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Dokumentenidentifikation DE69425437T2 25.01.2001
EP-Veröffentlichungsnummer 0711984
Titel RESTDRUCKWANDLER
Anmelder Nagano Keiki Seisakusho Ltd., Tokio/Tokyo, JP;
The Nippon Signal Co., Ltd., Tokio/Tokyo, JP
Erfinder ICHIKAWA, Masato, Ohta-ku, Tokyo 143, JP;
FUTSUHARA, K., Saitama-ken 338, JP;
SAKAI, M., Saitama-ken 338, JP
Vertreter HOFFMANN · EITLE, 81925 München
DE-Aktenzeichen 69425437
Vertragsstaaten DE, FR, GB
Sprache des Dokument EN
EP-Anmeldetag 30.05.1994
EP-Aktenzeichen 949164149
WO-Anmeldetag 30.05.1994
PCT-Aktenzeichen JP9400858
WO-Veröffentlichungsnummer 9533190
WO-Veröffentlichungsdatum 07.12.1995
EP-Offenlegungsdatum 15.05.1996
EP date of grant 02.08.2000
Veröffentlichungstag im Patentblatt 25.01.2001
IPC-Hauptklasse G01L 19/12
IPC-Nebenklasse G01L 9/00   G06F 11/00   

Beschreibung[de]
Technisches Gebiet

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Restdrucksensor, welcher ein Bourdon-Rohr bzw. Federrohr verwendet, um einen Druckabfall zu messen. Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf einen Restdrucksensor, welcher geeignet ist zum Schutz von Systemen, wie sie unter Kapitel 9 der britischen Norm BS 5304 fallen, zur fehlersicheren Verifizierung der Unterbrechung der Zuführung von Antriebsleistung an hydraulisch angetriebene Maschinen. Darüber hinaus bezieht sich die vorliegende Erfindung auf eine Überwachungsvorrichtung mit einem Restdrucksensor, zur Überwachung, ob ein Restdrucksensor normal oder fehlerhaft ist.

Stand der Technik

In solchen Fällen, wo z. B. Wartungsarbeiten durchgeführt werden an einem beweglichen Teil einer Maschine, das in einem angehaltenen Zustand ist, oder bei Vorgängen, wo ein bewegliches Teil der Maschine und ein Bediener abwechselnd zusammenarbeiten, sind Sicherheitsmaßnahmen zum Schutz des Bedieners vor Unfällen sehr wichtig. Im Fall z. B. von hydraulisch betriebenen Maschinen können Sicherheitsmaßnahmen ergriffen werden, die ein Verfahren involvieren, bei dem es einem Bediener nur dann gestattet ist, sich einem beweglichen Teil einer Maschine zu nähern, wenn verifiziert wurde, dass die Druckquelle unterbrochen worden ist und somit dem beweglichen Teil der Maschine kein Druck zugeführt wird. In diesem Fall kann ein Sicherheitssystem in Betracht gezogen werden, bei dem das Vorliegen oder Nichtvorliegen einer Druckzuführung zum beweglichen Teil der Maschine z. B. durch einen Restdrucksensor überwacht wird, und der Bediener durch die Anzeige einer Lampe oder dergleichen gewarnt wird.

Als Druckerfassungssensor, der geeignet ist für solche Arten von Sicherheitssystemen, gibt es den Restdrucksensor, der von den vorliegenden Erfindern in der ungeprüften japanischen Patentveröffentlichung mit der Nr. 6-307952 vorgeschlagen wurde.

Dieser Restdrucksensor hat ein Druckerfassungsrohr (Bourdon- Rohr bzw. Federrohr), das ungefähr in C-Form gebogen ist, mit einem geschlossenen Ende, das proportional zum eingeführten Druck verschoben wird und mit einer Platte ausgestattet ist, die einen Schlitz hat. Darüber hinaus beinhaltet die Konstruktion einen Fotokoppler, der gegenüberstehende Lichtaussende- und Lichtempfangs-Elemente umfasst, wobei die Platte dazwischen angeordnet ist, mit einem Ausgang aus dem Fotokoppler, und geklemmt auf eine Versorgungsspannung und gleichgerichtet mittels einer Spannungsdoppler- Gleichrichterschaltung.

Im Betrieb steht das Druckerfassungsrohr in Verbindung mit einem Druckversorgungsrohr zur Zuführung von Druck aus einer Druckquelle an einen beweglichen Teil einer Maschine. In diesem Zustand, wenn es keinen Druck gibt in dem Druckversorgungsrohr, so dass der in das Druckerfassungsrohr eingeführte Druck praktisch Null ist, wird das geschlossene Ende des Druckerfassungsrohres nicht verschoben und ein Wechselstrom-Lichtstrahl aus einem Lichtaussendeelement, welches durch ein Wechselstrom-Signal aus einem Signalgenerator angetrieben wird, wird von dem Lichtempfangs- Element über den Schlitz der Platte empfangen. Als Ergebnis wird eine Wechselstrom-Ausgabe aus dem Fotokoppler erzeugt, so dass ein elektrisches Ausgangssignal einer höheren Pegelbedingung (Logikwert "1") als die Versorgungsspannung durch die Spannungsdoppler-Gleichrichterschaltung erzeugt wird, und eine Anzeigelampe aufleuchtet, um anzuzeigen, dass kein Druck vorliegt (der bewegliche Teil der Maschine angehalten ist).

Andererseits, wenn dem beweglichen Abschnitt der Maschine Druck zugeführt wird, so dass sich der bewegliche Teil der Maschine in einem Betriebszustand befindet, wird auch in das Druckerfassungsrohr Druck eingeführt, wodurch sein geschlossenes Ende proportional zum eingeführten Druck verschoben wird. Aufgrund dieser Verschiebung des geschlossenen Endes wird auch die Platte verschoben, wodurch der aus dem Lichtaussende-Element um Lichtempfangs-Element ausgesendete Strahl unterbrochen wird. Als Ergebnis wird von dem Fotokoppler kein Wechselstrom-Ausgangssignal erzeugt, und folglich wird von der Spannungsdoppler-Gleichrichterschaltung keine Ausgabe eines höheren Pegels als die Versorgungsspannung erzeugt (die Ausgabe der Gleichrichterschaltung nimmt einen Zustand niedrigen Pegels des Logikwertes "0") an, so dass die Anzeigelampe nicht leuchtet, womit ein Druck (beweglicher Teil der Maschine ist beweglich) angezeigt wird.

Da zum Zeitpunkt eines Fehlers die Ausgabe aus dem Ausgangsanschluss der Gleichrichterschaltung die gleiche Form hat (Logikwert "0") wie für einen Druck (entsprechend einer Gefahrenbedingung), ist die Konstruktion bei diesem Restdrucksensor fehlersicher.

Wenn jedoch bei dem zuvor erwähnten Restdrucksensor die Druckversorgung zum beweglichen Teil der Maschine angehalten ist, wird das geschlossene Ende des Druckerfassungsrohres durch den Abfall des Rohrdrucks allmählich verschoben. In diesem Fall, während der Verschiebung des Druckerfassungsrohres, streut das Licht aus dem Lichtaussende-Element durch den Schlitz der Platte an der Spitze des Druckerfassungsrohres mit der Bewegung der Platte, und an dem Punkt, wo der Lichtempfangspegel der Lichtempfangs-Elemente einen bestimmten Wert überschreitet, wird eine Ausgabe für eine Hochpegel-Bedingung für fehlenden Druck durch die Gleichrichterschaltung erzeugt. Es besteht daher das Problem, dass eine Ausgabe für keinen Restdruck erzeugt wird, bevor der Restdruck in dem Druckerfassungsrohr vollständig bei Null liegt.

Dann, in dem Fall, wo z. B. der Druckeinlass des Druckerfassungsrohres des Restdrucksensors durch Fremdkörper verstopft wird, so dass kein Druck eingeführt werden kann, wird die Anzeige, dass kein Druck vorliegt, mit einem System zur Überwachung des Restdrucks eines beweglichen Teils einer Maschine unter Verwendung eines solchen Restdrucksensors fortgesetzt. In diesem Fall gibt es somit das Problem, dass eine Null-Druck-Anzeige (Sicherheit) fortgesetzt wird, was dem Bediener Sicherheit anzeigt, obwohl dem beweglichen Teil der Maschine Druck zugeführt wird. Dementsprechend ist es bei einem solchen System sehr wichtig, als Sicherheitsmaßnahme Fehler in dem Restdrucksensor zu überwachen.

Als Drucksensor, der ein Bourdon-Rohr bzw. Federrohr verwendet, gibt es eine von Futsuhara und Sugimoto et. al. vorgeschlagene Vorrichtung (ungeprüfte japanische Patentanmeldung Nr. 6-288849).

Bei diesem Drucksensor ist die Konstruktion so, dass wenn Druck, der einem beweglichen Teil einer Maschine aus einer Druckquelle zugeführt wird, in ein Druckerfassungsrohr (Bourdon-Rohr) eingeführt wird, das geschlossene Ende des Druckerfassungsrohres so verschoben wird, dass ein auf seiner Spitze vorgesehenes Glied in Druckeingriff gebracht wird mit einem freien Ende einer Cantilever-Feder, welche durch einen Oszillator erregt wird. Die Schwingung der Cantilever-Feder wird somit angeschalten, wodurch eine Ausgabe (die einen niedrigen Pegel gibt) aus einem an der Cantilever-Feder befestigten Schwingungselement unterbrochen wird und folglich vor Druck (der bewegliche Teil der Maschine ist beweglich) gewarnt wird. Andererseits, wenn die Druckzuführung zum beweglichen Teil der Maschine angehalten wird, so dass der Druck innerhalb des Druckerfassungsrohres abfällt, kehrt das geschlossene Ende in die ursprüngliche Position zurück, womit der Eingriff mit dem freien Ende der Kantilever-Feder freigegeben wird. Die Kantilever-Feder schwingt somit, so dass eine Ausgabe einer Hochpegelbedingung aus dem Schwingungselement ausgegeben wird, womit ein fehlender Druck angezeigt wird (beweglicher Teil der Maschine angehalten).

Auch bei diesem Drucksensor gibt es ähnliche Probleme wie bei dem zuvor beschriebenen Restdrucksensor.

Die vorliegende Erfindung berücksichtigt die zuvor erwähnte Situation bei der Aufgabe ihres ersten Aspektes, nämlich der Schaffung eines Restdrucksensors, welcher keine Ausgabe für fehlenden Restdruck erzeugt, bis der Restdruck vollständig verschwunden ist. Darüber hinaus ist es eine Aufgabe eines zweiten Aspektes der vorliegenden Erfindung, eine Überwachungsvorrichtung eines Restdrucksensors zu schaffen, in einem System, welches eine Druckversorgungs- Steuervorrichtung beinhaltet zur Durchführung einer Druckzuführung an einen beweglichen Abschnitt einer Maschine beim Zuführen von elektrischer Leistung und zum Anhalten der Druckzuführung beim Fehlen von elektrischer Leistung, welche überwacht, ob der Restdrucksensor normal oder fehlerhaft ist, durch Überwachung der Energieversorgungsbedingung der Druckversorgungs-Steuervorrichtung und der Betriebsbedingung des Restdrucksensors.

Die ungeprüfte japanische Patentveröffentlichung JP-A- 58060233 offenbart eine Drucküberwachungsvorrichtung, bei welcher nicht nur der Druckwert, sondern auch die zeitliche Veränderungsgeschwindigkeit des Drucks überwacht wird.

US-A-4 599 902 offenbart einen Drucksensor der Art, welche ein Bourdon-Rohr und einen optischen Verschluss hat.

JP-A-57059134 offenbart einen Öldruck-Alarmvorrichtung für ein Fahrzeug, wobei eine Öldruck-Erfassungsschaltung mit einer Unterscheidungsschaltung verbunden ist. Die Unterscheidungsschaltung umfasst eine Verzögerungsschaltung und eine Logikvorrichtung zur Bildung der logischen Kombination des zeitlich verzögerten Ausgangssignals und des Ausgangssignals der Druckerfassungsschaltung.

Offenbarung der Erfindung

Ein Restdrucksensor, der ein Druckerfassungsrohr beinhaltet, mit einem geschlossenen Ende, so dass das geschlossene Ende verschoben wird mit einer Erhöhung/Verringerung des von der Öffnung eines anderen Endes eingeführten Drucks, und einen Druck/Elektrizitäts-Wandlerabschnitt zur Erfassung des Verschiebungsortes des geschlossenen Endes des Druckerfassungsrohres, und wobei der Wandlerabschnitt Wandlerschaltungen umfasst, die eine elektrische Wandlerausgabe haben, wobei die Wandlerschaltung zum Zeitpunkt einer Druckerhöhung die elektrische Wandlerausgabe in Übereinstimmung mit der Verschiebung des geschlossenen Endes verringert, und bei Druck eine Erfassungsausgabe niedrigen Pegels erzeugt, wenn das geschlossene Ende des Druckerfassungsrohres verschoben wird, und eine Erfassungsausgabe hohen Pegels, wenn das geschlossene Ende des Druckerfassungsrohres nicht verschoben wird, eine Restdruck-Beurteilungeinrichtung, die anspricht auf die Wandlerausgabe und die Erfassungsausgabe, zur Erzeugung einer Ausgabe des Logikwertes "1" entsprechend einem hohen Pegel, was keinen Restdruck anzeigt, wenn beide Ausgaben auf einem hohen Pegel größer oder gleich einem vorbestimmten Wert sind, und ansonsten eine Ausgabe des Logikwertes "0" erzeugt, entsprechend einem niedrigen Pegel, was einen Fehler anzeigt.

Auf diese Weise, wenn Druck im Druckerfassungsrohr verbleibt und die Verschiebung des geschlossenen Endes nicht angehalten ist, wird keine Ausgabe für fehlenden Restdruck erzeugt, aufgrund von Veränderungen in der Ausgabe aus dem Druck/Elektrizitäts-Wandlerabschnitt, wobei eine Ausgabe für fehlenden Restdruck nicht erzeugt wird, bis der Restdruck in dem Rohr vollständig verschwunden ist und die Ausgabe aus dem Druck/Elektrizitäts-Wandlerabschnitt konstant geworden ist. Darüber hinaus, da zum Zeitpunkt eines Sensorfehlers die Ausgabeform so wird, dass sie Gefahr anzeigt, mit Restdruck, ist die Konstruktion fehlersicher.

Der Druck/Elektrizitäts-Wandlerabschnitt kann umfassen: eine Platte, die einen Schlitz hat und an dem geschlossenen Ende des Druckerfassungsrohres festgemacht ist, um in Übereinstimmung mit der Verschiebung des geschlossenen Endes verschoben zu werden, einen Lichtsensor, der ein Lichtaussende-Element und ein Lichtempfangs-Element enthält, die gegenüberliegend mit dazwischenliegender Platte angeordnet sind, einen ersten Signalgenerator zur Zuführung eines Wechselstromsignals an das Lichtaussende-Element des Lichtsensors, zur Erzeugung eines Wechselstrom-Lichtstrahls, und eine erste Gleichrichterschaltung, um eine Wechelstrom- Ausgabe aus dem Lichtsensor auf eine Versorgungsspannung zu klemmen und gleichzurichten, wobei die Konstruktion so ist, dass wenn ein Druck im Druckerfassungsrohr kleiner oder gleich einem vorbestimmten Druck ist, der Lichtstrahl aus dem Lichtaussende-Element von dem Lichtempfangs-Element über den Schlitz empfangen wird.

In diesem Fall, statt der Zuführung eines Wechselstromsignals an ein Lichtaussende-Element, kann ein Verfahren wie jenes von Futsuhara und Sugimoto verwendet werden, mit einem vibrierenden Element, das an der Platte angebracht ist, um die Platte in eine Richtung vibrieren zu lassen, die im Wesentlichen senkrecht ist zur Lichtaussenderichtung aus dem Lichtaussende-Element, so dass das aus dem Lichtaussende- Element ausgesendete Licht moduliert wird, um Wechselstrom- Licht zu ergeben.

Mit dieser Anordnung ist es möglich zu bestimmen, ob der Schlitz abgefallen ist.

Darüber hinaus kann ein reflektierender Lichtsensor verwendet werden, wenn der Druck/Elektrizitätswandlerabschnitt umfasst: eine Platte, die an dem geschlossenen Ende des Druckerfassungsrohres festgemacht ist, um in Übereinstimmung mit der Verschiebung des geschlossenen Endes verschoben zu werden, einen Lichtsensor, der ein Lichtaussende-Element und ein Lichtempfangs-Element enthält, die auf einer Seite der Platte vorgesehen sind, einen ersten Signalgenerator zur Zuführung eines Wechselstromsignals an das Lichtaussende- Element des Lichtsensors zur Erzeugung eines Wechselstrom- Lichtstrahls, und eine erste Gleichrichterschaltung, um eine Wechselstrom-Ausgabe aus dem Lichtsensor auf eine Versorgungsspannung zu klemmen und gleichzurichten, und wobei die Konstruktion so ist, dass wenn ein Druck im Druckerfassungsrohr kleiner oder gleich einem vorbestimmten Druck ist, der Lichtstrahl aus dem Lichtaussende-Element von der Platte reflektiert wird und von dem Lichtempfangselement empfangen wird.

Darüber hinaus kann ein Zittern der Ausgabe aufgrund einer Oszillation des geschlossenen Endes des Druckerfassungsrohres verhindert werden, wenn vorgesehen wird: zwei Druck/Elektrizitäts-Wandlerabschnitte, welche jeweils elektrische Ausgangssignale eines hohen Pegels erzeugen, wenn Druckpegel kleiner oder gleich gegenseitig verschiedenen ersten und zweiten Druckpegeln vorliegen, und eine erste Selbsthalteschaltung mit einer Ausgabe aus dem Druck/Elektrizitäts-Wandlerabschnitt, der ein elektrisches Ausgabesignal bei Druckpegeln kleiner oder gleich dem ersten Druckpegel erzeugt, als Auslöseeingangssignal, und eine Ausgabe aus dem Druck/Elektrizitätswandlerabschnitt, welcher ein elektrische Ausgangssignal bei Druckpegeln kleiner oder gleich dem zweiten Druckpegel erzeugt, welcher höher ist als der erste Druckpegel, als Rücksetzeingangssignal, und welche das Auslöseeingangssignal selbst hält.

Die elektrische Ausgangsveränderungs-Erfassungsvorrichtung kann umfassen: eine zweite Signalerzeugungsvorrichtung zur Überlagerung eines Hochfrequenz-Wechselstromsignals mit einer Ausgabe aus dem Druck/Elektrizitäts-Wandlerabschnitt, eine Verstärkervorrichtung, in welche über einen Kopplungskondensator die Ausgabe aus dem Druck/Elektrizitäts- Wandlerabschnitt eingegeben wird, mit welcher das Hochfrequenzwechselstromsignal der zweiten Signalerzeugungsvorrichtung überlagert ist, und wobei die verstärkte Ausgabe gesättigt ist, wenn die Ausgabe aus dem Druck/Elektrizitäts-Wandlerabschnitt sich in einer Veränderungsbedingung befindet und eine zweite Gleichrichterschaltung um die verstärkte Wechselstromausgabe aus der Verstärkervorrichtung auf die Versorgungsspannung klemmen und gleichzurichten, wobei die Konstruktion so ist, dass die gleichgerichtete Ausgabe aus der zweiten Gleichrichterschaltung an die erste logische Produktbetriebsvorrichtung ausgegeben wird.

Darüber hinaus kann die erste logische Produktbetriebsvorrichtung aus einem fehlersicheren Fensterkomparator aufgebaut sein, der zwei Eingangsanschlüsse hat, welcher eine Wechselstromausgabe erzeugt, die höher ist als die Versorgungsspannung, wenn jedes der in die jeweiligen Eingangsanschlüsse eingegebenen Signale größer oder gleich einem vorher eingestellten unteren Schwellwert ist, und welcher bei Fehlern eine Ausgabe des Logikwertes "0" erzeugt.

Aufgrund der obigen Konstruktionen erzeugt der Restdrucksensor keine Hochpegel-Ausgabe des Logikwertes "1", was keinen Restdruck anzeigt, bis der Restdruck vollständig verschwunden ist. Daher kann in einem System, in welchem es gefährlich ist, wenn der Restdruck nicht vollständig verschwunden ist, selbst nach Abschalten der Druckversorgung an den beweglichen Teil der Maschine, die Sicherheit des Bedieners besser garantiert werden.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Fig. 1 ist eine Perspektivansicht, welche die Konstruktion einer ersten Ausführung eines Restdruck-Sensors nach einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung zeigt;

Fig. 2 ist ein elektrisches Schaltbild der ersten Ausführung;

Fig. 3 ist ein Schaltbild eines in der ersten Ausführung verwendeten Fensterkomparators;

Fig. 4(A) ist ein Beispiel einer in der ersten Ausführung verwendeten Verstärkerschaltung, während

Fig. 4(B) ein weiteres Beispiel einer Verstärkerschaltung ist;

Fig. 5 ist ein Zeitdiagramm zur Erklärung des Betriebs der ersten Ausführung;

Fig. 6 ist ein Strukturdiagramm der Hauptkomponenten einer zweiten Ausführung eines Restdrucksensors;

Fig. 7 ist ein Strukturdiagramm der Hauptkomponenten einer dritten Ausführung eines Restdrucksensors;

Fig. 8 ist ein Strukturdiagramm der Hauptkomponenten einer vierten Ausführung eines Restdrucksensors;

Fig. 9 ist ein elektrisches Schaltbild eines Druck/Elektrizitäts-Wandlerabschnitts der vierten Ausführung;

Fig. 10 ist ein Zeitdiagramm, das eine Beziehung zwischen dem Restdruck und einer Ausgabe aus dem Druck/Elektrizitäts-Wandlerabschnitt der vierten Ausführung veranschaulicht;

Fig. 11 ist ein Schaltbild, das eine erste Ausführung einer Restdrucksensor-Überwachungsvorrichtung nach einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung veranschaulicht;

Fig. 12 ist ein grundlegendes Schaltbild eines addierenden Verbindungsabschnitts für eine stromsensorseitige Ausgabe und eine Restdruck-Sensorausgabe der ersten Ausführung nach dem zweiten Aspekt;

Fig. 13 ist ein Zeitdiagramm zur Erklärung des Betriebs der ersten Ausführung nach dem zweiten Aspekt;

Fig. 14 ist eine Wahrheitstabelle, welche eine logische Beziehung zwischen einer logischen Ausgabe, die mit einer Stromflussbedingung in Beziehung steht, und einer logischen Ausgabe, die mit einer Druckzuführungsbedingung in Beziehung steht, veranschaulicht;

Fig. 15 ist ein Schaltbild einer zweiten Ausführung einer Restdrucksensor-Überwachungsvorrichtung der vorliegenden Erfindung;

Fig. 16 ist ein Schaltbild einer Gleichrichterschaltung in einer Selbsthalteschaltung in der zweiten Ausführung;

Fig. 17 ist ein Schaltbild einer dritten Ausführung einer Restdrucksensor-Überwachungsvorrichtung der vorliegenden Erfindung;

Fig. 18 ist ein Schaltbild einer vierten Ausführung der Restdrucksensor-Überwachungsvorrichtung der vorliegenden Erfindung; und

Fig. 19 ist ein Zeitdiagramm zur Erklärung des Betriebs der vierten Ausführung der Restdrucksensor- Überwachungsvorrichtung.

Ausführung der Erfindung

Es folgt eine Beschreibung von Ausführungen der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen.

Fig. 1 ist ein Strukturdiagramm einer ersten Ausführung des Restdrucksensors nach einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung.

In Fig. 1 hat ein Sockel 1 ein Druckeinlassrohr 2 in Form eines hohlen Quadratblocks, der an einem unteren Abschnitt befestigt ist. Das Druckeinlassrohr 2 dient zur Verbindung und zum Drucktransport von beispielsweise einem Versorgungsrohr (nicht abgebildet) zur Zuführung von Druck aus einer Druckquelle an einen beweglichen Abschnitt einer Maschine. Ein Ende des Druckeinlassrohres 2 ist geschlossen, während das andere Ende mit einem hohlzylindrischen Gewindeabschnitt 3 ausgestattet ist, für die Verbindung mit dem Versorgungsrohr, mit einem Druckeinlass 4, der Druck aufnimmt wenn das Rohr angeschlossen ist. Ein Druckerfassungsrohr 5, welches ungefähr in C-Form gebogen ist, hat ein Sockelende, das in Verbindung steht mit und befestigt ist an dem Druckeinlassrohr 2, und ein Oberende, welches als geschlossenes Ende 5A ausgebildet ist. Die Konstruktion ist so, dass wenn über das Druckeinlassrohr 2 Druck eingeführt wird, das geschlossene Ende 5A in die Richtung des Pfeils in Fig. 1 (nach oben) verschoben wird, wenn der Druck zunimmt.

Eine Platte 6 mit einem Schlitz 7 ist an der Spitze des geschlossenen Endes 5A des Druckerfassungsrohres 5 angebracht, ungefähr parallel zur Richtung der Verschiebung des geschlossenen Endes 5A. Darüber hinaus ist ein Fotokoppler 8, der als Lichtsensor dient, und der ein Lichtaussende-Element 8a und ein Lichtempfangs-Element 8b hat, die gegenüberliegend mit der dazwischenliegenden Platte 6 angeordnet sind, an dem Sockel 1 befestigt.

Wie in Fig. 2 gezeigt ist, wird das Lichtaussende-Element 8a des Fotokopplers 8 durch ein Wechselstromsignal aktiviert, das aus einem ersten Signalgenerator 9 über einen Stromreduktions-Widerstand R1 zugeführt wird, um einen Wechselstrom-Lichtstrahl zu erzeugen. Das Lichtempfangs- Element 8b hat eine Versorgungsspannung Vcc, die beispielsweise über einen Widerstand R2 an den Kollektor angelegt wird, und erzeugt aus einem Punkt Z1 in Fig. 2 ein elektrisches Ausgangssignal, proportional zur Menge des empfangenen Lichtes. Das von dem Lichtempfangselement 8b empfangene Signal wird von einer Spannungskoppler- Gleichrichterschaltung 10, die als erste Gleichrichterschaltung dient und Kondensatoren C1, C2 und Dioden D1, D2 umfasst, gleichgerichtet. Hierbei bilden die Platte 6, der Fotokoppler 8, der erste Signalgenerator 9 und die Spannungsdoppler-Gleichrichterschaltung 10 einen Druck/Elektrizitäts-Wandlerabschnitt.

Ein Ausgangsanschluss 22 der Spannungsdoppler- Gleichrichterschaltung 10 ist über einen Widerstand R3 mit einem Eingangsanschluss A eines fehlersicheren Zweieingangs- Fensterkomparators WC1 verbunden. Der Fensterkomparator WC1 entspricht einer ersten Logikprodukt-Betriebsvorrichtung.

Der fehlersichere Zweieingangs-Fensterkomparator WC1 wird beispielsweise in dem US-Patent 4,661,880 offenbart, und in Aufsätzen, wie jenem von M. Kato, M. Sakai, K. Futsuhara usw. mit dem Titel "LSI Implementation and Safety Verification of Window Comparation Used in Fail-Safe Multiple-Valued Logic Operation" (IEICE TRANS. ELECTRON., Band E76-C, Nr. 3, März 1993).

Der Zweieingangs-Fensterkomparator WC1, der in Fig. 3 gezeigt ist, umfasst Widerstände R11 ~ R28 und Transistoren Q1 ~ Q7. Die Eingangsanschlüsse A, B haben Schwellwerte mit jeweiligen Ober- und Untergrenzen. Wenn ein Signal, das einen Eingangspegel innerhalb der jeweiligen Schwellwertbereiche hat, an jeden der Eingangsanschlüsse A, B angelegt wird, tritt eine Hochfrequenz-Oszillation auf, um ein Wechselstromausgangssignal zu erzeugen.

Das bedeutet, dass die Konstruktion so ist, dass mit jeweiligen Eingangsspannungen der Eingangsanschlüsse A, B als V1, V2 und der Versorgungsspannung als Vcc, eine Oszillation nur auftritt, wenn die jeweiligen Eingangssignale folgende Bedingungen erfüllen.

(R11 + R12 + R13)Vcc/R13 < V1 < (R16 + R17)Vcc/R17 (1)

(R21 + R22 + R23)Vcc/R23 < V2 < (R26 + R27)Vcc/R27 (2)

Ein zweiter Signalgenerator 11 dient der Erzeugung eines Wechselstromsignals. Dieses Wechselstromsignal wird mit einem Ausgangssignal e&sub1; aus der Spannungsdoppler- Gleichrichterschaltung 10 überlagert, über einen Kondensator C3 und eine Widerstand R4. Der erste Signalgenerator 9 kann als zweiter Signalgenerator 11 verwendet werden.

Ein Verstärker 12 verstärkt das Ausgangssignal e&sub1; aus der Spannungsdoppler-Gleichrichterschaltung 10, dem das Wechselstromsignal überlagert wurde, und welches mittels eines Kopplungskondensators C4 eingegeben wird. Der Verstärker 12 und der Kondensator C4 bilden zusammen eine Breitband-Verstärkerschaltung. Sie verstärkt auch die langsamen Fluktuationen, die im Ausgangssignal e&sub1; aus der Spannungsdoppler-Gleichrichterschaltung 10 auftreten, welche die Ausgangsfrequenz des zweiten Signalgenerators 11 begleiten, und die Druckänderungen (Verschiebung des Druckerfassungsrohres 5).

Der Verstärker 12, wie er beispielsweise in Fig. 4(A) gezeigt ist, ist ein bekannter Verstärker, der eine Emitter- Verstärkerschaltung und eine Emitter-Folger- Verstärkerschaltung umfasst, mit Widerständen R31 ~ R35 und Kondensatoren Q11, Q12. Ein Verstärker 12', wie er in Fig. 4(B) gezeigt ist, der eine FET-Verstärkerschaltung und eine Emitterfolger-Verstärkerschaltung umfasst, mit Widerständen R36 ~ R40, einem Feldeffekt-Transistor (FET) Q13 und einem Transistor (Q14), kann auch verwendet werden.

Eine Spannungsdoppler-Gleichrichterschaltung 13, welche als zweite Gleichrichterschaltung dient, umfasst zwei Kondensatoren C5, C6 und zwei Dioden D3, D4. Ein Ausgangssignal e&sub2; aus dem Verstärker 12 wird auf die Versorgungsspannung Vcc geklemmt. Die Kondensatoren C5, C6 werden so eingestellt, dass sie das Wechselstromsignal der Ausgangsfrequenz ω aus dem zweiten Signalgenerator 11 gleichrichten, und ein Gleichstrom-Ausgangssignal e&sub3; erzeugen, wobei das langsame Fluktuationssignal (Ausgangssignal e&sub1; aus der Spannungsdoppler- Gleichrichterschaltung 10), das die Druckveränderungen begleitet, durch den Kopplungskondensator C5 blockiert wird. Folglich hat die Spannungsdoppler-Gleichrichterschaltung 13 eine Gleichrichterfunktion und eine Filterfunktion, welche Hochfrequenz-Signale passieren lässt. Das Ausgangssignal e&sub3; aus der Spannungsdoppler-Gleichrichterschaltung 13 wird dem anderen Eingangsanschluss B des Fensterkomparators WC1 eingegeben. Hierbei bilden der zweite Signalgenerator 11, der Verstärker 12 und die Spannungsdoppler-Gleichrichterschaltung 13 die elektrische Ausgabenveränderungs- Erfassungsvorrichtung.

Eine Spannungsdoppler-Gleichrichterschaltung 14 hat eine ähnliche Konstruktion wie die Spannungsdoppler- Gleichrichterschaltung 10. Sie klemmt das oszillierende Ausgangssignal aus dem Fensterkomparator WC1 auf die Versorgungsspannung Vcc, um ein Ausgangssignal e&sub4; zu erzeugen.

Hierbei, wenn der obere Grenzschwellwert des Eingangsanschlusses A des Fensterkomparators WC1 als Th1AH bezeichnet wird, und der untere Grenzschwellwert als Th1AL, und der obere Grenzschwellwert des Eingangsanschlusses B als Tha1BH, und der unter Grenzschwellwert als Th1BL bezeichnet wird, führt der Fensterkomparator WC1 die folgende Schwellwert-Operation durch, abhängig von den Eingangspegeln der jeweiligen Eingangssignale e&sub1; und e&sub3;.

F = FA · FB

wobei FA = 1 (Th1AH ≥ e&sub1; ≥ Th1AL)

= 0 (Th1AH < e&sub1;, oder Th1AL > e&sub1;) (3)

und FB = 1 (Th1BH ≥ e&sub3; ≥ Th1BL)

= 0 (Th1BH < e&sub3;, oder Th1BL > e&sub3;)

Hierbei ist F das logische Produkt, das aus dem Fensterkomparator WC1 ausgegeben wird, FA ist das logische Eingangssignal, das dem Eingangsanschluss A eingegeben wird, und Fa ist das logische Eingangssignal, das dem Eingangsanschluss B eingegeben wird. Das Symbol " " bezeichnet das logische Produkt.

Dementsprechend, wenn mit der Spannungsdoppler- Gleichrichterschaltung 14 die logische Binärausgabe F1 ist, so dass der Fensterkomparator WC1 oszilliert (wenn F = 1), wird das Ausgangssignal e&sub4; als Ausgabe mit Logikwert "1" (F1 = 1) eines höheren Pegels als die Versorgungsspannung Vcc erzeugt, während, wenn der Fensterkomparator WC1 nicht oszilliert (wenn F = 0), was zu einem niedrigen Pegel (Versorgungsspannung Vcc führt), das Ausgangssignal e&sub4; als Ausgabe mit Logikwert "0" (F = 0) erzeugt wird.

Der Betrieb der Schaltung der ersten Ausführung wird nun unter Bezugnahme auf das Zeitdiagramm der Fig. 5 beschrieben.

Unter Druckbedingungen, bei welchen dem beweglichen Abschnitt der Maschine Druck zugeführt wird, wird der Lichtstrahl aus dem Lichtaussende-Element 8a an das Lichtempfangselement 8b durch die Platte 6 unterbrochen, aufgrund der Verschiebung des Druckerfassungsrohres 5, so dass die Ausgabe aus dem Fotokoppler 8 verschwindet, und der Pegel des Ausgangssignals e&sub1; aus der Spannungsdoppler-Gleichrichterschaltung 10 einen niedrigen Pegel annimmt (Versorgungsspannung Vcc). Wenn unter dieser Bedingung die Druckzuführung zum beweglichen Abschnitt der Maschine angehalten wird, führt eine drucklose Bedingung dazu, dass das Druckerfassungsrohr 5 durch den in ihm abfallenden Druck allmählich in seine Ursprungsposition verschoben wird. Während des Verlaufs dieser Verschiebung nimmt die Lichtmenge, welche von dem Lichtempfangs-Element 8b über den Schlitz 7 empfangen wird, mit der Bewegung der Platte 6 allmählich zu, so dass der Pegel des Ausgangssignals e&sub1; aus der Spannungsdoppler-Gleichrichterschaltung 10 ebenfalls langsam zunimmt, und an dem Punkt einen konstanten Wert annimmt, an dem der Druck innerhalb des Druckerfassungsrohres 5 vollständig verschwunden ist. Das Ausgangssignal aus dem zweiten Signalgenerator 11 wird durch die Widerstände R3 und R4 in der Spannung geteilt, und dem Ausgangssignal e&sub1; aus der Spannungsdoppler- Gleichrichterschaltung 10 überlagert, und über den Kondensator C4 in den Verstärker 12 eingegeben. Wenn dieses überlagerte Signal als e&sub0; bezeichnet wird, wird der Zustand des Eingangssignals in den Verstärker 12 in Fig. 5(a) gezeigt. In Fig. 5 ist t&sub1; die Zeit, bei der der Lichtstrahl zum ersten Mal den Schlitz 7 passiert, während t&sub3; die Zeit ist, zu der der Druck innerhalb des Druckerfassungsrohres 5 vollständig verschwunden ist.

Wenn mit dem Verstärker 12 die Gleichstrom-Komponente des Eingangssignals (Ausgangssignal e1 der Spannungsdoppler- Gleichrichterschaltung) konstant ist bezüglich eines Arbeitspunktes VB, wird das Wechselstromkomponenten-Signal e&sub0; verstärkt und ausgegeben (die verstärkte Ausgabe zu diesem Zeitpunkt wird als Ge&sub0; gezeigt, wobei G die Verstärkung ist). Darüber hinaus, wenn die Gleichstromkomponente des Eingangssignals sich verändert, wird dies verstärkt und erreicht den Sättigungspegel, und das Wechselstrom- Verstärkungssignal Ge&sub0; verschwindet.

Dementsprechend, während der Ausgang aus dem Verstärker 12 gesättigt ist, in Begleitung der Veränderungen des Ausgangssingals e&sub1; aus der Spannungsdoppler- Gleichrichterschaltung 10 (vom Zeitpunkt t1' zum Zeitpunkt t4), verschwindet dann, wie in Fig. 5(b) gezeigt, die Wechselstrom-Signalkomponente des Signalgenerators 11 in der Ausgabe aus dem Verstärker 12. Darüber hinaus, selbst nachdem das Ausgangssignal e&sub1; aus der Spannungsdoppler- Gleichrichterschaltung 10 konstant geworden ist, tritt die Wechselstromsignal-Komponente Ge&sub0; nicht auf während der Zeit, die durch eine Zeitkonstante τ des Kopplungskondensators C4 und des Eingangswiderstandes des Verstärkers 12 bestimmt wird, aber tritt auf nach dem Punkt, an dem diese Zeit abgelaufen ist. Zum Zeitpunkt der Veränderung von der drucklosen Bedingung zur Druckbedingung verschwindet auf ähnliche Weise die Wechselstromsignal-Komponente des Signalgenerators 11 während der Zeit t5 ~ t6.

Mit der Spannungsdoppler-Gleichrichterschaltung 13 wird die elektrostatische Kapazität der Kondensatoren C5, C6 so eingestellt, dass das Wechselstromsignal der Frequenz aus dem zweiten Signalgenerator 11 gleichgerichtet wird. Daher nimmt in den verstärkten Ausgabeperioden (t1' ~ t4 und t5 ~ t6), die in Fig. 5(c) gezeigt sind, in denen es keine Wechselsstromsignal-Komponente Ge&sub0; gibt, das Ausgangssignal e&sub3; aus der Spannungsdoppler-Gleichrichterschaltung 13 einen niedrigen Pegel an (Versorgungsspannung Vcc).

Dementsprechend, während der Veränderung von der Druckbedingung zur drucklosen Bedingung, dann während der Verringerung des Drucks innerhalb des Druckerfassungsrohres 5 (Zeit t&sub2; in Fig. 5(a)), wird der Ausgangspegel der Spannungsdoppler-Gleichrichterschaltung 10 gleich einem Wert oberhalb des unteren Grenzschwellwertes Th1AL des Eingangsanschlusses A des Fensterkomparators WC1. Zu diesem Zeitpunkt ist jedoch das Ausgangssignal e&sub3; aus der Spannungsdoppler-Gleichrichterschaltung 13 auf einem niedrigeren Pegel als der untere Grenzschwellwert Th1BL des Eingangsanschlusses B des Fensterkomparators WC1, so dass aus dem Fensterkomparator WC1 kein Ausgangssignal erzeugt wird. Danach, und ein wenig nachdem der Restdruck innerhalb des Druckerfassungsrohres 5 vollständig zu Null wird (Ausgangssignal e&sub1; konstant), als Zeitpunkt t4' in Fig. 5(c) gezeigt, wird die Ausgabe aus der Spannungsdoppler- Gleichrichterschaltung 13 größer oder gleich dem unteren Grenzschwellwert Th1BL des Eingangsanschlusses B, so dass eine oszillierende Ausgabe aus dem Fensterkomparator WC 1 erzeugt wird, was bewirkt, dass das Ausgangssignal e&sub4; aus der Spannungsdoppler-Gleichrichterschaltung 14 einen hohen Pegel annimmt (F1 = 1) und an diesem Punkt gibt es eine Ausgabe, die anzeigt, dass es keinen Restdruck gibt. Das bedeutet, dass das Ausgabesignal mit hohem Pegel F1 = 1 stets eine Zeitverzögerung τ hat, nachdem der Restdruck zu Null wird.

Darüber hinaus, zum Zeitpunkt der Veränderung vom drucklosen Zustand in den Druckzustand (Zeitpunkt t&sub5; in Fig. 5), wird der Pegel des Ausgangssignals e&sub1; aus der Spannungsdoppler- Gleichrichterschaltung 10 sofort kleiner als der untere Grenzschwellwert Th1AL des Eingangsanschlusses A des Fensterkomparators WC1. Daher nimmt das Ausgangssignal e&sub4; aus der Spannungsdoppler-Gleichrichterschaltung 14 einen niedrigen Pegel an (F1 = 0), wobei diese Ausgabe Druck anzeigt.

Mit dem Schaltungsaufbau der oben beschriebenen Ausführung wird das Signal F1 = 1, welches einen Restdruck von Null anzeigt, von der Spannungsdoppler-Gleichrichterschaltung 14 nicht erzeugt, bis die Verschiebung des geschlossenen Endes 5A des Druckerfassungsrohres 5 vollständig aufgehört hat, d. h. der Restdruck vollständig bei Null ist. Daher, ist die Anordnung im Hinblick auf die Bedienersicherheit der konventionellen Anordnung weit überlegen, bei der die Ausgabe für einen Restdruck von Null erzeugt wird, bevor der Druck vollständig verschwunden ist.

Darüber hinaus sind bei der Schaltung der Fig. 2 die Spannungsdoppler-Gleichrichterschaltung 10, 13 und 14 so konstruiert, dass zum Zeitpunkt eines Fehlers ein Ausgangssignal hohen Pegels (was Sicherheit anzeigt) nie erzeugt wird. Ferner ist der Breitband-Verstärker, der durch den Kondensator C4 und den Verstärker 12 gebildet wird, auch eine Schaltung, welche zum Zeitpunkt eines Fehlers kein Wechselstrom-Ausgangssignal erzeugt. Zum Beispiel, wenn im Kondensator C4 ein Kurzschluss auftritt, wird die Versorgungsspannung Vcc direkt an die Eingangsseite des Verstärkers 12 mittels der Dioden D1, D2 der Spannungsdoppler-Gleichrichterschaltung 10 und des Widerstands R3 angelegt, so dass das Signal e&sub0; nicht verstärkt und ausgegeben werden kann. Darüber hinaus, wenn im Fensterkomparator WC1 ein Fehler auftritt, wird kein oszillierendes Ausgangssignal erzeugt. Dementsprechend ist die Schaltung der vorliegenden Ausführung eine fehlersichere Schaltung, welche beim Auftreten eines Fehlers kein Ausgangssignal des Logikwertes "1" erzeugt, was einen fehlenden Restdruck (Sicherheit) anzeigt.

Der obere Grenzschwellwert des Fensterkomparators WC1 ist nicht immer notwendig. Dementsprechend kann der obere Grenzschwellwert auf einen ausreichend hohen Pegel eingestellt werden.

In dem Fall, in dem ein Transmissions-Lichtsensor in der oben beschriebenen Form verwendet wird, wobei zum Zeitpunkt fehlenden Drucks Licht von dem Lichtempfangs-Element 8b über den Schlitz 7 empfangen wird, um so den fehlenden Druck zu erfassen, wird dann, wenn die Platte 6 vom geschlossenen Ende 5A des Druckerfassungsrohres abfällt, das aus dem Lichtaussende-Element 8a ausgesendete Licht stets von dem Lichtempfangs-Element 8b empfangen, was zu einer gefährlichen Situation führt, bei der Sicherheit angezeigt wird.

Daher, wenn ein Transmissionslichtsensor verwendet wird, kann die Lichtquelle ein Gleichstromlicht sein, mit einer Konstruktion gemäß einer in Fig. 6 gezeigten zweiten Ausführung, wobei ein Oszillator 81 an der Platte 6 angebracht ist. Der Oszillator 81 wird von einem Signalgenerator 82 betrieben, um die Platte 6 fortwährend auf eine höhere Frequenz anzuregen als den Lichtstrahl des Lichtaussende-Elementes 8a, und in eine Richtung, die im Wesentlichen senkrecht liegt zur Lichtaussende-Richtung des Lichtaussende-Elementes 8a, wodurch der Lichtstrahl aus dem Lichtaussende-Element 8a moduliert wird. In diesem Fall ist die Zeitkonstante der Gleichrichterschaltung 10 so eingestellt, dass sie zur Oszillationsfrequenz des Oszillators 81 passt.

Bei einer solchen Konstruktion wird das Laden/Entladen der Kondensatoren C1, C2 der Gleichrichterschaltung 10 nur dann ausgeführt und ein elektrisches Ausgangssignal hohen Pegels nur dann am Ausgangsanschluss 22 der Gleichrichterschaltung 10 erzeugt, wenn ein von den Oszillationen der Platte 6 modulierter Lichtstrahl von dem Lichtempfangs-Element 8b empfangen wird. Wenn die Platte 6 abfällt, womit die Modulation aufhört, wird keine hohe Spannung überhalb der Versorgungsspannung Vcc am Ausgangsanschluss 22 der Gleichrichterschaltung 10 erzeugt, obwohl das Licht aus dem Lichtaussende-Element an das Lichtempfangs-Element 8b übertragen wird, so dass eine fehlerhafte Ausgabe hohen Pegels, welche ein Fehlen von Druck anzeigt, obwohl es einen Druck gibt, nicht erzeugt wird.

Die obigen Ausführungen veranschaulichen beide einen Transmissions-Lichtsensor. Es ist jedoch auch möglich, einen Reflektions-Lichtsensor nach einer in Fig. 7 gezeigten dritten Ausführung zu verwenden, bei der eine Platte 6' ohne Schlitz an dem geschlossenen Ende 5A des Druckerfassungsrohres 5 angebracht ist, und ein Fotokoppler 8' angeordnet ist, der ein Lichtaussende-Element und ein Lichtempfangs-Element hat, die auf einer Seite der Platte 6' vorgesehen sind.

Wenn es bei einer solchen Konstruktion einen Druck gibt (beweglicher Zustand des beweglichen Abschnitts der Maschine), wird die Platte 6' mit der Verschiebung des geschlossenen Endes 5A angehoben, so dass das Licht aus dem Lichtaussende-Element von der Platte 6' nicht reflektiert wird, und somit nicht an das Lichtempfangs-Element übertragen wird, was zu einer Ausgabeform niedrigen Pegels führt, die Gefahr anzeigt. Andererseits, wenn es keinen Druck gibt (Anhaltezustand für den beweglichen Abschnitt der Maschine) hört die Verschiebung des Druckerfassungsrohres 5 auf, so dass das Licht aus dem Lichtaussendeelement von der Platte 6' reflektiert wird, und an das Lichtempfangs-Element übertragen wird. Als Ergebnis wird ein elektrisches Ausgangssignal hohen Pegels, das Sicherheit anzeigt, durch die Gleichrichterschaltung 10 erzeugt.

Eine vierte Ausführung eines Restdrucksensors wird nun unter Bezugnahme auf die Fig. 8 bis 10 beschrieben. Teile, welche jenen der zuvor erwähnten Ausführungen ähnlich sind, werden durch die gleichen Symbole bezeichnet, und ihre Beschreibung wird weggelassen.

Bei der in Fig. 8 gezeigten Ausführung sind zwei Schlitze 92A, 92B in einer Platte 91 vorgesehen, die am geschlossenen Ende 5A des Druckerfassungsrohres 5 festgemacht ist, und zwei Fotokoppler 8A, 8B der gleichen Konstruktion wie der Fotokoppler 8 in Fig. 2 sind gegenüber den jeweiligen Schlitzen 92A, 92B vorgesehen. Der Schlitz 92B hat eine breitere Schlitzbreite als der Schlitz 92A, so dass das Positionsverhältnis so wird, wie es in Fig. 8 gezeigt ist, wenn der Restdruck Null ist, wie durch die gestrichelte Linie in Fig. 8 gezeigt (die Position, bei welcher der Lichtstrahl von dem Lichtempfangs-Element empfangen wird. Dieser ist verschieden von der Position, bei der der Restdruck vollständig Null ist). Die Konstruktion ist so, dass mit der Einführung von Druck und mit der Verschiebung des geschlossenen Endes 5A des Druckerfassungsrohres 5 das Licht des Fotokopplers 8A gegenüber dem Schlitz 92A als erstes von der Platte 91 unterbrochen wird, wonach das Licht des Fotokopplers 8B gegenüber dem Schlitz 92B unterbrochen wird.

Darüber hinaus, wie in Fig. 9 gezeigt, werden Ausgaben XA, XB der jeweiligen Fotokoppler 8A, 8B, welche von der Gleichrichterschaltung 10 gleichgerichtet wurden, in eine erste Selbsthalteschaltung 96 eingegeben, welche ein bekanntes fehlersicheres AND-Gatter 93 umfasst, welches beim Auftreten eines Fehlers keine Ausgabe erzeugt, sowie eine Gleichrichterschaltung 94 und einen Widerstand 95. Die Selbsthalteschaltung 96 ist mit der Ausgabe des Fotokopplers 8A als Auslöseeingabe bzw. Triggereingabe konstruiert, der Ausgabe aus dem Fotokoppler 8B als Rücksetz-Eingabe, und mit einem Selbsthalten der Auslöseeingabe durch einen Ausgang y.

Als nächstes wird der Betrieb der Schaltung unter Bezugnahme auf das Zeitdiagramm der Fig. 10 beschrieben.

Wenn der Restdruck Null beträgt, empfangen die Lichtempfangselemente 8b der Fotokoppler 8A, 8B Licht über die Schlitze 92A, 92B, so dass beide Eingänge des AND-Gatters 93 der Selbsthalteschaltung 96 einen hohen Pegel haben, und das Ausgangssignal y der Selbsthalteschaltung 96 einen Ausgang hohen Pegels des Logikwertes "1" annimmt, was Sicherheit anzeigt.

Wenn aus diesem Zustand heraus Druck zugeführt wird, wird das geschlossene Ende 5A des Druckerfassungsrohrs 5 mit steigendem Druck verschoben, so dass die Platte 91 ebenfalls in eine in Fig. 8 gezeigte Aufwärtsrichtung verschoben wird. Dann, wenn der Druck höher wird als der in Fig. 10 gezeigte Pegel Pa, bewegt sich zunächst der Schlitz 92A außerhalb des Lichtpfades des Lichtaussende-Elementes 8a des Fotokopplers 8A, so dass der Lichtstrahl unterbrochen wird. Somit verschwindet die gleichgerichtete Ausgabe XA des Fotokopplers 8A, so dass die Auslöseeingabe in die Selbsthalteschaltung 96 aufhört. Da jedoch die Auslöseeingabe von der gleichgerichteten Ausgabe aus der Gleichrichterschaltung 94 gehalten wird, der Ausgabe y der Selbsthalteschaltung 96, wird dann das Ausgangssignal y der Selbsthalteschaltung 96 auf einem Logikwert "1" gehalten. Wenn danach der Druck weiter ansteigt, um höher zu werden als PB, wird auch das Licht aus dem Fotokoppler 8B des Schlitzes 92B unterbrochen, so dass die gleichgerichtete Ausgabe XB aufhört. Als Ergebnis nimmt das Ausgangssignal der Selbsthalteschaltung 96 einen niedrigen Pegel des Logikwertes "0" an, was davor warnt, dass der bewegliche Abschnitt der Maschine sich in einem beweglichen Zustand befindet.

Danach, wenn die Druckzuführung zum beweglichen Abschnitt der Maschine angehalten wird, bewegt sich die Platte 91 aufgrund der Druckunterbrechung in die entgegengesetzte Richtung, und wenn der Restdruck unter PB fällt, wird Licht von dem Lichtempfangs-Element 8b des Fotokopplers 8B über den Schlitz 92B empfangen, und die gleichgerichtete Ausgabe XB des Fotokopplers 8B wird in das AND-Gatter 93 der Selbsthalteschaltung 96 eingegeben. Zu diesem Zeitpunkt, da die gleichgerichtete Ausgabe XA des Fotokopplers 8A noch nicht eingegeben wird, bleibt das Ausgangssignal y der Selbsthalteschaltung 96 auf dem Logikwert "0".

Dann fällt der Druck weiter ab, und wenn der Restdruck unter PA fällt, wird Licht von dem Lichtempfangs-Element 8b des Fotokopplers 8A über den Schlitz 92A empfangen, und die gleichgerichtete Ausgabe XA des Fotokopplers 8A wird ebenfalls in das AND-Gatter 93 der Selbsthalteschaltung 96 eingegeben. Als Ergebnis wird die Selbsthalteschaltung 96 ausgelöst bzw. getriggert, und das Ausgangssignal y der Selbsthalteschaltung 96 nimmt einen hohen Pegel des Logikwertes "1" an.

Folglich, wenn bei der vierten Ausführung zum Zeitpunkt eines Druckanstiegs der Druck höher wird als PB, nimmt das Ausgangssignal y der Selbsthalteschaltung 96 einen Logikwert "0" an, während zum Zeitpunkt eines Abfalls des Restdrucks, wenn der Druck unter PA fällt, das Ausgangssignal y der Selbsthalteschaltung 96 einen Logikwert "1" annimmt. Folglich wird eine Hysterese-Breite T erhalten, wie in Fig. 10 gezeigt, was ein Zitterphänomen verhindern kann, bei dem das Ausgangssignal y der Selbsthalteschaltung 96 ein- und ausgeschaltet wird aufgrund der Oszillation der Platte 91 bei Druckfluktuationen.

Es folgt eine Beschreibung der Restdrucksensor- Überwachungsvorrichtung nach einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung.

Fig. 11 zeigt eine erste Ausführung der Restdrucksensor- Überwachungsvorrichtung nach dem zweiten Aspekt, in der Form einer Schaltung, die auf ein System angewendet wird, bei dem die Druckzuführung an einen beweglichen Abschnitt einer Maschine mit ein Solenoid-Ventil durchgeführt wird.

In Fig. 11 dient ein Solenoid 21 der Betätigung eines Solenoid-Ventils (nicht abgebildet), das z. B. in einem Druckversorgungsrohr angeordnet ist. Das Solenoid-Ventil, das als Druckversorgungs-Steuervorrichtung dient, wird mit Zuführung eines Stroms I eingeschaltet (geöffnet), um so ein Druckversorgungsrohr zu öffnen, das mit einem beweglichen Abschnitt einer Maschine verbunden ist, um Druck dorthin zu führen. Ein Stromsensor 22 überwacht den Strom I, der in den Solenoid 21 fließt, und ist so konstruiert, dass ein Ausgangssignal e&sub5; einen niedrigen Pegel annimmt, wenn Strom I in den Solenoid 21 fließt, und einen hohen Pegel annimmt, wenn es keinen Strom I gibt.

Der Stromsensor 22 umfasst: einen sättigbaren Magnetringkern 23, der mit drei Wicklungen gewickelt ist, nämlich erste bis dritte Wicklungen N1 ~ N3, einen Signalgenerator 24 zur Zuführung des Hochfrequenzsignals an die erste Wicklung N1, einen Wechselstromverstärker 25, z. B. der gleichen Konstruktion wie der Verstärker 12 der Fig. 2, der mit er zweiten Wicklung N2 verbunden ist, um ein dortiges Signal zu verstärken, und eine Spannnungsdopplergleichrichterschaltung 26, welche als dritte Gleichrichterschaltung dient, zum Gleichrichten einer Ausgabe aus dem Wechselstrom-Verstärker 25. Die dritte Wicklung N3 ist in Reihe geschaltet mit einer Energiezuführung des Solenoids 21.

Mit diesem Stromsensor 22, wenn der Solenoidbetätigungsstrom I nicht in der dritten Wicklung N3 fließt, wird das Hochfrequenzsignal, das der ersten Wicklung N1 aus dem Signalgenerator 24 über einen Widerstand R50 zugeführt wird, über den Ringkern 23 an die zweite Wicklung N2 übertragen, und das empfangene ausgegebene Signal wird dann von dem Wechselstromverstärker 25 verstärkt. Andererseits, wenn der Strom I in der dritten Wicklung N3 fließt, wird der Ringkern 23 gesättigt. Als Ergebnis wird die Übertragung des Signals aus der ersten Wicklung N1 an die zweite Wicklung N2 unterdrückt, und die verstärkte Ausgabe aus dem Wechselstrom- Verstärker 25 nimmt stark ab. Folglich nimmt das Ausgangssignal e&sub5;, das von der Spannungsdoppler- Gleichrichterschaltung 26 auf die Versorgungsspannung Vcc geklemmt und gleichgerichtet wird, wobei seine logische Ausgabe als F2 bezeichnet wird, einen Logikwert "1" (F2 = 1) eines hohen Pegels an (höher als die Versorgungsspannung Vcc) wenn es keinen Strom I gibt, und einen Logikwert "0" (F2 = 0) eines niedrigen Pegels (e&sub5; Vcc) wenn der Strom I fließt.

Der Stromsensor 22 hat dadurch einen fehlersicheren Aufbau, dass in der Wicklung N2 kein Signal erzeugt wird, wenn der Signalgenerator 24 fehlerhalft ist, oder ein Unterbrechungsfehler im Widerstand R50 auftritt, oder ein Unterbrechungsfehler in den Wicklungen N1, N2 auftritt. Ein solcher Stromsensor 22 wird z. B. in dem Aufsatz von M. Kato, K. Futsuhara und M. Mukaidono offenbart, mit dem Titel: "Construction of Magnetic Sensors for Assuring Safety" (Proc. of 2nd. International conf. on Human Aspects of Advanced Manufacturing and Hybrid Automation, Honolulu (August 1990)).

Ein Fensterkomparator WC2 ist eine fehlersichere Vorrichtung der gleichen Konstruktion wie der zuvor erwähnte Fensterkomparator WC1, wobei das Ausgangssignal e&sub4; (was das Vorliegen oder Nicht-Vorliegen von Restdruck anzeigt) aus dem Restdrucksensor der Fig. 2 gemeinsam in die Eingangsanschlüsse A, B eingegeben wird. Die Versorgungsspannung Vs des Fensterkomparators WC2 ist jedoch niedriger eingestellt als die Versorgungsspannung Vcc des Fensterkomparators WC1 (Vs < Vcc). Bei dem Fensterkomparator der Schaltungskonfiguration der Fig. 3 werden die jeweiligen Schwellwerte der oberen und unteren Grenzen proportional zur Versorgungsspannung bestimmt. Folglich ermöglicht die Einstellung der Versorgungsspannung Vs des Fensterkomparators WC2 auf einen niedrigeren Wert als die Versorgungsspannung Vcc des Fensterkomparators WC1, dass der Pegel (Vcc) des Logikwertes "0" (F1 = 0) des Ausgangssignals e&sub4; aus dem Fensterkomparator WC1 auf einen Wert innerhalb des Bereichs des oberen und unteren Grenzschwellwertes des Fensterkomparators WC2 eingestellt wird. Als Ergebnis kann eine NICHT-Operation bezüglich der logischen Ausgabe F1 aus dem Restdrucksensor durch den Fensterkomparator WC2 durchgeführt werden. Darüber hinaus werden ein oberer Grenzschwellwert Th2H und ein unterer Grenzschwellwert Th2L des Fensterkomparators WC2 auf jeder Seite des niedrigen Pegels Vcc (F1 = 0) des Ausgangssignals e&sub4; aus dem Fensterkomparator WC1 eingestellt. Folglich erzeugt der Fensterkomparator WC2 eine Ausgabe des Logikwertes "0", wenn das Eingangssignal (F1) den Logikwert "1" hat, und erzeugt eine Ausgabe des Logikwertes "1", wenn das Eingangssignal einen Logikwert "0" hat, was somit einer NICHT- Operationsvorrichtung entspricht, wobei die logische Beziehung des Eingangs und Ausgangs negativ wird (F1 = ).

Eine Spannungsdoppler-Gleichrichterschaltung 27, welche als Beurteilungseinrichtung dient, hat einen ähnlichen Aufbau wie die Spannungsdoppler-Gleichrichterschaltung 10. Die Konstruktion ist jedoch so, dass das Ausgangssignal des Fensterkomparators WC2 auf das Ausgangssignal e&sub5; aus der Spannungsdoppler-Gleichrichterschaltung 26 geklemmt wird. Fig. 12 zeigt die Verbindungen für die Spannungsdoppler- Gleichrichterschaltung 26 und die Spannungsdoppler- Gleichrichterschaltung 27. In Fig. 12 bezeichnen Symbole C7 ~ C10 Kondensatoren, während Symbole D5 ~ D8 Dioden bezeichnen. Wenn ein logisches Ausgangssignal des Ausgangssignals e&sub6; aus der Spannungsdoppler-Gleichrichterschaltung 27 F3 beträgt, dann wenn die logischen Ausgänge des Stromsensors 22 und des Fensterkomparatore WC2 beide "0" betragen, dann F3 = 0, und wenn der logische Ausgang von einem oder dem anderen "1" beträgt, dann F3 = 1, während wenn die logischen Ausgänge von beiden "1" betragen, dann F = 2. Die Spannungsdoppler- Gleichrichterschaltung 27 hat somit die Funktion einer Addierschaltung, welche eine logische Addieroperation bezüglich der jeweiligen Logikausgänge des Stromsensors 22 und des Fensterkomparators WC2 durchführt.

Als nächstes wird der Betrieb unter Bezugnahme auf die Zeitdiagramme der Fig. 13 beschrieben.

In Fig. 13 zeigt das Zeitdiagramm (a) das Ausgangssignal e&sub5; aus dem Stromsensor 22. Wenn der Strom I in dem Solenoid 21 des Solenoid-Ventils fließt (wenn das Solenoidventil eingeschaltet ist), dann wird das Ausgangssignal e&sub5; Vcc (Logikpegel F2 = 0), während wenn der Strom I nicht fließt (wenn das Solenoid-Ventil ausgeschaltet ist), das Ausgangssignal e&sub5; Vcc + V1 wird (Logikpegel F2 = 1). Das Symbol V1 bezeichnet die Ausgangsspannung des Stromsensors 22, wenn es keinen Strom I gibt. Das Zeitdiagramm (b) zeigt das Ausgangssignal e&sub4; aus dem Restdrucksensor (die Ausgabe aus der Spannungsdoppler-Gleichrichterschaltung 14 der Fig. 2). Im Druckzustand gilt e&sub4; = Vcc (Logikpegel F1 = 0), während im Zustand ohne Restdruck e&sub4; = Vcc + V2 (Logikpegel F1 = 1). Das Symbol V2 bezeichnet die Ausgangsspannung des Restdrucksensors, wenn es keinen Restdruck gibt. Das Zeitdiagramm (c) zeigt den Logikpegel des Ausgangssignals e&sub6; aus der Spannungsdoppler-Gleichrichterschaltung 27, welche das Ausgangssignal des Fensterkomparators WC2 gleichrichtet. Hierbei ist V3 die Ausgangsspannung des Fensterkomparators WC2.

Wenn das Solenoid-Ventil eingeschaltet wird, um den Druckzustand zu ergeben, fließt der Strom, was eine logische Ausgabe von F2 = 0 ergibt, wobei das Ausgangssignal e&sub5; aus dem Stromsensor 22 auf einem niedrigen Pegel ist (e&sub5; Vcc). Zu diesem Zeitpunkt nimmt das Ausgangssignal e&sub4; aus dem Restdrucksensor den Wert F1 = 0 mit einem niedrigen Pegel (e&sub4; = Vcc) an, was Druck anzeigt, und da wie in Fig. 13(b) gezeigt, der Schwellwertbereich des Fensterkomparators WC2 auf jeder Seite der Versorgungsspannung Vcc eingestellt ist, ergibt der Fensterkomparatur WC2 dann eine logische Ausgabe = 1 (hierbei bezeichnet das Symbol "&supmin;" die logische Negation). Folglich wird im Druckzustand das Ausgangssignal e&sub6; aus der Spannungsdoppler-Gleichrichterschaltung 27 zu e&sub6; = Vcc + V3, und der logische Wert der logischen Ausgabe F3 wird F3 = 1. Wenn zum Zeitpunkt T1 (entspricht dem Zeitpunkt t1 in Fig. 5) das Solenoidventil abgeschaltet wird, wird das Ausgangssignal e&sub5; aus dem Stromsensor 22 zu e&sub5; = V1 + Vcc (Logikwert von F2 = 1). Es ist jedoch ein Intervall TD erforderlich, bis der Druck ausreichend abfällt, damit der Restdrucksensor keinen Restdruck anzeigt, und zum Zeitpunkt T2 (entspricht Zeitpunkt t4 in Fig. 5) wird das Ausgangssignal e&sub4; aus dem Restdrucksensor zu e&sub4; = V2 + Vcc (Logikwert von F1 = 1). Der Fensterkomparator WC2 erzeugt somit bis zum Zeitpunkt T2 eine oszillierende Ausgabe. Folglich, mit dem Ausgangssignal e&sub6; aus der Spannungsdoppler- Gleichrichterschaltung 27 bei e&sub6; = VCC + V3 (Logikwert von F3 = 1) bis zum Zeitpunkt T1, während zwischen den Zeiten T1 und T2 gilt e&sub6; ist gleich Vcc + V1 + V3 (Logikwert von F3 = 2).

Hierbei, da die logische Ausgabe F3 = 2 erzeugt wird, wenn - 1 und F2 = 1, dann drückt dies das logische Produkt von logischen Ausgaben und F2 aus.

Ab dem Zeitpunkt T2 wird das Ausgangssignal e&sub4; aus dem Restdruckssensor zu e&sub4; = Vcc + V2, und da dies den oberen Grenzschwellwert Th2H des Fensterkomparators WC überschreitet, nimmt das Ausgangssignal aus dem Fensterkomparator WC2 einen niedrigen Pegel an, und das Ausgangssignal e&sub6; aus der Spannungsdoppler- Gleichrichterschaltung 27 wird zu e&sub6; = Vcc + V1 (F3 = 1). Folglich, wenn der Restdrucksensor normal arbeitet, dann ist die logische Ausgabe F3 aus der Spannungsdoppler- Gleichrichterschaltung 27 immer F3 > 1, wie in Fig. 13(c) gezeigt.

Nun, wenn vor der Druckzuführung zum beweglichen Abschnitt der Maschine eine Verstopfung des Druckeinlass 4 des Restdrucksensors auftritt, dann fließt kein Druck in das Druckerfassungsrohr 5, so dass die logische Ausgabe F1 aus dem Restdrucksensor immer F1 = 1 (e&sub4; = Vcc + V2) beträgt, und wie in Fig. 13(d) gezeigt, wird der obere Grenzschwellwert Th2H des Fensterkomparators WC2 überschritten, so dass im Fensterkomparator WC2 keine oszillierende Ausgabe erzeugt wird. Daher, wenn das Solenoid-Ventil zur Schaffung eines Drucks eingeschaltet wird, wird wie in Fig. 13(e) gezeigt, die logische Ausgabe F3 = 0, wobei das Ausgangssignal e&sub6; aus der Spannungsdoppler-Gleichrichterschaltung 27 bei e&sub6; = Vcc liegt. Wenn das Solenoid-Ventil abgeschaltet wird, wird die logische Ausgabe F3 = 1, aufgrund der Ausgabe aus dem Stromsensor 22.

Folglich wird bei der Schaltung der Fig. 11, im Fall einer Verstopfung im Restdrucksensor an dem Punkt, an dem das Solenoid-Ventil eingeschaltet wird, um Druck zu schaffen, eine Ausgabe entsprechend einem Logikwert von F3 = 0 erzeugt. Somit kann festgestellt werden, ob es im Restdrucksensor eine Verstopfung gibt, durch Beurteilung ob eine Ausgabe entsprechend dem Logikwert F3 = 0 in der logischen Ausgabe F3 aus der Spannungsdoppler-Gleichrichterschaltung 27 erzeugt worden ist. Folglich kann bei Systemen, die Druck verwenden, zum Zeitpunkt des Systembetriebs verifiziert werden, ob oder ob nicht ein Restdrucksensor in der Lage ist, Gefahr anzuzeigen, und folglich, ob darauffolgende Operationen durchgeführt werden können. Die Sicherheit von Systemen, welche Druck verwenden, kann somit verbessert werden.

Die logische Struktur der Fig. 11 kann durch die folgende Gleichung ausgedrückt werden:

F3 = F2 + (4)

wobei das Symbol "+" eine Addition anzeigt.

Da die logische Variable F2 das Vorliegen oder Nicht- Vorliegen des Stroms I des Solenoids 21 ausdrückt, und wenn das Vorliegen eines Stroms als "1" und das Nicht-Vorliegen als "0" ausgedrückt wird, ergibt dies:

F2 = (5)

Die Gleichung (4) kann ausgedrückt werden als:

F3 = + (6)

Fig. 14 zeigt eine Wahrheitstabelle für die logischen Ausgaben und .

Die Kombination von = 0 und = 1, die F3 = 1 ergibt, zeigt die Erfassung eines Drucks an, wenn im Solenoid 21 ein Strom fließt, während die Kombination von = 1, = 0, welche F3 = 1 ergibt, die Nichterfassung eines Drucks anzeigt, wenn kein Strom im Solenoid 21 fließt, wobei beide anzeigen, dass der Restdrucksensor normal arbeitet. Die Kombination von = 1, = 1, welche F3 = 2 ergibt, zeigt an, dass der Bediener das Solenoidventil ausgeschaltet hat, aber dennoch ein Druck verbleibt, was ein normaler Betrieb der Schaltung ist.

Die Kombination = 0 und = 0, welche F3 = 0 ergibt, zeigt an, dass der Restdrucksensor eine Druckbedingung nicht anzeigen kann, trotz eines in dem Solenoid 21 fließenden Stroms. Ein solches Phänomen wird durch Verstopfung des Druckeinlass 4 des Restdrucksensors erzeugt.

Dementsprechend, wenn der Stromsensor und der Restdrucksensor normal arbeiten, dann zeigt F3 ≥ 1 einen normalen Betrieb der Restdruckerfassung an. Dieser normale Betrieb kann z. B. unter Verwendung einer Anzeigediode D9 angezeigt werden, wie durch die gestrichelte Linie in Fig. 12 gezeigt.

Mit der Schaltung der Fig. 11, in dem Fall, wo eine Verstopfung während eines aufgebauten Druckzustandes auftritt, da eine Ausgabe (F1 = 0) für Restdruck selbst nach Abschalten des Solenoid-Ventils erzeugt wird, tritt die Ausgabe F3 = 0 nicht auf, was zu einer gefährlichen Situation führt, in welcher eine logische Ausgabe erzeugt wird, die einen normalen Restdrucksensor anzeigt. Folglich, bei einem System, bei dem Gefahr besteht, wenn der Restdruck nicht vollständig zu Null geworden ist, obwohl der Bediener den Solenoid abgeschaltet hat, ist es notwendig, zu verifizieren, dass die logische Ausgabe aus dem Restdrucksensor F1 = 1 (kein Restdruck) geworden ist.

Fig. 15 ist eine Schaltung zur Lösung dieses Problems, welche eine Schaltung einer zweiten Ausführung ist, die nach dem Abschalten des Solenoid-Ventils verifiziert, dass es keine Verstopfung im Restdrucksensor gibt, und eine Verifizierungsausgabe für fehlenden Restdruck erzeugt.

In Fig. 15 hat ein Fensterkomparator WC3 einen ähnlichen Aufbau wie der Fensterkomparator WC1 der Fig. 2 und bildet zusammen mit einer Gleichrichterschaltung 31 eine Selbsthalteschaltung 30, die als zweite Logikprodukt- Betriebsvorrichtung dient, mit einer logischen Ausgabe F3 (Ausgabe aus der Spannungsdoppler-Gleichrichterschaltung 27 der Fig. 11) die in einen Eingangsanschluss A als Auslöseeingabe bzw. Trigger-Eingabe eingegeben wird, und eine logische Ausgabe F2 (ausgegeben aus dem Stromsensor 22), die dem Eingangsanschluss B als Rücksetz-Eingabe eingegeben wird. Ein oberer Grenzschwellwert Th3AH und ein unterer Grenzschwellwert Th3AL des Eingangsanschlusses A sind so eingestellt, wie in Fig. 13(c) gezeigt, auf jeder Seite eines Logikpegels des logischen Ausgangs F3 = 2 (e&sub6; = Vcc + V1 + V3). Ein oberer Grenzschwellwert Th3BH und ein unterer Grenzschwellwert Th3BL des Eingangsanschlusses B sind wie in Fig. 13(a) eingestellt, auf jeder Seite eines Logikpegels des logischen Ausgangs F2 = 1 (e&sub5; = Vcc + V1).

Wie in Fig. 16 gezeigt, umfasst die Gleichrichterschaltung 31 Kondensatoren C11 ~ C14 und Dioden D11 ~ D14 und ist mit zwei der Spannungsdoppler-Gleichrichterschaltungen 10 aufgebaut, die in Fig. 2 gezeigt sind, welche durch ein ähnliches Verfahren wie jenes der Fig. 12 miteinander verbunden sind. Dies liegt daran, dass der untere Grenzschwellwert Th3AL des Eingangsanschlusses A einen hohen Pegel hat, was es notwendig macht, eine Rückkopplungsspannung zu erzeugen, die höher ist als dieser untere Grenzschwellwert Th3AL. Diese Rückkopplungsspannung wird durch einen Widerstand R60 eingestellt, um auf einen Pegel innerhalb des Schwellwertbereichs des Eingangsanschlusses A eingestellt zu werden.

Wenn bei der Selbsthalteschaltung 30 ein Logikwert von F2 = 1 beim Abschalten des Solenoids erzeugt wird, und gleichzeitig ein Logikwert von F3 = 2 erzeugt wird, wenn der Restdrucksensor normal ist, dann wird ein Wechselstrom- Ausgangssignal vom Fensterkomparator WC3 erzeugt. Dieses Ausgangssignal wird von der Gleichrichterschaltung 31 gleichgerichtet und über dem Widerstand R60 an den Eingangsanschluss A zurückgekoppelt, auf einem Pegel innerhalb dessen Schwellwertbereich. Daher, selbst wenn das in den Eingangsanschluss A eingegebene Signal F3 einen Logikwert von F3 < 2 annimmt (nach dem Zeitpunkt T2 der Fig. 13), dann wird so lange eine Ausgabe erzeugt und gehalten, so lange wie ein Logikwert von F2 = 1 in den Eingangsanschluss B eingegeben wird. Ferner hat die Selbsthalteschaltung 30 eine fehlersichere Konstruktion, da in dem schlimmstmöglichen Fall, bei einem Fehler im Fensterkomparator WC3, einem Unterbrechungsfehler im Rückkopplungs-Widerstand R60 und einem Fehler in der Gleichrichterschaltung 31, entweder die Wechselstrom-Ausgabe aus dem Fensterkomparator WC3 nicht erzeugt wird, oder die Selbsthaltefunktion verloren geht.

Eine solche fehlersichere Selbsthalteschaltung, in welcher das oszillierende Ausgangssignal gleichgerichtet und zum Eingangsanschluss zurückgekoppelt wird, ist in US 5,027,114 offenbart. Eine Auslösebedingung bzw. Trigger-Bedingung für die Selbsthalteschaltung 30 mit F3 = 2, ist funktional gleich wie die Triggerung der Selbsthalteschaltung 30 mit dem Eingangsanschluss A auf dem logischen Produkt des Signals und des Signals F2.

Eine Gleichrichterschaltung 32 hat eine ähnliche Konstruktion wie die Spannungsdoppler-Gleichrichterschaltung der Fig. 2, die eine Ausgabe des logischen Ausgangs F4 = 1 gibt, wobei das Wechselstrom-Ausgangssignal des Fensterkomparators WC3 auf der Versorgungsspannung Vcc geklemmt ist. Einem Fensterkomparator WC4, der als dritte Logikprodukt- Betriebsvorrichtung dient, wird die logische Ausgabe F4 aus der Gleichrichterschaltung 33 in einen Eingangsanschluss A eingegeben, und die logische Ausgabe F1 aus dem Restdrucksensor wird dem anderen Anschluss B eingegeben, und es wird eine Logikprodukt-Operation mit beiden Durchgeführt, um ein Wechselstrom-Ausgangssignal zu erzeugen, wenn beide logischen Ausgaben F4 und F1 gleich "1" sind (F4 = 1, F1 = 1). Eine Gleichrichterschaltung 33 klemmt das Wechselstrom- Ausgangssignal des Fensterkomparators WC4 auf die Versorgungsspannung Vcc und richtet das Signal gleich, wobei die Logikprodukt-Ausgabe der Logikausgaben F4 und F1 als F5 ausgegeben werden.

Bei der Schaltung der Fig. 15, nachdem das Solenoid-Ventil abgeschaltet ist und der Restdrucksensor den Restdruckzustand (was F1 = 0 ergibt) erfasst, wird F5 = 1 nicht erzeugt, bis ein ausreichender Abfall des Restdrucks erfasst wird (was F1 = 1 ergibt). Im schlimmstmöglichen Fall, wo eine Verstopfung während eines aufgebauten Druckzustandes auftritt, und in einer weiteren Schaltung ein Fehler auftritt, wie in dem Stromsensor 22, dem Restdrucksensor oder der Gleichrichterschaltung, wird eine Logikausgabe F5 = 1, welche einen fehlenden Restdruck anzeigt, nicht erzeugt.

Mit der Konstruktion in Fig. 17 gezeigten dritten Ausführung wird die Ausgabe F2 aus dem Stromsensor 22 in einen Stelleingang oder Setzeingang eines Zählers 41 eingegeben, und die Ausgabe F1 aus dem Restdrucksensor wird in einen Rücksetz-Eingang eingegeben. Die Zeitnahme eines Taktsignals aus einer Takterzeugungsschaltung 42 wird begonnen mit der Eingabe von F2 = 1 aus dem Stromsensor 22, was anzeigt, dass das Solenoid-Ventil ausgeschaltet ist, und wird angehalten mit der Eingabe F1 = 1 aus dem Restdrucksensor, was einen Restdruck von Null anzeigt, und der aus dem Zähler 41 ausgegebene Zeitwert wird dann angezeigt. Auf diese Weise kann die Zeit vom Abschalten des Solenoidventils bis zur Erzeugung einer Ausgabe für Restdruck Null angezeigt werden. Folglich, wenn die Zeit seit dem Ausschalten des Solenoid- Ventils bis zur Erzeugung einer Ausgabe für einen Restdruck von Null zu lang ist, dann kann erkannt werden, dass der Betrieb des Druckerfassungsrohres 5 träge geworden ist, z. B. aufgrund von Verschleiß.

Bei der Konstruktion, bei welcher, wie in Fig. 12 gezeigt, die logische Ausgabe F3 aus der Schaltung der Fig. 11 verwendet wird, um den Betriebszustand des Sensors anzuzeigen, da im Falle eines Fehlers im Restdrucksensor F1 = 0 erzeugt wird, besteht das Problem, dass wenn die logische Ausgabe F3 > 1 wird, es keine Anzeige bei einem Fehler im Restdrucksensor geben wird.

Fig. 18 zeigt eine Schaltung einer vierten Ausführung, um mit diesem Problem umzugehen.

In Fig. 18 haben erste und zweite Fensterkomparatoren WC5, WC6 die fehlersichere Schaltungskonstruktion der Fig. 3. Dem Fensterkomparator WC5 wird die logische Ausgabe F3 aus der Spannungsdoppler-Gleichrichterschaltung 27 der Fig. 11 gemeinsam in die Eingangsanschlüsse A und B eingegeben. Dem Fensterkomparator WC6 wird eine Ausgabe aus dem Fensterkomparator WC5, welche von einer Spannungsdoppler- Gleichrichterschaltung 51 gleichgerichtet wird, was eine logische Ausgabe F7 ergibt, gemeinsam in die Eingangsanschlüsse A und B eingegeben. Eine Ausgabe aus dem Fensterkomparator WC6 wird von einer Spannungsdoppler- Gleichrichterschaltung 52 gleichgerichtet und die gleichgerichtete Ausgabe wird als Logikausgabe F8 ausgegeben.

Die Spannungsdoppler-Gleichrichterschaltung 51, welche zwei Kondensatoren C15, C16 und zwei Dioden D15, D16 umfasst, klemmt die Ausgabe aus dem Fensterkomparator WC5 auf die Versorgungsspannung Vcc, und erzeugt eine Ausgabe F7. Da jedoch die elektrostatische Kapazität des Glättungskondensators C16 wesentlich größer eingestellt ist als jene des Kopplungskondensators C15, wird das Abfall- Ansprechen der Ausgabe F7 verlangsamt. Das bedeutet, dass die Spannungsdoppler-Gleichrichterschaltung 51 eine Ausschaltverzögerungsfunktion hat und einer Ausschaltverzögerungs-Vorrichtung entspricht.

Die Spannungsdoppler-Gleichrichterschaltung 52 ist gleich wie die Spannungsdoppler-Gleichrichterschaltung 10 in der Fig. 2.

Der Betrieb wird nun unter Bezugnahme auf das Zeitdiagramm der Fig. 19 beschrieben.

Zunächst wird ein Fall beschrieben, bei dem der Restdrucksensor und die Schaltung der Fig. 11 normal sind.

Die Ausgabe F3 aus der Schaltung der Fig. 11, wie in Fig. 19(a) gezeigt, beträgt F3 = 1 bis das Solenoid-Ventil zum Zeitpunkt T1 abgeschaltet wird. Dann, ab der Abschaltung des Solenoid-Ventils, was F2 = 1 ergibt, wie in Fig. 19(c) gezeigt, bis zum Zeitpunkt T2, zu dem eine Ausgabe erzeugt wird für Restdruck Null im Restdrucksensor, beträgt die Ausgabe F3 = 2, und nach der Erzeugung der Ausgabe für Restdruck Null im Restdrucksensor wird dies zu F3 = 1. Da wie in Fig. 19(a) gezeigt, ein oberer Grenzschwellwert Th5H und ein unterer Grenzschwellwert Th5L des Fensterkomparators WC5 auf jeder Seite von F3 = 1 eingestellt wird, verschwindet während einer Periode TD zwischen dem Zeitpunkt T1 und dem Zeitpunkt T2 die oszillierende Ausgabe aus dem Fensterkomparator WC5, und die Ausgabe nimmt einen niedrigen Pegel an. Da hier die Kapazität des Kondensators C16 der Spannungsdoppler-Gleichrichterschaltung 51 eingestellt ist, eine Verzögerungszeit TN zu haben, welcher länger ist als die Periode TD zwischen den Zeitpunkten T1 und T2 (TN > TD), erzeugt die Spannungsdoppler-Gleichrichterschaltung 51, wie in Fig. 19(b) gezeigt, auch kontinuierlich ein Ausgangssignal F7 hohen Pegels (gezeigt als Logikwert F7 = 1) während der Periode TD. Sobald die Periode TD abgelaufen ist, wird die Ausgabe zu F3 = 1, aufgrund der Ausgabe F1 = 1, was einen Restdruck von Null im Restdrucksensor anzeigt, und es wird erneut ein Wechselstrom-Ausgangssignal vom Fensterkomparator WC5 erzeugt.

Dementsprechend, so lange die Schaltung der Fig. 11 und der Restdrucksensor normal arbeiten, bleibt die Ausgabe F7 aus der Spannungsdoppler-Gleichrichterschaltung 51 bei F7 = 1, wie in Fig. 19(b) durch die ununterbrochene Linie gezeigt. Da ein unterer Grenzschwellwert Th6L des Fensterkomparators WC6 eingestellt ist, wie in Fig. 19(b) gezeigt, auf einen niedrigeren Wert als den durch den Logikwert F7 = 1 angezeigten Logikpegel, wird in diesem Fall eine Wechselstromausgabe kontinuierlich vom Fensterkomparator WC6 erzeugt, und eine Logikwert-Ausgabe F8 = 1 hohen Pegels, welche höher ist als die Versorgungsspannung Vcc, und eine normale Situation anzeigt, kontinuierlich von der Spannungsdoppler-Gleichrichterschaltung 52 erzeugt.

Als nächstes wird ein Fall beschrieben, bei dem der Restdrucksensor fehlerhaft ist.

Wenn zum Zeitpunkt des Druckaufbaus der Restdrucksensor fehlerhaft ist, dann nimmt die Ausgabe aus dem Restdrucksensor nicht den Wert F1 = 0 an, und wie durch die gestrichelte Linie Fig. 19(a) gezeigt, hält F3 = 2 an, selbst nach dem Zeitpunkt T2. Daher, nachdem die oszillierende Ausgabe aus dem Fensterkomparator WC5 zum Zeitpunkt T1 aufgehört hat, sobald die Verzögerungszeit TN der Spannungsdoppler-Gleichrichterschaltung 51 abgelaufen ist, nimmt die Ausgabe F7 aus der Spannungsdoppler- Gleichrichterschaltung 51, wie durch die gestrichelte Linie in Fig. 19(b) gezeigt, einen Pegel entsprechend einem Logikwert F7 = 0 an. Die Ausgabe aus dem Fensterkomparator WC6 hört damit auf, und die Ausgabe aus der Spannungsdoppler- Gleichrichterschaltung 52 nimmt einen niedrigen Pegel (Versorgungsspannung Vcc) mit F8 = 0 an.

Darüber hinaus, wenn am Punkt des Einschaltens des Solenoid- Ventils eine Verstopfung bereits aufgetreten ist im Restdrucksensor, dann nimmt die Ausgabe F1 aus dem Restdrucksensor nicht den Wert F1 = 0 an, so das F7 = 0 auftritt vor dem Zeitpunkt T1, was zu F8 = 0 führt. Ferner, wenn bei der Schaltung der Fig. 19 ein Fehler in der einen oder anderen Schaltungen der Fig. 2 und 11 auftritt, wird die Ausgabe zu F8 = 0.

Wenn z. B. ein Widerstand R70 und eine Anzeigediode D10 mit der Ausgangsseite des Spannungsdoppler-Gleichrichterschaltung 52 verbunden sind, wie durch die gestrichelte Linie in Fig. 18 gezeigt, so dass die Anzeigediode D10 bei einer Ausgabe von F8 = 1 eingeschaltet wird und bei F8 = 0) ausgeschaltet wird dann ist es möglich, sowohl vor einem Fehler im Restdrucksensor zu warnen, als auch zum Zeitpunkt eines Fehlers in anderen Schaltungen eine Warnung zu geben.

Die Schaltungen der Fig. 11 und 15 können auch auf eine Konstruktion zur Erfassung eines Restdrucks mit einem Druckschalter unter Verwendung eines Diaphragmas bzw. einer Membran angewendet werden, anstelle des Druckerfassungsrohres (Bourdon-Rohr). Hierbei kann die Konstruktion so sein, dass zum Zeitpunkt eines Drucks von Null die elektrischen Kontakte angehen (F1 = 1) während zum Druckzeitpunkt die elektrischen Kontakte ausgehen (F1 = 0). In diesem Fall ist eine Verstopfung in dem Bourdon-Rohr äquivalent einem Durchbruch der Membran, wobei der Druckschalter nicht ausgeht, obwohl das Solenoid-Ventil eingeschaltet ist.

Darüber hinaus wird bei den jeweiligen Ausführungen ein fehlersicherer Zweieingangs-Fensterkomparator für die Fensterkomparatoren WC2, WC5, WC6 verwendet, welchem gemeinsam Eingangssignale zugeführt werden. Es kann jedoch auch ein Einzeleingang-Fensterkomparator verwendet werden. Ein Einzeleingang-Fensterkomparator wird z. B. im US-Patent 5,027,114 offenbart.

Ferner, bezüglich des Verstopfungsortes, wurde dies als am Druckeinlass des Restdrucksensors liegend beschrieben. Hiermit kann jedoch offensichtlich auf die gleiche Weise umgegangen werden, wenn sie sich in dem Druckversorgungsrohr zwischen dem Solenoidventil und dem Restdrucksensor- Anbringungsabschnitt befindet.

Ebenso, da bei den jeweiligen Ausführungen die unteren Grenzschwellwerte der jeweiligen Fensterkomparatoren höher liegen als die Versorgungsspannung Vcc, wird die Ausgangsspannung der Gleichrichterschaltung auf die Versorgungsspannung Vcc geklemmt und ausgegeben. Wenn jedoch allgemein ein Verfahren verwendet wird, bei dem das Wechselstromsignal nach der Verwendung einer Transformatorkopplung gleichgerichtet wird, dann ist es durch geeigneten Entwurf des Wicklungsverhältnisses der Primär- und Sekundärwicklungen des Transformators möglich, optional eine Spannung auszugeben, welche den Schwellwert des Fensterkomparators erreicht. Daher ist es in diesem Fall nicht unbedingt notwendig, das gleichgerichtete Ausgangssignal auf die Versorgungsspannung zu klemmen.

Mit dem oben beschriebenen Restdrucksensor der vorliegenden Erfindung wird eine Ausgabe, die einen Restdruck von Null anzeigt, nicht erzeugt, bis der Restdruck vollständig verschwunden ist und die Bewegung des geschlossenen Endes des Druckerfassungsrohres aufgehört hat. Daher, wenn er auf ein gefährliches System angewendet wird, wo ein Restdruck bleibt, obwohl die Druckversorgung aufgehört hat, dann kann die Sicherheit des Systems verbessert werden.

Darüber hinaus, da es mit der Restdrucksensor- Überwachungsvorrichtung der vorliegenden Erfindung möglich ist, zuverlässig vor einer Verstopfung im Restdrucksensor oder einem Fehler im Sensor zu warnen, kann bei Systemen, in welchen die Erfassung eines Restdrucks von Null unter Verwendung eines Restdrucksensors durchgeführt wird, die Sicherheit des Bedieners bedeutend verbessert werden.

Die vorliegende Erfindung kann zuverlässig verifizieren, dass es in einem System, das hydraulisch betriebene Maschinen verwendet, keinen Restdruck gibt, und es ist in der Lage, vor einem Fehler im Restdrucksensor zu warnen. Folglich kann die Bedienersicherheit sichergestellt werden und die gewerbliche Anwendbarkeit ist somit erheblich.


Anspruch[de]

1. Restdrucksensor, der eine Druckerfassungsröhre mit einem geschlossenen Ende enthält, so dass das geschlossene Ende verschoben wird bei einer Erhöhung/Verringerung des von einer anderen Endöffnung zugeführten Drucks, und einen Druck/Elektrizitäts-Wandlerabschnitt zur Erfassung des Verschiebungsorts des geschlossenen Endes der Druckerfassungsröhre, wobei der Wandlerabschnitt Wandlerschaltungen (8, 9, 10) umfasst, die einen elektrischen Wandlerausgang haben, wobei die Wandlerschaltungen angeordnet sind, um zum Zeitpunkt einer Druckerhöhung die elektrische Wandlerausgabe in Übereinstimmung mit der Verschiebung des geschlossenen Endes zu verringern, und zum Zeitpunkt einer Druckerhöhung die elektrische Wandlerausgabe in Übereinstimmung mit der Verschiebung des geschlossenen Endes zu erhöhen, und der Sensor weiterhin umfasst:

eine Änderungs-Erfassungseinrichtung (c4, 12, 13) für die elektrische Ausgabe, die Veränderungserfassungs- Schaltungen umfasst, die einen Eingang haben, der mit dem Wandlerausgang gekoppelt ist, und einen Erfassungsausgang haben zur Erzeugung einer Erfassungsausgabe niedrigen Pegels, wenn das geschlossene Ende der Druckerfassungsröhre verschoben wird, und eine Erfassungsausgabe hohen Pegels, wenn das geschlossene Ende der Druckerfassungsröhre nicht verschoben wird,

eine Restdruck-Beurteilungseinrichtung (wc1, 14), die Logikschaltungen umfasst, welche ansprechen auf die elektrische Wandlerausgabe und die Erfassungsausgabe, um eine Ausgabe eines Logikwertes "1", der einem hohen Pegel entspricht, was auf keinen Restdruck hinweist, zu erzeugen, wenn beide Ausgaben auf einem hohen Pegel größer oder gleich einem vorbestimmten Wert sind, und ansonsten zur Erzeugung einer Ausgabe eines Logikwertes "0", der einem niedrigen Pegel entspricht, was einen Fehler anzeigt.

2. Restdrucksensor nach Anspruch 1, wobei der Druck/Elektrizitäts-Wandlerabschnitt umfasst:

eine Platte, die einen Schlitz hat und an dem geschlossenen Ende der Druckerfassungsröhre festgemacht ist, so dass sie in Übereinstimmung mit der Verschiebung des geschlossenen Endes verschoben wird,

ein Lichtsensor, der ein Lichtaussendeelement und ein Lichtempfangselement enthält, die ineinander angeordnet sind, wobei die Platte dazwischen liegt,

einen ersten Signalgenerator zur Zuführung eines Wechselstromsignals an das Lichtaussendeelement des Lichtsensors, um einen Wechselstrom-Lichtstrahl zu erzeugen, und eine erste Gleichrichterschaltung zum Klemmen auf eine Versorgungsspannung und zum Gleichrichten einer Wechselstrom-Ausgabe aus dem Lichtsensor,

wobei die Konstruktion so ist, dass wenn ein Druck in der Druckerfassungsröhre kleiner oder gleich einem vorbestimmten Druck ist, ein Lichtstrahl aus dem Lichtaussendeelement von dem Lichtempfangselement über den Schlitz empfangen wird.

3. Restdrucksensor nach Anspruch 2, wobei ein Schwingelement an der Platte angebracht ist, um die Platte in eine Richtung vibrieren zu lassen, die im Wesentlichen senkrecht ist zur Richtung der Lichtaussendung von dem Lichtaussendeelement, um den von dem Lichtaussendeelement ausgesendeten Lichtstrahl zu modulieren.

4. Restdrucksensor nach Anspruch 1, wobei der Druck/Elektrizitäts-Wandlerabschnitt umfasst:

eine Platte, die an dem geschlossenen Ende der Druckerfassungsröhre festgemacht ist, um so in Übereinstimmung mit der Verschiebung des geschlossenen Endes verschoben zu werden,

einen Lichtsensor, der ein Lichtaussendeelement und ein Lichtempfangselement enthält, die auf einer Seite der Platte vorgesehen sind,

einen ersten Signalgenerator zur Zuführung eines Wechselstromsignals an das Lichtaussendeelement des Lichtsensors, um einen Wechselstrom-Lichtstrahl zu erzeugen, und

eine erste Gleichrichterschaltung zum Klemmen einer Versorgungsspannung und zur Gleichrichtung einer Wechselstrom-Ausgabe aus dem Lichtsensor,

wobei die Konstruktion so ist, dass wenn der Druck in der Druckerfassungsröhre kleiner oder gleich einem vorbestimmten Druck ist, der Lichtstrahl aus dem Lichtaussendeelement von der Platte reflektiert wird und durch das Lichtempfangselement empfangen wird.

5. Restdrucksensor nach Anspruch 1, wobei zwei Druck/Elektrizitäts-Wandlerabschnitte vorgesehen sind, welche jeweils elektrische Ausgabesignale eines hohen Pegels am Ort des geschlossenen Endes der Druckerfassungsröhre erzeugen, entsprechend Druckpegeln, die kleiner oder gleich gegenseitig verschiedenen ersten und zweiten Druckpegeln sind, und eine erste Selbsthalteschaltung, in welche an ihrem Auslöseeingangsanschluss eine Ausgabe aus dem Druck/Elektrizitäts-Wandlerabschnitt eingegeben wird, der ein elektrisches Ausgangssignal am Ort des geschlossenen Endes der Druckerfassungsröhre erzeugt, entsprechend Druckpegeln, die kleiner oder gleich dem ersten Druckpegel sind, und in welche an ihrem Rücksetzeingangsabschnitt eine Ausgabe aus dem Druck/Elektrizitäts-Wandlerabschnitt eingegeben wird, der ein elektrisches Ausgangssignal am Ort des geschlossenen Endes der Druckerfassungsröhre erzeugt, entsprechend einem Druckpegel kleiner oder gleich dem zweiten Druckpegel, der höher ist als der erste Druckpegel, und wobei ein Ausgangsanschluss mit dem Auslösereingangsanschluss rückgekoppelt ist, um ein Auslösereingangssignal selbst zu halten.

6. Restdrucksensor nach Anspruch 1, wobei die elektrische Ausgangsveränderungs-Erfassungsvorrichtung umfasst:

eine zweite Signalerzeugungseinrichtung zur Überlagerung eines Hochfrequenz-Wechselstromsignals auf einer Ausgabe aus dem Druck/Elektrizitäts-Wandlerabschnitt, einem Veränderungserfassungsabschnitt zur Ausgabe einer Wechselstrom-Signalkomponente des überlagerten Frequenz- Wechselstromsignals, wenn sich die elektrischen Ausgaben aus dem Druck/Elektrizitäts-Wandlerabschnitt nicht verändern, und einen Ausgangserzeugungsabschnitt zur Erzeugung einer Ausgabe hohen Pegels, wenn die Wechselstrom-Signalkomponente aus dem Veränderungserfassungsabschnitt ausgegeben ist.

7. Restdrucksensor nach Anspruch 6, wobei der Veränderungserfassungsabschnitt eine Verstärkungseinrichtung umfasst, in welche mittels eines Kopplungskondensators die Ausgabe aus dem Druck/Elektrizitäts-Wandlerabschnitt eingegeben wird, dem das Hochfrequenz-Wechselstromsignal der zweiten Signalerzeugungseinrichtung überlagert ist, und wobei die verstärkte Ausgabe gesättigt ist, wenn die Ausgabe aus dem Druck/Elektrizitäts-Wandlerabschnitt sich in einer Veränderungsbedingung befindet, und der Ausgangsveränderungsabschnitt eine zweite Gleichrichterschaltung umfasst zum Klemmen der verstärkten Wechselstromausgabe aus der Verstärkungseinrichtung auf die Versorgungsspannung und zum Gleichrichten, um an die Restdruck- Beurteilungseinrichtung auszugeben.

8. Restdrucksensor nach Anspruch 1, wobei die Restdruck- Beurteilungseinrichtung aus einem fehlersicheren Fenstervergleicher aufgebaut ist, der zwei Eingangsanschlüsse hat, welcher einen Wechselstromausgabe erzeugt, die höher ist als die Versorungsspannung, wenn jedes der Eingangssignale, das in die jeweiligen Eingangsanschlüsse eingegeben wird, größer oder gleich einem vorher eingestellten unteren Schwellwert ist, und welche zum Zeitpunkt eines Fehlers eine Ausgabe vom logischen Wert "0" erzeugt.







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