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MeistarJctalter Die Erfindung betrifft einen elektronisch arbeitenden
Meisterschalter, der aufgrund seiner Konzeption in einem wesentlich größeren Aufgabenkreis
eingesetzt werden kann als bisher bekannte Meisterschalter.
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Neisterschalter konventioneller Bauart haben überwiegend zur Aufgabe,
Vorwiderstände von Motoren stufenweise zu schalten. Die Realisierung geeigneter
Schaltungen zog nach sich, daß stets eine höhere Anzahl von Schaltstellungen und
Kontakten erforderlich wurde. Insbesondere bei sogenannten Doppelmeisterschaltern
ergibt sich ein relativ großes Volumen und Gewicht. In vielen Fällen wirkt sich
das nachteilig aus. Besonders in kleinen Kranführerkabinen mangelt es an Platz;
ausserdem leidet die Übersichtlichkeit des Arbeitsfeldes, da der Blickwinkel des
Kranführers eingeengt wird.
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Aus diesem Grund entstand der Wunsch nach Verkleinerung des Schaltervolumens
bei gleichzeitiger Beibehaltung der Steuerungseigenschaften. Bür den Einsatz eines
elektronischen Antriebes sind in jüngerer Zeit auch Meisterschalter bekanntgeworden,
die mit Potentiometer ausgerüstet sind. Das Potentiometer hat dabei die Aufgabe,
einen dem Stellwinkel des Schalthebels proportionalen Widerstand zu erzeugen. Der
eingestellte Widerstand dient einem Regel- oder Steuerkreis als Sollwertvorgabew
Diese Ausführung der Meisterschalter ist zwar kleiner als die erstgenannte; jedoch
würde auch hier eine Verkleinerung noch wesentliche Vorteile in Bezug auf einen
größeren Einsatzbereich bringen. Als gravierender Nachteil des Neisterschalters
dieser Art ist der mechanische Verschleiß der Potentiometer anzusehen.
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Der vorliegenden Erfindung eines Meisterschalters liegt eine Konzeption
zugrunde, die sämtlichezuvorgenannten Nachteile nicht aufweist.
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Das Konzept läßt sich von dem Gedanken leiten, daß die Aufgabe des
Neisterschalters in erster Linie darin besteht, die Drehrichtung der Motoren und
die Zu- bzw.
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Abnahme der Drehzahl oder des Moments der Motoren zu steuern. Dieses
Steuern ist qualitativ zu verstehen, nicht quantitativ, da der Kranführer ja nur
mehr oder minder gefühlsmäßig den Schaltknüppel in eine bestimmte Stellung bringt
und diese solange korrigiert, bis ein bestimmter Arbeitsvorgang durch den Antrieb
in der gewünschten Form ausgeführt wird. Insofern sind die bei 3teigen Schaltern
bekannten Raststellungen nicht als exakte Sollwertpositionen zu verstehen; sie dienen
lediglich der Fixierung einer Nockenwelle, damit in jeder Stufe alle Kontakte eindeutig
schalten.
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Der hier beschriebene Meisterschalter ist universell einsetzbar; für
konventionelle Schützensteuerung ebenso wie für Antriebe mit elektronischen Steuerungen
oder Regelkreisen.
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Erfindungsgemäß ist die beschriebene Konstruktion dadurch gekennzeichnet,
daß der Schalthebel in einem Kardangelenk gelagert ist, in dessen Achsen sich den
Stellwinkel des Hebels messenden elektronische Sensoren befinden. Aus Gründen der
Volumenseinsparung ist es vorteilhaft, einen Feldplatten-Differentialfühler mit
magnetisch vorgespannten Feldplatten zu verwenden.
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Mit Hilfe eines kleinen Steuermagneten wird der durch die magnetische
Vorspannung erzeugte Fluß in den beiden Teilen der Feldplatte entsprechend der Winkelstellung
des Hebels beeinflußt. Prinzipiell sind auch Lösungen mit anderen Sensoren realisierbar.
So ist z.B. ein Oszillator denkbar, der in Abhängigkeit der Hebelstellung bedämpft
wird; ebenso wäre es denGbr, an einer konstanten Lichtquelle einen fotografischen
Grankeil vorbei zuführen, so daß der Fotosensor ein dem Absorptionsgrad und damit
der Winkelstellung des Hebels proportionales elektrisches Signal liefert.
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Die Gesamtfunktion wird anhand der Figuren 1 3 beschrieben.
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Fig. 1 zeigt den prinzipiellen mechanischen Aufbau.
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Der Schalthebel 2 ist im Punkt lo kardanisch gelagert. Der Sehalthebel
ist dabei senkrecht auf der Welle 3 befestigt, die ihrerseits im Teil 4 der Vorrichtung
gelagert ist, so daß damit die Bewegung des Schalthebels in einer Richtung -X-Richtung
- sichergestellt ist. Die Bewegung in der um 900 dazu versetzten Richtung - der
X-Richtung -wird erreicht, indem das in Teil 9 gelagerte Teil 4 mittels Kraftübertragung
vom Schalthebel her gekippt wird. damit ist eine Positionierung des Schalthebels
an jeden Punkt eines darüber gedachten Koordinatensystems möglich.
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Die Winkeländerung der Schalthebelstellung in der 1-Richtung wird
meßtechnisch als Wegänderung des in der Welle 3 befestigten Steuermagneten 6 gegenüber
dem am Teil 4 montierten Feldpiattendifferentialfühler erfaßt.
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Sinngemäß gilt Gleiches für die -Ric-htung, wo ein im schwenkbaren
Teil 4 befestigter Magnet 7. an dem am Teil 9 festsitzenden Feldplattendifferentialfühler
8 entsprechend der xippstellung des Schalthebels vorbeigeführt wird.
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Die Auswertung der weg- bzw. winkelabhängig erzeugten Signale zeigt
Fig. 2, wobei sich die Darsteilung auf eine der beiden Richtungen beschränkt,
Die
Kästchen 12 und 14 sollen andeuten, daß eine räumliche Trennung der Funktionen vorgenommen
wird.
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Der Hauptgrund liegt darin, daß im Zuge der Vo.lumenseinsparung nur
die unbedingt notwendigen elektrischen Bauteile bei der Hebelmechanik untergebracht
werden sollen, während andere erforderliche elektrische Bauteile an einem Ort vorgesehen
sind, an dem die Platzfrage unkritisch ist.
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Mit einer solchen Aufteilung ergibt sich ausserdem der Vorteil, daß
die Grundeinheit - dargestellt durch das Kästchen 12 - einen kompletten Meisterschalter
für die Ansteuerung elektronischer Steuerungen ergibt, während die Kombinationen
dieser Grundeinheit mit der Funktionseinheit im Kästchen 14 einen Meisterschalter
mit den Funktionen eines konventionellen, stufenweise schaltbaren Meisterschalters
ergibt.
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Im Kästchen 12 ist die Mechanik der Fig. 1 symbolisch nochmals angedeutet.
Von einem Schalthebel 2 wird ein Steuermagnet 6 an einem Feldplattendifferentialfühler
vorbeigeführt -. Der Differentialfühler wird in der elektronischen Gruppe 11 zu
einer Brückenschaltung ergänzt, dessen Spannung einem Verstärker zugeführt wird.
Der Ausgang dieses Verstärkers ist so ausgeführt, daß über die Leitung 13 direkt
eine Eingangsschaltung eines elektronischen Steuerkreises gespeist werden kann.
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Soll stufenweise gesteuert werden - wie bei Fig. 2 angedeutet - so
wird die verstärkte Brückenspannung über Leitung 13 einer Anpassungsstufe 15 zugeführt.
Dem Ausgang dieser Stufe ist eine Gruppe 16 mit 9 Komperatoren nachgeschaltet. Die
Komperatoren arbeiten in der Weise, daß sie z.B. mit steigender Eingangsspannung
der Reihe nach durchschalten.
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Die Eingangsschaltschwellen sind sinnvollerweise so eingestellt, daß
der Betrag der Spannungsdifferenz von Stufe zu Stufe nahezu gleich groß ist. Im
Prinzip wären die durch die Schaltungen 16 und 17 gelösten Aufgaben auch mit einem
sog. Analog-Digitalwandler und nachgeschaltetem Dekodierwerk möglich. Aus preislicher
Sicht ist diese Lösung z.Zt. aber nicht so"interessant.
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Mit der Blockierschaltung 17 wird erreicht, daß für die nachgeschaltete
Matrix 18 immer nur die jeweils zuletzt zu- oder abgeschaltete Komperatorstufe wirkt.
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Das Bewegen des Schalthebels hat dadurch das Wandern einer logischen
Eins oder Null an den Ausgängen der Schaltung 17 zur Folge. Dieser Vorgang ist als
Analogen zur sich drehenden Nockenwelle eines konventionellen Schalters anzusehen.
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Die Schaltpunkte der konventionellen Nocken werden in der Matrix 18
durch die jeweils an einer senkrechten Leitung zusammengefaßten und dem Eingang
einer ODER-Schaltung zugeführten Dioden dargestelltç Den ODER-Toren mit entsprechender
Ausgangsleitung sind Relais 20 nachgeschaltet, welche das eigentlichen Steuerschütze
schalten.
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Die Anzahl der Stufen in den Schaltungen 16 und 17 wächst oder fällt
mit der Anzahl der gewischten Schaltstufen. Die Zahl der Relais ist abhängig von
der Zahl der gewünschten Kontakte9 während der Umfang der Matrix von beiden Zahlen
und von der Art des Schaltprogrammes abhängig ist0 Die im Fastchen 12 der Fig0 2
dargestellten Anordnung kann gemäß rig. 3 dadurch ergänzt werden9 daß der Kugelgriff
1 als Totmannskopf ausgebildet wird0 Die Funktion des Knopfes mit der zugehörigen
Schaltung ist folgende:
Eine ausgeführte Hebelstellung soll nur
dann auf den Antrieb wirksam werden, wenn der Kugelgriff von der Nullstellung aus
ständig gedrückt war.
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Wird der Griff in einer bestimmten Position losgelassen, soll dies
zum Stillstand des Antriebes führen.
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Gemäß der vorgeschlagenen Lösung in Fig. 3 ist der Kugelgriff 1 über
eine Feder 23 derart abgefedert, daß dieser beim Auflegen der Hand um einen bestimmten
Betrag nach unten gleitet. Diese Wegänderung bringt den im Kugelgriff befestigten
Steuermagneten 21 so dicht an einen Miniatur-Hallgenerator 22, daß sich hier eine
ausreichende Spannungsänderung zur Auswertung in der Elektronik 33 einstellt. Die
Verbindung zur Elektronik erfolgt über eine mehrardige Leitung 32, die in der Nähe
des Drehpunktes 24 aus dem Hebel herausgeführt wird.
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Am unteren Ende des Schalthebels 2 ist eine in einer Druckfeder gelagerte
Kugel 26 eingesetzt. Die Kalotte 25 der Grundplatte 27 erhält in ihrem Zentruç eine
Vertiefung, so daß die Auffindung der Nullstellung des Schalters für den Bedienenden
einfacher wird.
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Eine erreichte Nullstellung wird nun dadurch registriert, daß die
Kugel 26 das auf einer Druckfeder 29 ruhende, den Steuermagneten 3o aufnehmende
konzentrisch ausgebildete Element 28 derart in seiner Lage verdrängt wird, daß infolge
des verringerten Luftspaltes zwischen Magnet und Hallgenerator dieser eine in der
Schaltungseinheit 35 auswertbare Spannungsdifferenz erzeugt.
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Die Lösung mit dem Hallgenerator ist wegen der Volumenverhältnisse
vorteilhaft. Es sind aber auch Lösungen mit anderen elektronischen Sensoren wie
z.B. Feldplatten, Magnetdioden o.ä. möglich.
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Das am Ausgang der Schaltung 33 anstehende digitale Signal macht eine
Aussage darüber, ob der Kugelgriff gedrückt bzw. getätigt ist oder nichts Der Ausgang
der Schaltung 35 macht eine Aussage darüber, ob sich der Schalter in der Nullstellung
befindet oder nicht.
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Bei Koinzidenz von gedrücktem Griff und der eingestellten Nullstellung
steuert der Ausgang des UND-Tores 36 das bistabile Element 37 derart, daß über die
Leitung 40 der Schaltung 1i in Fig. 2 ein Freigabesignal zugeführt wird.
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Wird nun der Schalthebel aus seiner Nullstellung ge bracht, wird die
Koinzidenz in Tor 36 aufgehoben. Die Änderung des Ausgangsniveaus am Tor 36 bewirkt
jedoch noch keine Zustandsänderung des Elements 37. Erst wenn durch Loslassen des
Griffs das logische Niveau an der Schaltung 33 sich ändert, führt das über den Setzeingang
39 des bistabilen Elements zu einer Zustandsänderung' so daß über die Leitung 40
jetzt ein Kommando Sperren an Schaltung ii, Fig. 2 gegeben wird.
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Ein erneutes Drücken des Griffes in der gerade erreichten Position
kann nicht an einem erneuten Freigabe-Kommando führen, da das hierfür erforderliche
Signal am Eingang 38 nur dann erzeugt wird, wenn Koinzidenz von gedrücktem Griff
und eingestellter Nullstellung vorliegt.
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Der Bedienende ist somit gezwungen, den oder die Antriebe ganz bewußt
wieder neu in Gang zu setzen.