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Elektronische Schützensteuerung Die Erfindung bezieht sich auf eine
elektronische Schützensteuerung zur Fahrtregelung, bei der Widerstandsstufen schaltende
oder Umgruppierungen vornehmende Schütze kontaktlos über fortschaltende elektronische
Registerstufen angewählt werden, insbesondere für elektrische Triebfahrzeuge.
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Besonders auf elektrisch betriebenen Fahrzeugen kann es durch Störimpulse
leicht zu Fehlschaltungen kommen, wenn z.B.
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gesetzte Speicherelemente vorzeitig wieder gelöscht werden.
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Die betreffende Stufe fällt dann ab und weitere können nicht mehr
erreicht werden. Unter Umständen muß der Anfahsvorgang völlig wiederholt worden.
Das ist unerwünscht.
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Solche Schaltregister bedürfen daher besonderer Schutzmaßnahmen. Ferner
bedarf es eines besonderen Aufwandes, wenn man eine solche Anordnung mit dem Schiebetakt
nicht nur stufenweise vorwrts,sdndern auch rückwurts schalten will (Zweirichtungs-Schieberegister).
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Aufgabe der Erfindung ist es, eine elektronische Schützensteuerung
zu erstellen, die einerseits von sich aus störsicher ist, d.h. keiner besonderen
Schutzmaßnahmen bedarf, einen einfachen Ausbau aufweist und andererseits ohne weiteres
in beiden Richtungen beliebig schnell und langsam durchgeschaltet werden kann.
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Für eine elektronische Schützensteuerung der eingangs genannten Art
wird dies dadurch erreicht, daß die Registerstufen aur Schwellwertstufen mit abgestuftem
Schwellwert bestehen, die von einem gemeinsamen Integrator beaufschlait werden,
dessen Ausqangsspannung die einzuschaltende Registerstufe und dessen Eingangsspannung
die Fortschaltgeschwindigkeit der Registerstufen bestimmt.
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In Ausbildung des Erfindungsgedankens finden als Schwellwertstufen
entsprechend beschaltete Differenzverstärker Verwendung, wobei jeder einer definierten
Schaltstufe zugeordnet ist.
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Dabei sind zweckmäßig die Differenzverstärker mit ihrem einen Eingang
an die Integratorausgangsspannung oder eine proportionale Größe und mit ihrem.anderen
Eingang an zugeordnete Referenzspannungen angeschlossen.
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Von Vorteil ist es, wenn die Referenzspannungen für die Differenzverstärker
einer gemeinsamen Spannungsteilerkette entnomm-n werden. Sehr zweckmäßig ist es
weiterhin, wenn ein Regler vorgesehen ist, der bei Eingangssignal Ue = 0 den Integrator
gegen dessen Drift auf das Referenzpotential der gerade einschalten Stufe einstellt.
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Hierzu und zu den weiteren Merkmalen der Erfindung wird auf die Ansprüche
in Verbindung mit der Beschreibung verwiesen.
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Anhand eines schematischen Ausführungsbeispiels wird die Erfindung
im nachstehenden näher erläutert.
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Es zeigen: Fig. 1 ein Übersichtsschaltschema; Fig. 2 einen detaillierten
Stromlaufplan; In Fig. 1 ist mit 1 ein Integrator bezeichnet, der ine zu verwentende
Regelspannung -Uc erhält. Seine Ausgangsspannung +Ua wird einer einer Widerstandsstufenzahl
entsprechenden Reihe von Schwellwertstufen 5a,5b,5c zugeführt, die bei vorschiedenen
Spannungsniveaus ansprechen und über eine Diodenmatrix 9 10 und Einzelverstärker/die
entsprechenden Stufenschütze 11 ansteuern.
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Zur Funktion wird auf Fig. 2 Bezug genommen. Wird dem Integrator 1,
einem entsprechend beschalteten Operationsverstär ker, über seinen Steuereingang
2 ein Signal -U zugeführt, e z.B. eine aus einem Soll-Istwertvergleich stammende
Reglerstellgröße, so variiert entsprechend der Höhe des Eingang signalpegels die
Änderungsgeschwindigkeit der Ausgangsspannung +Ua; d.h. bei kleiner Eingangsspannung
wächst die Ausgangsspannung nur langsam, bei größerer schneller und bei Eingangssignal
0 bleibt die Ausgangsspannung infolge des Rückkopplungskondensators 3 auf dem erreichten
Wert stehen.
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Die linear ansteigende Ausgangsspannung Ua wird einer einen Transistorverstärker
4, der als Impedanzwandler geschaltet ist, einem Register 5 von Differenzverstärkern
6,7,S zugeführt. Diese setzen die Linearspannung sUa des Integrators 1 in eine der
Anzahl der Trigger entsprechend gestufte Treppenspannung um und wählen aus bzw.
schalten die Stufenschütze 11.
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Die Schaltung nach Fig. 2 ist an den Anschlußpunkten A,E,C der Diodenmatrix
abgebrochen. Für jede Fahr- oder Widerstandsstufe ist ein Differenzverstärker vorgesehen;
im vorliegenden Fall ein als Grenzwertstufe beschalteter Operationsverstärker.
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Die Differenzverstärker arbeiten mit einem hohen Verstärkungs verhalten
und geben proportional symmetrisch je nach Kipplage
positive oder
negative Spannungen ab. Sie reagieren nur auf unterschiedliche definierte Spannungsdifferenzen
an ihren beiden jeweiligen Eingängen a und b, wobei beide Spannungen erhebliches
Potential gegen Erde annehmen können. Den Eingängen b der Differenzverstärker 6,7,8
wird die Integratorausgangsspannung a und den Eingängen a eine von einer Spannungsteilerkette
12 mit Teilwiderständen 12a bis 12d abgegriffene, jeweils unterschiedliche Referenzspannung
zugeführt. Die Teilerkette ist so eingerichtet, daß sich von Stufe zu Stufe ein
genügender, zweckmäßig immer gleicher Abstand, z.B. von je 1 V, ergibt. Die Meßtrigger
befinden sich jeweils mit ihren Ausgängen im Bereich negativer Sättigung, solange
die zugeführte Integratorspannung kleiner als die anliegende Refererzspannung ist
oder bleibt. Wird die Integratorspannung größer als die Referenzspannung, dann kippen
sie in die entgegengesetzte Sättigungslage mit positiver Ausgangsspannung.
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Bei einem Steigen der Integratorspannung Ua kippt zumächst der Differenzverstärker
7 und gibt positiven Ausgang, was ein Schalten der diesem Fahrstufentrigger zugeordneten
Schütze auslös-.
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Bei weiterem Ansteigen kippt wie bei einem Schaltwerk der nächste
Differenzverstärker 8 usw.f. Die zugeordneten Schütze schalten entsprechend. Auch-umgekehrt
läuft der Vorgang in der geschilderten Weise ab. Wesentlich ist, daß die Differenzverstärker
in der Lage sind, Spannungsabstufungen von 0,7 bis 0,8 V
pro Fahrstufe
sicher zu unterscheiden und sich i Ansprechen nicht tberschneiden. Es ist erwünscht,
daß nur der Differenzverstärker eingeschaltet ist, der für die bestimmte Spannung
definiert ist. Weder vor- noch nachgeordnete Differenzverstärker sollen dann eingeschaltet
sein. Während eich Jas für nachgeschaltete Differenzverstärker, die noch nicht die
Ansprechgrenze erreicht haben, von allein ergibt, sind für die vorgeschalteten besondere
Schaltsperren vorzusehen. So sind einmal die Differenzverstärker am Ausgang mit
Löschleitungen 13 verknüpft, die jeweils über eine Diode 14 an den Eingang des jeweils
vorgeschalteten Differenzverstärkers führen. Erscheint z.B. positive Ausgangsspannung
an eingeschalteten D-ferenzverstärker 7, dann wird Differenzverstärker 6 aus- bzw.
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umgeschaltet, indem der an negativer Referenzspannung liegende a-Eingang
potentialmäßig so weit angehoben wird, daß der b-Eingang negativer als der Eingang
wird. Mit Einschalten von Differenzverstärker 8 würde aber Differenzverstärker 7
aus-oder umgeschaltet werden; d.h., an seinem Ausgang wurde negatives Signal erscheinen
und der Differenzverstärker 6 wurde wieder freigegeben und erneut eingeschaltet
werden. Ura ein solches unerwünschtes Wiedereinschalten der Vorstufen zu verhindern
und um zu erreichen, daß nur der der gerade erreichten Integratorspannung entsprechende
Differenzverstärker anspricht, ist eine weitere Schaltsperre vorgesehen. Sie besteht
darin, daß die a-Eingänge der vorgesshalteten Differenzverstärker
weiterhin
eine Potentialanhebung erfahren, indem ueber DiodenlS positives Potential zugeführt
wird, das der gerade eingeschalteten Schaltstufe entspricht. Eine Stufcnpannungsleitung
18 führt dieses Potential, das einen Translstorverstärker 17 über seine Basis steuert.
Von der Emitterleitung des Verstärkers 17 wird das positive Potential den a-Eingängen
zugeführt. Die Versorgungsspannung für den Transistorverstärker 17 wird der Leitung
16 entnommen. An die Stufenspannungsleitung 18 ist dazu im übrigen von den Ausgängen
jedes der Differenzverstärker 6,7,8 jeweils ein Netzwerk aus einer Diode 19 und
einem Vorwiderstand 20 gelegt. Klammerdioden 21 verbinden jeweils die verschiedenen
Spannungsteilerpunkte 22 der Netzwerke mit zugeordneten Abgriffspunkten 23 zwischen
den Teilwiderständen 12a bis 12d der Spannungsteilerkette 12.
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Diese Klammerdioden 21 sind quasi Überspannungsableiter und bewirken,
daß die Spannungen an den Punkten 22, die den zugeordneten Differenzverstärkern
der Schaltstufen entsprechend verschiedene Werte annehmen, die jeweils z.B. um etwa
1 V differieren sollen, genau eingehalten werden. Bei höheren Differenzverstärkerausgangsspannungen
fließt ein Strom über Widerstand 20 und Klammerdiode 21 in die Spannungsteilerkette
12 ab.
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Die Spannung an den Spannungsteilerpunkten 22 kann nicht höher steigen
als die am angeordneten Abgriffspunkt 23, erhöht um den Spannungsabfall an der Klammerdiode
18. Dieser Spannungsabfall tritt praktisch auch an Diode 19 des Netzwerks auf, so
daß
die an der Stufenspannungsleitung 18 anliegende Spannung jeweils dem gerade eingeschalteten
Differenzverstärker bzw.
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dessen Schaltstufe entspricht.
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Mit dem Ansteigen der Eingangsspannung -Ue und dem fertschreitenden
Ansprechen der Differenzverstärker 6,7,8 erhöht sich ec,-mit stufenweise auch die
Spannung an der Stufenspannungsleitung 18. Der Transistor 17 steuert weiter durch
und die. Potentialanhebung an den a-Eingngen der Differenzverstärker erhöht sich
ebenfalls. Das ist wichtig für die Vorstufen, da sich auch die Spannung an den b-Eingängen
erhöht. Zur Sicherstellung einer definierten Differenz ist zwischen die Steuereingänge
a und noch ein Netzwerk aus jeweils einem Widerstand 25 und einer BegrenzungsdioCde
26 geschaltet.
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Es ist erforderlich, die Schaltung mit einer Nullregulierung zu versehen,
um das unvermeidliche Driften des Integrators 1 zu kompensieren und damit die Schaltzustände
definiert zu halten und von Exemplarstreuungen unabhangig zu machen. Hierzu dient
der Differenzverstärker 24, dessen Ausgang auf den Arbeitseingang 2 des Integrators
1 geschaltet ist Sein Steleteingang b liegt dabei an der verstärkten Ausgangsspannung
+a des Integrators 1 und sein a-Eingang an der Stufenspannungs leitung 18, deren
Spannungsniveau der gerade eingeschalteten Schaltstufe entspricht. Jedesmal, wenn
einer der Differenzverstärker - und damit eine Schaltstufe - zugeschaltet wird,
erhöht
sich dieses Potential. Der Differenzvrrrr,Ker 2-1 vergleicht
das Stufenpotential mit der Ausgangsspannung +Ua am Integrator 1 und regelt Driftabweichungen
dieser Sp rnlrr durch Anpassung an die jeweilig vorhanden Stufenspannung aus Bei
Differenz O ist der Differenzverstärker 24 ohne Eingriff auf den Integrator. die
Nullpegeleinstellung stellt eine vorteilhafte elektronische Rastierung dar. Das
Eingangssignal muß stets einen sclchen Energieinhalt bzw. eine solche Spennungszeitfläche
aufweisen, daß die Rast, d.h. die Regelspennung, überspielt wird. Darüber hinaus
ist die Schaltung durch Speicherung der Signalspannung im Rückkopplungskondensator
3 d2s Integrators 1 gegen Störimpulse zusätslich fast völlig unempfindlich, da der
Störimpuls zur Rückschaltung den Kcndenautor entladen muß. Die Ladung dieses Kondensators
kann man so groß machen, daß der Energieinhalt selbst größerer Störimpulse nicht
zur Veränderung seiner Ladung auch nur um eine Stufe ausreicht. Um das Register
um mehrere Stufen zu verschieben, wäre sogar jeweils das entsprechende Vielfache
dieser Störenergie notwendig.
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V,7enn im vorliegenden Beispiel lem Integrator eine analoge Spannung
zugeführt wurde, so ist vom Regler her auch eine Impulssteuerung denkbar, z.B. derart,
daß jeder Impuls am Eingang des Integrators das Register um eine Stufe weiterschaltet.
Die Impulse müssen hierzu eine bestimmte Spannungszeitfläche
aufweisen,
die so aroß ist, daß dern Integrationskondensator jeweils die Ladungsdifferenz eines
Stufensprunges zugeführt wird. Vielfache hierzu sind möglich, so d das Register
zu bestimmten Schaltvorgängen mit einem Impuls entsprechender Spannungszeitfläche
auch um zwei, drei oder mehr Stufen vor- oder zurückgesetzt werden kann.
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10 Seiten Beschreibung 12 Patentasprüche 1 Dl. Zeichnungen