DE2602906C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Aus einer Magnetspule mit beweglichem Anker aufgebaute Elektromagneten werden als Betätigungseinrichtung beispielsweise in Druckern zur elektromagnetischen Betätigung des Druckhammers, in Karten-Sortiergeräten zur elektromagnetischen Betätigung der Weichen u. dgl. verwendet. Tritt ein Fehler durch Verschleiß oder Materialermüdung in einem derartigen Elektromagneten auf, so kann das elektromagnetisch betätigte Gerät die gewünschte Funktion nicht oder nur in unzureichendem Maße erfüllen. Eine derartige Fehlfunktion wird häufig erst dann erkannt, wenn bei der Betätigung eines Druckhammers eines Druckers Zeichen falsch oder zu schwach gedruckt sind oder vollständig fehlen oder wenn beispielsweise bei elektromagnetisch betätigten Greifern Dokumente beschädigt werden. In vielen Fällen bleiben sogar Fehler unentdeckt, beispielsweise bei elektromagnetisch betätigten Weichen eines Sortierers, und verursachen beträchtliche Kosten und erheblichen Aufwand zur notwendigen Korrektur des Fehlers. Zur Vermeidung des Ausfalls oder eines möglichen späteren Fehlers eines eine derartige Einrichtung betätigenden Elektromagneten ist es erforderlich, ein Fehlererkennungssystem zu schaffen, das in derartigen Anlagen zur Vorwarnung eines möglichen Fehlers vorgesehen ist.

Aus der Literaturstelle G. Schmitt "Einführung in die Vermittlungstechnik", Verlag R. Oldenburg, München, Wien, 1965, Seiten 199 bis 202, ist es bekannt, daß sich der durch eine Magnetspule mit beweglichem Anker fließende Strom bei der Bewegung des Ankers verändert, indem der Strom nach dem Einschalten infolge der Induktivität der Magnetspule nur allmählich ansteigt bis sich der Anker bewegt, woraufhin durch die Bewegung des Ankers in Richtung zum Kern der Luftspalt zwischen Kern und Anker und damit der magnetische Widerstand sehr schnell kleiner wird, was eine Vergrößerung des magnetischen Flusses zur Folge hat und infolge der schnellen Änderung des Flusses die induzierte Gegenspannung größer wird. Dem Magnetspulenstrom wird damit ein größerer induktiver Widerstand entgegengesetzt, so daß der Stromfluß abnimmt und erst nach Anschlagen des Ankers im Kern der Strom erneut bis zu seinem Endwert ansteigt. Diese Zeitabhängigkeit des Stromes in einer Magnetspule mit beweglichem Anker kann dazu benutzt werden, die Magnetspule entsprechend der gewünschten Zeit bis zur Sitzeinnahme des Ankers zu dimensionieren.

Aus der DE-AS 20 19 345 ist ein Tauchanker-Elektromagnet mit einer Schaltung zur Regelung einer von der Stellung des Ankers unabhängigen magnetischen Feldstärke über den Erregerstrom der Magnetspule bekannt, bei der ein Geberelement im Arbeitsluftspalt zwischen Anker und Ankergegenpol angeordnet und mit der Regelschaltung für den Erregerstrom in der Weise zusammengeschaltet ist, daß im Arbeitsluftspalt eine vorgegebene Feldstärke und damit eine bestimmte Ankeranzugskraft unabhängig von der Stellung des Ankers innerhalb der Ankerhubstrecke einregelbar ist. Als Meßgröße kann dabei ein an einem in Serie mit der Magnetspule liegenden Meßwiderstand auftretender Spannungsabfall herangezogen werden.

Aus der DE-OS 22 51 472 ist eine Schaltungsanordnung zum Kontrollieren der mechanischen Bewegung eines Magnetventilankers bekannt, insbesondere für Blockierschutzsysteme in Kraftfahrzeugen. Da beim Einsatz von solchen Magnetventilen in Kraftfahrzeugen mit erheblichen Verschmutzungen zu rechnen ist und demzufolge leicht Störungen auftreten können, soll die Bewegung des Magnetankers durch Erfassung der Ansprechdauer des Magnetventils überwacht werden. Zu diesem Zweck wird die Stromänderung in der Wicklung des Magnetventils abgetastet und zum einen zur Auslösung eines Zeitgliedes und zum anderen zur Erfassung der Stromänderungen in der Wicklung verwendet. Die den charakteristischen Knick aufgrund der Veränderung des magnetischen Widerstandes erfassende Schaltung löst eine Kippstufe aus, deren Ausgangssignal zusammen mit dem Ausgangssignal des Zeitgliedes ausgewertet wird. Bei dieser bekannten Vorrichtung erfolgt, entsprechend dem Anwendungszweck, lediglich eine Feststellung einer einen vorgegebenen Grenzwert überschreitenden Ansprechdauer des Magnetventils; ein zu frühes Ansprechen wird nicht erkannt.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schaltungsanordnung zur Feststellung einer Fehlfunktion eines Elektromagneten vorzuschlagen, die sowohl ein zu frühes als auch ein zu spätes Ansprechen des Elektromagneten frühzeitig signalisiert.

Diese Aufgabe wird bei der Schaltungsanordnung gemäß Patentanspruch 1 durch die Merkmale des kennzeichnenden Teils gelöst.

Die erfindungsgemäße Lösung ermöglicht es, Fehlfunktionen eines Elektromagneten in beliebig einstellbaren Toleranzgrenzen so frühzeitig zur Anzeige zu bringen, daß spätere Fehler oder Ausfälle aufgrund von Verschleiß oder Materialermüdung ausgeschlossen werden können, so daß geeignete Maßnahmen gegen einen tatsächlichen Ausfall des Elektromagneten getroffen werden können.

Die erfindungsgemäße Lösung macht sich den oben beschriebenen Effekt des Stromabfalls infolge der Ankerrückwirkung zunutze, indem eine Detektorschaltung den Strom durch die Magnetspulenwicklung erfaßt und den Zeitpunkt feststellt, in dem der magnetische Widerstand infolge des Erreichens des Endzustandes des Ankers verringert wird. Neben dem den Elektromagneten aktivierenden Impuls wird ein zweiter Impuls zur Bestimmung eines festlegbaren Zeitintervalls erzeugt. Tritt das von der Detektorschaltung abgegebene Signal innerhalb des festgelegten Zeitintervalls auf, so wird davon ausgegangen, daß der Elektromagnet fehlerfrei arbeitet. Dabei stellt die Einrichtung das zu frühe Auftreten eines die Endlage des Ankers anzeigenden Impulses und/ oder das zu späte Auftreten eines derartigen Impulses fest und erzeugt wahlweise eine Fehleranzeige oder eine Anzeige der Art des Fehlers. Zusätzlich besteht die Möglichkeit, im Rahmen eines Testbetriebes die Breite des festlegbaren Zeitintervalls, innerhalb dessen der die Endlage des Ankers anzeigende Impuls auftreten muß, zu verkleinern, so daß kleine Schwankungen oder Abweichungen von der genauen Rückkehrzeit des Ankers festgestellt werden und als Vorhersage zum baldigen Eintritt eines möglichen Fehlverhaltens herangezogen werden können, um so eine Wartung des Elektromagneten auszulösen.

Anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles soll der der Erfindung zugrundeliegende Gedanke näher erläutert werden. Es zeigt

Fig. 1 ein Blockschaltbild einer Fehlererkennungs- Einrichtung für eine Magnetspule mit beweglichem Anker;

Fig. 2 eine detaillierte Schaltung der Magnetspulen- Treiberschaltung und der Detektorschaltung;

Fig. 3 eine Einzeldarstellung der Steuerschaltung gemäß Fig. 1;

Fig. 4 eine Schaltung zur Erzeugung der Impulse A und B zur Festlegung des Toleranz-Zeitintervalls; und

Fig. 5 eine zeitliche Darstellung der einzelnen in der Fehlererkennungs-Einrichtung auftretenden Signale und Impulse.

Das in Fig. 1 dargestellte Blockschaltbild einer Fehlererkennungseinrichtung weist eine Magnetspule 53 auf, die mit einer Spannungsquelle von +24 V verbunden ist und deren bewegter Anker eine Vorrichtung 55 betätigt. Dabei ist die Vorrichtung 55 mit der Magnetspule 53 über eine mechanische Koppeleinrichtung 57, beispielsweise den Magnetspulenanker, ein mechanisches Bindeglied, eine nicht magnetisierbare Schubstange, die mit dem Anker verbunden ist, od. dgl. verbunden.

Die Magnetspule 53 ist darüber hinaus über eine Leitung 61 mit einer Spulentreiberschaltung 59 verbunden, die die Magnetspule 53 mit Strom versorgt oder die Stromzuführung zur Magnetspule 53 unterbricht. Ist die Spulentreiberschaltung 59 aktiviert und versorgt die Magnetspule 53 mit Strom, so wird der durch die Spulenwicklung fließende Strom über die Spulentreiberschaltung 59 und eine Leitung 63 einer Detektorschaltung 65 zugeführt. Die Detektorschaltung 65 stellt den Zeitpunkt fest, bei dem der Anker seinen Sitz oder eine vorbestimmte Stellung einnimmt und gibt einen Impuls ab, wenn diese Stellung erreicht ist. Dieser beispielsweise die eingezogene Stellung des Ankers anzeigende Impuls wird über eine Leitung 67 einer Steuerschaltung 69 zugeführt, die über die Leitung 71 ein Eingangssignal empfängt, das eine Betätigung der Magnetspule 53 auslöst und steuert zum Auslösen oder Stillsetzen der Spulentreiberschaltung 59 über eine Leitung 73. Die Steuerschaltung 69 enthält außerdem eine Fehlerbestimmungslogik und steuert eine Fehleranzeige 75 über eine Leitung 77 an, die das Auftreten eines Fehlers und/oder die Art des Fehlers anzeigt.

In Fig. 2 ist die Spulentreiberschaltung 59 sowie die Detektorschaltung 65 zusammen mit der Magnetspulenanordnung 53 dargestellt. Die Spulentreiberschaltung 59 ist eingangsseitig über eine Leitung 73 mit einem Ausgang der Steuerschaltung 69 verbunden. Die Leitung 73 ist an den Eingang eines Inverters 79 angeschlossen, dessen Ausgang über einen Schaltungspunkt 81 sowie einen Widerstand 83 mit einer Spannungsquelle von +5 V sowie über eine Diode 87 mit einem weiteren Schaltungspunkt 85 verbunden ist. Der Schaltungspunkt 85 ist sowohl über einen Widerstand 89 mit Massepotential als auch mit der Basis eines ersten Transistors 91 verbunden, dessen Emitter an einen Schaltungspunkt 93 angeschlossen ist. Der Schaltungspunkt 93 führt zum einen zur Basis eines zweiten Transistors 95 und zum anderen über einen Widerstand 97 an Massepotential. Der Kollektor des ersten Transistors 91 ist mit dem Kollektor des zweiten Transistors 95 über einen Schaltungspunkt 99 verbunden.

Der Schaltungspunkt 99 ist über eine Leitung 61 an den einen Anschluß der Magnetspule 53 angeschlossen, deren anderer Anschluß zu einer Gleichspannungsquelle von +24 V führt. Die Magnetspule 53 enthält die Magnetspulenwicklung 101 sowie eine parallel dazu geschaltete Diode 103, deren Anode mit der Leitung 61 und deren Kathode mit der Gleichspannungsquelle verbunden ist.

Die Detektorschaltung 65 ist mit einem eingangsseitigen Knotenpunkt 105 über eine Leitung 63 mit dem Emitter des zweiten Transistors 95 verbunden. Der Eingangs- Knotenpunkt 105 der Detektorschaltung 65 ist über einen Widerstand 109 mit einem zweiten Schaltungspunkt 107 verbunden, der über eine Leitung 111 direkt an Massepotential angeschlossen ist, so daß bei leitenden Transistoren 91, 95 ein Strompfad von der Gleichspannungsquelle +24 V durch die Magnetspulenwicklung 101 über die Leitung 61, den Knotenpunkt 99, die Kollektor- Emitter-Strecke des zweiten Transistors 95, die Leitung 63, den Knotenpunkt 105, den Widerstand 109, den Knotenpunkt 107 und die Leitung 111 nach Massepotential gegeben ist. Da der Widerstand 109 in Reihe zur Magnetspulenwicklung 101 geschaltet ist, entspricht der durch ihn fließende Strom dem durch die Magnetspulenwicklung 101 fließenden Strom.

Die Detektorschaltung 65 enthält weiterhin einen Komparator 113, der einen positiven und negativen Eingang aufweist. Der positive Komparatoreingang ist mit einem ersten Komparator-Eingangsknotenpunkt 115 verbunden, während der negative Eingang des Komparators 113 an einen zweiten Komparator-Eingangsknotenpunkt 117 angeschlossen ist. Der erste Komparator-Eingangsknotenpunkt 115 ist mit dem Eingangsknotenpunkt 105 über einen ersten Komparator-Eingangswiderstand 119 und über einen ersten Komparator-Eingangskondensator 121 mit dem Schaltungspunkt 107 verbunden. Die Verbindung des ersten Komparator-Eingangswiderstandes 119 mit dem ersten Komparator- Eingangskondensator 121, die parallel zum Widerstand 109 geschaltet sind, weist eine erste Zeitkonstante auf. Der zweite Komparator-Eingangsknotenpunkt 117 ist mit dem Eingangsknotenpunkt 105 über einen zweiten Komparator-Eingangswiderstand 123 und mit dem Knotenpunkt 107 über einen zweiten Komparator-Eingangskondensator 125 verbunden. Dabei schützt der zweite Komparator- Eingangskondensator 125 den Komparator vor Rauschimpulsen, kann jedoch unter Umständen weggelassen werden. Der zweite Komparator-Eingangswiderstand 123 und der zweite Komparator-Eingangskondensator 125 sind ebenfalls in Reihe geschaltet und liegen parallel zum Widerstand 109 und weisen eine zweite Zeitkonstante auf, die von der ersten, durch die Reihenschaltung des ersten Komparator-Eingangswiderstands 119 und des ersten Komparator-Eingangskondensators 121 gebildeten Zeitkonstanten verschieden ist. Bei Schwankungen des durch die Magnetspulenwicklung 101 fließenden Stromes schwankt ebenfalls die am Widerstand 109 abfallende Spannung und wird von den beiden Widerstands-Kondensator- Reihenschaltungen erfaßt, so daß sich eine schwankende Eingangsspannungsdifferenz zwischen den Eingangsknotenpunkten 115 und 117 des Komparators 113 ergibt. Die Werte der Komparator-Eingangswiderstände 119 und 123 sowie der Komparator-Eingangskondensatoren 121 und 125 können unterschiedlich gewählt werden, um unterschiedliche Genauigkeit über einen variablen Betriebsbereich zu erhalten.

Die negativen Spannungsversorgungseingänge des Komparators 113 sind über Leitungen 127, 129 mit Massepotential verbunden. Die positiven Spannungsversorgungseingänge des Komparators 113 sind mit einem Knotenpunkt 131 über eine Leitung 133 sowie einen Widerstand 135 verbunden, wobei der Widerstand 135 dazu dient, den Komparatorausgang auf positive Werte zu verschieben, so daß der Komparatorausgang auch dann auf hohem Potential steht, wenn keine Spannungsdifferenz an den Komparatoreingängen 115, 117 anliegt. Der Knotenpunkt 131 ist direkt mit einer Spannungsquelle von +5 V verbunden.

Der Ausgang des Komparators 113 ist mit einem Komparator- Ausgangsknotenpunkt 137 verbunden, der über eine Leitung 67 mit der Steuerschaltung gemäß Fig. 1 verbunden ist. Darüber hinaus ist der Komparatorausgang über einen Widerstand 141 mit dem Knotenpunkt 131 verbunden. Eine aus einer Parallelschaltung eines Rückkopplungswiderstandes 143 und eines Rückkopplungskondensators 145 bestehende Rückkopplungsschaltung ist mit einem Ende an den Ausgangsknotenpunkt 137 über eine Leitung 139 angeschlossen und mit dem anderen Ende an den ersten Komparator-Eingangsknotenpunkt 115 über eine Leitung 147 angekoppelt.

Die in Fig. 3 dargestellte Steuerschaltung 69 empfängt über einen ersten Eingang 149 das Impulssignal A, das einen Auslöseimpuls zur Betätigung der Magnetspule 53 repräsentiert. Der erste Eingang 149 ist direkt mit einem Eingangsknotenpunkt 151 verbunden, der unmittelbar mit dem J-Eingang eines ersten JK-Flip-Flops 153 über eine Leitung 155 und über einen Inverter 157 mit dem K-Eingang des ersten JK-Flip-Flops 153 verbunden ist. Ein zweiter Eingang 161 der Steuerschaltung 69 ist mit einer Taktimpulsquelle, die beispielsweise 250 kHz- Impulse abgibt, verbunden. Diese Taktimpulse werden vom Eingang 161 dem Takteingang des ersten JK-Flip-Flops 153 über eine Leitung 163 sowie dem Takteingang C eines zweiten JK-Flip-Flops 165 über eine Leitung 167 zugeführt. Der Ausgang Q des ersten JK-Flip-Flops 153 ist über einen Knotenpunkt 169 an den J-Eingang des zweiten JK-Flip-Flops 165 angeschlossen, während der negierte Ausgang des ersten JK-Flip-Flops 153 über einen Knotenpunkt 171 mit dem K-Eingang des zweiten JK-Flip- Flops 165 verbunden ist. Der Knotenpunkt 169 ist zusätzlich über eine Leitung 173 mit einem ersten Eingang eines NAND-Gatters 175 verbunden, während der Knotenpunkt 171 über eine Leitung 177 mit einem ersten Eingang eines zweiten NAND-Gatters 179 verbunden ist. Der Ausgang Q des zweiten JK-Flip-Flops 165 ist an den zweiten Eingang des zweiten NAND-Gatters 179 über eine Leitung 181 angeschlossen, während der negierte Ausgang des zweiten JK-Flip-Flops 165 an den zweiten Eingang des ersten NAND-Gatters 175 über eine Leitung 183 angeschlossen ist. Der Ausgang des ersten NAND-Gatters 175 ist an den Setz-Eingang eines JK-Kippgliedes mit Zweiflankensteuerung bzw. Master-Slave-Flip-Flops 185 über eine Leitung 187 angeschlossen, während der Ausgang des zweiten NAND-Gatters 179 über einen Knotenpunkt 189 mit dem Rücksetz-Eingang des JK-Kippgliedes mit Zweiflankensteuerung 185 über eine Leitung 191 und mit einem Eingang eines dritten NAND-Gatters 193 über eine Leitung 195 verbunden ist. Der J-Eingang des JK-Kippgliedes mit Zweiflankentriggerung 185 ist direkt an Massepotential über eine Leitung 197 angeschlossen, während der K-Eingang mit einer Spannungsquelle von +5 V über eine Leitung 199 verbunden ist. Der negierte Ausgang des JK- Kippgliedes 185 dient als einziger Ausgang des JK-Kippgliedes 185 und wird an einem Ausgangsknotenpunkt 201 abgenommen, der mit dem zweiten Eingang des dritten NAND-Gatters 193 über eine Leitung 103 verbunden ist und an den Eingang der Spulentreiberschaltung 59 gemäß Fig. 2 angeschlossen ist, um die Spulentreiberschaltung zu steuern.

Ein dritter Eingang der Steuerschaltung gemäß Fig. 3 wird an einem Eingangsanschluß 205 abgenommen, der das Ausgangssignal vom Knotenpunkt 137 der Detektorschaltung 65 gemäß Fig. 2 über die Leitung 67 erhält. Der Eingangsanschluß 205 ist mit einem Knotenpunkt 207 über eine Leitung 209 verbunden, der mit dem dritten oder Takteingang C des JK-Kippgliedes mit Zweiflankensteuerung 185 über eine Leitung 211 verbunden ist und darüber hinaus zu einem ersten Eingang eines vierten NAND-Gatters 213 über eine Leitung 215 führt.

Ein vierter Eingangsanschluß der Steuerschaltung 69 gemäß Fig. 3 wird von einem Eingangsanschluß 217 abgenommen und empfängt den das Zeitintervall bildenden Impuls B, dessen Erzeugung nachstehend anhand der Darstellung gemäß Fig. 4 näher erläutert werden soll. Der Eingangsanschluß 217 ist mit einem zweiten Eingang des vierten NAND-Gatters 213 über eine Leitung 219 verbunden, während der Ausgang des vierten NAND-Gatters 213 an einem Ausgangsknotenpunkt 221 abgenommen wird. Der Ausgang des dritten NAND-Gatters 193 ist mit einem Knotenpunkt 223 verbunden. Die Knotenpunkte 221 und 223 sind mit der Anzeigeschaltung 75 über Leitungen 227 bis 225 verbunden und können beispielsweise eine Lampe zum Aufleuchten bringen, die eine zu frühe bzw. eine zu späte Einnahme des Sitzes des Spulenankers anzeigt. Der Ausgangsknotenpunkt 221 ist darüber hinaus über einen invertierenden Eingang eines ODER-Gatters 229 über eine Leitung 231 verbunden, während der Knotenpunkt 223 über einen weiteren invertierenden Eingang des ODER-Gatters 229 über Leitung 231 verbunden ist. Der Ausgang des ODER-Gatters 229 kann mit einer Anzeigeschaltung über eine Leitung 235 verbunden werden und dazu dienen, als eine Anzeige über die Art des Fehlers, d. h. eine zu frühe oder zu späte Sitzeinnahme des Ankers verwendet zu werden.

In Fig. 4 ist eine Schaltungsanordnung zur Erzeugung der in Fig. 3 an die Eingänge 149 sowie 217 angelegten Impulse A und B dargestellt, die zur Bildung des festlegbaren Toleranz-Zeitintervalles verwendet werden, währenddessen die Sitzeinnahme des Ankers noch als annehmbar angesehen wird.

An dem Setz-Eingang 237 wird ein Setz-Signal aus einer externen Quelle angelegt und löst die Betätigung der Magnetspule 53 aus. Dieses Signal wird vom Setz-Eingang 237 zum Schaltungspunkt 239 geleitet und gelangt dann zum Eingang eines ersten monostabilen Multivibrators 241 über eine Leitung 243 sowie zum Eingang eines zweiten monostabilen Multivibrators 245 über eine Leitung 247. Der Ausgang des ersten monostabilen Multivibrators 241 wird über eine Leitung 249 an den Setz-Eingangsanschluß 149 der Schaltung gemäß Fig. 3 angelegt, während der Ausgang des zweiten monostabilen Multivibrators 245 über eine Leitung 251 an den Eingangsanschluß 217 für den Impuls B gelegt wird. Die die Impulsdauer bestimmenden Eingänge des ersten monostabilen Multivibrators 241 sind über eine Leitung 153 direkt und über einen Kondensator 257 mit einem Knotenpunkt 255 verbunden. Die die Impulsdauer bestimmenden Eingänge des zweiten monostabilen Multivibrators 245 sind direkt über eine Leitung 261 und über einen Kondensator 263 mit einem Knotenpunkt 259 verbunden. Der Knotenpunkt 255 ist über einen ersten veränderlichen Widerstand 265 über eine Leitung 267 und mit einem zweiten veränderlichen Widerstand 269 über eine Leitung 271 verbunden. Das andere Ende des veränderlichen Widerstandes 265 ist mit einem Schaltkontakt 272 über eine Leitung 275 und der andere Schaltkontakt 272′ mit einem Knotenpunkt 273 verbunden. Das andere Ende des veränderlichen Widerstands 269 ist mit einem Schaltkontakt 274 und der entsprechende andere Schaltkontakt 274′ mit einem Knotenpunkt 277 über eine Leitung 279 verbunden.

Der Schaltungspunkt 259 ist mit einem Ende eines veränderlichen Widerstandes 281 über eine Leitung 283 und mit einem Ende eines zweiten veränderlichen Widerstandes 285 über eine Leitung 287 verbunden. Der andere Anschluß des veränderlichen Widerstandes 281 ist mit dem Knotenpunkt 273 und das andere Ende des veränderlichen Widerstandes 285 mit einem Knotenpunkt 277 verbunden. Der Knotenpunkt 273 ist an den Kontakt 289 über eine Leitung 291 und der Knotenpunkt 277 an einen zweiten Kontakt 293 über eine Leitung 294 angeschlossen. Der mit dem Kontakt 283 ein Kontaktpaar bildende Kontakt 289′ sowie der mit dem Kontakt 293 ein Kontaktpaar bildende Kontakt 293′ sind unmittelbar mit einer Spannungsquelle von +5 V verbunden. Ein Schaltkontakt 295 bildet in seiner ersten Stellung eine leitende Verbindung zwischen den Kontakten 289 und 289′ und unterbricht diesen Leitungspfad im Testbetrieb durch eine Verbindung der Kontakte 293 und 293′. In gleicher Weise verbindet der mit einem Schaltkontakt 295 gekoppelte Schaltarm 296 in einer ersten Stellung die Schaltkontakte 272 und 272′ und in einer Testbetriebsstellung die Schaltkontakte 274 und 274′ und unterbricht dabei die leitende Verbindung zwischen den Kontakten 272 und 272′.

Fig. 5 zeigt einige Kurvenzüge zum besseren Verständnis des Betriebsverhaltens der Schaltungen aus Fig. 3 und 4. In Zeile A ist eine Taktimpulsreihe angegeben, die am Takteingang 161 der Schaltung aus Fig. 3 auftreten kann. Zeile B zeigt den Setzimpuls A, der vom Ausgang des ersten monostabilen Multivibrators 241 der Schaltung aus Fig. 4 abgenommen und über Leitung 249 zum Eingang 149 der Schaltung aus Fig. 3 übergeben wird. Zeile C zeigt den Impulsausgang aus dem zweiten monostabilen Multivibrator 245, der über Leitung 251 dem B-Impuls- Eingang 217 der Schaltung aus Fig. 3 zugeführt wird. Eine erste gestrichelte vertikale Linie beginnt an der Hinterkante des B-Impulses in Zeile C und erstreck sich vertikal nach unten. Diese gestrichelte Linie, mit t _E bezeichnet, repräsentiert den frühesten Zeitpunkt, während dessen die Feststellung eines Wendepunktes, welche die Sitzeinnahme durch den Spulenanker anzeigt, annehmbar ist. Die hintere Kante des A-Impulses in Zeile B ist mit t _L bezeichnet und stellt den späteren Zeitpunkt dar, bei dem die Feststellung eines Wendepunktes, die die Sitzeinnahme des Spulenankers zeigt, noch als annehmbar toleriert werden kann. Dazwischen ist durch eine vertikale gestrichelte Linie t _C der korrekte Zeitpunkt angegeben, an welchem die Schaltarme 295 und 296 normalerweise von ihrer ersten Stellung in die Testbetriebstellung übergehen und damit die Kontakte 293 und 293′ und 274 und 274′ leitend verbinden, so daß die Widerstände 269 und 285 in das die Impulsbreite aufbauende Netzwerk der monostabilen Multivibratoren 241 und 245 eingeschaltet werden. Die Breite des Toleranzbereiches ist wesentlich schmaler.

Die Kurve in Zeile H zeigt den Ausgang des ersten monostabilen Multivibrators 241 oder den A-Impuls, der dem Eingang 249 der Schaltung aus Fig. 3 zugeführt wurde. Zeile I zeigt den Ausgang des zweiten monostabilen Multivibrators 245, der den B-Impuls an den Eingang 217 der Schaltung aus Fig. 3 abliefert. Zeile J wiederholt Zeile E, da jedoch der Wendepunkt früher auftritt als die früheste Zeitschranke des vorbestimmten Toleranzintervalls, wird festgestellt, daß der Spulenanker sich nicht genau zum richtigen Zeitpukt an seiner vorgeschriebenen Position befindet. Damit können im Rahmen der Wartung Nachjustierungen ausgeführt werden, welche zur Folge haben, daß der Spulenanker zur rechten Zeit seinen Sitz einnimmt, wie das in Zeile K dargestellt ist, wo der Sitz genau an der erwünschten Zeit eingenommen wird. In Zeile J, bei der die Sitzeinnahme innerhalb des normalen Toleranzbereiches stattfand, so daß ein Fehler nicht angezeigt werden würde, ist eine Neigung für einen baldigen Fehler festzustellen, weil die Spule ihren Sitz nicht genau zum richtigen Zeitpunkt eingenommen hat. Daher kann ein möglicher zukünftiger Fehler im Voraus festgestellt und dem Auftreten des Fehlers durch Nachjustierungen vorgebeugt werden, ehe ein tatsächliches Fehlverhalten auftritt.

Es wird jetzt das Betriebsverhalten der Schaltung unter Bezugnahme auf die Fig. 2 bis 5 beschrieben. Im Normalbetrieb befinden sich die Schaltarme 295 und 296 in ihrer Normalstellung und stellen eine leitende Verbindung zwischen der Spannungsquelle von +5V über die Kontakte 289 und 289′ und die Kontakte 272 und 272′ her, so daß die Widerstände 265 und 281 mit dem ersten monostabilen Multivibrator 241 bzw. mit dem zweiten monostabilen Multivibrator 245 verbunden sind. Dies führt zur Erzeugung eines Setzimpulses A mit einer ersten vorbestimmten Impulslänge und eines zweiten Impulses B mit einer zweiten vorbestimmten Impulslänge. Der A-Impuls wird auf Eingang 149 in Fig. 3 gegeben und der B-Impuls wird dem Eingang 217 aus Fig. 3 zugeführt. Das Vorliegen eines hohen Signalpegels am J-Eingang des ersten JK-Flip-Flops 153 läßt den Q-Ausgang nach oben ansteigen und zwar an der Rückflanke des nächsten Taktimpulses. Dieses hohe Signal wird einem Eingang des ersten NAND-Gatters 175 zugeführt. Da der andere Eingang des NAND-Gatters 175 mit dem -Ausgang des zweiten JK-Flip-Flops 165 verbunden ist, der hoch bleibt, bis der nächste Taktimpuls auf Leitung 167 auftritt, der das zweite JK-Flip- Flop 165 setzen wird, wird der Ausgang des ersten NAND-Gatters 175 nach unten gehen und über Leitung 187 dem Setz-Eingang des Master-Slave-JK-Flip-Flops 185 zugeführt werden. Dadurch wird das Master-Slave-JK-Flip-Flop 185 zwangsgesetzt, was jeden Verzug eines Taktimpulses vom Ausgang der Detektorschaltung über Leitung 67 her, die Schaltung zurückzusetzen, vereitelt. Sobald das Master-Slave-JK-Flip-Flop 185 zwangsgesetzt ist, geht der -Ausgang nach unten und dieses Signal wird über Leitung 73 dem Eingang des Inverters 79 zugeführt. Der Ausgang des Inverters geht hoch, wodurch der erste Transistor 91 in den leitenden Zustand schaltet. Das Leiten des Transistors 91 läßt die Basis des zweiten Transistors 95 hoch gehen und schaltet den zweiten Transistor 95 in seinen leitenden Zustand. Der leitende Transistor 95 baut einen Stromweg zwischen der Gleichspannungsquelle +24V, durch die Magnetspulentwicklung 101, durch den zweiten Transistor 95 und durch den Widerstand 109 zur Masse hin auf. Sobald dieser Strompfad hergestellt ist, wird die Magnetspulenwicklung 101 aktiviert und in der Magnetspulen-Wicklung baut sich Strom auf. Das Netzwerk, das parallel zum Widerstand 109 geschaltet ist, spricht auf die sich verändernde, am Widerstand 109 abfallende Spannung an und läßt den Ausgang des Komparators 113 abfallen, sobald der Strom durch die Magnetspulen-Wicklung 101 anzusteigen beginnt. Der Ausgang bleibt niedrig, solange der Strom durch die Magnetspulenwicklung 101 weiter zunimmt. An einer bestimmten Stelle des Zeitablaufs wird die Magnetspulenwicklung 101 den Anker oder Kern weiter in die Wicklung in Richtung auf seine Position ziehen. Wenn der Kern noch weiter in die Spule hineingezogen wird, wird eine Stelle erreicht, bei der sich der magnetische Widerstand schneller ändert als der Strom in der Spule zunehmen kann, wodurch der in der Spule entwickelte Strom zu fallen beginnt. Die Eingangsschaltung für den Komparator 113 stellt ein Absinken des Stromflusses durch den Widerstand 109 fest und läßt den Ausgang des Komparators 113 wieder hochgehen. Dies hält solange an, wie der Strom abfällt, jedoch sobald der Spulenanker seinen Sitz eingenommen hat, verändert sich der magnetische Widerstand nicht weiter und der Strom durch die Spule kann erneut ansteigen. Sobald der Strom wieder ansteigt, stellt das Netzwerk für den Komparator 113 die Stromzunahme durch den Widerstand 109 fest und läßt den Ausgang des Komparators 113 wieder absinken. Der Übergang, der am Ausgang des Komparators 113 bei Veränderungen des magnetischen Widerstands dafür sorgt, daß der Strom durch die Magnetspule abfällt und dann wieder ansteigt, erzeugt einen einen Wendepunkt anzeigenden Impuls oder einen Impuls, der anzeigt, daß der Magnetspulenanker oder -Kern seinen Sitz eingenommen hat, und dieser Impuls wird über Leitung 67 dem Eingang 205 der Schaltung aus Fig. 3 zugeführt. Dieser Impuls wird dem Takteingang des Master-Slave-JK-Flip-Flops 185 zugeführt und setzt es zurück, weil der K- Eingang mit einer Spannungsquelle von +5V verbunden ist, während der J-Eingang an Masse liegt. Dadurch wird der -Ausgang des Master-Slave-JK-Flip-Flops 185 hochgehen und dieses Hochgehen wird über Leitung 73 der Spulentreiberschaltung 59 zugeführt und in dem Inverter 79 invertiert, so daß die Transistoren 91, 95 in den Sperrzustand geschaltet werden, woraufhin der Stromweg unterbrochen ist und die Magnetspulen-Wicklung 101 entregt wird.

Nimmt man zur Vereinfachung an, daß die Leitung 73 von dem Knotenpunkt 201 getrennt werden könnte (ohne die Schaltung zu sperren), und zwar auf solche Weise, daß ein Zurücksetzen des Master-Slave-JK-Flip-Flops 185 in Abhängigkeit von der Ankunft des den Wendepunkt anzeigenden Impulses an seinen Takteingang nicht bewirkt, daß die Spulentreiberschaltung 59 die Transistoren 91 und 95 in einen nicht leitenden Zustand schaltet, so wird der Stromweg unterbrochen und die Magnetspule im Zeitpunkt der Sitzeinnahme entregt. Der den Wendepunkt anzeigende Impuls wird am Knotenpunkt 205 empfangen und führt zur Rücksetzung des Master-Slave-JK-Flip-Flops 185 und über den Knotenpunkt 207 und Leitung 215 zu einem Eingang des vierten NAND-Gatters 213. Da der andere Eingang des NAND-Gatters 213 von dem Eingang des Anschlusses 217 abgenommen wird, der den B-Impuls aus dem Ausgang des zweiten monostabilen Multivibrators 145 empfängt, wird das Vorliegen des B-Impulses am zweiten Eingang des NAND-Gatters 213 dieses Gatter vorbereiten. Da die Rückflanke des B-Impulses gemäß Fig. 5 Zeile C den frühesten Zeitpunkt bestimmt, bei dem das Auftreten eines Impulses, der die Sitzeinnahme des Spulenankers anzeigt, als annehmbar angesehen werden kann und am Ende des Impulses auftritt, so wird jeder Impuls, der die Sitzeinnahme durch den Spulenanker anzeigt und am ersten Eingang des NAND-Gatters 213 ankommt, während der zweite Impuls durch Anwesenheit des hohen B-Impulses vorbereitet ist, dafür sorgen, daß der Ausgang des NAND- Gatters 213 nur absinkt, wenn der den Wendepunkt anzeigende Impulse zu früh auftritt. Das Vorliegen eines negativen Impulses am Knotenpunkt 221 kann zur Signalisierung eines Fehlers wegen zu früher Sitzeinnahme für eine Anzeigeeinrichtung oder dergleichen über Leitung 225 und/ oder zur Versorgung über Leitung 231 eines invertierten Eingangs des ODER-Gatters 229 dienen, wodurch das ODER- Gatter 229 ein hohes Signal auf Leitung 235 erzeugt, das zum Triggern einer Fehleranzeige auf der Anzeige- Vorrichtung 75 verwendet werden kann.

Die Detektorschaltung arbeitet so, daß ein spätes Auftreten in ähnlicher Weise festgestellt wird. Nachdem die Magnetspule wie beschrieben aktiviert worden ist, bewirkt die Rückflanke des A- oder Setz-Impulses, der dem Eingang 149 zugeführt wurde, daß das am J-Eingang des ersten JK-Flip- Flops 153 vorhandenene Signal wieder absinkt und das Signal am K-Eingang des JK-Flip-Flops 153 hochgeht. Der nächste Taktimpuls wird dann den -Ausgang des JK-Flip-Flops 153 hochgehen lassen, wenn das Flip-Flop zurückgesetzt wird. Da das zweite JK-Flip-Flop 165 nicht zurückgesetzt wird bis zum Auftreten des nächsten Taktimpulses, bleibt der Q-Ausgang des JK-Flip-Flops 165 hoch bis zum Auftreten des nächsten Taktimpulses, so daß im Augenblick jedenfalls beide Eingänge des zweiten NAND-Gatters 179 hoch liegen und einen niedrigen Ausgang erzeugen. Der niedrige Ausgang des NAND-Gatters 179 wird vom Knotenpunkt 189 abgenommen und dient zum Triggern des Rücksetz-Eingangs des Master-Slave-JK- Flip-Flops 185, wodurch der -Ausgang hochgeht. Wenn der nächste Taktimpuls ein Zurücksetzen des JK-Flip-Flops 165 bewirkt, dann geht der Q-Ausgang des JK-Flip-Flops 165 nach unten, wodurch der Ausgang des zweiten NAND-Gatters 179 wieder hoch geht. Wenn dieser hohe Signalpegel am zweiten Eingang des dritten NAND-Gatters 193 auftritt, geht sein Ausgang nach unten und zeigt eine späte Sitzeinnahme an, weil der den Wendepunkt anzeigende Impuls nicht vor Beendigung einer vorbestimmten Zeitspanne nach der anfänglichen Auslösung auftrat. Dieser niedrige Signalpegel, der das späte Sitzen des Magnetspulenankers anzeigt, kann der Anzeigeschaltung 75 über Leitung 227 und/oder dem zweiten invertierten Eingang des NAND-Gatters 229 zugeführt werden, wodurch eine Fehleranzeige hochgeht und an dem Ausgang erscheint, der über Leitung 235 die Anzeigeeinrichtung 75 zur Anzeige eines aufgetretenen Fehlers zugeführt werden kann. Es wird daher festgestellt, daß entweder eine zu späte oder eine zu frühe Sitzeinnahme auftrat, ein einen Fehler anzeigender Impuls wird auf Leitung 235 auftreten und man kann dann wählen zu bestimmen, ob das eine zu späte Sitzeinnahme oder eine zu frühe Sitzeinnahme war, indem die Leitungen 227 bzw. 225 abgefühlt werden.

Für den Testbetrieb sieht man, daß die Stellung der Schaltarme 295 und 296 eine leitende Verbindung zwischen den Kontakten 293 und 293′ einerseits und zwischen 274 und 274′ andererseits herstellen und dadurch zwei andere Impulsbreiten bestimmende Widerstände in die Schaltung der Fig. 4 einfügen, wodurch die Impulsbreite des A- Impulses und des B-Impulses variiert wird, derart, daß der Toleranzbereich um den gewünschten Zeitpunkt der Sitzeinnahme herum verkleinert wird. Wie beschrieben, bildet die Rückflanke des B-Impulses den frühesten Zeitpunkt, bei dem das Auftreten eines die Sitzeinnahme anzeigender Impulse als annehmbar angesehen wird, wohingegen die spätere Zeit, bei der ein die Sitzeinnahme anzeigenden Impulses als annehmbar angesehen wird, im Verhältnis zur Rückflanke des A-Impulses gebildet wird. Die letzterwähnte Grenze fällt nicht mit der Rückflanke direkt zusammen, sondern ergibt sich durch das Auftreten des zweiten Taktimpulses nach der Rückflanke des A-Impulses. Dies deshalb, weil das erste Taktsignal nach dem Abfallen des A-Impulses das JK-Flip-Flop 153 zurücksetzt und der zweite Taktimpuls das JK-Flip-Flop 165 zurücksetzt. Es muß jedoch das Rücksetzen des zweiten JK-Flip-Flops 165 vorliegen, welches den Ausgang des NAND-Gatters 179 hochgehen läßt und den Ausgang des NAND-Gatters 193 triggert.

Claims (3)

1. Schaltungsanordnung zur Feststellung einer Fehlfunktion einer mit einer Magnetspule mit einem beweglichen Anker arbeitenden Vorrichtung, mit einer Detektorschaltung zur Feststellung der Sitzeinnahme des Ankers, die auf das Auftreten eines Umkehrpunktes im zeitlichen Stromverlauf des die Magnetspule durchfließenden Stromes anspricht, mit einer ein vorbestimmtes Zeitintervall für den tolerierbaren Zeitpunkt der Sitzeinnahme des Ankers erzeugenden Zeitgeberschaltung und mit einer Steuerschaltung, die auf die Feststellung eines außerhalb des Zeitintervalles liegenden Zeitpunktes der Sitzeinnahme des Ankers anspricht und ein Fehlersignal an eine Anzeigeschaltung abgibt, dadurch gekennzeichnet, daß die Zeitgeberschaltung zwei monostabile Multivibratoren (241, 245) enthält, die auf ein Betätigungssignal zum Ansprechen der Vorrichtung aktiviert werden und die einen ersten Impuls (B), dessen Impulsende dem frühest zulässigen Zeitpunkt zur Sitzeinnahme des Ankers entspricht, sowie einen zweiten Impuls (A) an die Steuerschaltung (69) abgeben, dessen Impulsende dem spätest zulässigen Zeitpunkt zur Sitzeinnahme des Ankers entspricht, wobei die monostabilen Multivibratoren (241, 245) mit RC-Gliedern (257, 265, 269; 263, 281, 285) versehen sind, die die jeweilige Impulsdauer festlegen
und daß eine Umschalteinrichtung (295, 296) vorgesehen ist, die unterschiedliche RC-Glieder für den Normal- und Testbetrieb vorgibt.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerschaltung (69) ein erstes JK-Flip-Flop (153) aufweist, dessen J-Eingang unmittelbar und dessen K-Eingang über einen Inverter (157) mit dem ersten von der Zeitgeberschaltung abgegebenen Impuls (B) beaufschlagt ist, und dessen Ausgang (Q) sowohl mit dem J-Eingang eines zweiten JK-Flip-Flops (165) als auch mit einem ersten Eingang eines ersten NAND-Gatters (175) und dessen negierter Ausgang ( ) sowohl mit dem K-Eingang des zweiten JK-Flip-Flops (165) als auch mit einem ersten Eingang eines zweiten NAND-Gatters (179) verbunden ist,
daß der Ausgang (Q) des zweiten JK-Flip-Flops (165) mit dem zweiten Eingang des zweiten NAND-Gatters (179) und der negierte Ausgang ( ) des zweiten JK-Flip-Flops (165) mit dem zweiten Eingang des ersten NAND-Gatters (175) verbunden ist,
daß der Ausgang des ersten NAND-Gatters (175) mit dem Setz- Eingang eines JK-Kippgliedes mit zwei Flankensteuerungen und der Ausgang des zweiten NAND-Gatters mit dem Lösch- Eingang des JK-Kippgliedes mit zwei Flankensteuerungen (185) sowie mit dem einen Eingang eines dritten NAND- Gatters (193) verbunden ist,
daß der negierte Ausgang ( ) des JK-Kippgliedes mit zwei Flankensteuerungen (185) mit dem zweiten Eingang des dritten NAND-Gatters (193) und der Takteingang des JK-Kippgliedes mit zwei Flankensteuerungen (185) mit dem Ausgangssignal (67, 205) der Detektorschaltung (65) beaufschlagt ist,
daß ein viertes NAND-Gatter (213) sowohl mit dem Ausgangssignal (67, 205) der Detektorschaltung (65) als auch mit dem zweiten Impuls (A) der Zeitgeberschaltung beaufschlagt ist,
und daß der Ausgang des dritten NAND-Gatters (193) mit dem eine verspätete Sitzeinnahme des Ankers der Magnetspule anzeigenden Eingang der Anzeigeschaltung (75, 223) und der Ausgang des vierten NAND-Gatters (213) mit dem ein zu frühes Sitzeinnehmen des Ankers der Magnetspule anzeigenden Eingang der Anzeigeschaltung (75, 221) verbunden ist.

3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgänge des dritten NAND-Gatters (193) und des vierten NAND-Gatters (213) mit den Eingängen eines ODER-Verknüpfungsgliedes (229) verbunden sind, dessen Ausgang mit einem dritten Eingang (235) der Anzeigeschaltung (75) verbunden ist.