DE1710982B2 - Schaltverstärker - Google Patents

Description

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Die Erfindung bezieht sich auf einen Schaltverstärker für elektronische Fadenwächter, bei dem die vom laufenden Faden hervorgerufenen Wechselspannungen nach Gleichrichtung zur Aufladung eines das Abschaltelement der Textilmaschine steuernden Speicherkondensators dienen.

Es ist beispielsweise durch die USA.-Patentschrift 3043 991 bekanntgeworden, bei einem elektronischen Fadenwächter für Textilmaschinen die von dem laufenden Faden in einem lichtelektrischen Fühlelement hervorgerufenen Wechselspannungen nach Verstärkung und Gleichrichtung zur Aufladung eines Speicherkondensators zu verwenden, der das Abschaltelement der Textilmaschine steuert. Sobald der Fadenlauf unterbrochen ist, beispielsweise infolge gerissenen Fadens, infolge Trennung bei Ansprechen eines Fadenreinigers oder infolge leerer Ablaufspule, wer^;:! keine Wechselspannungen mehr hervorgerufen, der Speicherkondensator entlädt sich und gibt dan.it das Abschaltelement der Textilmaschine frei, so daß der Antrieb der Textilmaschine unterbrochen wird. Es ist weiterhin bekannt, zur Überwachung der Fäden einer Textilmaschine auch andere berührungslos arbeitende Schaltelemente, beispielsweise die Dielektrizitätskonstante eines Kondensators, zu benutzen oder sogenannte elektromechanischc Fühlorgane, welche von dem über sie hinwegstreichenden Faden in Schwingungen versetzt werden.

Der Speicherkondensator zur Steuerung des Abschaltelementes einer Textilmaschine ist erforderlich, um die nach Gleichrichtung der Wechselspannung pulsierende Gleichspannung zu speichern, so daß das Abschaltelement unter keinen Umständen betätigt wird, solange der Faden läuft. Die Kapazität des Speicherkondensators und die Größe des Entladewiderstandes müssen also so bemessen sein, daß die Kondensatorladung auch während der Spanuungstäler nicht unter das vorgegebene Abschaltminimum absinken kann.

Andererseits soll im Falle einer Unterbrechung des Fadenlaufes, also beim Aussetzen der vom laufenden Faden hervorgerufenen Wechselspannungen, der Speicherkondensator so schnell wie möglich leer werden, um die Textilmaschine stillzusetzen. Da zu diesem Zweck die Zeitkonstante des Kondensators und des Entladewiderstandes so klein wie möglich sein soll, ist zu verstehen, daß sich diese beiden vorgenannten Forderungen widersprechen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Schaltverstärker für elektronische Fadenwächter zu schaffen, bei dem trotz der vorerwähnten entgegengesetzten Forderungen extrem kurze Abschaltzeiten bei Unterbrechung des Fadenlaufes erzielt werden können.

Die Lösung dieser Aufgabe besteht in der Kombination folgender für sich bekannter Merkmale: daß dem Speicherkondensator ein Vollweggleichrichter sowie eine Vorrichtung zur Amplitudenanhebung der hohen und Absenkung der tiefen Frequenzen vorgeschaltet ist und daß zumindest die letzte Verstärkerstufe derart bemessen ist, daß bereits kleine Spannungsamplituden zu einer Übersteuerung führen.

Die bisher bekannten Schaltverstärker für elektronische Fadenwächter haben diejenigen vom laufenden Faden hervorgerufenen Wechselspannungen ausgenutzt, welche sich aus den Querschnittsänderungen ergeben, die unterhalb der vom Fadenreiniger zu erfassenden Größe liegen. Diese Querschnittsänderungen verlaufen aber nur selten sprunghaft, sondern im allgemeinen sehr allmählich, so daß die von ihnen hervorgerufenen Wechselspannungen auch nur verhältnismäßig niedrige Frequenzen aufweisen. Die; bedeutet aber große Kapazitäten und große Abschält-Verzögerungen.

Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, daß die Nachteile der bekannten Vorrichtungen behober werden können, wenn höhere Frequenzen verwendel werden können. Es hat sich gezeigt, daß außer der Wechselspannungen, die sich aus den Querschnittsänderungen des Fadens ergeben, noch Wechselspannungen entstehen, die ihre Ursache haben in der Seilschwingungen des Fadens, in den sich aus dei Oberflächenbeschaffenheit, also der Fadenrauhigkei¹ ergebenden Schwingungen und in den Resonanzschwingungen der elektromechanischen Geber, die durch die vorgenannten Schwingungen angestoßer werden. Diese verschiedenen Schwingungen ergeber für die vom laufenden Faden hervorgerufenen Wechselspannungen ein Frequenzspektrum, welches teil weise sehr hohe Frequenzen aufweist. Ganz beson ders hohe Wechselspannungsfrequenzcn entsteher dabei aus der Fadenrauhigkeit, wenn man beispielsweise einen lichtelektrischen Fadenwächter in Faden laufrichtung derart schmal ausbildet, daß die einzel nen vom Faden abstehenden Fäserchen bereits Span nungsschwankungen hervorrufen. Die erfindungs gemäße Lösung der gestellten Aufgabe macht siel diese Erkenntnis zunutze, indem folgende drei Maß nahmen gleichzeitig angewendet werden:

ι Dadurch, daß dem Speicherkondensator ein Voliweggleichrichter vorgeschaltet ist, werden beide Halbwellen der von dem laufenden Faden «ervorgerufenen Wechselspannungen zur Aufladung des Kondensators nutzbar gemacht, so daß die Kapazität des Kondensators eirheblicb verringert und damit die Zeitkonstante des Speicber-Ä-C-Gliedes beträchtlich verkleinert werden kann.

*> Durch die Vorrichtung zur Amplitudenanhebung der hohen ind Absenkung der tief en Frequenzen werden die im Frequenzspektrum der vom laufenden Faden hervorgerufenen Wechselspan-ηιιηκβη enthaltenen schnellen Schwingungen nutzbar pemacht, so daß die Kondensatorkapazität erneut verkleinert werden kann.

- Dadurch daß zumindest die letzte Verstärkerstufe derart bemessen ist, daß bereits kleine Suannungsamplituden zu einer Übersteuerung führen kann die Entladereitkonstante des Speirher-/?-C-Gliedes nochmals beträchtlich herab-Setzt werden.

7war sind diese drei Merkmale an sich bekannt, iedoch führt ihre Kombination zu dem überraschenh™ Ereebnis einer ganz beträchtlichen Abschaltzeit- ^kümins um 96»/o. Während bisher die kürzesten AoSzeiten bei etwa 50 ms liegen, kann durch die prfindunesBemäße Kombination eine Abschaltzeit ms unTweniger erreicht werden.

Zur Amplitudenanhebung der hohen und AbsenkuS der tiefen Frequenzen können an sich bekannte Seuen od. dgl. verwendet werden. Ein besonders Afb des Schaltverstärkers ergibt sich einander angeordnet werden, so daß sich im Bereich des Gebers sehr schnelle Seilschwingungen ergeben. Parallel zum Geber 1 ist ein Kondensator 2 geschaltet, welcher derart bemessen ist, daß er hochfrequente Störspannungen kurzschließt und sie damit von dem Schaltverstärker iernhält. Ein Kondensator 3 sorgt dafür, daß lediglich die Wechselspannungen des Gebers 1 dem Verstärker zugeführt werden.

ίο Der Wechselspannungsverstärker ist dreistufig ausgebildet und besteht aus den galvanisch gekoppelten Transistoren 7, 8, 9. Er ist in an sich bekannter Weise über das Potentiometer 6, den Kondensator 4 und den Widerstand S mit einer selbsttätigen Arbeitspunktregelung versehen. Der Eingangswiderstand des Transistors 7 wird durch einen Emitterwiderstand 20 so erhöht, daß das Fotoelement fast mit der Leerlaufspannung arbeitet. Dadurch wird die Eingangswechselspannung in bekannter Weise von der jeweiao !igen Beleuchtung weitgehend unabhängig.

Die in dem Wechselspannungsverstärker durch die Transistoren 7, 8, 9 verstärkten Wechselspannungen des Gebers 1 dienen zur Aufladung eines Kondensators 22, welcher über einen Gleichspannungsverstärker in Form des Transistors 24 das Abschaltelement der Textilmaschine steuert. Handelt es sich bei der zu steuernden Textilmaschine um eine solche mit mehreren elektronischen Fadenwächtern, beispielsweise um eine Fachmaschine, eine Scharmaschine od. dgl., so können mehrere dieser Gleicnspannungsendverstärker über ein gemeinsames Diodengatter 26 mit dem Schaltausgang 27 verbunden werden. Zwischen den Schaltausgang 27 und den Minuspol 32 der Betriebsspannung kann dann das

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SSSSSESSft -

FadVnwlchw zu verwenden, welche in Abvon, ,.„,enden F,den Wechsc,spann„„-

Fig.. bis 5 * die E*du„₈ n_äher

^und ..

F i g. 5 ein Spannungsdiagramm.

Bei dem Ausführungsbeispiel nach F ig. 1 w.rd zur Erzeugung der vom laufenden Faden hervorgerufenen Wechselspannungen ein berührungslos arbeitender optischer Geberl mit einem sehr schmalen Foto-

element oder einer vor dem Geber angeordneten Schlitzblende benutzt, so daß bereits die einzelnen vom Faden abstehenden Fäserchen Spannung*- schwankungen im Stromkreis des Fotoclements her-11 Η_3ς volle negative Potential aufweist. Sind die

Widerstände 91 92 im Kollektor- und Emitterstrom-W^erstande 91_. v^im κ ^^ _a)1

Jreis des ^Trans«tors» gi^_{9 das Potentia}, mahlheben ö JfJW f« ^J*^_{t das negaüve Poten}. de h« Punktes 32 Ssinkcn und der Punkt 11 in

ίΐ^ίι,™«. i«f dls oosufvS Potential des Punktes Richtung auf das posUive m ^. ^

an steigen, ^^f^ aufweisen Bei einer allmäh-

kerstufe 9 verhalten sich also in ihrer Polarität zu andererseits das Potentiometer 17 sehr hoehohmig

einem vorgegebenen Bezugspotential gegenphasig, gewählt wird.

wobei dieses Bezugspotential durch die Dimensionie- Während sich bei dem Zeigerdiagramm der F i g. 2 rung der Widerstände 91, 92 gewählt werden kann. durch die Gleichheit der Spannungsabfälle: an den Der Arbeitspunkt der Transistorstufe 9 wird, wie 5 Widerständen 14, 15 die Mit- und Gegenkopplung schon erwähnt, im Ruhezustand durch das Potentio- aufheben, sinkt bei höheren Frequenzen der Blindmeter 6 wie bei allen Wechselspannungsverstärkern widerstand des Kondensators 14. Damit wird aber auf halbe Aussteuerung eingestellt. Die Wechsel- auch der Phasenwinkel φ größer als 90°,, da bespannung der Ausgangspotentiale an den Punkten kanntlich
10, 11 wird dann dem Vollweggleichrichter 21 über io

die Kondensatoren 18, 19 zugeführt, welche den _ _{2 arc tan} *

Gleichspannungsanteil abtrennen. ω CR

Wie bereits erwähnt, hat die Anordnung des
Vollweggleichrichters 21 vor dem Speicherkondensator 22 den Vorteil, daß der Speicherkondensator 15 ist. Diese Verhältnisse sind auch an dem Zeiger-

22 mit beiden Halbwellen der Wechselspannung auf- diagramm der F i g. 3 zu erkennen, wo sich der geladen wird, so daß der Ladekondensator 22, die Zeiger für die Spannung U_c infolge des im Verhältnis Koppelkondensatoren 18, 19, der Kollektorwider- zum Spannungsabfall U_R kleiner gewordenen Spanstand 91 und der Emitterwiderstand 92 des Transi- nungsabfalls U_c zur Mitkopplungsphasenlage geneigt stors 9 sowie der Basisschutz- und Entladewiderstand ao hat. Die höheren Frequenzen werden also zusätzlich

23 des als Gleichspannungsendverstärker dienenden verstärkt.

Transistors 24 verkleinert werden können. Da diese Sinkt die Frequenz unter die mittlere Frequenz,

Ä-C-Glieder die Lade- und Entladezeiten des Kon- dann steigt der Blindwiderstand des Kondensators 14

densators 22 bestimmen, wird durch diese Maß- und damit der Spannungsabfall U_c. Die Folge ist,

nähme bereits eine erhebliche Verkürzung der Ab- 25 wie F i g. 4 zeigt, daß der Phasenwinkel ψ kleiner

schaltzeit erreicht. wird als 90° und sich der Zeiger für die Spannung U₂

Das weitere Kombinationsmerkmal der Erfindung zur Gegenkopplungsphasenlage neigt. Alle tiefen Frebesteht aus einer Vorrichtung zur Amplituden- quenzen werden also stark unterdrückt.
anhebung der hohen und Absenkung der tiefen Fre- Die Größe der Mit- und Gegenkopplung kann mit quenzen. Bei dem besonders vorteilhaften Ausfüh- 30 dem Potentiometer 17 eingestellt werden. Es ist jerungsbeispiel der F i g. 1 sind die beiden vorerwähn- doch darauf zu achten, daß bei der Mitkopplung und ten, sich in ihrer Polarität zu einem vorgegebenen damit bei der Anhebung der gewünschtem hohen Bezugspotential gegenphasig verhaltenden Ausgangs- Frequenzen ein Sicherheitsabstand von der Selbstpotentiale an den Punkten 10, 11 der Verstärker- erregungsgrenze des Verstärkers eingehalten wird. Da stufe 9 an die Reihenschaltung eines Blindwiderstan- 35 die vorbeschriebene Phasenbrücke unabhängig von des 14 und eines Wirkwiderstandes 15 angeschlossen, der Verstärkereingangsamplitude ist, kann die Größe wobei die elektrische Mitte 13 dieser Reihenschal- der Mit- und Gegenkopplung an dem Potentiometer tung mit dem Eingang 12 einer Verstärkerstufe 8 17 einmal fest eingestellt werden,
verbunden ist, und zwar im dargestellten Ausfüh- Man erkennt, daß die Amplitudenanhebung dei rungsbeispiel über einen Kondensator und ein Poten- 40 hohen Frequenzen und Absenkung der tiefen Fretiometer 17. Die Mitkopplung der hohen Frequenzen quenzen durch die vorbeschriebene Phasenbrücke und die Gegenkopplung der tiefen Frequenzen wird auf sehr einfache Weise erreicht wird, ohne daß dabei auf folgende Weise erreicht: komplizierte Siebketten od. dgl. verwendet werden

Der Wirkwiderstand 15 besteht im dargestellten müssen. Andererseits ist die vorbeschriebene Phasen-Ausführungsbeispiel aus einem rein ohmschen Wider- 45 brücke auch abwandelbar. So ist es beispielsweise stand, der Widerstand 14 aus einem Kondensator. möglich, die Reihenschaltung des Blindwiderstandes Die Größe des Blindwiderstandes 14 und des Wirk- 14 und des Wirkwiderstandes 15 statt mit einem Widerstandes 15 sind so bemessen, daß für eine mitt- kapazitiven mit einem induktiven Blindwiderstand lere Übertragungsfrequenz des Verstärkers die Größe oder einem anderen Phasenschieber zu versehen, wo· des Blind- und des Wirkwiderstandes gleich ist, also 50 bei lediglich auf richtige Phasenlage der IVfit- und R = -W . In dem Fall ist aber auch der Spannungs- Gegenkopplung zu achten ist Außerdem kann die ^mC ν * elektrische Mitte 13 zwischen den Widerständen 14, abfall U_R am Wirkwiderstand 15 gleich dem Span- 15 mit der Verstärkerstufe 7 oder der Verstärkermingsabfall U_c am Blindwiderstand 14. Da somit U_R stufe 9 verbunden werden, wobei auch hier, z. B. und U_c gleich sind und rechtwinklig aufeinander- 55 durch geeignete Wahl der Transistoren (p-n-p-Transtehen, ergibt sich an den Punkten 12 und 13 eine sistoren an Stelle von n-p-n-Transistoren), auf die Spannung IZ₈, welche im unbelasteten Zustand einen richtige Phasenlage geachtet werden muß. Auch ist Phasenwinkel von φ = 90° zu der Spannung t/, zwi- es möglich, den Punkt 13 mit dem Verstärkereinschen den Punkten 10 und 11 aufweist. An Hand des gang einer nachfolgenden Verstärkersrufe zu verbinelektrischen Zeigerdiagramms der Fig. 2 sind diese 60 den, um auf diese Weise die Mit- und Gegenkopp Verhältnisse deutlich zu erkennen. Dabei ist die lung herbeizuführen. Weiterhin ist darauf hinzu-Punktbezeichnung des Diagramms gleich derjenigen weisen, daß es beispielsweise möglich ist, an die der Fig. 1. Eine zusätzliche Phasendrehung durch Stelle des Kollektorwiderstandes 91 die Primärwickden Kondensator 16 und das Potentiometer 17 bleibt lung eines Transformators zu legen und die Sekunin vernachlässigbar kleinen Grenzen, wenn einerseits 65 därwicklung mit einer Mittelanzapfung zu versehen, der Kondensator 16, der nur dazu dient, die Gleich- welche beispielsweise an das Potential des Punktes spannung von der Basis des Transistors 8 fernzuhal- 32 geführt wird, während die Reihenschaltung dei ten, sehr viel größer als der Kondensator 14 ist und Kondensatoren 14,15 an die Außenanzapfungen der

Sekundärwicklung des Transformators geführt werden. Dabei müßte dann der Emitterwiderstand 92 mit einem Kondensator überbrückt werden. Auch in diesem Fall ist dann die Reihenschaltung des Blindwiderstandes und des Wirkwiderstandes an zwei sich in ihrer Polarität zu einem vorgegebenen Bezugspolential, nämlich dem Potential des Punktes 32, gegenphasig verhaltende Ausgangspotentiale angeschlossen. Unabhängig von diesen schaltungsmäßigen Unterschieden werden durch die beschriebene Phasenbrücke die Amplituden der von dem Geber 1 hervorgerufenen tiefen Frequenzen stark abgesenkt, die Amplituden der hohen Frequenzen jedoch stark angehoben, so daß die zur Aufladung des Kondensators 22 dienenden Spannungen im wesentlichen aus hohen Frequenzen bestehen. Dies hat zur Folge, daß die R-C-Glieder, die die Abschaltzeitkonstante bestimmen, abermals verkleinert werden können.

Das dritte Kombinationsmerkmal vorliegender Erfindung zur Herabsetzung der Zeitkonstanten besteht darin, daß zumindest die letzte Verstärkerstufe 24 derart bemessen ist, daß bereits kleine Spannungsamplituden zu einer Übersteuerung führen. Im Ausführungsbeispiel der F i g. 1 ist außer dem Transistor 24 auch der Transistor 9 stark übersteuert, so daß bereits dessen Amplituden stark begrenzt werden.

Betrachtet man hierzu beispielsweise die F i g. 5, so sind hier zunächst mit den Kurven 33 und 34 die unbegrenzten Halbwellen der Steuerspannung des Transistors 24 aufgetragen, welche gleich der Spannung des Kondensators 22 sind, da der Widerstand 23 hierfür vernachlässigbar klein ist. Die Fläche 30 zwischen den Kurven 33 und 34 müßte bei unbegrenzter Amplitude durch eine entsprechend große Kondensatorladung ausgefüllt werden. Die Kurve 38

ίο entspricht der Entladekurve des Kondensators 22 und ist für r = 1 aufgetragen. Die Kurven 35 und 36 stellen die durch die Übersteuerung begrenzten Amplituden dar. Hier braucht nur die Fläche 39 ausgeglichen zu werden. Die Kurve 37 ist ebenfalls füi τ = 1 aufgetragen und entspricht einer Entladekurve von etwa einem Siebentel der Zeitkonstanten der Kurve 38. Das Kurvenbild der F i g. 3 zeigt sehr deutlich, daß bei einer Amplitudenbegrenzung auf 2O°/o die Abschaltzeit und damit die Größe der i?-C-Glieder auf ein Siebentel verkleiner werden kann. Diese Amplitudenbegrenzung durch Übersteuerung des Verstärkers kann sowohl durch entsprechend große Vorverstärkung als auch durch entsprechende Wahl dei Betriebsspannung zwischen den Punkten 31, 32 und auch durch entsprechende Dimensionierung dei Widerstände 23, 25, 91, 92 erreicht werden.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Schaltverstärker für elektronische Fadenwächter, bei dem die vom laufenden Faden hervorgerufenen Wechselspannungen nach Gleichrichtung zur Aufladung eines das Abschaltelement einer Textilmaschine steuernden Speicherkondensators dienen, gekennzeichnet durch die Kombination folgender für sich be- « kannter Merkmale: daß dem Speicherkondensator (22) ein Vollweggleichrichter (21) sowie eine Vorrichtung (14 bis 17) zur Amplitudenanhebung der hohen und Absenkung der tiefen Frequenzen vorgeschaltet ist und daß zumindest die letzte »5 Verstärkerstufe (24) derart bemessen ist, daß bereits kleine Spannungsamplituden zu einer Übersteuerung führen.

2. Schaltverstärker für elektronische Fadenwächter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich- *° net, daß zur Amplitudenanhebung der hohen und Absenkung der tiefen Frequenzen zwei sich in ihrer Polarität zu einem vorgegebenen Bezugspotential gegenphasig verhaltende Ausgangspotentiale (10, 11) einer Verstärkerstufe (9) an »5 die Reihenschaltung eines Blindwiderstandes (14) und eines Wirkwiderstandes (IS) angeschlossen sind, wobei die elektrische Mitte (13) dieser Reihenschaltung mit dem Eingang (12) einer Verstärkerstufe (8) derart verbunden ist, daß für die 3< > hohen Frequenzen eine Mitkopplung und für die tiefen Frequenzen eine Gegenkopplung entsteht.