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Elektrischer Sollwertgeber
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Die vorliegende Erfindung betrifft einen elektrischen Sollwertgeber
in Form eines aus Festwiderständen aufgebauten Spannungsteilers, an dem über Schaltkontakte
Teilspannungen abgreifbar sind.
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Die bekannteste Ausführungsform eines elektrischen Sollwertgebers,
wie er beispielsweise für die Steuerung elektrischer Triebfahrzeuge eingesetzt wird,
ist ein Potentiometer. Mit seiner Hilfe.wird die lineare oder rotierende Bewegung
eines Schleifers in ein analoges elektrisches Signal umgewandelt. Durch.die Bewegung
des Schleifers auf der Widerstandsbahn kommt es. zu einer Abnützung, die bis zur
Unterbrechung führen kann. Durch eine solche Unterbrechung kann die Spannungsteilerschaltung
des Potentiometers aufgehoben werden, so daß das Potentiometer lediglich als Widerstand
im Sollwertkreis liegt. Auch bei einer Unterbrechung der elektrischen Verbindung
zwischen dem
Fußpunkt des Potentiometers und dem Bezugspotential,
z.B.
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infolge eines Wackelkontaktes, wird plötzlich ein falscher Sollwert
erzeugt. Bei Fahrzeugantrieben kann eine solche fehlerhafte Sollwertvorgabe zu einer
Verkehrsgefährdung führen, wenn infolge eines derartigen Fehlers im Sollwertgeber
das Fahrzeug plötzlich mit voller Kraft losfährt.
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Zur Vermeidung von abnützungsbedingten Unterbrechungen im Sollwertgeber
ist es bereits bekannt, induktiv koppelbare Spulen in Form von variablen Drosseln
oder Differential-Transformatoren zu verwenden. Diese müssen jedoch mit Wechselstrom
betrieben werden, so daß die Ausgangssignale zunächst mit Hilfe einer elektronischen
Auswerteschaltung in entsprechende Gleichspannungssignale umgeformt werden müssen.
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Es ist auch schon bekannt, Sollwertgeber mit magnetisch steuerbaren
Widerständen, sogenannten Feldplatten, aufzubauen. Feldplatten erzeugen jedoch prinzipiell
ein von Null verschiedenes Ausgangssignal, so daß bei solchen Sollwertgebern mit
Hilfe von weiteren Bauteilen erst ein künstlicher Nullpunkt geschaffen werden muß.
Außerdem kann bei diesen bekannten Sollwertgebern eine Leitungsunterbrechung wie
oben geschildert zu einer falschen Sollwertvorgabe und damit sogar zu einer Verkehrsgefährdung
führen.
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Es ist auch bereits bekannt, Sollwertgeber als aus Festwiderständen
aufgebauten Spannungsteiler auszubilden, wobei die Teilspannungen über Schaltkontakte
an den Verbindungspunkten zweier Festwiderständen abgreifbar sind. Will man eine
feine Stufung der Ausgangsspannung erzielen, so müssen so viele Widerstände und
so viele Schaltkontakte wie Stufen vorgesehen werden. Da die Schaltkontakte mechanische
Bauteile sind und durch das Öffnen und Schließen einer Ab nutzung unterworfen sind,
steigt mit der Zahl der Kontakte die Ausfallwahrscheinlichkeit.
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Der vorliegenden Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, einen
derartigen Sollwertgeber dahingehend zu verbessern, daß die Anzahl der Schaltkontakte
geringer ist als die Anzahl der Abstufungen der Ausgangs spannung und daß er eigensicher
ist, d..h. daß bei Nullstellung des Sollwertgebers auch bei einer Unterbrechung
der Verbindungsleitung zwischen dem Fußpunkt des Spannungsteilers und dem Bezugspotential
am Ausgang kein Spannungswert auftritt.
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Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß in Serie zu jedem Schaltkontakt
ein weiterer Widerstand liegt, daß die von den Schaltkontakten abgewandten Enden
aller weiteren Widerstände miteinander verbunden sind und den Ausgang des Sollwertgebers
bilden und daß die Schaltkontakte so untereinander verkoppelt sind, daß entweder
nur ein Kontakt allein oder zwei benachbarte Kontakte gleichzeitig eingeschaltet
sind.
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Damit ergeben sich die Vorteile, daß nur noch halb soviel Kontakte
erforderlich sind wie die Ausgangsspannung Stufen aufweist, daß bei Nullstellung
des Sollwertgebers jede bei liebige Unterbrechung kein Ausgangssignal erzeugt und
daß bei Nullstellung der Ausgang des Sollwertgebers vom Spannungsteiler abgetrennt
ist.
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Gemäß einer weiteren Ausgestaltung sind als Schaltkontakte magnetisch
betätigbare Vakuumkontakte eingesetzt. Die Vorzüge dieser Kontakte gegenüber anderen
sind bekannt.
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Vorzugsweise sind die Kontakte durch einen verschiebbar angeordneten
Permanentmagneten einschaltbar, wobei zur Bündelung des Permanentmagnetfeldes Polbleche
als magnetischer Nebenschluß vorgesehen sind. Auf diese Weise gelingt es, das Magnetfeld
des Permanentmagneten so zu bündeln, daß von den nebeneinander angeordneten Vakuumkontakten
nur jeweils
einer allein oder bei einer Zwischenstellung des Magneten
zwischen zwei Kontakten nur diese zwei benachbarten Kontakte gleichzeitig eingeschaltet
sind.
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Anhand der Zeichnung soll die Erfindung näher erläutert werden.
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Man erkennt einen aus vier Widerständen R1, R2, R3, R4 aufgebauten
Spannungsteiler. An jedem Ende jedes Spannungsteilerwiderstandesist ein Schaltkontakt
S1, S2, S3, S4, S5 angeordnet. In Serie zu jedem Schaltkontakt liegt ein weiterer
Widerstand W1, W2, W3, Wq, W5, deren von den Schalt kontakten abgewandten Enden
miteinander verbunden sind und den Ausgangspol A des Sollwertgebers bilden. Durch
Schließen von jeweils einem der Schaltkontakte S1 .... S5 stellt sich am Ausgang
A des Sollwertgebers eine Ausgangs spannung Ua ein, die einem dem Spannungsteilerverhältnis
der Widerstände R1 ... R4 entsprechenden Anteil der Eingangsspannung Ue entspricht.
Insoweit entspricht die erfindungsgemäße Schaltung einer bekannten Spannungsteilerschaltung.
Die in Serie zu den Schaltkontakten eingeschalteten Widerstände W WS W5 verfälschen
das Ergebnis nicht, wenn am Ausgang des Sollwertgebers kein Ausgangsstrom abfließt.
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Sobald jedoch zwei benachbarte Schaltkontakte, z.B. die Kontakte S1
und S2, gleichzeitig geschlossen sind, liegt parallel zu dem Spannungsteilerwiderstand
R1 die Serienschaltung der beiden Widerstände W1 und W2. Da die Ausgangsspannung
Ua am Verbindungspunkt der beiden Widerstände W1 und W2 abgegriffen wird, wird die
am Spannungsteilerwiderstand R1 abfallende Spannung nochmals unterteilt. Auf diese
Weise gelingt es, die Zahl der Ausgangsspannungsstufen zu verdoppeln, ohne die Zahl
der Schaltkontakte erhöhen zu müssen. Dabei ist es möglich, die Unterte-ilungen
und Spannungssprünge linear oder auch nichtlinear zu wählen. Die Werte der Widerstände
können mit Hilfe des Ohmschen Gesetzes sowie der Kirchhof'schen Regeln berechnet
werden.
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In Nullstellung des erfindungsgemäßen Sollwertgebers sind entweder
alle Schaltkontakte S1..-. Sg 5 offen. Man sieht sofort, daß auch bei einer Unterbrechung
der Verbindungsleitung zwischen dem Fußpunkt des Spannungsteilers und dem Bezugspotential
M, beispielsweise. an der Stelle X, am Ausgang A des Sollwertgebers keine Ausgangs
spannung Ua auftreten kann.