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Schaltungsanordnung zur Kontrolle toleranzbehafteter Zeitvorgänge
In der Technik tritt häufig die Aufgabe auf, von Schalteinrichtungen od. dgl. ausgeführte
Schaltvor-A a nge auf die Einhaltung bestimmter Schalt - oder Laufzeiten
zu überprüfen, d. h. zu kontrollieren, welche Zeitspanne bestimmte Betriebszustandsänderungen
in Anspruch nehmen bzw. wie lange bestimmte Betriebszustände andauern. Dabei handelt
es sich, bedingt durch fertigungstechnische Toleranzen der verwendeten Bauelemente,
durchweg um toleranzbehaftete Zeitvorgänge, die daraufhin zu überprüfen sind, ob
das Ende eines solchen Zeitvorganges in einen durch eine untere und eine obere Zeitgrenze
festgelegten Toleranzbereich fällt.
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In der Hauptpatentanmeldung S 68493 IXb/ 83 d (deutsche Auslegeschrift
1 183 446) wird ein Verfahren zur Kontrolle toleranzbehafteter Zeitvorgänge angegeben,
das im Prinzip darauf hinausläuft, daß zwei die Zeitgrenzen des zulässigen Toleranzbereichs
vorgebende, zu Beginn des Zeitvorganges durch ein Startsignal angelassene Zeitkreise
(GZK, TZK in F i g. 1) eine bistabile Kippstufe (BKS in F i g. 1) einer je
nach der Dauer des zu überwachenden Zeitvorganges, bezogen auf die vorgegebenen
Toleranzgrenzen, unterschiedliche Aussagen liefernden Auswerteeinrichtung derart
steuern, daß für die Dauer der vorgegebenen Toleranzzeit eine nachgeordnete Torschaltung
(TS in F i g. 1) geöffnet ist, und bei dem mit Eintreffen des das Ende des zu kontrollierenden
Zeitvorgangs kennzeichnenden Stopsignals über die für die Dauer der Toleranzzeit
bereits vorbereitend geöffnete Torschaltung (TS) eine weitere bistabile Schaltstufe
(BKS 2 in F i g. 1) der Auswerteeinrichtung beeinflußt wird und in Abhängigkeit
von den Schaltzuständen beider bistabiler Kippstufen der Auswerteeinrichtung Anzeigeschaltmittel
(SO) gesteuert werden. Dieses Verfahren, das in der Hauptpatentanmeldung an Hand
einer seine Durchführung ermöglichenden Schaltungsanordnung erläutert wird, bei
der die Zeitkreise in bekannter Weise als monostabile Schaltstufen ausgebildet sind,
ist insbesondere zur Geschwindigkeitskontrolle von Motorwählern in Fernsprechanlagen,
d. h. zur Kontrolle der Dauer des Drehzustandes der Wähler, geeignet. Hierauf sind
seine Anwendungsmöglichkeiten jedoch nicht beschränkt; vielmehr ist das Verfahren
ganz allgemein zur Kontrolle toleranzbehafteter Zeitvorgänge, d. h. zur Kontrolle
der Zeitdauer bestimmter toleranzbehafteter Betriebszustände oder Schaltvorgänge,
geeignet.
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Die vorliegende Erfindung betrifft nun eine weitere Schaltungsanordnung
zur Durchführung des Verfahrens gemäß der Hauptpatentanmeldung, die sich insbesondere
als zweckmäßig zur Kontrolle der Dauer beispielsweise des Wahlendeschaltkennzeichens
oder des Gesprächsbeginnschaltkennzeichens in automatisch überprüften Fernsprechanlagen
erwiesen hat. Diese Schaltkennzeichen bestehen üblicherweise darin, daß auf einer
bestimmten Leitungsader für eine bestimmte Zeitspanne nach dem letzten Wählimpuls
bzw. nach dem Melden des Teilnehmers Erdpotential an Stelle von Minuspotential auftritt.
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Es ist bereits eine Schaltung zur Überwachung der zeitlichen Dauer
von Impulsen und Impulspausen in Fernmeldeanlagen bekannt, bei der zu Beginn des
zu überwachenden Zeitabschnittes zwei Kondensatoren in definierte, einander entgegengesetzte
Ausgangszustände gebracht werden, welche danach jeweils in vorbestimmter Zeitfunktion
in entgegengesetztem Sinn verändert werden, und bei der nach Beendigung des Zeitabschnittes
die an den Kondensatoren auftretende Spannung mit einem festen, vorbestimmten Spannungswert
verglichen wird, wobei beim Überschreiten des Vergleichswertes über einen vorbestimmten,
einstellbaren Toleranzbereich den Kondensatoren zugeordnete Schalteinrichtungen
zur Wirkung kommen und einen Signalstromkreis einschalten. Diese bekannte Schaltung
ermöglicht bereits eine automatische Auswertung der Meßergebnisse; sie gestattet
jedoch nur eine Negativanzeige, d. h., die Schalteinrichtungen können nur zur Wirkung
kommen und den Signalstromkreis einschalten, wenn bei dem
Spannungsvergleich
nach Beendigung des überwachten Impulses oder der überwachten Impulspause ein überschreiten
der Toleranzgrenze festgestellt wird, während bei einer Beendigung des überwachten
Zeitabschnittes innerhalb der Toleranzzeitgrenzen die Schalteinrichtungen nicht
zur Wirkung kommen. Eine solche Negativanzeige hat einmal den Nachteil, daß bei
einer Störung in den Schalteinrichtungen, die deren Wirksamwerden verhindert, in
jedem Fall. d. h. auch bei überschreiten der Toleranzgrenzen, der überwachte Zeitabschnitt
als innerhalb der Toleranzzeitgrenzen beendet gewertet werden würde. Zum anderen
würde eine solche »Gut«-Wertung aber auch dann vorgenommen werden, wenn die Schalteinrichtungen
zwar ungestört wären und einwandfrei arbeiteten, aber der zu überwachende Impuls
oder die Impulspause aus irgendeinem Grunde überhaupt nicht beendet werden, da bei
der bekannten Schaltung der erwähnte Spannungsvergleich erst nach einer etwaigen
Beendigung vorgenommen werden könnte. Die Auswerteschalteinrichtungen werden hierbei
ebensowenig wirksam wie bei einer Beendigung des überwachten Zeitabschnittes innerhalb
der vorhergehenden Toleranzzeitgrenzen.
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Weiterhin ist eine Schaltungsanordnung zur Messung und Prüfung von
Schaltzeiten und Schaltzeitverhältnissen durch Feststellung des Lade- bzw. Entladezustandes
eines Kondensators vor und nach der Messung bekannt, bei der der Kondensator bei
jeder Messung aus einem bestimmten Ladezustand bei Beginn der Messung heraus über
Widerstände vorbestimmter Größe enthaltende Stromkreise derart geladen bzw. umgeladen
wird, daß er am Ende des zu messenden Zeitabschnittes bei übereinstimmung des Meßwertes
mit dem Sollwert gerade völlig entladen ist, wobei dieser Zustand bzw. etwaige positive
oder negative Restladungen auf einem Galvanometer mit die Toleranzbereiche kennzeichnender
Skala angezeigt werden. Diese bekannte Schaltungsanordnung gestattet lediglich eine
Analoganzeige des Grades der übereinstimmung des Meßwertes mit einem Sollwert bzw.
der Abweichungen vom Sollwert, wobei die Toleranzbereiche auf der Skala eines Galvanometers
gekennzeichnet sein müssen. Zum Ablesen des Galvanometers ist eine Bedienungsperson
erforderlich, die dabei feststellen muß, ob der Galvanometerzeiger sich nach Beendigung
der Messung in Nullstellung befindet oder nicht, wobei im letzteren Falle festgestellt
werden muß, ob sich der Galvanometerzeiger noch innerhalb der angebrachten Toleranzgrenzmarken
befindet oder nicht. Bei derartigen Prüfungen, insbesondere wenn sie in großer Zahl
auszuführen sind, kann es relativ leicht vorkommen, daß die Bedienungsperson ein
überschreiten der Toleranzgrenzmarken von vornherein übersieht oder daß sie das
überschreiten zwar feststellt, aber hieraus keine Konsequenzen zieht. Die nachfolgend
beschriebene erfindungsgemäße Anordnung zur Kontrolle der Zeitdauer toleranzbehafteter
Zeitvorgänge ist demgegenüber bei entsprechender Ausbildung der Anzeige-bzw. Zählmittel
(SO in F i g. 1) in der Lage, automatisch eine digitale binäre Aussage darüber
zu liefern, ob der überwachte Zeitvorgang innerhalb der Toleranzzeitgrenzen beendet
worden ist oder nicht.
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Durch die Erfindung werden also die erwähnten Mängel vermieden. Die
Erfindung betrifft eine weitere Schaltungsanordnung zur Ausübung des Verfahrens
zur Kontrolle der Dauer toleranzbehafteter Zeitvorgänge, insbesondere zur Kontrolle
der Zeitdauer von Schaltkennzeichen in Fernsprechanlagen, bei der zwei die Zeitgrenzen
des zulässigen Toleranzbereichs vorgebende Zeitkreise eine bistabile Kippstufe derart
steuern, daß für die Dauer der vorgegebenen Toleranzzeit eine nachgeordnete Torschaltung
geöffnet ist, und bei der mit Eintreffen des das Ende des zu kontrollierenden Zeitvorganges
kennzeichnenden Signals über die geöffnete Torschaltung eine weitere bistabile Schaltstufe
der Auswerteeinrichtung beeinflußt wird und in Abhängigkeit von den Schaltzuständen
beider bistabiler Kippstufen der Auswerteeinrichtung Anzeigemittel gesteuert werden,
nach der Hauptpatentanmeldung S 68493 IXb/83 d. Diese Schaltungsanordnung ist erfindungsgemäß
dadurch gekennzeichnet, daß an die Kondensatoren der beiden in an sich bekannter
Weise mit einem RC-Glied aufgebauten Zeitkreise ein Schalter angeschlossen ist,
über den vor Eintreten des zu kontrollierenden Zeitvorganges beide Kondensatoren
in den gleichen Ausgangszustand gebracht werden, und der im Zeitpunkt des Eintretens
des zu kontrollierenden Zeitvorganges betätigt wird, so daß eine Umladung beider
Kondensatoren im gleichen Sinn jeweils mit einer vorgegebenen Zeitkonstante eintritt,
daß jeder der beiden Kondensatoren fest mit der Steuerelektrode je eines Transistors
verbunden ist, der bei Erreichen eines bestimmten Umladezustandes vom Sperrzustand
in den Durchlaßzustand umgesteuert wird, und daß an die Ausgangselektroden der Transistoren
die beiden Eingänge einer in an sich bekannter Weise mit zwei Verstärkerelementen
aufgebauten bistabilen Kippschaltung angeschlossen sind, die bei Leitendwerden des
ersten Transistors vom Ruhe- in den Arbeitszustand umgesteuert und bei Leitendwerden
des zweiten Transistors in den Ruhezustand zurückgesteuert wird.
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In weiterer Ausbildung der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung ist
an die Ausgangselektrode des im Arbeitszustand der bistabilen Kippschaltung leitenden
Verstärkerelements über einen nur für die Dauer des zu kontrollierenden Betriebszustandes
geöffneten Schalter ein mit einem Selbsthaltekreis versehenes Relais angeschlossen,
welches nur bei Beendigung des zu kontrollierenden Zeitvorganges innerhalb der vorgegebenen
Toleranzzeitgrenzen anspricht.
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Die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung ermöglicht eine eindeutige
Positivanzeige des Kontrollergebnisses, d. h., die weitere bistabile Schaltstufe,
die gemäß der weiteren Ausbildung der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung durch
ein mit einem Selbsthaltekreis versehenes Relais gebildet sein kann, wird nur dann
über die ihr vorgeschaltete Torschaltung beeinflußt, wenn der zu kontrollierende
Zeitvorgang innerhalb der vorgegebenen Toleranzzeitgrenzen beendet wird.
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An Hand der F i g. 2 sei die Erfindung näher erläutert.
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Die in F i g. 2 dargestellte Schaltungsanordnung ist insbesondere
zur Kontrolle der Zeitdauer geeignet, für die von einem bestimmten Zeitpunkt an
auf eine Leitungsader a an Stelle eines Potentials - U Nullpotential
herrscht. Bei diesem Betriebszustand, der innerhalb einer bestimmten Toleranzzeitspanne
sein Ende finden soll, kann es sich z. B. um ein Wahlende-oder ein Gesprächsbeginnschaltkennzeichen
handeln, das im Verlauf eines von einer automatischen Prüfeinrichtung in hier nicht
näher interessierender Weise
in einer Fernsprechanlage durchgeführten
Probeverbindungsaufbaus auftritt. Die Toleranzzeitgrenzen werden dabei durch zwei
mit den Kondensatoren C 1 bzw. C 2 und den Widerständen R 1 bzw. R 2 aufgebaute
Zeitkreise vorgegeben, und zwar gibt der Zeitkreis mit dem Kondensator C1 und dem
Widerstand R 1 die untere Toleranzzeitgrenze und der Zeitkreis mit dem Kondensator
C 2 und dem Widerstand R 2 die obere Toleranzzeitgrenze vor. Vor Beginn einer Kontrolle
der Zeitdauer, für die auf der Leitungsader a Nullpotential an Stelle des
Potentials - U
herrscht, wird die die Kontrolle durchführende Schaltungsanordnung
mittels eines Schalters »an« mit der Leitungsader a verbunden. Zugleich wird
ein Stromkreis für den mit den Widerständen W l, W2, W 3
aufgebauten Spannungsteiler
zur Stromversorgung der Schaltungsanordnung geschlossen und damit die Schaltungsanordnung
eingeschaltet. Hierbei wird der Transistor T3 der in an sich bekannter Weise mit
zwei Transistoren T 3 und T 4 aufgebauten bistabilen Kippschaltung
in den leitenden Zustand gesteuert, während der Transistor T4 unter dem Einfluß
des Kondensators C, der das Basispotential des Transistors T4 zunächst über das
Emitterpotential anhebt, nichtleitend bleibt. Zugleich werden sehr rasch die beiden
Kondensatoren C1 und C2 der beiden Zeitkreise über den Ruhekontakt e 1 des über
den Schalter »an« mit der Leitungsader a verbundenen, wegen des zunächst
auf dieser Leitungsader a herrschenden Potentials - U nicht erregten Relais E und
die Entkoppelrichtleiter Rll und R12 aufgeladen. Durch die Dioden D 21 bzw.
D 22 in Verbindung mit den Widerständen R 31 bzw. R 32 wird dabei das Basispotential
der Transistoren T 1 und T 2 auf einem festen Wert gehalten; die Dioden
D 11 bzw. D 12 sind dabei im Sperrzustand. Somit wird eine störende
Beeinflussung der Zeitglieder durch die Transistoren, insbesondere durch temperaturabhängige
Transistorsperrströme, vermieden. Die mit ihrer Basis über die Dioden
D 11 bzw. D 12 mit den Kondensatoren C 1 bzw. C 2 verbundenen
Transistoren T 1 und T 2 verbleiben dabei im nichtleitenden
Zustand.
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Tritt jetzt auf der Leitungsader a an Stelle des Potentials - U nunmehr
Nullpotential auf, so spricht das Relais E an, dessen andere Klemme ja an der Spannung
- U liegt. Damit wird der Ruhekontakt e 1 des Relais E betätigt, so daß die beiden
Kondensatoren C1 und C2 vom Nullpotential abgetrennt werden. Dies hat zur Folge,
daß die beiden Kondensatoren nicht mehr im Ausgangszustand, nämlich im geladenen
Zustand, verbleiben; vielmehr beginnt jetzt eine Umladung beider Kondensatoren im
gleichen Sinn, nämlich eine Entladung über die Widerstände R 1 bzw. R 2, jeweils
mit einer durch die Dimensionierung des Kondensators und Widerstandes vorgegebenen
Zeitkonstante. Bei Erreichen eines bestimmten Entladezustandes des Kondensators
C1 wird die Diode D 11 und damit der über diese Diode mit dem Kondensator C 1 verbundene
Transistor T 1, dessen Emitterelektrode an einer durch die Widerstände
W 1, W2, W 3 vorgegebenen Spannung - U 1
liegt, vom Sperrzustand in
den Durchlaßzustand umgesteuert. Das Leitendwerden des Transistors T1 hat zur Folge,
daß der Transistor T3 der bistabilen Kippschaltung, an dessen Basis der Kollektor
des Transistors T 1 angeschlossen ist, in den Sperrzustand gesteuert wird. Dies
führt wiederum zu einem Leitendwerden des Transistors T4 der bistabilen Kippschaltung;
die bistabile Kippschaltung ist damit vom Ruhein den Arbeitszustand umgesteuert
worden. Am Kollektor des Transistors T4 liegt dabei das durch den Spannungsteiler
W l, W_2, W 3 bestimmte Potential - U2. Dieser Zeitpunkt der Umsteuerung
der bistabilen Kippschaltung stellt die untere Toleranzzeitgrenze dar.
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Tritt nun auf der Leitungsader a an die Stelle des Nullpotentials
wieder als Potential - U, d. h., findet der kontrollierte Zeitvorgang jetzt sein
Ende, so fällt das Relais E ab, was ein Schließen seines Ruhekontaktes e 2 zur Folge
hat. Über diesen Ruhekontakt e 2 spricht nunmehr das Relais K über seine Wicklung
KI an und hält sich dann über seinen Kontakt k und seine Selbsthaltewicklung KII.
Das Ansprechen dieses Relais K zeigt an, daß der zu kontrollierende Zeitvorgang
innerhalb der vorgegebenen Toleranzzeitgrenzen beendet worden ist.
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Wird jedoch zuvor infolge Erreichens eines bestimmten Umladezustandes
bei dem Kondensator C2 der Transistor T2 vom Sperrzustand in den Durchlaßzustand
umgesteuert, womit die obere Toleranzzeitgrenze festgelegt ist, so wird nunmehr
der bisher leitende Transistor T4 der bistabilen Kippschaltung gesperrt und die
bistabile Kippschaltung damit wieder in den Ruhezustand, in dem der Transistor T3
leitend ist, zurückgesteuert. Damit herrscht am Kollektor des Transistors
T 4 ein Potential, das etwa den Wert - U
hat. Wird danach der zu kontrollierende
Zeitvorgang beendet, d. h., tritt danach auf der Leitungsader a an die Stelle des
Nullpotentials wieder das Potential -U, so vermag bei Schließen des Ruhekontaktes
e2 des Relais E das Relais K nicht mehr anzusprechen. Ebensowenig vermag das Relais
K auch anzusprechen, wenn infolge eines zu frühen Verschwindens des Nullpotentials
von der Leitungsader a der Ruhekontakte 2 des Relais E bereits geschlossen wird,
bevor überhaupt die bistabile Kippschaltung vom Ruhezustand in den Arbeitszustand
umgesteuert worden ist. Es hat dann nämlich der Ruhekontakt e 1 des Relais E die
Kondensatoren C 1 und C 2 wieder an Nullpotential geschaltet, so daß die Transistoren
Tr1 und Tr2 von vornherein gesperrt bleiben.
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Damit ist aber sichergestellt, daß ein Ansprechen des Relais K nur
dann erfolgt, wenn innerhalb der durch die mit den Kondensatoren Cl und C2 und den
Widerständen R 1 und R 2 aufgebauten Zeitkreise vorgegebenen Toleranzzeitgrenzen
auf der Leitungsader a an Stelle des Nullpotentials wieder das Potential - U auftritt.