bekannt. Die bekannten Vorrichtungen
sind jedoch mit mechanischen Schaltern versehen, die eine Gleichstromrückkopplung
zwischen den beiden Schaltstufen des Multivibratörs herbeiführen und die zur Erregung
der Multivibratorschwingung geöffnet werden, so daß dann die übliche Wechselstromrückkopplung
allein wirksam ist. Solche Vorrichtungen fassen jedoch ebenso wie die oben erwähnten
Anordnungen eine berührungsfreie Steuerung, im vorliegenden Sinne nicht zu und eigenen
sich deshalb beispielsweise auch nicht zur zeigergesteuerten Grenzkontaktbetätigung
an elektrischen Meßinstrumenten. Die Zeichung erläutert die Erfindung.
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F i g. 1 zeigt in einer Seitenansicht einen Teil eines elektrischen
Drehspulmeßinstruments mit einer Schaltvorrichtung nach der Erfindung.
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F i g. 2 zeigt diese Anordnung in Draufsicht und F i -g. 3 erläutert
an einem schematischen Schaltbild den elektrischen Aufbau der Schaltvorrichtung.
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Es bezeichnen 1 das Gehäuse eines Drehpulsinstruments, 2 seine Zeigerachse,
3 die Instrumentenskala und 4 den Zeiger des Meßinstruments. Er soll in einer bestimmten
vorgegebenen Stellung einen elektrischen Kontakt betätigen und diesen für einen
gewissen Betrag seines Verstellwegs auch halten.
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Es ist hierzu der Zeiger 4 an seinem einen Ende mit einer aus leichtem
nichtleitenden Material (Kunststoff) bestehenden Fahne 6 versehen, welche sich beiderseits
der Längsachse des Zeigers 4 über gewisse Winkelsektoren erstreckt. Die Fahne weist
quer zur Längsachse des Zeigers 4 - in ihrer Bewegungsrichtung - radial verlaufende
Ausnehmungen 7 auf, so daß ein zahnartiges Profil entsteht. De Zähne 8 dieses Profils
weisen an ihrer Oberfläche eine Metallisierung 9 auf und tauchen in den Luftspalt
eines ortsfest angeordneten Kondensators ein. Der Kondensator besteht aus zwei ebenen
Kunststoffelektroden 10 und 11, die an ihren einander zugewandten Oberflachen jeweils
eine Metallbelegung 12 bzw. 13 tragen. Die Elektroden 10 und 11 sind am Gehäuse
14 der Schaltvorrichtung befestigt und bilden bei freiem Luftspalt einen Kondensator,
dessen Kapazität kleiner als 1 pF ist.
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Die Breite der Ausnehmungen 7 ist in bezug auf die Breite der Elektroden
10, 12 bzw. 11, 13 derart bemessen, daß in einer Stellung der Fahne 6, in der eine
Ausnehmung 7 in den Luftspalt des Kondensators gelangt, die Flächenüberdeckung zwischen
den Elektroden in Summe mindestens 50 ()/o der maximal möglichen Überdeckung beträgt,
und es ist das Zahnprofil gleichmäßig geteilt.
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Der aus den Elektroden 10, 12 und 11, 13 gebildete Kondensator ist
in F i g. 3 mit 20 bezeichnet. Er ist als Rückkopplungskondensator in eine in bekannter
Weise aus zwei TransWöreri 21 und 22 aufgebaute Multivibratoranordnung eingeschaltet,
und es ist die Schaltung derart dimensioniert, daß bei der Rückkopplungskapazität
des Kondensators 20 die Schaltung stabil ist und einer der beiden Transistoren ständig
gesperrt ist.
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Durch Einführen eines Zahns 8 in den Luftspalt des Kondensators 20
wird die Rückkopplungskapazität infolge einer Luftspaltreduktion bis auf etwa 5
pF vergrößert und der Kondensator lädt sich entsprechend auf. Infolge dieser Aufladung
werden die Potentialverhältnisse an der Basis des gesperrten Transistors geändert
und er gerät in den leitenden Zustand, wobei gleichzeitig der zweite Transistor
in üblicher Weise gesperrt wird. Es entsteht dabei definiert
eine
stabile Multivibratorschwingung, deren Frequenz von der Dimensionierung des Systems
abhängt und die bei den genannten Kapazitätsverhältnissen zweckmäßig in die Größe
einiger Megaherz gelegt wird.
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Die Oszillatorspannung wird mittels des Gleichrichters 30 gleichgerichtet
und danach der Basis eines Transistors 31; der zusammen mit einem zweiten Transistor
32 einen auf einen Spannungsschwellwert eingestellten Schmitt-Trigger bildet, zugeführt.
Die Triggerschaltung ist derart dimensioniert, daß der Transistor 32 bei fehlender
Spannung am Gleichrichter 30 gesperrt ist. Tritt die gleichgerichtete Oszillatorspannung
auf, so wird der Transistor 32 leitend und betätigt ein Schutzgaskontaktrelais 33,
welches in üblicher Weise zur Grenzkontaktsteuerung od. dgl. benutzbar ist. Die
gezahnte Ausbildung der Fahne 6 gestattet es, durch die gleiche Fahne mehrere Kontakte
zu steuern.