DE2452983A1 - Einrichtung zur erzeugung einer regelbaren fadenspannung eines fadens an einer textilmaschine - Google Patents

Description

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PATENTANWÄLTE

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Siegfried Peyer, Bäch/SZ

(Schweiz)

Einrichtung zur Erzeugung einer regelbaren Fadenspannung eines Fadens an einer Textilmaschine

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Erzeugung einer regelbaren Fadenspannung eines Fadens an einer Textilmaschine, mit einer durch zwei Druckelemente gebildeten Fadenbremse, wobei der Abstand der Druckelemente durch einen Stell-Elektromagneten regelbar ist.

Es sind Textilmaschinen bekannt, bei welchen eine Vielzahl Fäden gleichzeitig verarbeitet werden, beispielsweise bei einem Zettelgatter zur Herstellung von Kettbäumen mit bis zu 2'5OO Einzelfäden. Jeder dieser Fäden muss dabei mit

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der gleichen Fadenspannung abgezogen werden, sodass es notwendig ist, jedem dieser Fäden eine sogenannte Fadenbremse zuzuordnen.

Bekannte, hierfür verwendbare Fadenbremsen sind sogenannte Tellerbremsen, bei denen der Faden zwischen zwei Scheiben hindurchläuft, welche dem Faden aufgrund des Reibwiderstandes eine Spannung in Längsrichtung erteilen. Die gewünschte Grosse dieser Fadenspannung wird durch Auflage von Gewichten auf die obere Bremsscheibe erreicht. Eine andere Art der Einstellung kann natürlich auch mittels veränderlichem Anpressdruck einer Feder erfolgen.

Wird auf einer derartigen Textilmaschine dann die Garnqualität gewechselt, so muss auch die Fadenspannung verändert werden, d.h. alle Fadenbremsen müssen einzeln auf den neuen Wert eingestellt werden, was einer Arbeit von vielen Stunden entspricht.

Aus diesem Grunde sind auch bereits elektromagnetisch wirkende Fadenbremsen bekannt geworden, bei denen ein Magnetfeld die obere ferromagnetische Bremsscheibe anzieht und so den Anpressdruck bestimmt. Die an der Magnetspule anliegende elektrische Spannung ist dann proportional zur erzielten Fadenspannung. Solche Fadenbremsen lassen sich dann elektrisch parallel schal-

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ten und von einem zentralen Speisegerät mit Spannung versorgen. Bei einer Umstellung der Fadenspannung muss dann nur die Ausgangsspannung des Speisegerätes auf einen anderen Wert eingestellt werden, so dass eine Vielzahl von Fadenbremsen in wenigen Sekunden eingestellt ist (US-PS 3,100,091.)

Abgesehen von der raschen Einstellung haben solche Fadenbremsen aber weiterhin erhebliche Mängel. Die auf die obere Bremsscheibe wirkende magnetische Anziehungskraft ist in hohem Masse ^!.abhängig vom Abstand zwischen Elektromagnet und Bremsscheibe. Wird unter die Bremsscheibe einmal ein dünner und dann ein wesentlicher dickerer Faden eingelegt, so ist dies mit einer entsprechenden Abstandsänderung zum Elektromagneten verbunden und die Proportionalität zwischen angelegter elektrischer Spannung und erzielter Fadenspannung geht verloren. Auch Schmutz und lose Fadenreste innerhalb der Bremsscheiben können eine ähnliche Wirkung ausüben.

Eine zentrale Einstellung der Fadenbremsen hat aber ganz allgemein noch einen gravierenden Systemfehler. Die aus dem einstellbaren Speisegerät kommende elektrische Spannung für die Fadenbremsen wird an einem Voltmeter gemessen, wobei die Skala dieses Voltmeters entsprechend der elektrisch übertragenen Wirkung auf den Faden in Fadenspannungswerte nach Gramm geeicht sein kann.

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Diese Sollwerteinstellung ist nun aber völlig unzuverlässig, da der erzielte Istwert von verschiedenen Faktoren abhängt. Der durch die Pressung zwischen zwei Bremsscheiben erzielte Reibwiderstand des Fadens, welcher der Fadenspannung entspricht, hängt jeweils vom Fadenmaterial und Zustand der Bremsscheiben ab. So bestimmen die unterschiedlichen Ausgangsmaterialien, wie Wolle, Baumwolle, Kunststoffe etc., und die unterschiedlichen Behandlungen mit Avivage, OeI, Paraffin, etc. der Fäden in weiten Bereichen den Reibungskoeffizienten des Fadens. Auch verschmutzte oder abgenutzte Bremsscheiben beeinflussen den Reibwiderstand des Fadens. Der dann nach der Skala eingestellte Sollwert und der tatsächlich erhaltene Istwert können somit sehr weit aueeinanderliegen. Auch während des Betriebes können weiter durch schlecht gewickelte Spulen, Ablagerung von Schmutz und Fett, unterschiedliche Feuchtigkeit etc. ständig erneut Abweichungen vom Sollwert auftreten.

Eine zentral einstellbare elektromagnetische Fadenbremse der vorgenannten Art ist nur dann brauchbar, wenn Sollwert und Istwert miteinander verglichen werden und über einen Regelkreis die Bremswirkung rasch auf den Sollwert nachgestellt werden kann.

Ferner ist es unumgänglich, dass, in Anbetracht der in der Regel sehr grossen Stückzahlen von Fadenbremsen an einer Maschine,

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der Preis pro Einheit sehr niedrig gehalten sein muss.

Letzteres ist auch der Grund, dass .sich frühere Vorschläge elektronisch geregelter Fadenbremsen nicht durchsetzen konnten, da sich die hierfür notwendige technische Aufwand als viel zu gross herausgestellt hat.

Zweck der vorliegenden Erfindung ist nun die Schaffung einer Einrichtung der vorgenannten Art, welche in ökonomisch vertretbarem Rahmen gestattet, Sollwert und Istwert miteinander zu vergleichen und über Regelmittel die Bremswirkung auf den Faden rasch auf den Sollwert nachzuregeln. Dies wird erfindungsgemäss

erreicht durch einen, vom Faden beaufschlagbaren, zweiarmigen und schwingbaren Tasthebel, dessen einer Arm den gegen die Wirkung einer vom Faden auf den anderen Arm ausübbaren Kraft anziehbaren Anker einer an eine regelbare Spannungsquelle angeschlossenen Steuer-Elektromagnetanordnung und dessen anderer Arm den beweglichen Teil eines Schalters bildet, wobei der Schalter in einem Steuerschaltungskreis mit der Erregerspule des Stell-Elektromagneten und mit einer Spannungsquelle liegt zum Aus- und Einschalten der Erregerspule des Stell-Elektromagneten in Abhängigkeit der durch die Aenderungen der Fadenspannung gelösten Schwingungen am Tasthebel.

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Durch diese Massnahmen lässt sich nicht nur eine sehr funktionssichere und konstruktiv sehr einfache und somit billige Fadenbremse verwirklichen, sondern es besteht hier zusätzlich die Möglichkeit, mit nur geringem Mehraufwand in diese Fadenbremse den bekanntlich für jeden Faden zusätzlich notwendigen Fadenwächter zu integrieren. Dies lässt sich dadurch erreichen, wenn mit dem Steuerschaltungskreis ein weiterer Schaltungskreis verbunden wird zur Erzeugung eines ein Aussetzen der Schwingbewegung des Tasthebels infolge Defekt oder Fadenbruch anzeigenden Störsignals.

Beispielsweise Ausführungsformen des Erfindungsgegenstandes werden nachfolgend anhand der Zeichnung näher erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 in schematischer Seitenansicht eine Einrichtung zur Erzeugung einer regelbaren Fadenspannung,

Fig. 2 eine Schaltungsanordnung für die Einrichtung gemäss Fig. 1 und

Fig. 3 eine graphische Darstellung des Strom- und spannungsverlaufes in der Schaltungsanordnung gemäss Fig. 2, in verschiedenen Betriebszuständen.

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Fig. 1 zeigt eine sehr vereinfachte Darstellung einer Einrichtung zur Erzeugung einer regelbaren Fadenspannung, an welscher deren Funktionsweise erläutert werden soll. Diese Anordnung ist absolut funktionstüchtig, setzt aber voraus, dass sich der noch näher zu beschreibende Tasthebel um seinen Drehpunkt im Gleichgewicht befindet. Um diesen schwierigen Fabrikationsaufwand zu umgehen, ist eine spezielle Lagerung für den Tasthebel vorzusehen, was aber auf das Funktionsprinzip keinen Einfluss hat und deshalb hier nicht näher erläutert wird.

Gemäss Fig. 1 befindet sich auf einer gemeinsamen Grundplatte in der Darstellung links ein im Schnitt dargestellter zylindrischer Elektromagnet für die Fadenbremse, bestehend aus einem Eisenkern 3, einer Spule 4 und einem als Gegenpol dienenden zylindrischen Aussenmantel 5 aus Eisen. Im Zentrum vom Eisenkern 3 ist ein zylindrischer Stift 2 eingesetzt, welcher vorzugsweise aus Keramikmaterial besteht und welcher von einem Faden 17 leicht umschlungen wird. Bremsscheiben 6 und 7 weisen im Zentrum eine · Bohrung auf, mit welcher diese mit Spiel auf dem Stift 2 aufsitzen. Die Bremsscheiben sind rund mit radial schräg hochgestelltem Rand, so dass sie etwa eine Tellerform haben." Die untere Bremsscheibe 6 besteht aus hartverchromtem Bronzeblech von ca. 0,5 mm Dicke und die obere Bremsscheibe 7 aus ferromagnetischem Stahlblech von ca. 0,5 mm Dicke, welches ebenfalls hart-

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verchromt ist. Die · magnetische Anziehungskraft wirkt also nur auf die obere Bremsscheibe 7, wobei zum Elektromagneten ein Abstand besteht, welcher sich aus einer festen Grosse, nämlich die Dicke der Bremsscheibe 6 und einer variablen Grosse, nämlich die Dicke des Fadens 17 zusammensetzt.

In der Darstellung rechts befindet sich neben dieser Stell-Elektromagnetanordnung eine Steuer-Elektromagnetanordnung, bestehend aus einer Spule 8, einem Eisenkern 9 und einem als Gegenpol dienenden Joch 10. Mit dieser Steuer-Elek£romagnetanordnung wirkt ein aus Eisen bestehender flacher Tasthebel 11 zusammen, der etwa in seiner Mitte mit einer Achse 12 in einer Metallgabel 13 schwingbar gelagert ist. Das freie Ende dieses Tasthebels 11 trägt an seiner Unterseite einen Kontakt 14, dem ein zugehöriger Kontakt 15 auf der Grundplatte 1 gegenübersteht. Auf der in der Darstellung oberen Seite des Kontaktendes des Tasthebels 11 ist weiter ein vorzugsweise keramisches Fadenführungselement 16 befestigt, über das mit geringer Umschlingung ein gespannter Faden 17 gleitet. Ein weiteres Fadenführungselement 18 bestimmt hierbei den Umschlingungswinkel und damit die aus dem Sinus dieses Winkels abgeleitete Auflagekraft des Fadens 17 auf dem Element 16.

Sowohl die vorbeschriebene Stell-Elektromagnetanordnung als auch die Steuer-Elektromagnetanordnung mit dem Kontaktepaar 14, 15

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befinden sich in einem aus der Fig. 2 entnehmbaren Steuerschaltungskreis S 1. Dieser Steuerschaltungskreis umfasst ein Speise- und Einstellgerät 34 mit einem gemeinsamen Minus anschluss sowie einem Anschluss 36 für eine feste Spannung und einem Anschluss 37 für eine einstellbare Spannung.

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An dieser einstellbaren Spannung ''liegt die Spule 8 der Steuer-Elektromagnetanordnung, wogegen deren Kontakte 14, 15 die Spule 4 der Stell-Elektromagnetanordnung an die feste Spannung schalten. Zur Entlastung der Kontakte 14, 15 erfolgt hierbei die Schaltung über Transistoren 20 und 21, welche einen Schaltverstärker bilden.

Bei geöffnetem Kontaktepaar 14, 15 ist der Transistor 21 durchgeschaltet und die feste Spannung am Anschluss 36 liegt voll an der Magnetspule 4, wodurch die angezogene Bremsscheibe 7 den Faden 17 relativ stark einklemmt. Die Transistoren 20 und 21 bewirken, dass der über die Kontakte 14 und 15 und die Lagerstelle 12 fliessende Strom sehr klein gehalten werden kann (ca. 2 Mikroampere) und auch .grössere Uebergangswiderstände nicht stören. Die einstellbare Spannung an der Magnetspule 8 hingegen wirkt hier als Rückstellkraft für den Anker bzw. den Tasthebel 11. Diese Spannung wird mit einem Drehknopf 38 eingestellt und an einem Voltmeter 39 abgelesen, wobei diese Skala entsprechend

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der elektrischen Wirkung in Fadenspannungswerte beschriftet sein kann, was der Sollwert-Einstellung der Fadenspannung entspricht.

Prinzipiell ist es natürlich möglich, an Stelle der die Rückstellkraft auf den Tasthebel 11 erzeugenden Magnetmittel Federmittel zu verwenden, wenn etwa nur eine Einheit Verwendung findet. In der Regel erfordern aber die infrage kommenden Textilmaschinen eine Vielzahl solcher vorbeschrxebenen Einheiten, die sich dann alle gemeinsam an dem genannten Speise- und Einstellgerät 34 anschliessen lassen.

Wird der Faden 17 nun in Richtung des Pfeiles in Fig. 1 bewegt, so entsteht auf dem Element 16 des Tasthebels 11 ein Auflagedruck, der beim Ueberschreiten der mittels der Spannung am Anschluss 37 eingestellten Rückstellkraft zum Schliessen der Kontakte 14 und 15 führt. Dadurch erhält der Transistor 20 über einen Widerstand 19 einen Basisstrom und schaltet durch, so dass der Transistor 21 nun keinen Basisstrom mehr erhält und in den gesperrten Zustand übergeht. Damit wird die Spule 4 spannungslos und die Anziehungskraft auf die Bremsscheibe 7 nimmt ab, bis der Auflagedruck des Fadens auf das Element 16 von der Rückstellkraft wieder überwunden wird und die Kontakte 14 und 15 öffnen. Dadurch wird dann der Transistor 20 wieder gesperrt und der

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Transistor 21 durchgeschaltet, so dass an der Spule 4 wieder die volle Spannung des Anschlusses 36 liegt. Hierdurch presst die Bremsscheibe 7 den Faden 17 wieder mehr und der ganze Vorgang wiederholt sich erneut.

Da der Tasthebel 11 nur äusserst geringe Wege zum Oeffnen und Schliessen der Kontakte 14 und 15 machen muss, kommt es am Tasthebel 11 und an der Spule 4 zu relativ hohen Folgefrequenzen. In der Praxis haben sich Frequenzen von 100 Hz und darüber ergeben, also relativ kurze Ein- und Ausschaltzeiten für die Spule 4. Eine Spule als Induktivität hat nun bekanntlich die Eigenschaft, dass beim Anlegen einer Spannung der Strom verzögert ansteigt und beim Abschalten des Stromes eine Spannung von reversiver Polarität erzeugt wird, welche mit einer sogenannten Freilaufdiode 23 kurzgeschlossen werden kann, wodurch der Strom in der Spule ebenfalls verzögert absinkt. Wird die Spule 4 als grosse Induktivität/ im Verhältnis zur Folgefrequenz, ausgebildet, so wirkt die Spule als Energiespeicher bzw. Integrator. Somit kommt es trotz des nur ein- und ausschaltenden Regelvorganges nicht zu einer stossweisen Einwirkung auf die Fadenspannung, da der Strom fast konstant weiter fliesst und nur in geringem Masse mit einer der Folgefrequenz entsprechenden Welligkeit überlagert ist. Diese Welligkeit wird dann noch weiter in der Masse der Bremsscheibe 7 und der Elastizität des Fadens 17 integriert

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bzw. abgeflacht.

Da der eigentliche Leistungstransistor 21 immer nur voll ein- oder ausgeschaltet wird, fällt an diesem keine nennenswerte elektrische Leistung ab, wodurch keine Wärmeprobleme entstehen und ein hoher Wirkungsgrad erreicht wird. Letzteres ist für grosse Stückzahlen von nicht zu unterschätzender Bedeutung, denn bei angenommen 2500 Einheiten würde eine thermische Verlustleistung von 1 Watt pro Einheit bereits eine Zusatzleistung von über 2,5 Kilowatt für das Speisegerät bedeuten. Bei den allgemein gebräuchlichen linearen Proportionalregelvorgängen würde sich die Betriebsspannung immer über Steuertransistor und Spule aufteilen, was Temperaturprobleme, Kühlbleche und schlechten Wirkungsgrad bedeuten würde.

In der Fig. 3 ist der Verlauf von Strom und Spannung an der Spule 4 bei verschiedenen Betriebszuständen dargestellt. Die aufgezeigten Kurven dienen hierbei lediglich der Erklärung und haben keinen Anspruch auf genaue und absolute Grossen von Amplitude und Zeit. Ist eine mittlere Fadenspannung eingestellt, so ergibt Sich durch das Ein- und Ausschalten eine etwa symmetrische Rechteckspannung U 1 an der Spule 4. Als Folge der integrierenden und speichernden Eigenschaft der Induktivität fliesst nun ein dem Mittelwert entsprechender Strom J 1 in der

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Spule 4, welcher die Fadenspannung bestimmt. Sollte die Fadenspannung· und damit der Auflagedruck auf den Tasthebel 11 nachlassen, so wird das Kontaktepaar 14, 15 erst wieder schliessen, wenn die Bremse, mittels eines vergrösserten Stromes in Spule 4, den Faden 17 auf die erforderliche Spannung gebracht hat. Die Spule wird also nun zwangsläufig länger an der Spannung angeschaltet bleiben, um den nötigen Strom zu erreichen, sodass sich eine unsymmetrische Rechteckspannung U2 mit vergrösserter Einschaltdauer ergibt. Der hieraus entstehende Mittelwert des Stromes J 2 in der Spule 4 wird nun auch ein entsprechend höheres Niveau einnehmen. Bei einer gegenüber dem Sollwert vergrösserten Fadenspannung muss der Wirkungsanteil der Bremse kleiner werden, was einen geringeren Strom in der Spule 4 nötig macht. Dieser kleinere Strom J 3 wird bereits bei kürzerem Anliegen der Spannung an der Spule 4 erreicht, so dass zwangsläufig eine Rechteckspannung U 3 mit verkürzter Einschaltdauer entsteht und ein ebenfalls niedrigerer Strommittelwert.

Die erforderlichen Regelbedingungen zwischen Soll-und Istwert sind mit dieser einfachen Einrichtung also erfüllt. Ferner ist auch leicht einzusehen, dass die Einrichtung sehr rasch regeln kann und selbst grössere Fadenspannungsveränderungen in wenigen Perioden der Folgefrequenz ausgeglichen werden können. Dies ist ein für die praktische Anwendung äusserst wichtiges Merkmal,

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da der Fadendurchlauf mit Geschwindigkeiten zwischen 10 bis 20 Meter pro Sekunde erfolgt und durch schlechte Spulenv/ickel bedingte kurzfristige Fadenspannungsänderungen nicht selten sind.

Aus der Fig. 2 lässt sich ferner eine einfache Schaltungsmassnahme S 2 zur Fadenüberwachung entnehmen. Die Rechteckspannung an der Spule 4 wird über einen Kondensator 24 ausgekoppelt und mit zwei Dioden 25 und 26 derart gleichgerichtet, dass über einem Widerstand 27 ein Kondensator 28 positiv geladen wird. Die positive Spannung an der Basis eines Transistors 30 schaltet diesen durch, so dass folglich keine Spannung über eine weitere Diode 32 an den Punkt 33 gelangen kann. Ist kein Faden 17 mehr vorhanden, so bleiben die Kontakte 14 und 15 geöffnet und an der Spule 4 entsteht keine rechteckförmige Wechselspannung mehr. Infolge Ausbleiben dieses Signals kann sich nun der Kondensator 28 über den Widerstand 29 entladen, und der Transistor 30 gelangt in seinen gesperrten Zustand. Die positive Spannung am Anschluss 36 kann jetzt über den Widerstand 31 und die Diode 32 an den Punkt 33 gelangen und von dort eine Relaisstufe zur Abschaltung der Maschine steuern.

Ein durch abnormal hohe Fadenspannungen ständig geschlossenes Kontaktepaar 14 und 15 hingegen verhindert natürlich ebenso die Bildung eines rechteckförmigen Wechselspannungssignals,

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ebenfalls verklemmte Bremsen" sowie andere mechanische und' elektrische Defekte, sodass die Fadenbremse also eine weitgehende Selbstkontrolle gegen Defekte besitzt. Da zur Abschaltung der Maschine stets nur ein Relais erforderlich ist, können die Punkte 33 einer Vielzahl solcher Einrichtungen als logische Verknüpfungen miteinander verbunden werden.

Da nach dem Abschalten .einer Maschine- meistens alle Fäden leicht durchhängen, also keine Spannung mehr haben, würde . beim erneuten Anfahren jedes Fadenwächtersystems die Maschine sofort wieder abschalten. Aus diesem Grunde ist es allgemein üblich, in der Maschine ein verzögertes Relais zu verwenden, welches die Fadenwächterfunktion erst zuschaltet, wenn die Maschine das Garn ein Stück gezogen hat und alle Fäden mit Sicherheit wieder gespannt sind. Dieses Relais könnte auch im Zusammenhang mit der vorbeschriebenen.Fadenbremse für Steuerungszwecke beim Anfahren verwendet werden.

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Claims (1)

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   Patentansprüche

   IJ Einrichtung zur Erzeugung einer regelbaren Fadenspannung ei-

   nes Fadens an einer Textilmaschine, mit einer durch zwei Druckelemente gebildeten Fadenbremse, wobei der Abstand der Druckelemente durch einen Stell-Elektromagneten regelbar ist,
   gekennzeichnet durch einen, vom Faden (17) beaufschlagbaren,
   zweiarmigen und schwingbaren Tasthebel (11), dessen einer Arm den gegen die Wirkung einer vom Faden auf den anderen Arm ausübbaren Kraft anziehbaren Anker einer an eine regelbare Spannungsquelle angeschlossenen Steuer-Elektromagnetanordnung
   (8, 9, 10) und dessen anderer Arm den beweglichen Teil eines
   Schalters (14, 15) bildet, wobei der Schalter in einem Steuerschaltungskreis (Sl) mit der Erregerspule (4) des Stell-Elektromagneten (3, 4, 5) und mit einer Spannungsquelle liegt zum Aus- und Einschalten der Erregerspule des Stell-Elektromagneten in Abhängigkeit der durch die Aenderungen der Fadenspannung ausgelösten Schwingungen am Tasthebel.

   2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mit dem Steuerschaltungskreis (Sl) ein weiterer Schaltungskreis
   (S2) verbunden ist zur Erzeugung eines ein Aussetzen der Schwingbewegung des Tatshebels infolge Defekt oder Fadenbruch anzeigen-

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   .*.■ 2462983

   den Störsignals.

   3. Einrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine sowohl die Steuer-Elektromagnetanordnung als auch die Stell-Elektromagnetanordnung tragende Montageplatte (1).

   4. Einrichtung nach Anspruch 1 und 3, dadurch gekennzeichnet, dass der einen beweglichen Teil des Schalters (14, 15) bildende Arm des Tasthebels (11) einen Kontakt (14) eines Schaltkontaktpaares trägt, wobei dieser Arm und der Lagerkörper (13) des ■ Tasthebels über dessen Schwingachse (12) einen Strompfad für diesen Kontakt bilden.

   5. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass im Strompfad des Steuerschaltungskreises S 1 zwischen der Erregerspule (4) des Stell-Elektromagneten (3, 4, 5) und dem Schalter (14, 15) ein Schaltverstärker (20, 21) eingeschaltet ist.

   6. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Erregerspule (4) des Stell-Elektromagneten (3, 4, 5) eine Diode (23) parallel geschaltet ist zur Kurzschliessung der reversiblen Spannung an der Erregerspule beim Abschalten des Stromes.

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   7. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der weitere Schaltungskreis '(S2) über eine Gleichrichterschaltung (25, 26) und einem Kondensator (24) mit dem Steuerschaltungskreis (Sl) gekoppelt ist, wobei das gewonnene Kopplungssignal einen elektronischen Schalter (30) steuert, welcher einem Signalgeber vorgeschaltet ist.

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   Pe/LJ

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