DE2717178A1

DE2717178A1 - Elektronisches schaltwerk

Info

Publication number: DE2717178A1
Application number: DE19772717178
Authority: DE
Inventors: Eduard Hermle
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1977-04-19
Filing date: 1977-04-19
Publication date: 1978-10-26
Also published as: BR7802409A; DE2717178B2; GB1575783A; IT7867876A0; CH634918A5; FR2388253A1; IT1109068B; DE2717178C3; US4207507A

Description

DR.-ING. DIPL-IIMG. M. SC. OIPL.-PKYS. OH. DIPL.- PHYS.

HÖGER - STELLRECHT - GRIESSBACH - HAECKER

PATENTANWÄLTE IN STUTTGART

A 42 322 b

u - 168

15. April 1977

Firma

Gebhard Baluff KG

7303 Neuhausen

Elektronisches Schaltwerk

Die Erfindung betrifft ein elektronisches Schaltwerk zur Erzeugung elektrischer Steuersignale bei bestimmten Winkelstellungen sich fortlaufend drehender Teile mit einem von den sich drehenden Teilen betätigten Drehpotentiometer, das eine der Drehung des Potentiometerabgriffs proportional ansteigende, beim Erreichen einer vollen Drehung wieder auf den Nullpunkt zurückspringende Meßspannung liefert, die zur Bestimmung des Ein- und des Ausschaltpunktes der Steuersignale mit einstellbaren Ein- und Ausschaltspannungen vergleichbar ist.

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Bekannte Schaltwerke an Vorrichtungen mit sich drehenden Teilen, beispielsweise an Stanzen oder Pressen, erzeugen Signale zum phasengerechten Ein- und Ausschalten bestimmter Arbeitsvorgänge auf mechanischem Wege durch Verwendung von drehfest mit den rotierenden Teilen verbundenen Nockenscheiben, die bei der Umdrehung entsprechende Nockenschalter betätigen. Bei derartigen Vorrichtungen ist es schwierig, die Einschaltzeitpunkte zu ändern, denn zu diesem Zweck müssen die Nockenscheiben auf den sich drehenden Teilen verdreht oder vollständig ausgewechselt werden. Außerdem ergeben sich bei hohen Drehgeschwindigkeiten Schaltverzögerungen durch die Trägheit der mechanischen Teile.

Es wäre daher wünschenswert, die Erzeugung der Steuersignale auf elektrischem Wege vorzunehmen. Die bisher dazu verwendeten Meßgeber, das sind Vorrichtungen, die eine der Winkelstellung des sich drehenden Teiles proportionale Spannung abgeben, sind beispielsweise als Resolver oder als Kodiergeber ausgebildet; in jedem Fall handelt es sich um aufwendige und teure Vorrichtungen.

Wesentlich günstiger wäre in diesem Zusammenhang die Verwendung von durch die sich drehenden Teile verdrehten Potentiometern;der Einsatz solcher Teile scheitert bisher jedoch daran, daß die von solchen Drehpotentiometern beim übergang des Schleifarmes vom Ende zum Anfang der Widerstandspiste abgegriffene Spannung im Ubergangsbereich schlecht definiert, ist. Außerdem ergeben sich dann Schwierigkeiten, wenn ein Steuersignal erzeugt werden soll, dessen Einschaltpunkt am Ende der Widerstandspiste, dessen Ausschaltpunkt jedoch am Anfang der Widerstandspiste liegt. In diesem Falle ist es bisher nötig, zwei getrennte Steuersignale zu erzeugen, ein erstes vom Einschaltzeitpunkt

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bis zum Ende der Widerstandspiste und ein zweites vom Beginn der Widerstandspiste bis zum Ausschaltzeitpunkt.

Diese Nachteile haben dazu geführt, daß billige Drehpotentiometer zur Erzeugung von winkelabhängigen Steuersignalen bisher nicht eingesetzt wurden.

Es ist Aufgabe der Erfindung, ein elektronisches Schaltwerk der eingangs beschriebenen Art derart zu verbessern, daß trotz der Verwendung von Drehpotentiometern eine exakte Erzeugung der Steuersignale auch über den Sprungbereich des Drehpotentiometers hinweg ermöglicht wird.

Diese Aufgabe wird bei einer Vorrichtung der eingangs beschriebenen Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß ein erster Komparator zum Vergleich der Meßspannung mit der Einschaltspannung, ein dritter Komparator zum Vergleich der Meßspannung und der Ausschaltspannung sowie ein zweiter Komparator zum Vergleich der Einschalt- und der Ausschaltspannungen vorgesehen sind und daß die Ausgänge der drei Komparatoren mit einer logischen Schaltung derart verbunden sind, daß ein Steuersignal immer dann eingeschaltet wird, wenn die Meßspannung die Einschaltspannung erreicht und immer dann ausgeschaltet wird, wenn die Meßspannung die Ausschaltspannung erreicht.

Die logische Schaltung kann ein EXKLüSIV-ODER-Element enthalten, dessen einer Eingang direkt mit dem Ausgang des ersten Komparators und dessen zweiter Eingang mit einer logischen Schalteinheit verbunden ist, die das Ausgangssignal des zweiten Komparators ungeändert läßt, wenn die Einschaltspannung kleiner als die Ausschaltspannung ist, die das Ausgangssignal des zweiten Komparators jedoch umkehrt, wenn die Einschaltspannung größer als die Ausschaltspannung ist.

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Durch die erfindungsgemäße Ausbildung des Schaltwerkes lassen sich vom gewählten Einschaltzeitpunkt bis zum gewählten Ausschaltzeitpunkt ununterbrochene Steuersignale erzeugen, auch wenn die gewählte Ausschaltspannung unterhalb der gewählten Einschaltspannung liegt, wenn sich also die Einschaltdauer des Steuersignals über den Sprung der am Drehpotentiometer abgegriffenen Meßspannung vom Maximalwert auf Null erstreckt.

Im Rahmen dieser Erfindung ist die Verwendung eines Drehpotentiometers besonders günstig, das zwei einen festen Winkelabstand zueinander aufweisende Schleifarme und eine Umschaltung besitzt, die eine Ausgangsspannung vom vorderen Schleifarm abnimmt, solange dieser vom vollen Potentiometerdrehwinkel von 36O°/O entfernt ist, und die eine Ausgangsspannung aus der Spannung des zweiten Schleifarmes bildet, indem sie dieser eine der Spannung zwischen den beiden Schleifarmen entsprechende Zusatzspannung hinzufügt, sobald der erste Schleifarm sich im Bereich des vollen Drehwinkels befindet, und die von der so gewonnenen Ausgangsspannung zur Erzeugung der Meßspannung eine Spannung subtrahiert, die der Spannung am vorderen Schleiferarm in der Stellung entspricht, in der die Umschaltung vom hinteren auf den vorderen Schleiferarm zurückschaltet.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführung der Erfindung kann vorgesehen sein, daß das Drehpotentiometer einen ersten, festen Spannungsabgriff für die Zusatzspannung, einen zweiten festen Spannungsabgriff bei einem Drehwinkel, der etwas mehr als es dem Winkel zwischen den beiden Schleifarmen entspricht, vor dem vollen Drehwinkel von 360° liegt, sowie einen dritten festen Spannungsabgriff kurz vor dem vollen Drehwinkel von 360° besitzt und daß die Umschaltung vom vorderen auf den hinteren

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Schleifarm so lange erfolgt, wie die Spannung am hinteren Schleifarm zwischen den Spannungen am zweiten und dritten Spannungsabgriff liegt.

Solche Drehpotentiometer sind an sich bereits vorgeschlagen worden, die Verwendung im Rahmen der vorliegenden Erfindung stellt eine besonders vorteilhafte Anwendung von Drehpotentiometern dieser Art dar.

Um den sicheren Betrieb des elektronischen Schaltwerks überwachen zu können, kann insbesondere eine überwachungsschaltung für das Drehpotentiometer vorgesehen sein, die eine Summierschaltung für die Spannung des ersten festen Abgriffs, für die Spannung zwischen dem vorderen und dem hinteren Schleiferarm und für die Spannung zwischen dem zweiten und dem dritten festen Abgriff sowie einen Fensterdiskriminator zur Feststellung einer Abweichung der Summe dieser Spannungen von einem Spannungsfestwert aufweist, die weiterhin bei einer bestimmten Abweichung des Spannungssummenwertes von dem Spannungsfestwert ein Fehlersignal erzeugt und bei der eine Selektionsschaltung mit dem Ausgang des Fensterdiskriminators verbunden ist, die das Fehlersignal unterdrückt, so lange die Umschaltung die Ausgangsspannung vom hinteren Schleiferarm abnimmt. Diese überwachungsschaltung überwacht die Funktion des Drehpotentiometers nur in dem Bereich, in dem der vordere Schleiferarm die Ausgangsspannung liefert.

Zur Überwachung der Funktion des Drehpotentiometers im restlichen Bereich kann ein Komparator vorgesehen sein, an dessen einem Eingang die Potentiometermeßspannung und an dessen anderem Eingang die Spannung des zweiten festen Abgriffs anliegt. Diese überwachungsschaltung kann ein Fehlersignal er-

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zeugen, wenn die Potentiometermeßspannuncr unter der Spannung des zweiten festen Abgriffs liegt. Damit diese überwachungsschaltung nur in dem von der oben beschriebenen Überwachungsschaltung nicht überwachten Bereich tätig wird, kann dem Komparator eine Selektionsschaltung nachgeschaltet sein, die das Fehlersignal unterdrückt, solange die Ausgangsspannung vom vorderen Schleifarm abgenommen wird.

Zur Erhöhung der Sicherheit kann die überwachungsschaltung doppelt ausgeführt sein und bei einer Abweichung ihrer Fehlersignalanzeige ein Fehlersignal erzeugen.

Zur überwachung der mechanischen Verbindung zwischen dem sich drehenden Teil und dem Potentiometer kann eine Vergleichsschaltung vorgesehen sein, der pro Umdrehung des Potentiometers von diesem mindestens ein Zählimpuls und von einem dem sich drehenden Teil zugeordneten Impulsgeber bei jeder Umdrehung desselben eine gleiche Anzahl Rücksetzimpulse zugeführt werden. Bei einer Abweichung der Zahl der Zähl- und der Rücksetzimpulse während einer Umdrehung erzeugt die Vergleichsschaltung ein Fehlersignal.

Schließlich kann zur Überwachung der die Potentiometermeßspannung an die Steuerschaltungen übertragenden Verbindungen der Potentiometermeßspannung eine Festspannung überlagert sein. Der Steuerschaltung ist dann eine Detektorschaltung zugeordnet, die beim Fehlen der Festspannung ein Fehlersignal erzeugt.

Alle Fehlersignale werden einer die Bewegung des sich drehenden Teils anhaltenden Unterbrecherschaltung zugeführt.

Weitere vorteilhafte Aus- und Weiterbildungen der Erfindung

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sind Gegenstand der Unteransprüche und in diesen niedergelegt.

Die nachfolgende Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen der Erfindung dient im Zusammenhang mit der Zeichnung der näheren Erläuterung. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Ansicht eines in eine lineare Konfiguration abgewickelten Drehpotentiometers mit zwei Schleiferarmen;

Fig. 2 eine Summierschaltung zur Erzeugung eines Schaltimpulses für einen Schalter zur abwechselnden Abnahme der Ausgangsspannung des Potentiometers vom vorderen und vom hinteren Schleiferarm;

Fig. 3 eine diagrammatische Darstellung der an den beiden Schleiferarmen des Drehpotentiometers anliegenden Spannungen und der Ausgangsspannung über dem gesamten Drehbereich des Potentiometers sowie die von der Steuerschaltung gelieferten Impulse zur abwechselnden Abnahme der Ausgangsspannung vom vorderen und hinteren Schleiferarm;

Fig. 4 eine Steuerschaltung zur Erzeugung eines von der vom Potentiometer abgegebenen Meßspannung abhängigen Steuersignales;

Fig. 5 eine überwachungsschaltung zur überwachung der Potentiometerfunktion während des Abgriffs der Ausgangsspannung am vorderen Schleiferarm;

Fig. 6 eine überwachungsschaltung zur überwachung der Potentio-

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meterfunktion während der Abnahme der Ausgangsspannung vom hinteren Schleiferarm und

Fig. 7 eine schematische Vorderansicht eines kompletten Schaltwerkes gemäß der Erfindung.

Anhand der Figuren 1 bis 3 wird zunächst Aufbau und Funktionsweise eines Drehpotentiometers mit zwei Schleiferarmen erläutert, das zur Verwendung als Winkelgeber im Rahmen des erfindungsgemäßen elektronischen Schaltwerkes besonders geeignet ist.

In Fig. 1 ist die Piste 1 des Drehpotentiometers abgewickelt dargestellt. Normalerweise ist diese Piste in sich geschlossen, An die aus einem elektrisch leitenden, mechanisch sehr widerstandsfähigen Material bestehende Widerstandspiste 1 ist über Anschlußklemmen 2 und 3 eine Betriebsspannung U₁ angelegt, die während des gesamten Betriebes konstant bleibt. Zwischen der Anschlußklemme 2 und einem ersten festen Spannungsabgriff 4 liegen eine Spannung U-, zwischen der Anschlußklemme 2 und einem zweiten festen Spannungsabgriff 5 eine Spannung U^ und zwischen der Anschlußklemme 2 und einem dritten festen Spannungsabgriff 6 eine Spannung U. an.

Ein vorderer Schleiferarm 7 und ein hinterer Schleiferarm 8 sind so winkelmäßig gegeneinander versetzt, daß zwischen ihnen eine Spannung besteht, die genau gleich der zwischen der Anschlußklemme 2 und dem ersten Abgriff 4 liegenden Spannung U₂ ist. Der Winkelabstand zwischen den beiden Schleiferarmen bleibt konstant.

Zur Erzeugung einer Potentiometermeßspannung, die bei einer

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vollen Umdrehung des Drehpotentiometers kontinuierlich vom Wert Null auf einen Maximalwert ansteigt und bei Erreichen desselben definiert auf den Nullwert zurückspringt, ist eine in Fig. 2 dargestellte Schalteinheit 9 vorgesehen, die ein Schaltersteuersignal für einen elektronischen Schalter erzeugt, mit dem in einer weiter unten genauer beschriebenen Weise abwechselnd die am vorderen Schleifarm 7 und die am hinteren Schleifarm 8 anliegende Spannung abgenommen wird.

Die Schalteinheit 9 umfaßt zwei Komparatoren 10, 11, deren Ausgänge 12 bzw. 13 mit den Eingängen 14, 15 eines Summierverstärkers 16 verbunden sind. An den beiden Plus-Eingängen 17 bzw. 18 der Komparatoren 10 und 11 liegt die Spannung zwischen der Anschlußklemme 2 und dem hinteren Schleiferarm 8 (U_c), am Minus-Eingang 19 des Komparators 10 die Spannung U. und am Minus-Eingang 20 des Komparators 11 die Spannung U₃ an.

Wenn die Winkelstellung zwischen den beiden Schleiferarmen 40° beträgt und wenn der zweite feste Abgriff 5 bei einer Winkelstellung von 300° und der dritte feste Abgriff bei einer Winkelstellung von 330° liegen, dann ergibt sich beim Verschieben der beiden Schleiferarme 7 und 8 am Ausgang 13 des Komparators 11 der in Fig. 3 unter A dargestellte Spannungsverlauf. Bei einer Winkelstellung des vorderen Schleifarmes 7 von 340° übersteigt die Spannung zwischen dem hinteren Schleiferarm 8 und der Anschlußklemme 2 die Spannung U,, so daß das Ausgangssignal des Komparators 11 kippt. Dieses Ausgangssignal kippt in die Ausgangslage zurück, sobald der hintere Schleifarm 8 den Übergang 36O°-O° erreicht, also bei einer Winkelstellung des vorderen Schleifarmes 7 von 40°.

In ähnlicher Weise kippt das Ausgangssignal des Komparators 1O

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in der in Fig. 3 unter B dargestellten Weise sobald die Spannung U_e die Spannung U. übersteigt, d.h. bei einer Winkelstellung des vorderen Schleiferarmes 7 von 10°. Auch dieser Komparator kippt in die Ausgangsstellung zurück, sobald der hintere Schleifer 8 am übergang 36O°-O° vorbeiläuft.

Durch den eine Differenz der Ausgangssignale der Komparatoren 10 und 11 bildenden Summierverstärker 16 ergibt sich am Ausgang 21 desselben ein Signalverlauf, wie er in Fig. 3 unter C dargestellt ist. Am Ausgang 21 liegt zwischen einer Winkelstellung des vorderen Schleiferarms 7 zwischen 340° und 10° eine Signalspannung an.

Diese Signalspannung wird in nicht näher dargestellter Weise dazu verwendet, die Ausgangsspannung des Potentiometers abwechselnd vom vorderen Schleiferarm 7 und vom hinteren Schleiferarm 8 abzunehmen.

Bei der folgenden Erläuterung sind die Winkelangaben immer auf die Stellung des vorderen Schleiferarms 7 bezogen.

Beim Fehlen eines Ausgangssignales am Ausgang 21 (Winkelbereich zwischen 10° und 340°) entspricht die Ausgangsspannung der am vorderen Schleiferarm 7 anliegenden Spannung (ausgezogene Linie in Fig. 3). Während des Auftretens eines Ausgangssignals am Ausgang 21 (Winkelbereich 340° bis 10°) entspricht die Ausgangsspannung der am hinteren Schleiferarm 8 anliegenden Spannung U_, der die konstante Spannung U₂ hinzugefügt ist (punktierter Spannungsverlauf). Die Ausgangsspannung des Potentiometers wird also im Bereich zwischen 10° und 340° durch die ausgezogene Linie, zwischen 340° und 10° durch die punktierte Linie dargestellt. Man erkennt, daß diese Spannung für keine Winkel-

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Stellung auf den Wert Null zurückgeht. Um dies zu erreichen, wird von der Ausgangsspannung eine konstante Spannung abgezogen - man erhält dabei die im folgenden als Meßspannung bezeichnete Spannung. Die konstante, von der Ausgangsspannung abzuziehende Spannung wird dabei so gewählt, daß die Meßspannung unmittelbar nach dem Umschalten, d.h. bei einer Winkelstellung von 10°, auf Null absinkt. Bei einer Drehung des Potentiometers ergibt sich also eine linear vom Wert Null auf den Maximalwert ansteigende Meßspannung. Wesentlich ist dabei, daß der Sprung vom Maximalwert auf den Minimalwert scharf definiert ist, da er durch das Kippen des Komparators 10 ausgelöst wird. Dies erfolgt durch den hinteren Schleifer 8, der sich dabei noch in sicherer Entfernung von dem Undefinierten Endbereich der Widerstandspiste befindet. In Fig. 3 ist die Spannung am hinteren

dargestellt. Schleiferarm 8 gestrichelt und die Meßspannunq Stück punktiert/ Die Verwendung des beschriebenen Drehpotentiometers ermöglicht also die Erzeugung einer der Winkelstellung des sich drehenden Teiles über den gesamten Bereich genau proportionalen, analogen Meßspannung. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wird diese Meßspannung benutzt, um bei bestimmten Winkelstellungen Steuersignale zur Auslösung bestimmter Arbeitsgänge etc. zu erzeugen.

In Fig. 4 ist eine Schaltung dargestellt, mit welcher ein solches Steuersignal erzeugt werden kann. Die Schaltung weist zwei veränderliche Potentiometer 22 und 23 zur Erzeugung einer einstellbaren Einschaltspannung U_E sowie zur Erzeugung einer einstellbaren Ausschaltspannung U auf. Der Abgriff 24 des Potentiometers 22 ist mit dem einen Eingang 25 eines ersten Komparators 26 und mit dem einen Eingang 27 eines zweiten Komparators 28 verbunden. Der Abgriff 29 des Potentiometers 23 ist mit dem einen Eingang 30 eines dritten Komparators 31 sowie mit dem anderen Eingang 32 des zweiten Komparators 28 verbunden. Die

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anderen Eingänge 33 und 34 des ersten Komparators 26 und des dritten Komparators 31 sind gemeinsam mit dem Ausgang 35 eines Entkopplungsgliedes 36 verbunden, über das den Eingängen 33 und 34 die von dem in der Zeichnung nur scheraatisch dargestellten, mit dem sich drehenden Teil verbundenen Drehpotentiometer 37 erzeugte Meßspannung zugeführt wird.

Der Ausgang 38 des ersten Komparators ist mit dem Eingang 39 eines Exklusiv-ODER-Gliedes 40 verbunden. Der Ausgang des zweiten Komparators 28 ist über einen Inverter 42 mit dem einen Eingang 43 eines ersten UND-Gliedes 44 und direkt mit dem einen Eingang 45 eines zweiten UND-Gliedes 46 verbunden. Ebenso ist der Ausgang 47 des dritten Komparators 31 über einen Inverter 48 mit dem anderen Eingang 49 des zweiten UND-Gliedes 46 und direkt mit dem anderen Eingang 50 des ersten UND-Gliedes 44 ver* bunden. Die Ausgänge 51 und 52 der UND-Glieder 44 bzw. 46 sind mit den Eingängen 53 bzw.54 eineszweiten Exklusiv-ODER-Gliedes 55 verbunden, dessen Ausgang 56 mit dem anderen Eingang 57 des Exklusiv-ODER-Gliedes 40 in Verbindung steht.

Die hier beschriebene Steuerschaltung erzeugt am Ausgang 58 des Exklusiv-ODER-Gliedes 40 das gewünschte Steuersignal.

Im folgenden wird die Wirkungsweise der Steuerschaltung erläutert. Ein positives Signal am Ausgang eines der in der Schaltung enthaltenen logischen Schaltelemente wird im folgenden mit 1, ein negatives mit 0 bezeichnet.

Am Ausgang 38 des Komparators 26 liegt eine 1 , wenn die Meßist
spannung größer/als die am Potentiometer 22 eingeschaltete Einschaltspannung U_, liegt die Meßspannung unterhalb von U„, liegt am Ausgang 38 eine 0. Das gleiche gilt am Ausgang 47 des

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Komparators 31 bezüglich der am Potentiometer 23 eingeschalteten Ausschaltspannung U .

Am Ausgang 41 des !Comparators 28 liegt eine 0, wenn die Ausschaltspannung U größer ist als die Einschaltspannung U . Das ist immer dann der Fall, wenn Ein- und AusschaltZeitpunkt zwischen 0 und 360° liegen. Wenn der Einschaltzeitpunkt vor Erreichen der 360°, der Ausschaltzeitpunkt jedoch danach liegen, dann ist die Einschaltspannung IL, größer als die Ausschalt-

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spannung U ; am Ausgang 41 des Komparators 48 erscheint dann eine 1 .

Wie sich durch die logischen Funktionen der Inverter 42 und 48, der UND-Glieder 44 und 46 und des Exklusiv-ODER-Gliedes 55 leicht ergibt, liegt am Ausgang 56 des Exklusiv-ODER-Gliedes 55 das gleiche Signal wie am Ausgang 47 des Komparators 31 an, wenn das Ausgangssignal des Komparators 28 0 ist. Ist dieses Ausgangssignal 1, dann liegt am Ausgang 56 des Exklusiv-ODER-Gliedes 55 das umgekehrte Signal wie am Ausgang 47 des Komparators 31 an.

Für den Fall, daß die Ausschaltspannung größer ist als die Einschaltspannung (Komparator 28 hat 0), ergibt sich immer dann ein Steuersignal am Ausgang 58 des Exklusiv-ODER-Gliedes 40, wenn die Meßspannung zwischen der Einschaltspannung U_ und der Ausschaltspannung U. liegt.

Ist die Ausschaltspannung U kleiner als die Einschaltspannung U_n, ergibt sich ein Steuersignal am Ausgang 58 immer dann, wenn die Meßspannung nicht zwischen der Einschalt- und der Ausschaltspannung liegt, sondern nur dann, wenn die Meßspannung entweder oberhalb der Einschaltspannung oder unterhalb der Aus-

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Mit dieser Steuerschaltung gelingt also die kontinuierliche Erzeugung eines Steuersignals, das beginnt, wenn die Meßspannung die Einschaltspannung erreicht und endet, wenn die Meßspannung die Ausschaltspannung erreicht, unabhängig davon, ob während der Dauer des Steuersignals ein Sprung der Meßspannung auftritt oder nicht. Es ist daher möglich, mit ein und derselben Steuerschaltung einen Steuerimpuls beliebiger Länge und beliebiger Phasenlage zu erzeugen.

Um die sichere Funktion des beschriebenen elektronischen Schaltwerkes überprüfen zu können, sind verschiedene Kontrollschaltungen für die einzelnen Teile des Schaltwerkes vorgesehen.

Der einfache Aufbau der ümschaltvorrichtung des Drehpotentiometers zur abwechselnden Abnahme der Potentiometerausgangsspannung von den beiden Schleifarmen desselben sowie der ebenfalls einfache Aufbau der in Fig. 4 dargestellten Steuerschaltung ermöglichen es, diese Schaltungen zur überprüfung doppelt auszuführen. Die dabei erzeugten Ausgangssignale, bei der Umschaltung das in Fig. 3 unter C gezeigte Steuersignal und das am Ausgang 58 der Steuerschaltung erscheinende Steuersignal, werden mit dem jeweils gleichen Signal der Parallelschaltung verglichen. Beim Auftreten von Abweichungen wird in nicht näher erläuterter Weise ein Fehlersignal erzeugt.

Zur überwachung der Funktion des zweiarmigen Drehpotentiometers selbst sind die in den Figuren 5 und 6 dargestellten Schaltungen geeignet.

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Die Schaltung der Fig. 5 weist einen Summierverstärker 59 auf, an dessen positivem Eingang 60 eine aus den Spannungen U-, U₂ und der Spannung U_T zwischen der Anschlußklemme 2 und dem vorderen Schleiferarm 7 zusammengesetzte Summenspannung und an dessen negativem Eingang 61 eine aus den Spannungen U₃ und U_ zusammengesetzte zweite Summenspannung anliegen. Die Summenspannung U_D am Ausgang 62 des Summierverstärkers 59 setzt sich aus der Summe der Spannungen zwischen der Anschlußklemme 2 und dem ersten festen Abgriff 4, dem hinteren Schleiferarm 8 und dem vorderen Schleiferarm 7 sowie dem zweiten Abgriff 5 und dem dritten Abgriff 6 zusammen. Diese Summenspannung U wird dem Eingang 63 eines Fensterdiskriminators 64 an sich bekannter Bauart zugeführt, an dessen Ausgang 65 nur dann ein Signal erscheint, wenn die Summenspannung U von einer Festspannung nach oben oder nach unten um einen bestimmten Betrag abweicht. Der Ausgang 65 ist mit dem Eingang 66 eines UND-Gliedes 67 verbunden, dessen anderer Eingang 68 über einen Inverter 69 in nichtdargestellter Weise mit dem Ausgang 21 der in Fig. 2 dargestellten Umschaltung verbunden ist.

Die Summenspannung U kontrolliert die Funktion des Drehpotentiometers. Beim Ausfall irgendwelcher Funktionen dieses Potentiometers ändert sich die Spannung U_n, so daß am Ausgang 65 des Fensterdiskriminators 64 ein Signal erzeugt wird. Wenn am Ausgang 21 der Umschaltung kein Signal erzeugt wird, liegt am Eingang 68 des UND-Gliedes 67 eine 1, so daß am Ausgang 70 des UND-Gliedes ein Fehlersignal erzeugt wird, falls der Ausgang 65 des Fensterdiskriminators 64 ebenfalls eine 1 zeigt. Es wird jedoch durch das UND-Glied 67 keine Fehlermeldung durchgelassen, wenn am Ausgang 21 der Umschaltung ein Steuersignal anliegt. Die Kontrollschaltung der Fig. 5 ist damit nur in dem Bereich wirksam, in dem die Ausgangsspannung vom vorderen Schleifer 7

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abgenommen wird, d.h. im dargestellten Beispiel zwischen einer Winkelstellung von 10 und 340°.

Der übrige Bereich läßt sich mit Hilfe der in Fig. 6 dargestellten Überwachungsschaltung kontrollieren. Diese umfaßt einen Komparator 71, an dessen einem Eingang 72 die Spannung U-. und an dessen anderem Eingang 73 die Meßspannung U liegt. Der Ausgang 74 des Komparators 71 ist über einen Inverter 75 mit dem Eingang 76 eines UND-Gliedes 77 verbunden, dessen anderer Eingang 78 in gleicher Weise mit dem Ausgang 21 verbunden ist, wie dies beim UND-Glied 67 der Fig. 5 der Fall ist.

Wenn die Meßspannung größer ist als die Spannung U- , liegt am Ausgang 74 eine 1, am Eingang 76 des UND-Gliedes 77 also wegen des Inverters 75 eine 0. Es erscheint also kein Fehlersignal am Ausgang 79 des UND-Gliedes 77. Liegt die Meßspannung jedoch unterhalb der Spannung U^,liegt am Eingang 76 des UND-Gliedes 77 eine 1. Wenn am Eingang 78 ebenfalls eine 1 liegt, erscheint am Ausgang 79 ein Fehlersignal. Das ist dann der Fall, wenn die Umschaltung der Fig. 2 ein Ausgangssignal erzeugt, d.h. bei Abnahme der Ausgangsspannung vom hinteren Schleifer 8 (zwischen 340° und 10°). Die Überwachungsschaltung der Fig. 6 prüft also, ob die Meßspannung im gesamten Umschaltbereich oberhalb der Spannung U₃ liegt. Sie prüft damit auch, ob die Umschaltung vom vorderen Schleifer 7 auf den hinteren Schleifer 8 erfolgt ist, denn der vordere Schleifer 7 weist nach dem Übergang nur eine sehr geringe Spannung auf, so daß die von ihm abgeleitete Meßspannung unterhalb von U₃ liegen würde.

Insgesamt kontrollieren damit die in den Figuren 5 und 6 dargestellten Uberwachungsschaltungen den Betrieb des beschriebenen Drehpotentiometers über dessen gesamten Drehbereich.

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Eine weitere Kontrolle ist notwendig, um die sichere Drehverbindung zwischen dem sich drehenden Teil und dem Drehpotentiometer zu gewährleisten. Dies kann in einfacher Weise dadurch erfolgen, daß man einem Zähler vom Drehpotentiometer pro Umdrehung mindestens einen Zählimpuls und von einem dem sich drehenden Teil zugeordneten Impulsgeber pro Umdrehung des Teiles eine gleiche Anzahl von Rücksetzimpulsen zuführt. Ist die Drehverbindung in Ordnung, erhält der Zähler pro Umdrehung die gleiche Anzahl von Zähl- und von Rücksetzimpulsen. Ist die Drehverbindung jedoch fehlerhaft, weicht die Anzahl der Zähl- und der Drehimpulse voneinander ab. In diesem Fall erzeugt der Zähler ein Fehlersignal.

Um auch zu überprüfen, ob die die Rücksetzimpulse erzeugende Vorrichtung richtig funktioniert, kann ein weiterer Zähler vorgesehen sein, dem die Rücksetzimpulse als Zählimpulse und die Zählimpulse des Drehpotentiometers als Rücksetzimpulse zugeführt werden. Falls der dem sich drehenden Teil zugeordnete Impulsgeber fehlerhaft funktioniert, gibt dieser Zähler ein Fehlersignal ab.

Um sicherzugehen, daß auch die in den Figuren 5 und 6 dargestellten Uberwachungsschaltungen sicher funktionieren, kann man diese doppelt ausführen und vergleichen. Bei Abweichung wird ein Fehlersignal erzeugt.

Schließlich kann zur überwachung der das Meßsignal an die Steuerschaltung übergebenden Leitung vorgesehen sein, auf diese Leitungen immer eine bestimmte Grundspannung von beispielsweise 1 V zu geben, die von einer der jeweiligen Steuerschaltung zugeordneten Detektorschaltung geprüft wird. Diese Spannung überlagert sich der Meßspannung und wird in der Steuerschaltung

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wieder von ihr abgezogen. Sollte die Detektorschaltung feststellen, daß diese Uberlagerungsspannung ausbleibt, wenn die Meßspannung auf O zurückgeht, dann gibt die Detektorschaltung ein Fehlersignal ab.

Die in den beschriebenen Schaltungen erzeugten Fehlersignale werden einer Unterbrecherschaltung zugeführt, die beim Auftreten eines einzigen Fehlersignales sofort den Antrieb für den sich drehenden Teil unterbricht. Solche Unterbrecherschaltungen sind an sich bekannt und werden daher nicht im einzelnen beschrieben.

Das vorstehend beschriebene elektronische Schaltwerk ist durch die dargestellte Ausbildung nicht nur geeignet, Steuerimpulse beliebiger Länge und Phasenlage zu erzeugen, sondern es überprüft sich auch in allen Funktionen selbst, so daß ein vollkommen sicherer Betrieb gewährleistet ist.

In Fig. 7 ist eine praktische Ausführung eines solchen elektronischen Schaltwerks dargestellt.

In einem ersten Einschub 80 mit einem Ein- und Ausschalter 81, einer Kontrollampe 82 und einem Sicherungsgehäuse 83 ist die Umschaltung für das Drehpotentiometer untergebracht, also die die Spannungsabnahme vom Drehpotentiometer steuernde und die Meßspannung erzeugende Schaltung. In einem zweiten Einschub 84 befindet sich die in den Figuren 5 und 6 dargestellte Fehlerschaltung, die in der beschriebenen Weise gegebenenfalls doppelt ausgeführt ist. Anzeigelampen 85 und 86 zeigen das einwandfreie Funktionieren bzw. einen Fehler an.

Ein dritter Einschub 87 nimmt eine Steuerschaltung zur Erzeu-

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gung eines Steuerimpulses auf. Mittels eines ersten Betätigungsknopfes 88 kann das Einschaltpotentiometer 22 der in Fig. 4 dargestellten Steuerschaltung, mit einem zweiten Betätigungsknopf 89 das Ausschaltpotentiometer 23 eingestellt werden. Eine Kontrollampe 90 zeigt das Vorhandensein eines Steuersignals an. Der Einschub 91 ist im wesentlichen gleich aufgebaut wie der Einschub 87, jedoch ist die Steuerschaltung in der beschriebenen Weise doppelt ausgeführt. Eine die Ausgangssignale der Steuerschaltungen vergleichende Fehlerschaltung zeigt an zwei Kontrollampen 92, 93 an, ob die Steuerschaltung einwandfrei funktioniert. Außerdem übermittelt sie gegebenenfalls ein Fehlersignal an die Unterbrecherschaltung.

Den Einschüben 80 und 84 kann eine beliebige Anzahl von separaten Steuerschaltungen nachgeschaltet werden, die entweder wie im Einschub 87 einkanalig oder wie im Einschub 91 zweikanalig sind. So schließt sich in der Darstellung der Fig. 7 an den zweikanaligen Einschub 91 ein weiterer einkanaliger Einschub 94 an, der gleich aufgebaut ist wie Einschub 87.

Zur überwachung der Winkelstellung des sich drehenden Teils ist im Einschub 80 außerdem ein Anzeigegerät 95 vorgesehen, das von der Meßspannung direkt gesteuert wird. Bei dem dargestellten Anzeigegerät handelt es sich um ein auf den Winkelbereich von 360° geeichtes digitales Anzeigeinstrument, es können jedoch auch Analoganzeigegeräte verwendet werden.

Um sicher zu gewährleisten, daß die Fehlerschaltungen eine Unterbrechung der Bewegung des sich drehenden Teiles auch dann bewirken, wenn das Drehpotentiometer sehr schnell gedreht wird und die Fehlersignale dadurch sehr kurz werden, kann der Unterbrecherschaltung ein Speicherglied vorgeschaltet werden, das auch kürzeste Fehlerimpulse in Signale verwandelt, auf die die Unterbrecherschaltung ansprechen kann.

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Claims

DR.-ING. DIPL.-INR. M. SC. Ol PL-PI-. YS. ί-R. DIPL.-^MYS.

HÖGER - STELLRECHT - GRIESGBACH - HAECKER

PATENTANWÄLTE IN STUTTGART

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Firma Gebhard DaUuff -KG-, 7303 Neuhausen

Patentansprüche

1. !Elektronisches Schaltwerk zur Erzeugung elektrischer Steuersignale bei bestimmten Winkelstellungen sich fortlaufend drehender Teile mit einem von den sich drehenden Teilen betätigten Drehpotentiometer, das eine der Drehung des Potentiometerabgriffs proportional ansteigende, beim Erreichen einer vollen Drehung wieder auf den Nullpunkt zurückspringende Meßspannung liefert, die zur Bestimmung des Ein- und des Ausschaltpunktes der Steuersignale mit einstellbaren Ein- und Ausschaltspannungen vergleichbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß ein erster Komparator (26) zum Vergleich der Meßspannung (U_{M Q}) mit der Einschaltspannung (U ), ein dritter Komparator (31) zum Vergleich der Meßspannung (U _Q) und der Ausschaltspannung (U ) sowie ein zweiter Komparator (28) zum Vergleich der Einschaltspannung (ö„) und der Ausschaltspannung (U.) vorgesehen sind und daß die Ausgänge (3ö, 41, 47) der drei Komparatoren mit einer logischen Schaltung derart verbunden sind, daß ein Steuersignal immer dann eingeschaltet wird, wenn die Meßspannung (U ) die Einschaltspannung (U ) erreicht, und immer dann ausgeschaltet wird, wenn die Meßspannung (U_{M ß}) die Ausschaltspannung (U ) erreicht.

2. Schaltwerk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die logische Schaltung ein Exklusiv-ODER-Element (40) enthält,

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OFUGlNAL INSPECTED^

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dessen einer Eingang (39) direkt mit dem Ausgang (33) des ersten Komparators (26) und dessen zweiter Eingang (57) mit einer logischen Schalteinheit verbunden ist, die das Ausgangssignal des dritten Komparators (31) ungeändert läßt, wenn die Einschaltspannung (U ) kleiner als die Ausschaltspannung (U ) ist, die das Ausgangssignal des dritten Kornparators (31) jedoch umgekehrt, wenn die Einschaltspannung (U„) größer als die Ausschaltspannung (U ) ist.

3. Schaltwerk nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die logische Schalteinheit (2) mit den beiden Eingängen (53, 54) eines Exklusiv-ODER-Gliedes (55) verbundene UND-Glieder (44, 46) aufweist, daß der Ausgang (47) des dritten Komparators (31) mit dem einen Eingang (50) des ersten UND-Gliedes (44) direkt sowie mit dem einen Eingang (49) des zweiten UND-Gliedes (46) über einen Inverter (48) und daß der Ausgang (41) des zweiten Komparators (23) mit dem anderen Eingang (43) des ersten UND-Gliedes (44) über einen Inverter (42) sowie mit dem anderen Eingang (45) des zweiten UND-Gliedes (46) direkt verbunden ist.

4. Schaltwerk nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Drehpotentiometer (37) zwei einen festen Winkelabstand zueinander aufweisende Schleiferarme (7, 8) und eine Umschaltung besitzt, die eine Ausgangsspannung vom vorderen Schleiferarm (7) abnimmt, solange dieser vom vollen Potentiometerdrehwinkel von 36O°/O° entfernt ist, und die eine Ausgangsspannung aus der Spannung des hinteren Schleiferarmes (8) bildet, indem sie dieser eine der Spannung zwischen den beiden Schleiferarmen (7, 8) entsprechende Zusatzspannung (U,,) hinzufügt, sobald der vordere Schleiferarm (7) sich im Bereich des vollen Drehwinkels

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befindet, und die von der so gewonnenen Ausgangsspannung
zur Erzeugung der Meßspannung (U _fl) eine Spannung subtrahiert, die der Spannung am vorderen Schleiferarm (7) in der Stellung entspricht, in der die Umschaltung vom hinteren
auf den vorderen Schleiferarm (8 bzw. 7) zurückschaltet.

5. Schaltwerk nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Drehpotentiometer (37) einen ersten festen Spannungsabgriff (4) für die Zusatzspannung (U_) , einen zweiten festen Spannungsabgriff (5) bei einem Drehwinkel, der etwas mehr, als
es dem Winkel zwischen den beiden Schleiferarmen (7, 8) entspricht, vor dem vollen Drehwinkel von 360° liegt, sowie
einen dritten festen Spannungsabgriff (6) kurz vor dem vollen Drehwinkel von 360° besitzt und daß die Umschaltung vom vorderen auf den hinteren Schleiferarm (7 bzw. 8) so lange
erfolgt, wie die Spannung (U ) am hinteren Schleiferarm (8) zwischen den Spannungen (U₃ bzw. U₄) am zweiten und dritten Spannungsabgriff (5 bzw. 6) liegt.

6. Schaltwerk nach einem der Ansprüche 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Umschaltung einen elektronischen Schalter zum abwechselnden Abnehmen der Ausgangsspannung vom vorderen und vom hinteren Schleiferarm (7 bzw. 8) aufweist, der durch ein Steuersignal betätigbar ist.

7. Schaltwerk nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Umschaltung zur Erzeugung des Schaltersteuersignals eine
Schalteinheit mit zwei Komparatoren (10, 11) und einem mit
den Ausgängen (12 bzw. 13) der beiden Komparatoren (10 bzw. 11) verbundenen Summierverstärker (16) enthält, wobei an den Eingängen (18 bzw. 20) des einen Komparators (11) die Spannung (U„) des hinteren Arms (8) und die Spannung (U₃) des

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zweiten Abgriffs (5), an den Eingängen (17 bzw. 19) des

anderen Komparators (10) die Spannung (U_c) des hinteren

Arms (8) und die Spannung (U.) des dritten Abgriffs (6) liegt.

8. Schaltwerk nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Umschaltung doppelt ausgebildet ist und bei einer Abweichung der Schaltersteuersignale ein Fehlersignal erzeugt.

9. Schaltwerk nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß zur Überwachung der Funktion des Drehpotentiometers (37) eine überwachungsschaltung vorgesehen ist, die eine Summierschaltung (59) für die Spannung (U₂) des ersten festen Abgriffs, für die Spannung (U -U_c) zwischen dem vor-

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deren und dem hinteren Schleiferarm (7 bzw. 8) und für die Spannung (U.-U,) zwischen dem zweiten und dem dritten festen Abgriff (5 bzw. 6) sowie einen Fensterdiskriminator (64) zur Feststellung einer Abweichung der Summe dieser Spannungen von einem Spannungsfestwert aufweist, daß die Überwachungsschaltung bei einer bestimmten Abweichung des Spannungssummenwertes von dem Spannungsfestwert ein Fehlersignal erzeugt und daß eine Selektionsschaltung mit dem Ausgang (65) des Fensterdiskriminators (64) verbunden ist, die das Fehlersignal unterdrückt, so lange die Umschaltung die Ausgangsspannung vom hinteren Schleiferarm (8) abnimmt.

10. Schaltwerk nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Selektionsschaltung ein UND-Glied (67) enthält, dessen einer Eingang (66) mit dem Ausgang (65) des Fensterdiskriminators (64) und dessen anderer Eingang (68) unter Zwischenschaltung eines Inverters (69) mit dem Ausgang (21) der Schalteinheit

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zur Erzeugung eines Schaltersteuersignals für den elektronischen Schalter verbunden ist.

11. Schaltwerk nach einem der Ansprüche 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß zur Überwachung der Funktion des Drehpotentiometers (37) ein Komparator (71) vorgesehen ist, an dessen einem Eingang (73) die Meßspannung (U ) und an dessen anderem Eingang (72) die Spannung (U₃) des zweiten festen Abgriffes (5) anliegt, daß die überwachungsschaltung ein Fehlersignal erzeugt, wenn die Meßspannung (LJ ) unter der Spannung (U,) des zweiten festen Abgriffs (5) liegt und daß dem Komparator (71) eine Selektionsschaltung nachgeschaltet ist, die das Fehlersignal unterdrückt, so lange die Ausgangsspannung vom vorderen Schleiferarm (7) abgenommen wird.

12. Schaltwerk nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Selektionsschaltung ein UND-Glied (77) enthält, dessen einer Eingang (76) über einen Inverter (75) mit dem Ausgang (74) des Komparators (71) und dessen anderer Eingang (78) mit dem Ausgang (21) der Schalteinheit zur Erzeugung eines Schaltersteuersignals für den elektronischen Schalter verbunden ist.

13. Schaltwerk nach einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Uberwachungsschaltungen doppelt ausgeführt sind und bei einer Abweichung ihrer Fehlersignalanzeige ein Fehlersignal erzeugen.

14. Schaltwerk nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zur überwachung der mechanischen Verbindung zwischen dem sich drehenden Teil und dem Potentio-

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meter (37) eine Vergleichsschaltung vorgesehen ist, der pro Umdrehung des Potentiometers von diesem mindestens ein Zählimpuls und von einem dem sich drehenden Teil zugeordneten Impulsgeber bei jeder Umdrehung desselben eine gleiche Anzahl Rücksetzimpulse zugeführt werden, und daß die Vergleichsschaltung bei einer Abweichung der Zahl der Zähl- und der Rücksetzimpulse während einer Umdrehung ein Fehlersignal erzeugt.

15. Schaltwerk nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß eine zweite Vergleichsschaltung vorgesehen ist, der pro Umdrehung des sich drehenden Teils von einem diesem zugeordneten Impulsgeber mindestens ein Zahlimpuls und vom Potentiometer während jeder Umdrehung die gleiche Anzahl Rücksetzimpulse zugeführt werden und daß die Vergleichsschaltung bei einer Abweichung der Zahl der Zähl- und der Rücksetzimpulse während einer Umdrehung ein Fehlersignal erzeugt.

16. Schaltwerk nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die die drei Komparatoren (26, 28, 31) und die logische Schaltung umfassende Steuerschaltung doppelt ausgebildet ist und bei Abweichung der erzeugten Steuersignale ein Fehlersignal erzeugt.

17. Schaltwerk nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Umschaltung des Drehpotentiometers (37), die gegebenenfalls doppelt ausgebildeten Uberwachungsschaltungen und die ein- und gegebenenfalls zweikanalig aufgebaute Steuerschaltung jeweils in getrennten Einschüben (80 bzw. 84 bzw. 87, 94; 91) angeordnet sind.

18. Schaltwerk nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß

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einem Drehpotentiometer mehrere Steuerschaltungen zugeordnet sind.

19. Schaltwerk nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine Anzeige (95) der Potentiometermeßspannung vorgesehen ist.

20. Schaltwerk nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzeige eine au:
zeige (95) ist.

Anzeige eine auf einen Winkel von 360 geeichte Digitalan-

21. Schaltwerk nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zur Überwachung der die Potentiometermeßspannung (U _ß) an die Steuerschaltungen übertragenden Verbindungen der Potentiometermeßspannung eine Festspannung überlagert ist und daß der Steuerschaltung eine beim Fehlen der Festspannung ein Fehlersignal erzeugende Detektorschaltung zugeordnet ist.

22. Schaltwerk nach einem der Ansprüche 8 bis 21, dadurch gekennzeichnet, daß eine beim Auftreten eines Fehlersignals die Bewegung des sich drehenden Teils anhaltende Unterbrecherschaltung vorgesehen ist.

23. Schaltwerk nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, daß der Unterbrecherschaltung ein Speicherglied vorgeschaltet ist, das auch auf kurze Fehlersignale anspricht und diese in Signale transformiert, die die Unterbrecherschaltung betätigen können.