DE68901648T2 - Lage-detektor. - Google Patents

Description

• Die Erfindung bezieht sich auf einen Lagendetektor, insbesondere auf eine Einrichtung zum Liefern eines Wertes, der die Position eines Objektes, das mindestens drei aufeinanderfolgende Positionen einnehmen kann, anzeigt, mit einer Anordnung mit mehreren Anschlüssen, die jeweils einer der Positionen entsprechen, wobei das Zuführen einer Gleichspannung an einen und nur einen der Anschlüsse zu jedem Zeitpunkt das Vorhandensein eines Objektes in der entsprechenden Position anzeigt.
• Derartige Einrichtungen werden beispielsweise zum Übertragen der Lage eines beweglichen Körpers zu einer Wiedergabeeinheit, beispielsweise der Lage einer Windfahne, oder zum Übertragen der Lage einer Steuervorrichtung, beispielsweise eines Drehknopfes, oder eines handbedienten Mehrfachkontaktschiebers, zu einer zu steuernden Einrichtung.
• Bekannte elektromechanische Einrichtungen werden durch mechanische Verschiebungsdetektoren (Nocken, Sperrädern, Malteserkreuze usw.) gebildet, die elektrische Kontakte betätigen. Diese Einrichtungen sind im allgemeinen groß bemessen, nicht äußerst zuverlässig und akzeptieren nur eine niedrige Verschiebegeschwindigkeit.
• Es gibt auch optische Codierer, die durch Lichtquellen (im allgemeinen Leuchtdioden), Photodetektoren und ein Fokussierungssystem gebildet werden. Diese kontaktlosen optischen Sensoren sind in einem großen Anwendungsbereich verwendet. Sie sind relativ groß bemessen und sind nicht verwendbar in Einrichtungen, in denen die Betriebstemperaturgrenzen sehr streng sind.
• Elektromechanische Phasenschieber basieren auf Systemen (Sinus- Cosinus-Potentiometern, Funktionsgebern usw.) die Signale liefern, die als Funktion der Drehrichtung phasenverschoben sind. Diese Spezialteile sind groß bemessen, haben eine beschränkte Lebensdauer und sind relativ teuer.
• Eine Einrichtung zur Zeitanalyse durch Mikroprozessoren könnte beabsichtigt werden. Aber die Ausgestaltung dieser Einrichtung wäre verwickelt, und zwar unter Berücksichtigung der Vielzahl zu prüfenden Zustände für Übergangszeiten in der Größenordnung von einigen Millisekunden.
• Codierungseinrichtungen sind normalerweise in zwei Typen erhältlich: entweder "kurzschließende", d.h. beim Übergang aus der einen Lage in die andere Lage werden gleichzeitig zwei Lagen angezeigt, oder "nicht-kurzschließende". bei denen es zwischen zwei Lagen eine Unterbrechung der Kontinuität gibt. Um dies zu vermeiden beschreibt das Dokument US-A-2,902,685 die Verwendung von Wiedergabeanordnungen mit einer Steuerspannung, die höher ist als ihre Betriebsspannung, in Reihe mit einem Widerstand, der allen Wiedergabeanordnungen gemein ist, so daß das Einschalten einer derselben die Spannung abfallen läßt und vermeidet, daß eine zweite gesteuert wird, was vermeidet, daß mit einem Kurzschluß-Codierer zwei Lagen gleichzeitig wiedergegeben werden. Ähnliche Ergebnisse könnten mit Schwellen- Halbleiter-Flip-Flop-Schaltungen erzielt werden.
• Das Dokument DE-A-2,247,777 beschreibt eine Einrichtung, die dasselbe Ergebnis herbeiführen kann und zwar unter Verwendung von Nicht-Kurzschluß- Sensoren: R/S-Flip-Flop-Schaltungen nehmen eine Lage auf und speichern diese während der Übergangszeit von der einen in die andere Lage.
• Mit diesen beiden Lösungen kann eine Spannung an einer Klemme, die der einen Lage entspricht, zu jedem Zeitpunkt einer und nur einer der genannten Klemmen zugeführt werden. Der Ausdruck "zu jedem Zeitpunkt" bedeutet, daß die Situation, in der nicht mindestens einer der Klemmen eine Spannung zugeführt wird, niemals auftreten kann: dabei werden selbstverständlich die inneren Übergangszeiten der verwendeten elektronischen Schaltungsanordnungen vernachlässigt.
• Die Erfindung hat nun zur Aufgabe, eine Einrichtung zu schaffen, die es ermöglicht eine Lagenanzeige zu übermitteln und nicht sehr groß bemessen ist, eine geringe Leistungsaufnahme hat, äußerst zuverlässig ist und in einem breiten Temperaturbereich arbeiten kann.
• All diese Aufgaben werden erfüllt, weil:
• die Einrichtung eine Reihe von Operationsverstärkern mit fester Verstärkung enthält, die jeweils mit einem invertierenden und einem nicht-invertierenden Eingang versehen sind und in einem Bereich von Spannungen arbeiten, die zwischen einer bezüglich einer Zwischenspannung positiveren Grenzspannung und einer negativeren Grenzspannung liegen,
• wobei die Differenz zwischen der Gleichspannung an einem Anschluß der Anordnung und der Zwischenspannung groß genug ist, so daß die Zuführung dieser Differenz an die beiden Eingänge eines Verstärkers den Ausgang des Verstärkers praktisch auf eine der Grenzspannungen einstellt, wobei der invertierende Eingang jedes Verstärkers mit einem der Anschlüsse verbunden ist, der einer Position entspricht, und der nicht-invertierende Eingang mit dem Anschluß, der der folgenden Position entspricht,
• jeder Anschluß mit Mitteln versehen ist, die dafür sorgen, daß die Anschlüsse, die nicht der momentanen Position des Objektes entsprechen, auf der Zwischenspannung gehalten werden,
• die Ausgänge der Verstärker mit einer Detektionsschaltung verbunden sind, um an einem der Ausgänge jeden Übergang zu detektieren, dessen Amplitude eine festgelegte Schwelle überschreitet und so ein Signal zu liefern, das die Richtung des Übergangs anzeigt, und wobei dieses Signal dazu dient, eine Addierer-Subtrahierer- Anordnung zu steuern, deren Ausgangswert bei jedem Signal je nach Richtung des Übergangs erhöht oder erniedrigt wird, wobei dieser Ausgangswert eine Anzeige der Position des Objektes bildet.
• In vielen Fällen, in denen die Lagen des Objektes eine geschlossene Schleife bilden, d.h., die erste Lage folgt der letzten Lage und dasselbe gilt für die Klemmen, weist die Einrichtung vorzugsweise einen Verstärker auf, dessen invertierender Eingang mit der letzten Klemme verbunden ist und dessen nichtinvertierender Eingang mit der ersten Klemme verbunden ist. Die Reihen von Verstärkern bilden folglich auch eine geschlossene Schleife. In einem derartigen Fall bietet die Erfindung den Vorteil, daß der von der Einrichtung gelieferte Wert größer sein kann als die Anzahl Lagen des Objektes und nur durch die Kapazität der Vorwärts- Rückwärtszähler beschränkt wird.
• Die zu steuernde Einrichtung kann beispielsweise der Rundfunk-Sender- Empfänger eines Flugzeugs sein. Es ist nützlich, wenn der Pilot einen vorbestimmten Kanal (0 bis 99 beispielsweise) wählen kann ohne daß er den Steuerknopf beobachten muß. Es ist deswegen insbesondere vorteilhaft, wenn er schnell einen dieser Kanäle dadurch wählen kann, daß er einen Mehrtach-Kontaktwähler verfügt (mit beispielsweise 12 bis 16 Positionen, die übereinstimmen mit dem, was oben als "die Lage des Objektes" bezeichnet wurde) den er mehrere Umdrehungen machen läßt und die Kanalnummer an einem Wiederholer am Instrumentenpult abliest. Ein Druckknopf (koaxial zum Wähler) kann außerdem eine schnelle Rückkehr in die Null-Lage (Null-Rückkehr) freigeben.
• Unter diesen Umständen werden die vom Lagendetektor erzeugten Lagendaten in digital codierter Form gesendet:
• - einerseits zu dem Sende-Empfänger zum Einstellen der entsprechenden Voreinstellfrequenzen,
• - und andererseits zu der Wiedergabeanordnung um die Nummer des gewählten Kanals anzuzeigen.
• In dem Fall, wo die Anzahl Lagen n des Objektes ein Vielfaches einer Zahl j ist und aus diesem Grund in j Sätze von i aufeinanderfolgenden Lagen gruppiert werden können, mit i x j = n, ist es vorteilhaft, wenn die Anordnung nur i Klemmen hat, wobei jede derselben der gleichen Lage in jedem der j Sätze entspricht, während die Zuführung der genannten Gleichspannung zu einer der i Klemmen das Vorhandensein des Objektes in der entsprechenden Lage jeder der j Sätze angibt. Folglich wird dadurch eine Vielzahl von Verstärkern eingespart.
• In einer vorteilhaften Ausführungsform der Anordnung mit Klemmen weist diese einen nicht-kurzschließenden Drehwähler auf mit nachfolgenden Sperr-Flip- Flop-Schaltungen ("Latches"), deren Ausgang mit jeweils einer der Klemmen verbunden ist. Weiterhin kann, wenn die Zahl der Lagen nicht eine Primzahl ist, die Zahl der Klemmen vorteilhafterweise ein Teiler der Zahl der Lagen sein.
• Wegen der Tatsache, daß die Verbindung jeder Klemme mit dem Ausgang einer Flip-Flop-Schaltung dazu führt, daß die Klemmen, die anderen Lagen entsprechen als denen des Objektes, auf eine unerwünschte Spannung gebracht werden, werden die Klemmen, die der Lage eines Objektes nicht entsprechen, auf die Zwischenspannung gebracht, und zwar durch Widerstände, die zwischen jeder der Klemmen und der Zwischenspannungsquelle vorgesehen sind, zusammen mit Dioden, die zwischen jedem Latch-Ausgang und der entsprechenden Klemme vorgesehen ist.
• In einer bevorzugten Ausführungsform weist die Detektionsschaltung zum Detektieren der Übergänge ebensoviele Eingänge auf wie es Klemmen gibt und jeder Eingang ist über einen Kondensator mit einem Ende eines Widerstandes verbunden, dessen anderes Ende mit einem Bezugspotential verbunden ist, sowie mit einer Kathode einer ersten Zener-Diode und mit der Anode einer zweiten Zener-Diode, wobei die Anoden aller diesen ersten Dioden miteinander verbunden sind, wobei ihr gemeinsamer Punkt über einen Widerstand mit Erde verbunden ist, und wobei die Kathoden aller zweiten Dioden miteinander verbunden sind, wobei der gemeinsame Punkt über einen Widerstand mit Erde verbunden ist.
• Diese Ausführungsform ermöglicht es eine befriedigende Wirkung zu erzielen, sogar wenn die Ansprechzeiten der Verstärker voneinander abweichen.
• In einer Ausführungsform der Steuerschaltung der Vorwärts-Rückwärts- Zählermittel ist einer der gemeinsamen Punkte über einen Kondensator mit dem invertierenden Eingang eines ersten Komparators und der andere in gleicher Weise mit dem nicht-invertierenden Eingang eines zweiten Komparators verbunden ist, wobei diese Komparatoren so vorgespannt sind, daß ihre Ausgänge in Ruhe im gleichen Zustand sind, und wobei diese Ausgänge jeweils mit einem Eingang eines R/S-Kippgliedes verbunden sind, das die Richtung des Übergangs speichert, und dessen Ausgang dem Steuereingang für die Zählrichtung der Addierer-Subtrahierer-Anordnung zugeführt wird.
• Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben. Es zeigen:
• Fig. 1 ein Gesamt-Blockschaltbild einer erfindungsgemäßen Einrichtung,
• Fig. 2 eine schematische Darstellung eines Teils einer Einrichtung zur Erläuterung des Grundprinzips der Erfindung,
• Fig. 3 eine Abwandlung desselben Teils einer Einrichtung,
• Fig. 4 eine Darstellung einer verbesserten Abwandlung,
• Fig. 5. eine detaillierte Darstellung einer Ausführungsform der Erfindung, die der Darstellung aus Fig. 4 entspricht.
• In dem Blockschaltbild nach Fig. 1 stellt das Rechteck 21 eine Anordnung mit mehreren Klemmen A, B, C, ..., N dar, die je einer der aufeinanderfolgenden Lagen eines Objektes entsprechen. Sie enthält auf symbolische Weise einen Schalter mit einem beweglichen Kontaktelement 54, dem eine Gleichspannung +V zugeführt wird, die durch das Kontaktelement einer der Klemmen zugeführt wird, wobei die Position des letzteren der Lage des Objektes entspricht. Diese Spannung wird zu jedem Zeitpunkt einer und nur einer der Klemmen zugeführt: das heißt, daß der Läufer 54 augenblicklich von der einen in die andere Position übergeht. Dies ist mechanisch selbstverständlich fast unmöglich, kann aber dennoch mittels einer elektronischen Schaltung hinter einem mechanischen Schalter erreicht werden. Ein Beispiel einer derartigen Schaltung wird unten noch anhand einer detaillierten Ausführungsform der Erfindung näher beschrieben.
• Die Klemmen sind mit einem Element 29 verbunden, das eine Schaltungsanordnung symbolisiert zum Detektieren eines Spannungsübergangs +V von der einen Klemme zu einer anderen. Dieses Element enthält eine Reihe von Verstärkern, deren Verbindung unten näher beschrieben wird und deren Ausgangssignale einer Detektionsschaltung 23 zugeführt werden, die jeden Übergang detektiert, dessen Amplitude eine vorbestimmte Schwelle überschreitet. Wenn ein derartiger Übergang auftritt, liefert dieser Schaltung ein Kurzschlußsignal, entweder an einem Ausgang "+" oder an einem Ausgang "-", um die Richtung des Übergangs anzuzeigen. Sie liefert ebenfalls ein Kurzschlußsignal "+/-", das unabhängig ist von der Richtung des Übergangs. Die Verbindungen, welche die Kurzschlußsignale "+" oder "-" tragen gehen zu einer R/S-Flip-Flop-Schaltung 24 zur Speicherung der Richtung des Übergangs. Zum Schluß wird das Ausgangssignal dieser Flip-Flop-Schaltung 24 demjenigen Eingang zugeführt, der die Zählrichtung der eines Vorwärts/Rückwärtszählers 25 regelt, und das Signal "+/-" wird dem Taktimpulseingang zugeführt. Der Zählwert dieser Anordnung wird also bei jedem Übergang, je nach der Richtung des Übergangs, erhöht bzw. erniedrigt. Dieser Zählwert wird über einen Mehrtachleiter 26 digital geliefert. Er stellt eine Lage des Objektes dar.
• Die Verbindung der Reihe von Verstärkern ist in Fig. 2 dargestellt. Jeder von ihnen ist ein Operationsverstärker: d.h. daß er mit zwei Eingängen versehen ist, wobei der eine ein invertierender Eingang und der andere ein nicht-invertierender Eingang ist, und daß eine gleiche Spannungsänderung, die den beiden Eingängen gleichzeitig zugeführt wird, nahezu keinen Einfluß auf die Ausgangsspannung hat. Weiterhin haben diese Verstärker eine feste Verstärkung d.h., daß wenn sie beispielsweise als IC-Operationsverstärker ausgebildet sind, diese mit einer Rückkopplungsschleife versehen sind zur Beschränkung ihrer Verstärkung. Diese Verstärker werden aus einer Spannungsquelle gespeist, die es ermöglicht, daß ihre Ausgangsspannung zwischen einer gegenüber einer Zwischenspannung positiveren Grenzspannung und einer negativeren Grenzspannung variiert. Diese Grenzspannungen können eine positive Spannung +V und eine negative Spannung -V gegenüber Erde sein, oder die eine der Grenzspannungen kann die der Erde sein und die Zwischenspannung kann etwa der Hälfte der anderen Grenzspannung entsprechen.
• In dem Beispiel nach Fig. 2, das dem ersten der beiden obengenannten Fälle entspricht, ist jede Klemme A, B, ... G mit der Zwischenspannungsquelle verbunden, d.h. mit Erde, und zwar über einen Widerstand 22. Auf diese Weise werden die Klemmen, die nicht der augenblicklichen Lage des Objektes entsprechen, auf die Zwischenspannung gebracht.
• Die einer Klemme zugeführte Gleichspannung ist hier +V. Es könnte auch -V sein; wesentlich dabei ist, daß die Differenz zwischen dieser Spannung und der Zwischenspannung groß genug ist, damit diese Differenz zwischen die zwei Eingänge eines Verstärkers eingegeben werden kann, damit die Ausgangsspannung dieses Verstärkers auf eine der Grenzspannungen gebracht werden kann.
• Der Verstärker AB hat einen invertierenden Eingang (-), der mit der Klemme A verbunden ist und einen nicht-invertierenden Eingang (+), der mit der Klemme B verbunden ist, was der folgenden Lage des Objektes entspricht. Dieselbe Beschreibung gilt für alle Verstärker durch Änderung der Bezugszeichen.
• Das Kontaktelement 54, oder in der Praxis die elektronische Ersatzschaltung, das untenstehend beschrieben wird, liegt in diesem Fall an der Klemme C, wodurch es auf die Spannung +V gebracht wird. Die Klemmen B und D sind über die Widerstände 22 mit der Zwischenspannung verbunden. Die Ausgangsspannung des Verstärkers CD ist also -V, und das von BC ist +V. Die anderen Verstärker AB, DE, EF, FG liegen alle mit beiden Eingängen gemeinsam an der Zwischenspannung. Da die verstärker mit einer Rückkopplungsschleife zur Begrenzung ihrer Verstärkung versehen sind, kann eine geringfügige Streudifferenz zwischen den Spannungen der beiden Eingänge keinen großen Einfluß auf die Ausgangsspannung haben. Diese Ausgangsspannung entspricht deswegen nahezu der Zwischenspannung. Die Ausgangsspannungen sind deswegen, von rechts nach links: 0, +V, -V, 0, 0, 0. Es wird nun vorausgesetzt, daß der Kontakt 54 nun von C auf D übergeht. Die Ausgangsspannungen werden nun, immer noch von rechts nach links, 0, 0, +V, -V, 0, 0. An den Ausgängen haben drei Übergänge stattgefunden: die Ausgangsspannung von BC hat sich geändert von +V zu 0, die von CD hat sich geändert von -V zu +V, und die von DE hat sich geändert von 0 zu -V.
• Deswegen gibt es einen "großen" Übergang -V/+V und zwei "kleine" Übergänge 0/-V oder +V/0.
• Wenn der Kontakt von C zu B geht, wird die Ausgangsspannung +V, - V, 0, 0, 0, bzw. 0. Die Änderung von C zu B verursacht einen Übergang 0/+V für AB, +V/-V für BC, -V/0 für CD.
• - Wenn nur der "große" Übergang betrachtet wird, läßt sich sagen, daß es für den Übergang von C zu D positiv ist und für den Übergang von C zu B negativ. Die Richtung bezeichnet also die Richtung der Verschiebung des Objektes, ungeachtet bei welchem der Verstärker dieser Übergang erzeugt wurde.
• Das Obenstehende bildet die Basis der Erfindung. Zum Detektieren der "großen" Übergänge und zum Vernachlässigen der "kleinen" Übergänge reicht es aus, jeden Übergang zu detektieren, dessen Amplitude eine bestimmte Schwelle überschreitet, eine Schwelle, deren Wert in diesem Fall zwischen ein- und zweimal dem Wert V liegt.
• Das Objekt, dessen Lage durch einen Wert angegeben werden muß, ist meistens eine handbetriebene Regelanordnung, deren Lage eine entfernte Einrichtung steuert. Die Klemmen der Fig. 2 entsprechen beispielsweise einem linearen Schieberegler. In anderen Fällen ertolgt die Steuerung unter Verwendung eines Drehknopfes. Dies ist der Fall, zu dem die Einrichtung nach Fig. 3 gehört, die vier Klemmen A, B, C, D aufweist, die eine geschlossene Schleife bilden, d.h. die erste Lage A folgt der letzten Lage D und dasselbe gilt selbstverständlich für die Lagen des Objektes. Wenn die Klemmen A, B, C, D fluchtend liegen, wie in Fig. Fig. 2, würde die Einrichtung die Verstärker AB, BC, CD aufweisen. In diesem Fall weist sie den zusätzlichen Verstärker DA auf, dessen invertierender Eingang (-) mit der letzten Klemme D verbunden ist, und dessen nicht-invertierender Eingang (+) mit der ersten Klemme A verbunden ist.
• Es erübrigt sich zu erwähnen, daß alle (+)- und (-)-Eingänge ohne eine Änderung im Funktionieren umgekehrt werden können. Es reicht dabei aus, die Klemmen in umgekehrter Richtung aufzureihen, damit zu derselben Definition gelangt wird.
• Mit der schematischen Darstellung nach Fig. 3 bietet das Funktionieren einen interessanten Vorteil: das Kontaktelement 54 kann soviele Umdrehungen machen wie erwünscht. Wenn vorausgesetzt wird, daß es beispielsweise immer in derselben Richtung dreht, dann liefert diese Reihe von Verstärkern eine Folge völlig identischer Impulse, während das Element 54 sich ständig dreht, und die Anzahl Übergänge kann viel höher sein als die Anzahl Klemmen. Dieses Merkmal ist insbesondere vorteilhaft da es mit einer solchen Einrichtung möglich ist, einen Wert zu erhalten, der einer Anzahl Lagen des Objektes entspricht, die viel größer ist als die Anzahl Lagen des Schalters 54, wobei dieser Wert nur durch die Kapazität des Zählers 25 beschränkt ist.
• Außerdem kann es erforderlich sein, einen Drehknopf zu verwenden, der eine größere Anzahl Lagen aufweist als in Fig. 3 dargestellt, beispielsweise für einen bequemlicheren Gebrauch, während der zum Übergehen von der einen Lage in die andere Lage erforderliche Drehwinkel dann kleiner ist. Die schematische Darstellung nach Fig. 4 ist deswegen vorteilhaft: dabei ist es möglich, daß die Einrichtung mit nur vier Klemmen und vier Verstärkern versehen wird, während der Drehknopf 55 hier 12 Lagen entsprechend 12 Lagen des Objektes aufweist. Die erste Lage A1 ist mit der fünften Lage A2 sowie der neunten Lage A3 verbunden und auf ähnliche Weise sind die Lagen B1, B2, B3 miteinander verbunden, ebenso wie die Lagen C1, C2, C3.
• Auf ähnliche Weise könnte eine Anzahl n Knopflagen vorgesehen werden, die jedes beliebige Vielfache j der Anzahl i Klemmen ist. In diesem Fall weist die Einrichtung nur i Klemmen auf, von denen jede derselben Lage in jedem der j Sätze entspricht, wobei das Zuführen der genannten Spannung zu einer der i Klemmen angibt, daß das Objekt sich in der entsprechenden Lage jedes der j Sätze befindet. S bedeutet beispielsweise eine Spannung an der Klemme A das Vorhandensein des Schiebers 55 bei A1, oder A2, oder A3. Der Zweifel zwischen diesen drei Lagen kann weggenommen werden wenn die Bewegung des Knopfes schrittweise ausgehend von einer bekannten Ausgangslage durchgeführt wird.
• Wenn es keinen Halt für den Schieber gibt, sind mehrere Umdrehungen des Knopfes erlaubt und es ist dann notwendig, eine Anordnung zu schaffen zum Null- Rückstellen des Zählers 25, wobei die Ausgangslage diejenige ist, in der der Knopf sich bei der Null-Rückstellung befindet.
• Die Einrichtungen nach den Fig. 3 oder 4 könnten auch mit nur drei Klemmen ausgebildet sein. Aber aus praktischen Erwägungen in bezug auf den Einstellwinkel (90º, 45º, 30º) üblicher 4-, 8- oder 12-Stellungen-Drehschalter beträgt die bevorzugte Anzahl Klemmen vier. Die in der Praxis verwendete elektrische Schaltung kann deswegen einen Schalter aufweisen, dessen Anzahl Stellungen ein Vielfaches von vier ist.
• In Fig. 5 haben die Elemente, die denen der vorhergehenden Figuren entsprechen, dieselben Bezugszeichen. Während der Schalter in Fig. 4 symbolisch ist, ist der in Fig. 5 ein richtiger mechanischer Schalter, entsprechend beispielsweise einem Kanalwählerknopf eines Sende-Empfängers. Er ist mit 12 Kontakten dargestellt, er kann aber auch in der Praxis mit einem viel größeren Vielfachen von vier derselben versehen sein. Es handelt sich dabei um einen nicht-kurzschließenden Schaltertyp. Er ist dargestellt mit fluchtenden Kontakten, damit in der Figur Raum gespart wird, aber in Wirklichkeit ist es ein Drehmodell, dessen Läufer 56 vom Kontakt D3 zu A1 gehen kann.
• Der Läufer 55 ist mit einer Speisespannungsquelle von 10 Volt, bezeichnet durch + 10 verbunden und die Zwischenspannung von 5 Volt ist durch +5 bezeichnet. Die Schaltkontakte sind in drei Gruppen zu je vier Kontakten gegliedert: A1, B1, C1, D1, dann A2, B2, C2, D2 und zum Schluß A3, B3, C3, D3. Die durch denselben Buchstaben bezeichneten Kontakte sind jeweils miteinander verbunden und jede Gruppe ist mit einem der vier Eingänge eines ODER-Gatters 52 verbunden Die Kontakte A sind nach Erde verbunden mittels eines Kondensators 11, der zu einem Widerstand 12 parallelgeschaltet ist, und sie sind ebenfalls mit dem Eingang eines Inverters 13 verbunden, dessen Ausgang mit dem Eingang eines zweiten Inverters 16 verbunden ist, und zwar mittels eines Widerstandes 14, wobei dieser Eingang über einen Kondensator 15 nach Erde verbunden ist. Diese zwei kaskadengeschalteten Inverter, die denselben logischen Pegel liefern wie am Eingang, haben zur Aufgabe, Schaltfehler (Schalterprellen) zu vermeiden. Der Ausgang des Inverters 16 ist mit einem ersten Eingang eines NAND-Gatters 17 verbunden, dessen Ausgang mit einem ersten Eingang eines NAND-Gatters 18 verbunden ist. Der zweite Eingang der beiden Gatter 17 und 18 ist mit dem Ausgang des ODER-Gatters 52 verbunden. Der Ausgang des Gatters 17 und l8 ist mit dem Eingang S bzw. dem Eingang R einer R/S-Flip-Flop- Schaltung 19 verbunden. Zum Schluß ist der Ausgang dieser Flip-Flop-Schaltung 19 mit der Anode einer Diode 7 verbunden, deren Kathode mit der Klemme A verbunden ist.
• Jede der anderen drei Gruppen von Kontakten mit ähnlichen Buchstaben ist mit dem Eingang eines logischen Satzes verbunden, der dem Satz von Elementen 11 bis 19 entspricht, wobei der Ausgang dieses letzteren Satzes von Elementen immer auf dieselbe Art und Weise mittels einer Diode 7B, 7C, 7D mit der durch den entsprechenden Buchstaben bezeichneten Klemme verbunden ist. Die Klemmen A, B, C, D entsprechen fünktionsmäßig denen aus Fig. 4.
• Die Wirkungsweise ist nun wie folgt: der Läufer 56 liefert dem Kontakt A1 eine Spannung +10, wobei dieser Kontakt mit einem Eingang des ODER-Gatters 52 verbunden ist, dessen Ausgang mit einem Eingang des Gatters 17 verbunden und deswegen hoch ist. Der Ausgang des mit dem anderen Eingang des Gatters 17 verbundenen Inverters 16 ist ebenfalls hoch. Der Ausgang des Gatters 17 ist deswegen in dem niedrigen Zustand und, folglich, ist der des Gatters 18 in dem hohen Zustand. Die R/S-Flip-Flop-Schaltung 19 liefert dadurch einen hohen Zustand am Ausgang, der mit der Klemme A verbunden ist.
• Da alle anderen Kontakte des Schalters "schwebend" sind, sind die Eingänge der logischen Gruppe im niedrigen Zustand, und zwar wegen der Widerstände 12B, 12C, 12D. Die ersten Eingänge der Gatter 17B, 17C, 17D sind deswegen im niedrigen Zustand, während ihre Ausgänge, die mit den ersten Eingängen der Gatter 18A, 18B bzw. 18C verbunden sind, sich im hohen Zustand befinden. Da die zweiten Eingänge dieser Gatter 18, die mit dem Ausgang des Gatters 52 verbunden sind, ebenfalls in dem hohen Zustand sind, sind die Ausgänge in dem niedrigen Zustand und dasselbe gilt für die Ausgänge der folgenden R/S-Flip-Flop-Schaltungen. Da es zwischen diesen Ausgängen und den Klemmen B, C, D eine Diode gibt, sind diese Klemmen nicht auf den niedrigen Zustand zurückgefallen, sondern auf die Zwischenspannung +5 gebracht, und zwar durch die Widerstände 22, die jede Klemme mit der +5 Spannungsquelle verbindet.
• Es wird nun vorausgesetzt, daß der Läufer 56 den Kontakt A1 verläßt. Während einer Übergangsperiode sind alle Kontakte schwebend. Wegen der Widerstände 12 gehen alle Eingänge des Gatters 52 in den niedrigen Zustand, so wie der Ausgang. Die Ausgänge aller Gatter 17 und 18 gehen in den hohen Zustand, der den Zustand der R/S-Flip-Flop-Schaltungen überhaupt nicht ändert.
• Wenn der Läufer 56 einen neuen Kontakt erreicht, B1 oder D3, wird wieder die Spannung +10 an den Eingang des Gatters 52 angelegt. Wir kehren nun zu dem obengenannten Zustand zurück, wobei "A" durch "B" oder "D" ersetzt wird.
• Folgernd läßt sich sagen, daß die Änderung in den hohen Zustand einer Klemme nur zu dem Zeitpunkt auftritt, wenn der Läufer einen Kontakt berührt, und gleichzeitig der vorhergehende Zustand der Klemme beibehalten wird. Dazu wird zu jedem Zeitpunkt nur einer und ausschließlich einer Klemme eine Spannung zugeführt, während die anderen durch die Dioden 7 und die Widerstände 22 an der Zwischenspannung liegen. Eine wesentliche Bedingung zum einwandfreien Funktionieren der Einrichtung ist, daß es niemals möglich ist, daß zwei Klemmen sich gleichzeitig in dem hohen Zustand befinden.
• Der genannte Operationsverstärker AB ist in diesem Fall durch einen Hochverstärkungsverstärker gebildet, der durch eine Brücke von Widerständen 27, 3 zu dem invertierenden Eingang zurückgeschleift ist, deren Verhältnis die Verstärkung bestimmt. Es ist das Ende des Widerstandes 3 gegenüber dem gemeinsamen Punkt der Brücke, das den invertierenden Eingang des Verstärkers AB bildet, während der "+ "- Eingang des Hochverstärkungsverstärkers unmittelbar den nicht-invertierenden Eingang bildet. Die anderen Verstärker BC, CD, DA sind identisch. Der nicht-invertierende Eingang von AB ist mit der Klemme A verbunden und der invertierende Eingang ist mit der Klemme B verbunden, mit der seinerseits wieder der nicht-invertierende Eingang von BC verbunden ist usw., wobei der invertierende Eingang von DA zum Schluß mittels der Verbindung 28 mit der Klemme A verbunden ist. Die Ausgänge der vier Verstärker sind mit je einem Eingang des Übergangsdetektors 23 verbunden. Jeder ist mit einem Kondensator 50 verbunden, der in Reihe mit einem Widerstand 51 nach Erde verbunden ist. Wegen der Differenzierung der Schaltung 50, 51 erscheint an einem der gemeinsamen Punkte der beiden Elemente 50, 51 ein kurzer Impuls für jede plötzliche Änderung der Ausgangsspannung eines Verstärkers. Jeder dieser gemeinsamen Punkte ist mit der Anode einer Zener-Diode 1 verbunden sowie mit der Kathode einer Zener- Diode 8. Die Dioden 2 und 9 haben die Funktion den Durchgang eines Stromes in der Vorwärtsrichtung der Zener-Dioden zu sperren. Die Bezugszeichen 1, 2, 8, 9 sind nur einmal gegeben, damit dieb Figur nicht zu verwickelt wird. Diese Schwellenspannung jedes Dioden-Paares, wie 1, 2 oder 8, 9 ist zwischen 5 und 10 Volt gewählt worden, vorzugsweise näher bei 5 V.
• Von allen Zener-Dioden, deren Anode durch einen Kondensator mit dem Ausgang eines Verstärkers verbunden ist, sind die Kathoden durch eine Verbindung 29 miteinander verbunden und von allen anderen sind die Anoden durch eine Verbindung 30 miteinander verbunden. Jede dieser beiden Verbindungen ist durch einen Widerstand 31 bzw. 32 mit Erde verbunden und durch einen Kondensator 34 bzw. 33 mit dem Eingang eines Operationsverstärkers. Der "-"-Eingang des Verstärkers 37 ist mit der Verbindung 29 verbunden und der "+"-Eingang des Verstärkers 40 ist mit der Verbindung 30 verbunden. Jeder dieser beiden Eingänge ist mittels eines Widerstandes 35 bzw. 36 ebenfalls mit der Zwischenspannung +5 verbunden. Der "+"-Eingang von 37 ist mit einer +4 Volt Polarisationsspannung verbunden und der "-"-Eingang von 40 ist mit einer Spannung von +6 Volt verbunden. Die Ausgänge von 37, 40 sind über je einen Inverter, 44 bzw. 45 mit einem Eingang R bzw. S einer R/S-Flip-Flop-Schaltung 46 bzw. 47 verbunden, deren Ausgang mit den Eingängen U/D verbunden ist, welche die Zählrichtung der beiden Vorwärts-/Rückwärtszähler 48 bzw. 49 steuern (entsprechend 25 in Fig. 1). Die "-"-Eingänge der beiden anderen Verstärker 41, 42 sind mit den Ausgängen der Verstärker 37 bzw. 40 verbunden und die "+"-Eingänge sind mit der +4 Volt Spannung verbunden. Die Ausgänge dieser beiden anderen Verstärker sind über einen Widerstand 43 zusammen mit +5 und mit dem Taktimpulseingang CK der Vorwärts/Rückwärtszähler verbunden. In diesem Fall sind Dezimalzähler mit einem sog. "BCD"-Ausgang gewählt worden. Der Trägerausgang des Zählers 48 ist mit dem Trägereingang C des Zählers 49 verbunden. Die Ausgänge 26U zeigen die Einheiten und die Ausgänge 26D zeigen die Zehner an. Die Zählkapazität der Einrichtung beträgt deswegen Hundert. Ein Schalter 57 verbindet die +5 mit den Nullrückstelleingängen R der Zähler 48 und 49, für eine Nullrückstellung, die eine Ausgangslage des Objektes, d.h. des Regelknopfes, definiert.
• Wenn der Ausgang eines der Verstärker AB, BC, CD, Da von Null auf 10 Volt oder von 10 Volt auf Null ändert, tritt an dem gemeinsamen Punkt eines der Widerstand-Kondensatorpaare 50, 51 ein Impuls von etwa zehn Volt auf. Wenn die Zener-Spannung etwa 6 Volt beträgt, übersteigt dieser Impuls die Zener-Spannung um 4 Volt und diese 4 Volt tritt wieder an einer der Verbindungen 29 oder 30 auf, je nach der Richtung der Impulse. Andererseits, wenn der Ausgang eines der Verstärker AB, BC, CD, DA von Null auf 5 Volt oder von 5 Volt auf Null ändert, ist der Impuls zu gering um die Schwelle der Zener-Dioden zu überschreiten.
• Einer der von einer der Zener-Dioden selektierten großen Impulse wird von einem der Kondensatoren 34 oder 33 zu einem Eingang eines der Verstärker 37 oder 40 übertragen. Die Widerstände 35 und 36, die mit +5 verbunden sind, gewährleisten die Polarisation des Ruhezustandes: beim Fehlen eines Impulses sind die Ausgänge der beiden Verstärker beide in demselben Zustand, nahe bei der unteren Grenzspannung. Wenn ein negativer Impuls an dem invertierenden Eingang des Verstärkers 37 erscheint, steigt sein Ausgang bis nahe an 10 Volt. Auf ähnliche Weise steigt, wenn ein positiver Puls an den nicht-invertierenden Eingang des Verstärkers 40 erscheint, der Ausgang bis nahe an 10 Volt. Diese Pegel werden durch den Inverter 44 oder 45 invertiert.
• Diese Schaltungsanordnung 23 detektiert deswegen die Impulse, deren Amplitude einen bestimmten Wert überschreitet und liefert ein Signal an einem der beiden Ausgänge, je nach der Richtung des Impulses.
• Die R/S-Flip-Flop-Schaltung 46, 47 (die 24 in Fig. 1 entspricht), erhält deswegen in dem Ruhezustand einen hohen Wert an den beiden Eingängen und wird durch einen negativen Impuls an einem der Eingänge in einen der beiden Zustände gebracht, wodurch der Zähler 48, 49 über die Richtung der Zählung informiert werden kann. Jeder positive Impuls an dem Ausgang der Verstärker 37, 40 wird ebenfalls dem invertierenden Eingang eines der Verstärker 41 oder 42 zugeführt, der einen positiven Ausgangsimpuls erzeugt, der dem Taktimpulseingang CK des Zählers zugeführt wird: bei jedem Übergang, wie das Vorzeichen auch sein mag, wird eine Zählung um Eins eingeleitet, in der Richtung, die durch den Eingang U/D angegeben ist.
• In der Ausführungsform der Erfindung, wie oben beschrieben, waren die nachfolgenden Elemente erfolgreich:
• Gatter und Inverter 13, 16, 17, 44 bis 47: Elemente einer integrierten Schaltung (beispielsweise Philips HEF 4011 oder Motorola MC 14011).
• R/S-Flip-Flop-Schaltungen 19: Elemente einer HEF 4044 oder MC 14044 Schaltung. Verstärker 37, 40, 41, 42: Elemente einer LM 139 Schaltung. Vorwärts/Rückwärts-Zähler 48, 49: MC14510. Kondensatoren Widerstände Zener-Diode Dioden

Claims (10)

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1. Einrichtung zum Liefern eines Wertes, der die Position eines Objektes, das mindestens drei aufeinanderfolgende Positionen einnehmen kann, anzeigt, mit einer Anordnung mit mehreren Anschlüssen (A,B,...,N), die jeweils einer der Positionen entsprechen, wobei das Zuführen einer Gleichspannung an einen und nur einen der Anschlüsse zu jedem Zeitpunkt das Vorhandensein eines Objektes in der entsprechenden Position anzeigt, dadurch gekennzeichnet, daß

die Einrichtung eine Reihe von Operationsverstärkern mit fester Verstärkung (AB,BC,CD) enthält, die jeweils mit einem invertierenden (-) und einem nicht- invertierenden (+) Eingang versehen sind und in einem Bereich von Spannungen arbeiten, die zwischen einer bezüglich einer Zwischenspannung positiveren Grenzspannung und einer negativeren Grenzspannung liegen,

wobei die Differenz zwischen der Gleichspannung an einem Anschluß der Anordnung und der Zwischenspannung groß genug ist, so daß die Zuführung dieser Differenz an die beiden Eingänge eines Verstärkers den Ausgang des Verstärkers praktisch auf eine der Grenzspannungen einstellt, wobei der invertierende Eingang jedes Verstärkers mit einem der Anschlüsse verbunden ist, der einer Position entspricht, und der nicht-invertierende Eingang mit dem Anschluß, der der folgenden Position entspricht,

jeder Anschluß mit Mitteln versehen ist, die dafür sorgen, daß die Anschlüsse, die nicht der momentanen Position des Objektes entsprechen, auf der Zwischenspannung gehalten werden,

die Ausgänge der Verstärker mit einer Detektionsschaltung (23, 24) verbunden sind, um an einem der Ausgänge jeden Übergang zu detektieren, dessen Amplitude eine festgelegte Schwelle überschreitet und so ein Signal zu liefern, das die Richtung des Übergangs anzeigt, und dieses Signal dazu dient, eine Addierer-Subtrahierer-Anordnung (25) zu steuern, deren Ausgangswert bei jedem Signal je nach Richtung des Übergangs erhöht oder erniedrigt wird, wobei dieser Ausgangswert eine Anzeige der Position des Objektes bildet.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Positionen des Objektes eine geschlossene Schleife bilden, d.h. daß die erste Position an die letzte anschließt und dasselbe für die Anschlüsse gilt, und daß die Einrichtung einen Verstärker (DA) enthält, dessen invertierender Eingang mit dem letzten Anschluß verbunden ist, und dessen nicht-invertierender Eingang mit dem ersten Anschluß verbunden ist.

3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzahl n der Positionen des Objektes ein Vielfaches einer Zahl j ist und die Positionen daher in j Gruppen von i aufeinanderfolgenden Positionen gruppiert werden können, mit i j = n, und daß die Anordnung nur i Anschlüsse enthält, von denen jeder einer gleichen Position in jeder der j Gruppen entspricht, wobei das Zuführen der genannten Spannung an einen der i Anschlüsse das Vorhandensein des Objektes in der einer beliebigen der j Gruppen entsprechenden Position anzeigt.

4. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß i = 4 ist.

5. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Anordnung einen nicht kurzschließenden Drehwähler (55), gefolgt von Speicher- Flip-Flops, enthält, dessen Ausgang jeweils mit einem der Anschlüsse verbunden wird.

6. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Anordnung einen nicht kurzschließenden Drehwähler mit n Positionen, gefolgt von i Speicher- Flip-Flops enthält, dessen Ausgang jeweils mit einem der Anschlüsse verbunden wird.

7. Einrichtung nach einem der Ansprüche 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die der Position des Objektes nicht entsprechenden Anschlüsse mit Hilfe von Widerständen (22), die zwischen jeden der Anschlüsse (A,B,C,D...) und die Zwischenspannungsquelle geschaltet sind, zusammen mit Dioden (7), die zwischen jeden Ausgang eines Speicher-Flip-Flops (19) und den zugehörigen Anschluß geschaltet sind, auf der Zwischenspannung gehalten werden.

8. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß, während die Detektionsschaltung (23, 24) zur Detektion der Übergänge ebensoviele Eingänge hat, wie es Anschlüsse gibt, jeder Eingang über einen Kondensator (50) einerseits mit einem Ende eines Widerstands (51), dessen anderes Ende mit einem Bezugspotentialpunkt verbunden ist und andererseits mit der Kathode einer ersten Zener-Diode (1) und der Anode einer zweiten Zener-Diode (8) verbunden ist, alle ersten Dioden gemeinsam verbundene Anoden haben, wobei ihr gemeinsamer Punkt (29) über einen Widerstand (31) mit Masse verbunden ist, und alle zweiten Dioden gemeinsam verbundene Kathoden haben, wobei ihr gemeinsamer Punkt (30) über einen Widerstand (32) mit Masse verbunden ist, wobei das Signal die Richtung eines in Impulsform an dem einen oder anderen dieser gemeinsamen Punkte vorhandenen Übergangs anzeigt.

9. Einrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß einer der gemeinsamen Punkte (29) über einen Kondensator (34) mit dem invertierenden Eingang eines ersten Komparators (37) und der andere in gleicher Weise mit dem nicht-invertierenden Eingang eines zweiten Komparators (40) verbunden ist, wobei diese Komparatoren so vorgespannt sind, daß ihre Ausgänge in Ruhe im gleichen Zustand sind, und wobei diese Ausgänge jeweils mit einem Eingang eines R/S-Kippgliedes verbunden sind, das die Richtung des Übergangs speichert, und dessen Ausgang dem Steuereingang für die Zählrichtung der Addierer-Subtrahierer-Anordnung zugeführt wird.

10. Einrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß sie auch ein Komparatorgebilde hat, das einen Impuls liefert, wenn einer der gemeinsamen Punkte ein Signal liefert, wobei der Impuls in den beiden Fällen identisch ist und dem Takteingang der Addierer-Subtrahierer-Anordnung (25) zugeführt wird.