DE2327432C3 - Elektrische Steuervorrichtung zum aufeinanderfolgenden Einschalten wenigstens zweier Lastkreise - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine elektrische Steuervorrichtung zum aufeinanderfolgenden Einschalten wenigstens zweier Lastkreise gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Eine Steuervorrichtung dieser Art ist in der DE-PS 01938 als Anlage zum Zünden einer Folge von Sprengschüssen beschrieben. Bei dieser bekannten Vorrichiung ist das Zeitglied durch einen Verzögerungsschalter mit einem elektrischen Zündkopf gebildet, der in Reihe zu einem durch einen weiteren elektrischen Zündkopf gebildeten ersten Lastkreis an einem Leitungspaar angeschlossen ist, an dem ein erstes Schaltsignal auftritt. Der Zündkopf des Verzöperungsschalters kann daher nur dann zünden, wenn der erste Lastkreis tatsächlich angeschaltet wurde. Das Zünden des Zündkopfs des Verzögerungsschalters führt nach einem bestimmten Zeitintervall zum Schließen eines Kontakts, das ein Schaltsignal für den nächsten Lastkreis darstellt Bei dieser bekannten Vorrichtung ist das Zeitglied oder sind die Zeitglieder für den Verbrauch ausgelegt, so daß die Verwendung der Vorrichtung nicht nur durch diesen Verbrauch, sondern

ίο auch durch die jedesmal erforderlich werdende Verschaltung aufwendig und teuer wird. Weiterhin ist das durch den Verzögerungsschalter bestimmte Zeitintervall nicht beliebig und nicht genau einstellbar. Ferner müssen die Zündköpfe des Verzögerungsschalters und des Lastkreises genau aufeinander abgestimmt sein, damit keine einen Zündkopf zerstörende Zündung auftritt, bevor der andere Zündkopf gezündet hat.

In der DE-AS 12S7 485 bzw. der hierzu korrespondierenden US-PS 34 24 924 ist eine elektrische Schaltungsanordnung zum Zünden einer Vielzahl von Zündern in zeitlicher Folge beschrieben. Bei dieser Schaltungsanordnung ist für jeden Zünder als Schaltglied ein Thyristor verwendet, dem eine Parallelschaltung aus dem Zünder und einem Widerstand und in Reihe hierzu ein weiterer Widerstand nachgeschaltet sind. Die Spannung an dieser Reihenschaltung aus der Parallelschaltung und dem Reihenwiderstand wird über einen veränderbaren Widerstand zum Laden eines gegebenenfalls veränderbaren Kondensators verwen-

JO det, dessen Ladespannung nach Übersteigen der Durchbruchsspannung einer Vierschichtdiode ein Schaitsignal für den Thyristor einer nachfolgenden Zünder-Einheit ergibt. Bei dieser bekannten Schaltungsanordnung wird ein Schaltsignal für einen Zünder an

J5 den Thyristor angelegt, wodurch dieser durchschaltet. Daraufhin wird über den veränderbaren Widerstand der Kondensator aufgeladen. Sobald die Ladespannung die Durchbruchsspannung der Vierschichtdiode erreicht hat, entsteht ein Schaltsignal für den Thyristor des

■»ο nächsten Zünders. Dies hat jedoch den Nachteil, daß ein Schaltsignal für einen nächsten Zünder und damit einen nächsten Lastkreis selbst dann erzeugt wird, wenn der gerade geschaltete Lastkreis gar nicht angeschlossen ist. Ferner ist die Ladespannung für den Kondensator von den Spannungszuständen an dem Zünder-Stromkreis abhängig, so daß die erzielbare Genauigkeit des Schaltfolge-Zeitintervalls beschränkt ist.

Aus der Siemens-Zeitschrift Oktober 1960, H. 10, S. 707, 708 ist schließlich eine Folgesteuerung mit monostabilen Multivibratoren als Zeitglieder bekannt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Steuervorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 so auszugestalten, daß bei genauer Einstellbarkeit des Zeitintervalls in weiten Grenzen das Schalten eines Lastkreises zuverlässig und mit hoher Sicherheit vom erfolgten richtigen Einschalten des vorhergehenden Lastkreises abhängig ist.

Diese Aufgabe wird mit den im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 genannten Mitteln und Maßnahmen gelöst.

Demnach wird bei der erfindungsgemäßen Steuervorrichtung das Schaltsignal an einen als Zeitglied dienenden monostabilen Multivibrator angelegt. Dessen Ausgangssignal bewirkt einerseits das Anschalten des

^fc5 zugehörigen Lastkreises und andererseits die einstellbare Bestimmung des Verzögerungs-Zeitintervalls bis zu einem Schaltsignal für den nächsten Lastkreis. Ferner wird das Anschalten des Lastkreises mittels des

Ausgangssignals dadurch überwacht, daß mittels eines weiteren monostabilen Multivibrators an einem Widerstand das Hießen eines ausreichenden Stroms erfaßt wird und dementsprechend ein Rückkopplungssignal erzeugt wird. Durch das somit νοτη Laststrom abhängige Rückkopplungssignal wird zusammen mit dem Ausgangssignal des Zeitglied-Multivibrators das Schaltsignal für den nächsten Lastkreis erzeugt. Da ein derartiger Multivibrator unabhängig von der Höhe seines Triggersignals arbeitet, solange dieses nur eine ;o bestimmte Schwellspannung überstiegen hat, wird somit eine Schaltsignal-Verzögerung mit einem genau einstellbaren Zeitintervall erzielt. Durch die Stromüberwachung wird sichergestellt, daß die Schaltfolge nicht weiterläuft, wenn ein Lastkreis nicht angeschlossen ist oder über schlechte Kontakte so angeschlossen ist, daß kein ausreichender Strom fließen kann.

Durch die mittels der erfindungsgemäßen Steuervorrichtung erzielte zuverlässige Schaltfolge mit einem genau einstellbaren Zeitintervall in Abhängigkeit vom richtigen Einschalten eines vorhergehenden Lastkreises kann die Steuervorrichtung vorteilhaft beispielsweise in der Sprengtechnik, bei der Zündvorgänge in genauer Aufeinanderfolge unter genauer zeitlicher Steuerung ausgelöst werden, in der Textiltechnik, bei der zum Weben komplizierte Muster durch zeitlich gesteuerte Einführung und Wegnahme von Garnen unterschiedlicher Arten erzeugt werden, oder für die Steuerung chemischer Verfahren angewandt werden, bei welchen Reagenzien zeitlich genau und zuverlässig zuzuführen sind. Weiterhin kann die Steuervorrichtung allgemein zur Steuerung wiederholter Vorgänge wie des mechanischen Schleifens oder Polierens von Metall oder Glas angewandt werden.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen aufgeführt.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnung an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert.

Als Ausführungsbeispiel wird die erfindungsgemäße Steuervorrichtung in der Anwendung bei einem Verzögerungs-Zündsystem beschrieben, bei dem in zwei Ringen jeweils 50 Zünder angeordnet sind, die miteinander über Leitungen von ungefähr 25 m verbunden und jeweils am Boden eines in einen Erzkörper gebohrten und mit ungefähr 45 kg eines flüssigen Breis aus einer Ammoniumnitrat-Sprengmischung geladenen Bohrlochs angeordnet sind, wo die Zünder mit einem Zeitintervall von 50 ms ausgelöst werden, was bei dem ersten Ring gleichzeitig mit dem Drücken eines Zünddruckknopfs erfolgt, während der zweite Ring 50 ms später eingeschaltet wird. Es zeigt

F i g. 1 ein Blockschaltbild, das die aufeinanderfolgende Verbindung von Steuervorrichtungseinheiten veranschaulicht, die Ausgangssignale an die Ringe von Zündern abgeben,

Fig. 2 den zeitlichen Verlauf von Signalen an Elementen der Anordnung nach Fig. 1,

Fig.3 ein ins einzelne gehendes Schaltbild einer Zündschaltung, zum Auslösen einer Steuervorrichtungseinheit nach Fi g. 4,

Fig.4 ein ins einzelne gehendes Schaltbild von Steuervorrichtungseinhei' n, tieren Ausgangssignal über ein Schaltglied einen Ring von Zündern anschaltet, wobei ein zweites Signal erzeugt wird, mit dem ein zweiter Ring von Zündern nach einem Zeitintervall b^r> angeschaltet wird, wenn im ersten Ring ein Strom mit zur Auslösung der Zünder des ersten Ringes ausreichender Stärke geflossen ist,

Fig.5 ein ins einzelne gehendes Schaltbild einer Energiespeicherschaltung, mit einem Schaltglied und einer Schaltung zum Überwachen des Zünderringstromes für einen einzelnen Zünderring.

Der Betrieb der Steuervorrichtung wird nachstehend unter Bezugnahme auf die einzelnen Schaltbilder und den zeitlichen Verlauf der Signale näher erläutert. Die Stromversorgung ist nicht dargestellt Die Steuervorrichtungseinheiten werden aus einer Reihe von Trokkenzellen mit einer Spannung von 12 Volt versorgt. Die Ausgangsspannung dieser Zellen wird zunächst in einen geeigneten Reihenspannungsregler eingegeben, damit man die zum Betreiben der integrierten Schaltungen und der zugehörigen Komponenten erforderliche Spannung erhält. Diese Spannung wird in einen transistorisierten Gleichstrom-Gleichstrom-Wandler eingegeben, so daß man eine Ladespannung für Speisekondensatoren in Auslöseschaltungen für die Zünder erhält.

Die Betriebsweise der Steuervorrichtung ist folgende:

Das Niederdrücken eines Zündungs-Druckknopfes FB(F i g. 3) bewirkt, daß das Potential an der Stelle A in der Schaltung von einem annähernd + Vcc betragenden Potential auf annähernd Erdpotential verschoben wird, wodurch ein ins Negative gehender elektrischer Impuls erzeugt wird, wie er in Fi g. 2A gezeigt ist. Die Dauer dieses Impulses wird durch die Zeitkonstante der Kombination eines Kondensators Ci mit einem Widerstand R 2 bestimmt, die so gewählt wird, daß es nicht möglich ist, einen zweiten Impuls an der Stelle A bis zu dem Zeitpunkt zu erzeugen, an welchem die vollständige Impulsfolge für die Zünder erzeugt worden ist.

Der Impuls an der Stelle A wird auf den Eingang einer integrierten Schaltung IC2 (Fig.4) gegeben, die ein monostabiler Multivibrator ist, der so ausgebildet ist, daß er nur dann schaltet, wenn ein ins Negative gehender Impuls am Eingang angelegt wird. Die Schaltung IC2 gibt zwei Ausgangssignale ab, von denen eines die Inversion des anderen ist. Das eine Ausgangssignal wird über einen Widerstand R 4 an die Basis eines Transistors Q\ (F i g. 4) angelegt und schaltet diesen bis zur Sättigung durch. Dies ergibt ein differenziertes Ausgangssignal, das am Ausgang eines Transformators 7*1 (Fig.4) zwischen Anschlüssen B und ß'erscheint und eine zum Triggern eines Thyristors SCR 1 (Fig. 5) ausreichende Amplitude hat. Der negative Impuls, der am Ausgang des Transformators T\ erscheint und mit dem Schalten der integrierten Schaltung IC2 zusammentrifft, wird durch eine Diode D 1 auf einen Wert beschnitten, der unterhalb einer zur Beschädigung des Gates des Thyristors SCR 1 führenden Größe liegt.

Das zweite Ausgangssignal wird auf oinen Eingang einer integrierten Schaltung /C3 (nämlich eines UND-Glieds) gegeben und spannt diesen Eingang so vor, daß er während der Dauer des von der Schaltung IC2 erzeugten Signals in einen Ein-Zustand gelangt. Die Dauer dieses Signals wird durch die Kombination der Werte eines Kondensators C3, eines Widerstandes R3 und eines veränderlichen Widerstandes VR 1 und ergibt das Zeitintervall zwischen der Auslösung des Zünderringes No. 1 und des Zünderringes No. 2.

Zuvor wurde ein Kondensator C6 (Fig. 5) — wie durch einen Pfeil angedeutet — auf eine Spannung aufgeladen, die durch die Anzahl und die Art der im externen Ring auszulösenden Zünder bestimmt ist. Wenn der Thyristor SCR 1 durch Anlegen des Impulses

zwischen den Anschlüssen B und B' zur Zeit fo eingeschaltet wird, fließt daher unter der Voraussetzung, daß der Zünderringkreis geschlossen ist, über den Ring und einen in Reihe zu diesem geschalteten Widerstand R 13 ein Strom gemäß F i g. 2C, welcher die Zünder auslöst und eine Spannung an dem Widerstand R 13 erzeugt. Diese Spannung wird an den Eingang einer integrierten Schaltung IC6 (F i g. 5) angelegt, die einen weiteren monostabilen Multivibrator darstellt, der dann schaltet, wenn ein ins Positive gehender Impuls angelegt wird, wie beispielsweise der Impuls, der vom Widerstand R 13 erhalten wird. Die Schaltperiode der Schaltung /C6 ist so eingestellt, daß sie die Zeitdauer h — ίο) nach F i g. 2E um wenigstens 10% überschreitet. Es wird nur ein Ausgangssignal (Fig.2D) von der Schaltung /C6 benutzt und an den zweiten Eingang des UND-Glieds IC3 angelegt. Beide Eingänge des UND-Glieds sind nun in einen Ein-Zustand vorgespannt, so daß man ein Ausgangssignal des UND-Glieds gemäß Fig.2E erhält. Das Ausgangssignal des UND-Glieds wird zur Zeit fi ausgeschaltet, wenn das Eingangssignal aus der Schaltung IC 2 zu diesem Zeitpunkt abgeschaltet wird, wodurch das UND-Glied /C3 gesperrt wird.

Dieses Ausgangssignal (Fig.2E) wird dann auf den Eingang einer integrierten Schaltung ICA gegeben, wie es aus Fig.4 ersichtlich ist. Die Schaltung ICA ist so ausgebildet wie die Schaltung IC2 — sie ist also ebenfalls ein monostabiler Multivibrator — und spricht daher nur auf ins Negative gehende Impulse an. Die Schaltung ICA schaltet nun zur Zeit u ein, so daß man ein Ausgangssignal gemäß F i g. 2F erhält, welches die für den Zünderring No. 1 aufgetretene Schaltfolge nunmehr für den Zünderring No. 2 wiederholt, wobei jedoch nunmehr der Betätigungsimpuls zur Zeit fi statt zur Zeit ίο beginnt. Dadurch wird der Zünderring No. 2 um die Zeitdauer von (t\ — ίο) nach dem Anschalten des Zünderrings No. 1 angeschaltet. Wenn ein dritter externer Schaltkreis erforderlich ist, muß eine Überwachungsschaltung wie die für den Zünderring No. 1 benutzte in Verbindung mit der Schaltung für den Zünderring No. 2 verwendet werden, wobei der Ausgangsimpuls (F i g. 2H) dieser Überwachungsschaltung dem zweiten Eingang eines als integrierte Schaltung ausgeführten UND-Gatters IC5 (Fig.4) zugeführt wird, dessen erster Eingang bereits durch das inverse Ausgangssignal des monostabilen Multivibrators ICA eingeschaltet worden ist. Auf diese Weise erhält man ein Ausgangssignal des UND-Gatters ICS gemäß Fig.2J, das dazu benutzt werden kann, eine weitere Eingangsschaltung zur Zeit t₂ zu triggern.

Es wurde bisher davon ausgegangen, da" bei beiden Zünderringen No. 1 und No. 2 die Kreise geschlossen waren und daß ein ausreichender Strom vom Speicherkondensator C6 geflossen ist, so daß alle Zünder im Ring aktiviert worden sind. Es sei nun angenommen, daß der Zünderring No. 1 insofern fehlerhaft ist, als sein Schaltkreis an irgendeiner Stelle vollständig unterbrochen ist, er also einen offenen Kreis bildet, oder daß der Widerstand des Ringes zu groß ist, als daß ein zum Auslösen der Zünder ausreichender Strom durch die Zünder fließen kann. In jedem dieser Fälle ist die am

ίο Widerstand R 13 erzeugte Spannung zu niedrig zum Schalten des monostabilen Multivibrators /C6, so daß von diesem kein Ausgangssignal abgegeben wird. Das bedeutet aber, daß kein Eingangssignal an den zweiten Eingang des UND-Glieds /C3 gelangt und dieses daher nicht durchgeschaltet wird, wodurch verhindert wird, daß das Äusgangssignai des monostabiien Multivibrators IC2 an den Eingang des monostabilen Multivibrators ICA angelegt wird. Damit wird ein Anschalten des Zünderringes No. 2 verhindert. Wenn der Zünderring No. 2 nicht angeschaltet worden ist, erhält man auch kein Ausgangssignal für den Zünderring No. 3 oder für nachfolgende Zünderringe. In entsprechender Weise gilt, daß bei ordnungsgemäßem Zünderring No. 1, jedoch fehlerhaften Zünderring No. 2 der Zünderring No. I angeschaltet wird, jedoch der Zünderring No. 2 und alle nachfolgenden Ringe nicht angeschaltet werden.

In einem Gerät, das die Steuervorrichtung enthielt, wie sie im Vorstehenden im wesentlichen beschrieben und in der Zeichnung dargestellt ist, hatten die Komponenten die nachstehend aufgeführten Werte: R\ = 680 0hm, R2 = 10 Megohm, A3 = 680 0hm, /?7 = 6800hm, RIl= 68000hm, /?12=100Ohm, R 13 = 0,5 Ohm, CX =0,1 Mikrofarad, C3 = 15 Mikrofarad, C5 = 15 Mikrofarad, C6 = 6 Mikrofarad, Cl = 15 Mikrofarad, VK 1 = 2000 Ohm, VR 2 = 2000 Ohm, und war ZDl eine 4,3 Volt-Zener-Diode; das Gerät wurde mit zwei Reihen von je drei Verzögerungszündern in einer Ringschaltung verbun-

den, wobei diese Zünder fähig waren, die Zündung einer Reihe von sechs explosiven Zusammensetzungen bei Anschalten durch eine elektrische Ladung einzuleiten. Die Zünder im Ring No. 1 hatten Verzögerungsdauern von jeweils 25, 50 und 75 Millisekunden. Ein identischer

Satz von Zündern wurde im Ring No. 2 benutzt Das Gerät wurde betätigt, wodurch ein erster elektrischer Impuls zum Ring No. 1 übertragen wurde, und 55 Millisekunden nach der Übertragung des ersten Impulses wurde ein zweiter Impuls zum Ring No. 2

übertragen. Es wurde beobachtet, daß eine aufeinanderfolgende Zündung der explosiven Zusammensetzungen

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nach der Betätigung des Geräts erhalten worden war.

Hierzu 5 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Elektrische Steuervorrichtung zum aufeinanderfolgenden Einschalten wenigstens zweier Lastkreise, die mittels eingegebener Schaltsignale anschaltbar sind, wobei bei tatsächlich erfolgter Anschaltung eines Lastkreises durch Triggern eines Zeitglieds ein um ein bestimmtes Zeitintervall verzögertes Schaltsignal für den nächsten Lastkreis abgegeben wird, dadurch gekennzeichnet, daß das Zeitglied ein monostabiler Multivibrator (IC2) ist, dessen Ausgangssignal über ein zugeordnetes Schaltglied (SCRi) den einen Lastkreis (Zünderring 1) anschaltet, wobei die Dauer des Ausgangssignals das bestimmte Zeitintervall (to bis ii) vorgibt und einstellbar ist, daß ein weiterer monostabiler Multivibrator (IC6) vorgesehen ist, der in Verbindung mit einem Widerstand (R 13) das ■Fließen eines ausreichenden Stroms über den einen Lastkreis (Zünderring 1) erfaßt und dementsprechend bei tatsächlich erfolgtem Einschalten des einen Lastkreises (Zünderring 1) ein Rückkopplungssignal (D) erzeugt, und daß zur Erzeugung des Schaltsignals (E) für den nächsten Lastkreis (Zünderring 2) ein UND-Glied (IC3) eingangsseitig einerseits mit dem Ausgangssignal des einen monostabilen Multivibrators (IC2) und andererseits mit dem Rückkopplungssignal (D) beaufschlagt ist (F ig. 4,5).

2. Steuervorrichtung nach Anspruch I₁ dadurch gekennzeichnet, daß jeder Lastkreis (Zünderring 1; 2; usw.) mindestens eine Spreng-Zündvorrichtung aufweist.

3. Steuervorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß bei einer Mehrzahl von Zündvorrichtungen in einem Lastkreis weitere Zeitglieder vorgesehen sind, die das aufeinanderfolgende Einschalten der einzelnen Zündvorrichtungen herbeiführen, sobald der entsprechende Lastkreis mittels des zugeordneten Schaltglieds angeschaltet ist.

4. Steuervorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß zur Abgabe eines ersten Schaltsignals (A) ein von Hand betätigbarer Zündknopfschalter (FB) vorgesehen ist (F i g. 3).

5. Steuervorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Lastkreis als Schaltglied einen Thyristor (SCRt) aufweist, der die entsprechende Last (Zünderring 1) in den Entladungsweg eines normalerweise geladenen Kondensators (C6) schaltet.