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Signalgeber für einen Regler.
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Die Erfindung betrifft einen Signalgeber für einen Regler, bei dem
ein elektrisches Signal am Ausgang einer Widerstandsbrücke abnehmbar ist.
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In Regelungssystemen, beispielsweise bei der elektrisehen Fernsteuerung
von Stellantrieben, von denen eine sehr hohe Betriebssicherheit verlangt wird, besteht
in der Regel die Forderung, daß bei Ausfall eines Bauelementes oder bei Drahtbruch
in einer Leitung analog wie beim Ausfall der Versorgungsspannung am Ausgang der
Steuerschaltung das Signal Null erscheint. Reglersysteme, an die diese Forderungen
zu stellen sind, sind beispielsweise die Bremsanlagen in Fahrzeugen oder die Rudersteuerung
in Flugzeugen.
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Als einfachster Signalgeber für Fernsteuerungsschaitungen ist eine
Widerstandsbrücke bekannt, deren Zweige zu Potentiometern zusammengefaßt sind und
an deren Ausgang ein Analogsignal, das von der Stellung eines Potentiometerabgriffs
abhängig ist, auftritt. Diese Schaltung hat den Nachteil, daß bei Drahtbruch innerhalb
der Brücke oder bei Unterbrechung in einem Potentiometer oder in einen Festwiderstand
am Brückenausgang die volle Versorgungsspannung auftritt. Aus diesem Grunde werden
Brücken schaltungen in den angeführten Anwendungsbereichen nicht benutzt.
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Es besteht die Aufgabe, einen Sign,algeber der eingangs genannten
Art als Sicherheitsschaltung aufzubauen, so daß bei Betrlebsstörungen das Signal
am Brückenaxlsgarlg automatisch unterbunden wird.
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Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß zwei ptarallelgeschaltete,
wenigstens angenähert Identische Brücken vorgesehen sind, daß zwischen den Abgriffen
sich entsprechender Brückenzweige ein Schwellwertmelder vorgesehen ist, über den
beim Auftreten einer elektrischen Spannung das Signal abschaltbar ist.
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Tritt bei dem erfindungsgemäßen Signalgeber eine Betriebsstörung,
beispielsweise ein Drahtbruch oder eine Unterbrechung, in einem Brückenglied auf,
so wird der Regler abgeschaltet und eine Fehlsteuerung vermieden. Der erfindungsgemäße
Signalgeber ist daher in Reglern einsetzbar, bei denen eine hohe Betriebssicherheit
gefordert wird.
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Durch den Schwellwertmelder kann die Versorgungsspannung der Brücken
oder die Ausgangsspannung der Brücken abschaltbar sein.
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Als Schwellwertmelder kann ein Relais oder ein Gcctti;er vorgesehen
sein.
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Vorzugsweise ist wenigstens einer der Zweige beider Brücken mit magnetfeldabhängigen
Widerständen ausgerüstct Das Material der magnetfeldabhängigen Widerstände kann
InSb, insbesondere mit Einschlüssen einer gutleitenden zweiten Phase, wie NiSb,
sein. Mit solchen, mit einem Magnetfeld steuerbaren Widerständen kann ein Signalgeber
aufgebaut werden, mit dem in einfachster Weise mechanische Größen in elektrische
Signale umwandelbar sind, wobei die Umformung kontaktlos erfolgt. Solche magnetisch
steuerbaren Widerstände sind bekannt und brauchen nicht näher beschrieben zu werden.
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Im folgenden wird die erfindungsgemäße Vorrichtung an Hand der Fig.1
und 2 beispielhaft näher beschrieben. In beiden Figuren sind identische Bauelemente
mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
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Die Fig.1 zeigt ein Schaltbild eines erfindungsgemäßen Signal= gebers.
Die Widerstände 1 und 2 und das Potentiometer 3 sind zu einer Brücke zusammengeschaltet,
an die mit der Spannung versorgung 4 eine Spannung angelegt ist. Den Widerständen
1
und 2 und dem Potentiometer 3 ist eine zweite Brücke parallel
geschaltet, die aus den Widerständen 1a, 2a und dem Potentiometer 3a aufgebaut ist.
Die Widerstände 1, 1a bzw. 2, 2a und die Potentiometer 3, 3a sind im wesentlichen
identisch. Insbesondere ist der Abgriff des Potentiometers 3a zusammen mit dem Abgriff
des Potentiometers 3 stellbar.
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Die Abgriffe 5 und 6 der aus den Widerständen 1, 2 und 3 aufgebauten
Brücke sind nach außen geführt und es kann an den Klemmen 7 und 8 das Signal abgenommen
und beispielsweise als Sollwert in einem Regler verwendet werden. Weiterhin i8t
ZWischen die Abgriffe 5 und 6 der aus den Widerständen 1, 2 und 3 und den Abgriffen
9 und 10 der aus den Widerständen ta, 2a und 3a aufgebauten Brücken Je ein Schwellwertmelder
eingeschaltet.
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Bei dem Ausführungsbeispiel sind als Schtellwertmelder die Relais
11 und 12 vorgesehen, über die die Unterbrecher 11a bzw.
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12a betätigt werden können, die in der Stromversorgungsleitung für
die Brücke angeordnet sind. Die Abgriffe 5 und 9 bzw. 6 und 10 der beiden Brücken
sind im Normalfall potentialglelch, da die Brücken im wesentlichen identisch aufgebaut
sind. Tritt jedoch eine Betriebsstörung, beispielsweise ein Drahtbruch in einem
Zweig der Doppelbrücke auf, so fällt zwischen einem der Abgriffe 5 und 9 bzw. 6
und 10 eine Differenzspannung ab. Mit dieser Differenzspannung wird eines der beiden
Relais 11 bzw. 1.2 betätigt und die Versorgungsspannung der Backe unterbrochen.
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Zur Vermeidung eines unnötig hohen wirtschaftlichen Aufwandes kann
ein Schwellwert, d.h. eine gewisse Differenzspannung zwischen den Abgriffen 5 und
9 bzw. 6 und 10 zugelassen werden, da sonst Bauelemente mit äußerst geringer Toleranz
benutzt werden müßten. Hierdurch wird die hohe Betriebssicherheit des Signalgebers
nicht beeinflußt, solange die zugelassene Differenzspannung weit unterhalb der Größe
der Versorgungsspannung liegt.
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Die Potentiometer 3 und 3a können aus magnetfeldabhängigen Widerständen
aufgebaut sein. Solche Potentiometer sind bekannt.
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Mit ihnen kann die Steuerung des Slnlgebers mit Hilfe eines
Magnetfeldes
durchgeführt werden. Es lassen sich damit in einfachster Weise mechanische Größen
in elektrische Signale umwandeln, wie es für eine Fernsteuerungsanlage zu fordern
ist.
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Dabei wird der Meßwert kontaktlos erfaßt und Verschleiß mechanisch
betätigter Bauelemente tritt nicht auf.
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in Fig.2 ist das Schaltbild eines ferngesteuerten Antriebs gezeigt,
wie es z.B. in Bremsanlagen von Fahrzeugen oder bei der Rudersteuerung in Flugzeugen
angewendet werden kann.
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Die Figur zeigt eine sog. Nachlaufsteuerung. -Die Widerstände 1, 2,
1a und 2a der Brücken der Fig.1 sind durch zwei Potentiometer 13 und 13a ersetzt,
die aus magnetfeldabhängigen Widerständen aufgebaut sind und deren Potentiometerabgriffe
genauso wie bei den Potentiometern 3 und 3a über eine gemeinsame Antriebswelle betätigt
werden können. In dieser Reglerschaltung ist das Potentiometer 3 der Sollwertgeber
und das Potentiometer 13 der Istwertgeber. Werden die Potentiometerabgriffe 5 und
9 der Potentiometer 3 und 3a verstellt, so werden über den Stellmotor 18, an den
der Ausgang der Brücke über einen Verstärker 19 geführt ist, die Abgriffe 14 und
15 der Potentiometer 13 und 13a solange verdreht, bis an der Ausgangsklemme 7 und
8 der Brücke keine Spannung mehr herrscht. Gleichzeitig kann über den Stellmotor
18 beispielsweise eine Bremse betätigt werden.
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Die Abgriffe 5 und 9 bzw. 14 und 15 der Potentiometer 3 und 3a bzw.
13 und 17a sind wieder an Relais 11 und 12 geführt, wobei in diesem Ausführungsbeispiel
Verstärker 16 und 17 zur VerstArkung der Differenzspannung vor den Relais 11 und
12 vorgesehen sind. Durch die Relais wird beim Auftreten einer Differenzspannung
ebenfalls wieder je ein Unterbrecher 11a bzw. 12a betätigt. Diese Unterbrecher sind
jedoch in Abänderung zur Fig.1 nicht in der Leitung für die Versorgungsspannung,
sondern in der Leitung vorgesehen, über die die Regelgröße von den Klemmen 7 und
8 an den Verstärker 19 des Stellmotors 18 gelegt ist. Es ist darauf hinzuweisen,
daß als weitere Abwandlung auch ein Ábschalten des nachfolgenden Steuerelementes,
beispielsweise des
Verstärkers 19 oder des Stellmotors 18, mittels
der Relais 11 und 12 möglich ist.
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Abschließend ist noch anzuführen, daß sowohl in der Schaltung nach
Fig. 1 als auch in der Schaltung nach Fig.2 noch zusätzliche Einrichtungen vorgesehen
sein könnens die es z.B. erlauben, bei Ausfall der Versorgungsspannung an den Verstärkern
Warnsignale auszulösen oder zusätzliche Abschaltungen vorzunehmen, um auch eine
solehe Störung, die ja die Abschaltautomatik über die Relais 11 bzw. 12 außer Betrieb
setzen könnte, unwirksam zu machen. Darüber hinaus kann in irgendeine Leitung der
Doppelbrücke eine durch einen Tastknopf zubedienende Unterbrechung eingebaut werden,
mit der die Funktionsfähigkeit der Abschaltautomatik vor der endgültigen Inbetrnepsetzung
geprüft werden kanne 7 Patentansprüche 2 Figuren