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Verfahren und Vorrichtung zum Erzeugen von Buslöseimpulsen (Zusatsanmeldung
zur Hauptanmeldung P 19 17 389.8-33) Die Hauptanmeldung P 19 17 389.8-35 betrifft
ein Verfahren zum Erzeugen eines in Bezug auf ein Ereignis eines periodischen-Bewegungavorganges
vorzugsweise stetig veränderlicher Periodendauer synchronen, jedoch diesem gegentiber
um eine vorbestimmte und von der Periodendauer unabhängige Zeitdauer verschobenen
Auslöseimpulses, bei dem (a) während aufeinanderfolgender Bewegungsperioden Impulsfolgen
erzeugt werden, von denen jeder einer Bewegungsperiode zugeordnet und hinsichtlich
dieser synchronisiert ist, und (b) die während einer im Vergleich zur Gesamtdauer
der einzelnen Impulsfolge geringeren vorbestimmten Zeitdauer 5
erzeugten
Impulse einer ersten dieser Impulsfolgen (Bezugafolge) beginnend mit dem ersten
Impuls der Impulsfolge gezählt bzw. gespeichert werden (Bssugazahlung bzw.
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-speicherung), und (c) die Impulse einer zweiten zeitlich nachfolgenden,
vorzugsweise der nächsten Impulafolge (Auslösefolge) beginnend mit dem ersten Impuls
der Impulsfolge mindestens solange gezählt bzw. gespeichert werden, bis die Summe
der gezählten bzw. gespeicherten Impulse der ersten und zweiten Impulsfolge gleich
einer bestimmten Zahl N vorzugsweise gleich der vorgegebenen Anzahl aller Impulse
einer der Impulsfolgen, insbesondere der juslösefolge plus t ist (Auslösezählung
bzw. -speicherung), und (d) beim Erreichen dieses Zähl- bzw. Speichersustandes ein
Auslöseimpuls erzeugt wird.
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Hierbei kann während jeder Bewegungsperiode nacheinander mindestena
eine Bezugs- und eine Auslösefolge erzeugt und einer Bezugs- und Auslöse zählung
bzw. -speicherung zur Erzeugung wenigstens eines Auslöseimpulses unterworfen werden.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es insbesondere, das Verfahren
nach der Rauptanmeldung so weiter zu bilden, daß es mit möglichst geringem Aufwand,
insbesondere mit möglichst wenigen Schaltelementen durchführbar ist.
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Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß außer den Impulsen der Bezugs-
und Auslösefolge ein oder mehrere Hilfsiipulse erzeugt werden, die gleichzeitig
mit den Impulsen der BeZUg8- und Auslösefolge auftreten und/oder diesen gegenüber
phasenverschoben sind und zur Steuerung der Bezugs- undioder luslösezählung bzw.
-speicherung verwendet werden.
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Selbstverständlich können auch Impulse der Bezugs- und/oder Auslöse
folge zu Steuerzwecken, d.h. gleichzeitig als Hilfe impulse herangezogen werden.
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Ein besonders geringer schaltungsmäßiger Aufwand bei der Durchführung
des erfindungsgenaßen Verfahrens ergibt sich dann, wenn mehrere Hilfsimpulse pro
Bezugs und Auslöse folge erzeugt werden.
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Vorzugsweise dient jeweils ein Hilfsimpuls pro Bezugs- und Auslösefolge
dazu, den oder die Zähler bzw. Speicher vor der Zählung bsw. Speicherung zu löschen
(Rückstellung auf "Null").
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Weiterhin kann mit jeweils einem Hilfsimpuls pro Bezugs- und Auslösefolge
ein Impuls der Zange s ausgelöst werden, letzterer wird zur Steuerung des Zahl bzwO
Speichervorganges mitbenutzt.
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Hierbei können die Funktionen der vorerwähnten beiden Hilfsimpulse
von einem einzigen Hilfsimpuls übernommen werden, Weitere Hilfsimpulse kbnnen.zur
Steuerung von logischen Schalt elementen denen über welche die Zähl- bzw. Speichervorgänge
gesteuert werden.
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Eine Vorrichtung zur DurchfWhrung dieses Verfahrens zeichnet sich
aus durch einen Hauptimpulsgeber, in dem die Impulse der Bezugs- und Auslösefolge
erzeugt werden sowie einen Hilfsimpuisgeber, in dem wenigstens ein Hilfsimpuls hervorgerufen
wird, wobei der Hauptimpulsgeber über mindestens ein erstes logisches Schaltelement
mit dem Eingang des Zählers bzw.
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Speichers verbunden ist, welches die Bezugs- und Auslösezählung bzw.
-speicherung durchführt (Hauptszähler bzw.
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-speicher), wobei ferner der Haupt- oder Hilfsimpulsgeber an den Eingang
eines Impulsgenerators zum Erzeugen eines Impulses der Lanze bzw. Zeitdauer s angekoppelt
ist und die
Ausgänge vom Impulagenerator und von Haupt- sowie Hilfsimpulsgeber
derart ueber logische Schaltelemente allein oder über logische Schaltelemente in
Verbindung mit Zusatzschaltelementen verbunden sind, daß im Hauptzähler bzw. -apeicher
eine Bezugs- und Auslöse zählung bzw. -speicherung erfolgt und der Hauptzähler bzw.
-speicher vor- oder nachher gelöscht wird.
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In dieser Vorrichtung können als logische Schaltelemente vorzugsweise
invertierte UND-2ore und/oder invertierte ODER-Tore verwendet werden. Als Impulsgenerator
fUr die Erzeugung des Impulses der Menge bzw. Zeitdauer 5 dient beispielsweise eine
monostabile Kippstufe.
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Es wurde weiter gefunden, daß das allgemeine, der Hauptanmeldung zugrundeliegende
Erfindungsprinzip, bei dem Verfahren zum Erzeugen von Auslöseimpulsen, die gegenüber
einer bestimmten Phasenlage (Auslösephase) eines Bewegungsvorganges, der in stetig
veränderbarer Periode abläuft, um eine vorbestimmte Zeitdauer vorverlegt sind, bei
dem während aufeinanderfolgender Bewegungsperioden diesen synchron zugeordnete Impulsfolgen
erzeugt werden, darin besteht, daß mit Hilfe einer ersten Impulsfolge (Bezugsfolge)
die der vorbestimmten Zeitdauer 5 entsprechende Phasenverschiebung ermittelt und
von einer in Bezug auf die Auslösephase ## um mehr als f vorverschobenen willkürlichen
Phasenlage mit Hilfe einer zweiten Impulsfolge (Auslösefolge) abgezogen wird, so
daß nach DurchlauSen der Phasendifferenz gerechnet von yll aus, der Auslöseimpuls
erzeugt wird.
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Vorzugsweise mit Hilfe weiterer Impulse können von der vorverschobenen
Phasenlage \ezusätzliche Verstellwinkel abgezogen oder zu dieser addiert werden.
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Die Erfindung wird nachstehend anhanddreier AusfUhrungsbeispiele in
Verbindung mit den figuren 1 bis 3 der Zeichnung näher erläutert; sie ist jedoch
nicht hierauf beschränkt, sondern läßt sich unter den gegebenen Richtlinien in vielfältiger
Weise mit Erfolg zur Ausführung bringen. Es zeigen: Figur 1 ein Schaltbild eines
ersten AusSührungsbeispiels nach der Erfindung, Figur 2 eine Darstellung der in
den Gebern der Vorrichtung nach Figur 1 entstehenden Impulsreihen über die Zeit
tj Figur 3 ein Schaltbild einer zweiten Ausfiihrungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung,
Figur 4 ein Schaltbild einer dritten Ausfiihrungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung,
und Figur 5 eine Darstellung von Impulsreihen, die bei der Vorrichtung nach Figur
4 auftreten.
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In Figur 1 bedeutet 10 ein an den Bewegungsvorgang eines Motorkolbens,
beispielsweise Uberdie Kurbelwelle angekoppeltes Rad mit Vorsprtngen 11 a bis 11
c, die auf der Umfangsfläehe des Rades angebracht sind und bei der Umdrehung des
Rades 10 in Richtung des Pfeiles 12 um die Achse 13 am Geber 14 bzw. 15- vorbeilaufen.
Wenn ein solcher Vorsprung 11 a, b oder c an einem der Geber vorbeiläuft, entsteht
ein Impuls im Geber 14 und/oder 15. Im Geber 14 entsteht die in Figur 2 dargestellte
Impulafolge I und im Geber 15 die Impulsfolge II.
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Die Impulsfolge II beginnt noch vor der Impulsfolge I-mit einem Impuls
A, der beim Vorbeilaufen des Vorsprungs 11 a am Geber 15 entsteht, während gleichzeitig
am Geber 14 kein Impuls
auftritt. Dieser Zustand führt dazu, daß
durch Zusammenwirken der beiden invertierten UND-2ore 16 und 17 in der Leitung 18
a ein Rückstellimpuls erscheint, der den Zähler bzw. Speicher 19 auf NullW zurtickstellt.
Der Zähler bzw. Speicher 19 ist so ausgebildet, daß an der Ausgangsleitung 18 b
ein positiver Impuls während der Zeit erscheint, in welcher der Zähler bzw.
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Speicher 19 auf "Null" steht.
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Nachdem so der Speicher 19 gelöscht ist, entsteht beim Vorbeilaufen
des Vorsprungs 11 b am Geber 14 ein Impuls in diesem, der über das invertierte RED-2or
20 eine monostabile Eippstufe 21 auflöst, die so aufgebaut ist, daß an ihrem Ausgang
ein mit dem Zeitpunkt der Auslösung beginnender Impuls der Dauer s entsteht. Da
der Ausgang 22 der monostabilen Eippstufe 21 Uber die Leitung 23 zum Geber 15 geführt
ist, ergibt sich am Geber 15 während der Zeitdauer s ein positiver Impuls, obwohl
nach Vorbeilauf des Vorsprungs 11 a zunächst keine weiteren Vorsprünge den Geber
15 passieren. Dieser Zustand wird durch den gestrichelt gezeichneten Impuls B verdeutlicht.
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Während der Zeitdauer 5 werden die Impulse der im Geber 14 erzeugten
Impulsfolge I beginnend mit dem Impuls C dem Speicher 19 über das invertierte UND-2or
24 zugeführt und dort gezählt sowie gespeichert. Im dargestellten Beispiel sind
das die 6 Impulse von o - D der insgesamt 18 Impulse der Impulsfolge 1.
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Nach der Zeitdauer s, d.h. nach Erscheinen des Impulses D werden zunächst
keine weiteren Impulse mehr im Speicher 19 aufgenommen, da nach Ablauf der Zeit
s das URD-Tor 24 bis einschließlich des Impulses E keine Impulse durchläßt. Sobald
aber gleichzeitig im Geber 14 und 15 Impulse auftreten, d.h.
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ab Erscheinen der Impulse F und K ist das invertierte UND-Tor 24 wieder
durchlässig1 und der Speicher 19 speichert nun
die Impulse der Folge
B - G, und zwar solange, bis ein vorbestimmter Speicherzustand erreicht ist. Bei
diesem Speicher zustand wird am Ausgang 25 ein Auslöseimpuls abgegeben bzw.
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erzeugt. Im vorliegenden Beispiel ist dieser Speicherzustand nach
der Aufnahme von insgesamt 9 Impulsen, d.h. bei der Einschaltflanke des zehnten
Impulses erreicht; d.h. der Speicher 19 zählt insgesamt die Impulse a - D der ImpuIsfolge
C bis E (Bezugsfolge) und die Impulse F - H der Impulsfolge S bis G (Auslösefolge).
Der Zählzustand bei Zählung von H entspricht dem Erscheinen des Auslöseimpulses.
Wieviele Impulse von der Bezugs- und wieviele von der Auslösefolge gezählt bzw.
gespeichert werden, hängt sowohl von der Zeitdauer s als auch von der Impulsfrequenz
(Impulszahl pro Zeiteinheit) ab. Die Impulsfrequenz ist natUrlich eine Funktion
der Umdrehungsgeschwindigkeit des Rades 10.
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Die Folge der Rilfsimpulse besteht also aus den Impulsen A und K -
L, die im HilSsdmpulsgeber 15 auftreten, während die Bezugs- und die Äuslösefolge
(C - E bzw. F - G) im Hauptimpulsgeber 14 erscheint.
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Es ist zu -beachten, daß das allgemeine Prinzip darin besteht, von
der Auslöseolge F - G, an deren Ende bei I beispielaweise der obere Totpunkt des
Yerbrennungsmotors liegt, rückwärts von I her soviel Impulse abzuziehen, wie während
der Zeit 5 auftreten; das geschieht praktisch dadurch, daß die abzuziehende, der
Zeitdauer a entsprechende Zahl von Impulsen vor Beginn der vorzugsweise im oberen
Totpunkt endenden Auslösefolge auf den Zähler' bzw. Speicher aufgegeben wird.
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Selbstverständlich liegt es auch im Rahmen der Erfindung, wenn man
zusätzliche Impulse in den Speicher eingibt oder vom Speicherzustand abzieht, was
beispielsweise dadurch geschehen-kann, daß die oben definierte Auslösefolge verlängert
oder verkürzt wird. Mit diesen zusätzlichen Impulsen kann
eine zusätzliche
Verschiebung des Auslöseimpulses gegenüber dem oberen Totpunkt oder dgl. erreicht
werden.
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Eine gegenüber Figur 1 etwas abgewandelte Ausführungsform der Erfindung
ist in Figur 3 dargestellt. Hier muß die Ausrichtung der beiden verwendeten Geber.(Haupt-
und Hilfsgeber) in Bezug aufeinander sowie gleichzeitig in Bezug auf die Vorsprünge
oder sonstigen impulserzeugenden Elemente am Rad 10 nicht so relativ genau vorgenommen
werden, wie bei der Vorrichtung nach Figur 1, da allein der Riickstellimpuls im
Hilfsgeber 15 erzeugt wird.
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Im einzelnen ergibt sich folgende Arbeitsweise: Durch den Vorsprung
11 d wird zu Anfang gleichzeitig im Geber 14 und 15 ein Impuls erzeugt. Der erste
und einige Impuls des Gebers 15 löst die monostabile Kippstufe 26 aus. Diese erzeugt
daraufhin einen Impuls der Zeitdauer s. Die Anstiegsflanke dieses Impulses wird
durch das Differenzierglied RC differenziert. Die RC-Konstante kann beispielsweise
zwischen 1 und 100 Mikrosekunden liegen. Hierdurch entsteht ein Spitzenimpuls, der
über das invertierte UND-Tor 27 und die Leitung 28 auf die Zähler bzw. Speicher
29 und 30 gelangt und diese auf "Null" zurückstellt. Während der Zeit 5 werden im
Zähler bzw. Speicher 30 die Impulse vom Geber 14 gezählt bzw. gespeichert, da der
in der Kippstufe 26 erzeugte Impuls über die invertierten UND-Tore 31 und 32 auf
den Eingang des invertierten UND-Tores 33 einwirkt. Der Speicher 70 hört dann zunächst
auf zu speichern, hingegen zählt bzw. speichert der Speicher 29 auch die weiteren
Impulse vom Geber 14, bis er einen vorbestimmten Speicherzustand erreicht hat. Dieser
Speicherzustand entspricht der Gesamtimpulszahl der Bezugsfolge. Wenn dieser Speicherzustand
erreicht ist, entsteht in der Leitung 34 erneut ein Impuls, der ueber das Tor 32
auf den
Eingang des Tores 33 einwirkt, so daß der Speicher 30 wieder
zu zahlen bzw. zu speichern beginnt. Damit beginnt die Zählung bzw. Speicherung
der Auslösefolge, d.h. der Zähler bzw. Speichei 30 arbeitet solange, bis der vorbestimmte
Endspeicherzustand erreicht ist. Dann wird am Ausgang bei 35 ein Auslöseimpuls abgegeben.
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann in integrierter monolithischer
Bauweise hergestellt werden. Insbesondere können die Geber in die monolithische
Schaltung miteinbezogen werden.
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Hierbei gibt es die Möglichkeit, die Geber als Phototransistoren auszubilden,
wobei bestimmte Flächenbereiche der monolithischen Schaltung Teile des Phototransistors
sein können.
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Beispielsweise kann der Eingangstransistor der Kippstufe 21 bzw. 26
als Geber 15 und der Eingangstransistor des Tores 20 bzw. 33 als Geber 14 ausgebildet
werden.
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Auch die Lichterzeugung zur Steuerung von photoempfindlichen Gebern
kann mittels lumineszierenden Halbleitermaterials erfolgen, das im Gegensatz zu
Gltihbirnen nicht durchbrennen kann (Betriebssuverlässigkeit).
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Schließlich ist es möglich, statt Phototransistoren als Geber integrierte
Transistoren oder allgemein flächige Halbleiter zu benutzen; die aufgrund des Feldeffektes
-gesteuert werden, wobei also die Steuerung der Geber mit einem elektrostatischen
Feld erfolgt, was z.B mit Hilfe einer Segmentscheibe geschehen kann.
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Diese letzteren Ausfuhrungen gelten auch für das dritte, in Figur
4 dargestellte Ausfiibrungsbeispiel nach der Erfindung,
das anhand
der Figur 5 erläutert wird, welche die an bestimmten Anschlüssen bzw. Leitungen
der Anordnung nach Figur 8 auftretenden Impulse zeigt: Bei dieser Anordnung werden
Haupt- und Hilfsimpulse im Gegensatz zu der Anordnung nach Figur 1 und 3 aufgrund
einer einzigen Reihe von Vorsprüngen gewonnen, so daß es also nicht mehr nötig ist,
in Achsrichtung nebeneinander gesonderte Vorsprünge für die Haupt- und die Hilfsimpulsfolge
am Radumfang anzuordnen. Zu diesem Zwecke sind die Geber 14 und 15 in Richtung der
Bewegung der Vorsprtinge hintereinander angeordnet und die Vorsprünge selbst so
ausgebildet, daß gewissermaßen Haupt- und Hilfsimpulafolge ineinander verschachtelt
sind. Das läßt sich durch unterschiedliche Vorsprungsbreiten und Zwischenräume zwischen
den Vorsprüngen erreichen. So ist im Ausführungsbeispiel der erste Vorsprung 11
f doppelt so breit wie die übrigen Vorsprünge, die alle die gleiche Breite besitzen.
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Außerdem ist der Zwischenraum zwischen dem 9. Vorsprung 11 g und dem
10. Vorsprung 11 h doppelt so groß wie die übrigen Zwischenräume, die alle gleich
der normalen Vorsprungsbreite sind. Bei dem Ausführungsbeispiel nach Figur 4 sind
insgesamt 18 Vorsprünge sorgesehen.
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Aufgrund der erläuterten Verteilung erhält man im Impulsgeber 14 die
Impulsreihe III (Figur 5) und im Impulsgeber 15 die Impulsreihe IV.
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Die Impulse der Impulsgeber 14 und 15 werden auf das invertierte UND-Tor
40 a gegeben; am Ausgang des nachgeschalteten
Inverters 40 b tritt
ein zum Impuls A1 bzw. C1 inverser Impuls +2 (Impulsreihe V) auf. Der zwischen den
beiden letztgenannten Toren entstehende Impuls wird durch das C-R-Glied differenziert
(Zeitkonstante z.B. 1 - 10 Mikrosekunden), so daß in der Leitung 41 ein negativer
Nadelimpuls A3 entsteht, der den Zähler bzw. Speicher 42 auf Null zurückstellt.
Die Diode 43 schließt den positiven Nadelimpuls kurz.
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Gleichzeitig löst der Impuls A2 die monostabile Kippstufe 44 aus,
an deren Ausgang 45 ein Impuls B1 der Länge s erscheint0 Außerdem wird aus den im
Impulsgeber 14 und 15 auftretenden Impulsen mit Hilfe des invertierten ODER-Tores
46 ein Impuls B1 in der Leitung 47 erhalten, wenn gerade beide Impulsgeber keinen
Impuls liefern. Der Impuls Pi wird mit dem Ci - R1 - Differenzierglied differenziert.
Während der dabei entstehende negative Spitzenimpuls von der Diode 48 kurzgeschlossen
wird, steuert die weiter entstehende positive Spitze F2 über den Transistor 49 den
binären Teiler 50. Wenn der Ausgang 51 dieses teiler positiv wird, wie durch F3
bei VII in Figur 5 dargestellt, beginnt die Zahlung der Auslösefolge S - G @
(siehe III).
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Der Impuls B1 und der Impuls F3 werden hierzu auf den Eingang des
invertierten ODER-Xores 52 gegeben, so daß sich in Verbindung mit dem invertierten
UND-Tor 53 (Inverter) am Eingang 54 des invertierten UND-Tores 55 die Impulse B2
und B2 und B3 ergeben (Impulsfolge XI). Während diese Impulse am Tor 55 auftreten,
werden die vom Impulsgeber 14 abgegebenen Impulse der Bezugs- bzw. Auslösefolge
in 42 gezählt und gespeichert.
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Um den binären Teiler 50 (z.B. vom Typ SN 7473 der Firma Texas Instruments)
in die richtige Arbeitsphase zu bringen, ist das invertierte U1-Tor 56 vorgesehen.
Dieses gibt dann, wenn gleichzeitig am Ausgang 51 des binären Teiler 50 der Impuls
F3 und am Ausgang des Inverters 40 b der Impuls A2 auftritt, einen Setzimpuls über
die Leitung 57 an den binären Teiler 50 ab, der diesen in die richtige Arbeitsphase
bringt.
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Der Auslöseimpuls erscheint am Ausgang 58.
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Es sei noch bemerkt, daß ein invertiertes UND-Tor auch als NAND-Gaten
und ein invertiertes ODER-2or auch als NOR-Gate" bezeichnet werden.
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann in integrierter, monolithischer
Bauweise hergestellt werden. Insbesondere können die Geber in die monolithische
Schaltung mit einbezogen werden.
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Hierbei gibt es die Möglichkeit, die Geber als Phototransistoren auszubilden,
wobei bestimmte Flächenbereiche der monolithischen Schaltung Teile des Photo transistors
sein können.
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Beispielsweise kann der Eingangstransistor des Tores 20 bzw.
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33 als Geber 14 ausgebildet werden.
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Auch die Lichterzeugung zur Steuerung von photoempfindlichen Gebern
kann mittels lumineszierenden Halbleitermaterials erfolgen, das im Gegensatz zu
Glühbirnen nicht durchbrennen kann (Betriebszuverlässigkeit).
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Schließlich ist es möglich, statt Phototransistoren als Geber integrierte
Transistoren oder allgemein flächige Halbleiter zu benutzen, die aufgrund des Feldeffekts
gesteuert werden, wobei also die Steuerung der Geber mit einem elektrostatischen
Feld erfolgt, was z.B. mit Hilfe einer Segmentscheibe geschehen kann.
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Die Vorteile der vorstehenden Weiterbildung der Erfindung nach der
Hauptanmeldung P 19 17 389.8-33 bestehen vor allem darin, daß die Herstellungskosten
der Vorrichtung zur Durchfuhrung des Verfahrens sehr niedrig liegen (ca. Faktor
10 gegenüber dem in der Hauptanmeldung beschriebenen Ausfahrungsbeispiel). Weiterhin
läßt sich diese Vorrichtung auch ohne monolithische Ausfahrung sehr preisgünstig
herstellen, und selbst bei monolithischer Ausftihrung ergibt sich gegenüber dem
in der Hauptanmeldung beschriebenen ausführungsbeispiel noch ein erheblicher Unterschied
in den Herstellungskosten (ca. faktor 10). Schließlich ist bei der vorliegenden
Erfindung die untere Drehzahlgrenze nicht beschränkt.
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Die Erfindung ist selbstverständlich nicht auf eine Anwendung bei
Explosionsmotoren beschränkt, sondern läßt sich überall dort anwenden, wo ähnliche
Probleme auftreten. Ein derartiges weiteres Anwendungsbeispiel ist etwa die Erzeugung
von Auslöseimpulsen für die Belichtung zum Zwecke der Herstellung photographischer
Wandaufnahmen in Zentrifugen veränderlicher Drehzahl.