DE2406370C2

DE2406370C2 - Schaltungsanordnung zum Ansteuern eines reversierbaren auf ein Stellglied und ein Abgleichpotentiometer einwirkenden Motors

Info

Publication number: DE2406370C2
Application number: DE2406370A
Authority: DE
Inventors: John L. Bloomington Minn. Kabat
Original assignee: Honeywell Inc
Current assignee: Honeywell Inc
Priority date: 1973-02-20
Filing date: 1974-02-11
Publication date: 1985-11-21
Also published as: FR2218690B1; CH560422A5; DE2406370A1; US3789283A; FR2218690A1; GB1455352A; IT1007258B; NL7401288A

Description

Als Schaltelemente werden zweckmäßigerweise Dioden verwendet, die normalerweise in Sperrichiung vorgespannt sind und nur bei Unterbrechung der Span-Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zum 45 nungsversorgung für die Brückenschaltung durch die Ansteuern eines reversierbaren auf ein Stellglied und Potentiometer das an der Spannungsteilerschaltung anein Abgleichpotentiometer einwirkenden Motors, wo

bei das Abgleichpotentiometer zwei Zweigen einer Brückenschaltung zugeordnet ist und die Brückenschaltung wenigstens einen weiteren veränderlichen Widerstand aufweist, und mit einem von der Brückenschaltung angesteuerten Verstärker, der über eine Steuerschaltung auf den Motor einwirkt, wobei der Motor bei einer Veränderung des veränderlichen Widerstandes das Abgleichpotentiometer bis zum Abgleich der Brückenschaltung verstellt.

Durch die US-Patentschriften 24 03 917 und 27 58 269 sind Schaltungsanordnungen bekanntgeworden, bei denen ein reversierbarer Motor auf ein Stellglied einwirkt.

stehende Potential auf die Brückenschaltung geben.

Weitere Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Anhand eines in den Figuren der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels wird die Erfindung im folgenden näher erläutert. Es zeigt

F i g. 1 eine schematische Darstellung der gesamten Schaltungsanordnung zum Ansteuern eines Motors;

F i g. 2 eine Modifikation der in F i g. 1 verwendeten Brückenschaltung.

Gemäß F i g. 1 weist die Schaltungsanordnung eine elektrische Brückenschaltung 10 auf, welche ein Steuersignal an einen Verstärker 11 abgibt, der aus zwei Diffe-

Der Motor wird von einer Brückenschaltung über einen 60 renzverstärkern besteht und im nachfolgenden Dual-Verstärker angesteuert, wenn die Brücke verstimmt ist. verstärker 23 genannt wird. Der Dualverstärker 23 sei-Die Brücke wird durch einen veränderlichen Wider- nerseits steuert ein elektronisches Motorsteuersystem stand verstimmt, der beispielsweise aus einem tempera- 12. Ein reversibler Motor 13 steuert eine Last, im dargeturabhängigen Widerstand oder einem Steuer potentio- stellten Fall ein Ventil 14, und steht zusätzlich in mechameter bestehen kann. Über ein Abgleichpotentiometer, 65 nischer Antriebsverbindung mit dem Potentiometerabdessen Abgriff mit der Motorwelle in Antriebsverbin- griff eines Abgleichpotentiometers 41, welches in der dung steht, wird die Brückenschaltung wieder abgegli- Brückenschaltung 10 angeordnet ist.
chen. In der bekannten Schaltungsanordnung liegt das Eine Wechselspannungsquelle ist mit Eingangsklem-

men 15 und 16 einer elektronischen Motorsteuereinheit 17 verbunden, die ihrerseits den Motor 13 ansteuert Die Einzelheiten dieser elektronischen Motorsteuereinheit gehören nicht zur Erfindung und sind daher nicht im Detail dargestellt Diese Einzelheiten können der DE-OS 23 35 152 entnommen werden. Die verbleibende restliche Schaltungsanordnung wird mis einer Gleichspannungsquelle über Leitungen 20 und 21 gespeist Diese Gleichspannung kann in bekannter Weise durch Gleichrichtung der Wechselspannung gewonnen verden.

Das Steuersystem macht Gebrauch von einem Verstärker 11, dessen Grundelement 23 schematisch dargestellt ist. Die an den Leitungen 20 und 21 anstehende Gleichspannung speist über Leitungen 35 und 36 den Dualverstärker 23. Der Dualverstärker 23 weist einen ersten Teil A und einen zweiten Teil B auf. Der Teil A sowohl als auch der Teil B des Dualverstärkers 23 weisen jeweils einen nichtinvertierenden Eingang 26 bzw. 27 auf. Ebenso weisen beide Teile des Du£>;Verstärkers einen invertierenden Eingang 28 bzw. 30 auf. Rückkopplungswiderstände 31 und 32, die zwischen die Ausgänge und Eingänge der Verstärkerteile A und B des Dualverstärkers geschaltet sind, lassen diese als Schalter arbeiten. Die Verstärkerteile A und B geben demnach digitale Ausgangssignaie aus, von denen eines den »Aus«- bzw. »0«- oder »Niedrig«-Zustand und das andere den »Ein«-, »1«- oder »Oben«-Zustand einnimmt. Wenn der Ausgang des Verstärkerteiles A den »Oben«-Zustand einnimmt, wird der Motor veranlaßt, das Ventil in seine Schließstellung zu bewegen. Andererseits wird der Motor veranlaßt das Ventil in seine Offenstellung zu bewegen, wenn der Ausgang des Verstärkerteiles B die Oben-Stellung einnimmt.

Die auf den Leitungen 20,21 anstehende Gleichspannung speist die Brückenschaltung 10. Die Brückenschaltung 10 weist ein Abgleichpotentiometer 41 auf. welches aus einem Widerstand 42 und aus einem darauf verschiebbaren Potentiometerabgriff 43 besteht. Der Potentiometerabgriff 43 ist direkt mit der spannungführenden Leitung 20 verbunden. Die positive Speisespannung wird demnach der Brückenschaltung 10 über den Abgriff 43 zugeführt. Die linke Seite der Brückenschaltung 10 besteht aus einem Teil des Potentiometerwiderstandes 42, einem Festwiderstand 44, einem Verbindungsoder Schaltungspunkt 46, einem Festwiderstand 45 und einem Teil eines Potentiometerwiderstandes 48 des Abgleichpotentiometers 47. Das Abgleichpotentiometer 47 weist ebenfalls einen Abgriff 49 auf, welcher direkt mit der die negative Spannung führenden Leitung 21 verbunden ist.

Die rechte Seite der Brückenschaltung 10 besteht aus einem Teil des Potentiometerwiderstandes 42, einem Festwiderstand 50, einem Festwiderstand 51, einem Festwiderstand 52 und einem Teil des Potentioneterwiderstandes 48. Eine Brückenausgangsklemme 53 ist zwischen den Festwiderständen 50 und 51 angeordnet. Eine weitere Brückenausgangsklemme 54 befindet sich zwischen den Festwiderständen 51 und 52. Die Brückenausgangsklemme 46 ist direkt mit dem invertierenden Eingang 26 des Verstärkerteiles A und dem nichtinvertierenden Eingang 30 des Verstärkerteiles B verbunden. Andererseits ist die Brückenausgangsklemme 53 direkt mit dem nichtinvertierenden Eingang 28 des Verstärkerteiles A verbunden. Weiterhin ist die Brückenausgangsklemme 54 direkt mit dem nichtinvertierenden Eingang 27 des Verstärkerteiles B verbunden. Der nichtintervertierende Eingang 26 und der intervertierende Eingang 28 des Verstärkerteiles A sind intern mit der Basiselektrode zweier Transistoren, die eine Differenzverstärkerstufe bilden, verbunden. In gleicher Weise ist der nichtintervertierende Eingang 27 und der intervertierende Eingang 30 des Verstärkerteiles 9 intern miteinander verbunden. Die Verstärkerteile A und B werden in Abhängigkeit von dem Vorzeichen und der Größe der Signalabweichung ausgesteuert Der absolute Pegel der Spannungen an den Eingangskiemmen spielt hierbei keine Rolle.

Die links von der Brückenschaltung 10 angeordnete weitere Spannungsquelle liefert ein konstantes Bezugspotential. In der speziellen Ausführungsform wird diese weitere Spannungsquelle durch einen Spannungsteiler gebildet, der aus den Widerständen 60, 62 und 64 besteht. Dieser Spannungsteiler wird aus der an den Leitungen 20 und 21 anstehenden Gleichspannung gespeist An Schaltungspunkten 61 und 63 beidseits des Widerstandes 62 stellt sich somit ein konstantes Bezugspotential ein. Anstelle des zwischen der Gleichspannung betriebenen Spannungsteilers könnte auch eine Batterie oder eine ähnliche Spannungsquelle Verwendung finden. Die Größe der Widerstände 60, 62 und 64 ist so gewählt, daß die sich an dem Schaltungspunkt 61 einstellende Spannung wenig höher als die Spannung an der Brückenausgangsklemme 53 in der Bruckenschaltung 10 ist. Eine Diode 65 liegt mit ihrer Kathode an dem Schaltungspunkt 61 und mit ihrer Anode an der Brückenausgangsklemme 53. Die an dem Schaltungspunkt 61 und der Brückenausgangsklemme 53 herrschenden Potentiale sperren somit die Diode 65. Weiterhin ist eine Diode 66 mit ihrer Anode an den Schaltungspunkt 63 und mit ihrer Kathode an die Brückenausgangsklemme 46 gelegt. Diese Diode 66 wird ebenfalls durch die an dem Schaltungspunkt 63 und der Brückenausgangsklemme 46 herrschenden Potentiale in Sperrichtung vorgespannt. Das Potential am Schaltungspunkt 63 ist normalerweise geringfügig kleiner als an der Brückenausgangsklemme 46. Die in Sperrrichtung vorgespannten Dioden 65 und 66 weisen, von der Brückenschaltung 10 aus gesehen, einen nahezu unendlich großen Widerstand auf, so daß unter normalen Bedingungen der Spannungsteiler 60,62, 64 von der Brükkenschaltung 10 entkoppelt ist.

Unter normalen Betriebsbedingungen, d. h. wenn die Potentiometer 41 und 47 ordnungsgemäß arbeiten, wird das Potential in der Brücke durch die Stellung der Potentiometerabgriffe 42 und 49 bestimmt Es sei beispielsweise angenommen, daß der nichtintervertierende Eingang 26 des Dualverstärkers 23 im Vergleich zu dem intervenierenden Eingang 28 ein positives Signal aufweist. In diesem Fall geht der Ausgang des Verstärkerteiles A nach oben und bewegt über den Motor 13 das Ventil 14 in die Schließstellung. Bei einem sntgegengesetzten Ungleichgewicht in der Brückenschaltung 10 erscheint am nicht intervenierenden Eingang 27 des Dualverstärkers 23 ein Signal, welches im Vergleich zu dem Signal am intervenierenden Eingang 30 positiv ist. Jetzt geht der Ausgang des Verstärkerteiles B nach oben und treibt den Motor 13 in einer das Ventil 14 öffnenden Weise an. Es ist somit ersichtlich, daß ein Steuersignal, welches den Potentiometerabgriff 49 um ein vorbestimmtes Stück auf dem Widerstandselement 48 nach rechts verschiebt, das Gleichgewicht der Brückenschaltung i0 in einer solchen Weise verändert, daß das Verstärkerteil A ausgesteuert wird und das Ventil 14 in Schließrichtung bewegt wird. Gleichzeitig bewegt der Motor 13 den Potentiometerabgriff 43 des Abgleichpo-

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tentiometers 41 soweit, bis das aufgetretene Fehlersignal wieder ausgeglichen ist. Unter allen normalen Betriebsbedingungen bleiben die Dioden 65 und 66 gesperrt, und der Spannungsteiler 6Oj 62, 64 spielt keine Rolle hinsichtlich der Funktion der Motorsteuerung.

Ein Fehler in der Brückenschaltung 10* tritt auf, wenn einer oder beide Abgriffe der Abgleichpotentiometer 41 oder 47 keinen Kontakt mehr geben. Dieser Fehler kann beispielsweise durch angesammelten Schmutz auftreten. In jedem dieser Federfalle treibt der Motor 13 das Ventil 14 in eine bestimmte Richtung. Wenn der Potentiometerabgriff 43 keinen Kontakt mehr mit dem Widerstandselement 42 des Abgleichpotentiometers 41 gibt, so wird das positive Potential von der Brückenschaltung entfernt und das Potential in der Brückenschaltung 10 springt auf das an der Leitung 21 anstehende negative Potential. Die Diode 66 wird somit in Durchlaßrichtung geschaltet und an der Brückenausgangsklemme 46 in der Brückenschaltung 10 erscheint ein Potential, welches um ungefähr 0,6 V niedriger als das an dem Schaltungspunkt 63 des Spannungsteilers anstehende Potential ist. Von der Brückenausgangsklemme 46 in der Brückenschaltung 10 fließt ein Strom über die Widerstände 44, 42, 50, 51, 52 und einen Teil des Widerstandes 48 zu dem Potentiometerabgriff 49. Der Verstärkerteil A erhält an seinem Eingang 26 ein Potential, welches im Hinblick auf das Potential am intervertierenden Eingang 28 positiv ist, so daß der Motor 13 veranlaßt wird, das Ventil 14 in die Schließstellung zu bewegen. Für den Fall, daß der Potentiometerabgriff 43 wieder Kontakt mit dem Widerstand 42 geben sollte, ist die normale Wirkungsweise der Schaltungsanordnung wiederum gewährleistet

Wenn der Potentiometerabgriff 49 seinen Kontakt mit dem Widerstandselement 48 des Abgleichpotentiometers 47 verliert und das Abgleichpotentiometer 41 ordnungsgemäß funktioniert, so springt das Potential in der Brückenschaltung 10 auf das an der Leitung 20 anstehende positive PotentiaL Es wird nunmehr die Diode 65 in Durchlaßrichtung geschaltet, so daß der Brückenausgangsklemme 53 in der Brückenschaltung 10 ein Potential erscheint, weiches um etwa 0,6 V über dem an dem Schaltungspunkt 61 des Spannungsteilers liegenden Potential liegt Ein Strom fließt nun von der Leitung 20 über den Potentiometerabgriff 43 den linken Teil des Widerstandes 42, die Widerstände 44, 45, 48, 52 und 51 zu der Brückenausgangsklemme 53 und dann durch die Diode 65. Die Brückenausgangsklemme 46 liegt demgemäß gegenüber der Brückenausgangsklemme 53 wiederum auf positivem Potential und das Verstärkerteil A veranlaßt wiederum den Motor 13, das Ventil 14 in die Schließstellung zu bewegen.

In dem eher ungewöhnlichen Fall, daß beide Potentiometerabgriffe 43 und 49 von ihren zugeordneten Potentiometerwiderständen abheben; gewährleistet das Spannungsteflernetzwerk und die Dioden 65 und 66 ebenfalls, daß der Motor 13 das Ventil 14 in die Schließstellung bewegt. In dem Dualverstärker 23 ist der nichtintervertierende Eingang 26 und der intervenierende Eingang 28 mit den Basiselektroden von Transistoren eines Differenzverstärkers verbunden. Die Emitter-Elektroden der Transistoren sind über die Leitung 36 mit dem auf der Leitung 21 anstehenden negativen Potential verbunden, so daß ein Strompfad von der Brükkenschaltung 10 über den Dualverstärker 23 nach dem negativen Potential gebildet wird. In diesem Fall wird also die Diode 66 in Durchlaßrichtung geschaltet und hält das Potential an der Brückenausgangsklemme 46 und demnach auch'am nichtintervertierenden Eingang 26 des Verstärkers aufeinemiinibezug'auf'deniihterventierend'en: Eingang 28'positiven Wert;so däßiderrMbtor 13. wiederum das Ventil 14:in die Schließstellüng'bewegt. F i g. 2 zeigt eine modifizierte B'fückensch'altung; in weither lediglich ein einziger Potentiometer'-+!lange* ordnet ist. Der untere Teil der Brückensch'aiturfg weist ein veränderliches züstandsabhängiges Element.70iauf, welches mit dem negativen Potential an der !leitung 2Ϊ verbunden ist. Der untere Anschluß des Festwiderstandes 52" befindet sich ebenfalls auf negativem Potential. Dieses System arbeitet in der gleichen Weise wiedäs.in Fi.gil! dargestellte und vorstehend'beschriebene. Syr stern. Da jedoch¹ nur ein einzigen PötentiometerabgrifP 43: in; den Brückensehaltung vorhanden ist; der· keinen Kontakt mehr geben'känn,¹ genügt die eine.-Diode66.um die Schutzfunktion: zu: erhalTen:

Hierzu>2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Schaltungsanordnung zum Ansteuern eines reversierbaren auf ein Stellglied und ein Abgleichpotentiometer einwirkenden Motors, wobei das Abgleichpotentiometer zwei Zweigen einer Brückenschaltung zugeordnet ist und die Brückenschaltung wenigstens einen weiteren veränderlichen Widerstand aufweist, und mit einem von der Brückenschaltung angesteuerten Verstärker, der über eine Steuerschaltung auf den Motor einwirkt, wobei der Motor bei einer Veränderung des veränderlichen Wi derstandes das Abgleichpotentiometer bis zum Abgleich der Brückenschaltung verstellt, dadurch gekennzeichnet, daß die Speisung der Brükkenschaltung (10) über den Abgriff (43, 49) des Abgleichpotentiometers (41, 47) erfolgt, und Jaß eine getrennte Referenzspannungsquelle (+ U₈, — Ub, 60, 62, 64) angeordnet ist, die über mindestens eine in Sperrichtung vorgespannte Diode (65, 66) an einen mit dem nachgeschalteten, als Dualverstärker (23) ausgebildeten Verstärker in Verbindung stehenden Schaltungspunkt (46, 53) der Brückenschaltung (10) angeschlossen ist

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 mit einem Abgleichpotentiometer, dessen Abgriff von dem Motor angetrieben ist und mit einem zweiten Abgleichpotentiometer, an dessen Abgriff ein Soll-Abgleichpotentiometer in der einen Brückendiagona-Ien, und es wird an seinem Abgriff die Steuerspannung für den den Motor ansteuernden Verstärker abgenommen. In der anderen Brückendiagonalen erfolgt die Speisung der Brückenschaltung mit einer fest vorgegebenen Versorgungsspannung. Wenn der Kontakt des Potentiometerabgriffs beispielsweise infolge von Verschmutzung verloren geht, so kann im bekannten Fall der Motor nicht mehr angesteuert werden, wodurch ein gefährlicher Betriebszustand entstehen kann. Hier wäre es wünschenswert, daß in einem solchen Betriebszustand das vom Motor angetriebene Stellglied, z. B. ein Ventil, eine sichere Lage, z. B. die Schließstellung, einnimmt

Ferner ist aus der US-PS 34 03 310 eine Ansteuerschaltung für einen Servomotor bekannt, über den einer Radarantenne oder einer ähnlichen Einrichtung eine oszillierende Bewegung erteilt wird. Der Servomotor wird über einen Differential-Servoverstärker von einem Schmitt-Trigger angesteuert. Hierbei verstellt der Servomotor ein Potentiometer, dessen Abgriffspannung als veränderliche Eingangsgröße auf den einen Eingang des Schmitt-Triggers aufgeschaltet wird. Diese veränderliche Eingangsgröße wird mit einem oberen und unteren Grenzwert verglichen, wobei diese Grenzwerte über einstellbare Potentiometer vorgebbar sind und über entsprechend gepolte Dioden dem anderen Eingang des Schmitt-Triggers aufgeschaltet werden. Auch bei dieser bekannten Schaltungsanordnung besteht die Gefahr,

wert einstellbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß je- 30 daß bei einem Ausfall des von dem Servomotor gesteudem Potentiometer (42, 43; 48, 49) eine Diode (65, erten Potentiometers die Radarantenne in eine uner-

66) zugeordnet ist, durch welche die Zweige der Brückenschaltung (10) in Abhängigkeit von der Potentiometerfunktion an unterschiedliches Potential anscha'.tbar sind.

3. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Dioden (65,66) die beiden Zweige der Brückenschaltung (10) mit Punkten (61) unterschiedlichen Potentials in dem Spannungsteiler (60,62,64) verbinden.

wünschte Position gesteuert wird.

Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die bekannten Schaltungsanordnungen so zu verbessern, daß auch bei Ausfall des Potentiometers der Motor das Stellglied in eine sichere Lage steuern kann.Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruches 1 gelöst.

Vorteilhaft kann die weitere Spannungsquelle aus der Betriebsspannungsquelle und einem zwischen dieser angeordneten separaten Spannungsteiler gebildet werden.