DE1051326B - Schaltungsanordnung zur elektronischen Impulssteuerung von Elektromagneten mit Hilfe eines Sperrschwingerkreises - Google Patents

Description

DEUTSCHES

In der elektronischen Impulstechnik tritt häufig die Aufgabe auf, mittels eines sehr kurzzeitigen und leistungsarmen Impulses einen Elektromagneten zum Ansprechen zu bringen. Da ein solcher Impuls einerseits nicht die notwendige Energie zur Betätigung eines Elektromagneten besitzt und andererseits gegenüber der mechanischen Trägheit des Elektromagneten viel zu kurzzeitig ist, ergibt sich die Notwendigkeit, diesen Impuls einmal in der Zeit zu dehnen und zum anderen in seiner Leistung zu verstärken. Üblicherweise bedient man sich hierzu einer monostabilen Kippschaltung, welche durch diesen Impuls geschaltet wird und ihrerseits einen Impuls von einer Länge abgibt, wie sie für die Erregung des Elektromagneten benötigt wird. In den Fällen, in welchen die von der monostabilen Kippschaltung abgegebene Impulsleistung zur Erregung . noch nicht ausreicht, ist es zusätzlich notwendig, dieser Kippschaltung noch einen gesonderten Verstärker nachzuschalten.

Um den Raumbedarf für eine derartige Schaltanordnung, die meist nur ein Zusatzaggregat für ein elektronisches Zähl-, Rechen- oder ähnliches Gerät ist, möglichst gering zu halten, benutzt man Sperrschwinger-Transformatoren, die mittels eines Dauerrückholstromes nach jedem Kippvorgang in die Ausgangslage zurückgestellt werden. Diese Platzersparnis beim Transformator muß aber mit einem größeren Energiebedarf erkauft werden.

Die Erfindung hat sich zum Ziel gesetzt, durch Vereinfachung der Schaltung den Aufwand und den Leistungsbedarf für die Erregung solcher Elektromagneten wesentlich herabzusetzen. Dies wird gemäß der Erfindung dadurch erreicht, daß der zu betätigende Elektromagnet selbst als Transformator für den Sperrschwingerkreis ausgebildet ist.

Der Elektromagnet wird also mit einer zweiten Wicklung versehen und in den Sperrschwingerkreis mit einbezogen, so daß ein gesonderter Sperrschwinger-Transformator entfallen kann. Zum Weiteren wird diese neue Sperrschwingerschaltung mit einem gesonderten Speicherkondensator versehen, aus welchem während des Schaltvorganges die zum Schalten benötigte Energie entnommen wird. In den. Schaltpausen wird dieser Speicherkondensator über einen relativ großen Widerstand wieder aufgeladen. Da der als Sperrschwinger-Transformator benutzte Elektromagnet stets einen mehr oder weniger großen Luftspalt besitzt, ist ein Rückstellstrom zur Vergrößerung des Flußhubes nicht erforderlich.

Der Aufbau einer bekannten Anordnung ist in der Fig. 1, der vereinfachte Aufbau gemäß der Erfindung ist in einer beispielsweise Ausführungsform in Fig. 2 dargestellt.

Die Unterschiede in dem Aufbau und die verschie-Schaltungsanordnung zur elektronischen Impulssteuerung von Elektromagneten
mit Hilfe eines Sperrschwingerkreises

Anmelder:

Kienzle Apparate G.m.b.H.,
Villingen (Schwarzw.)

Günter Martens, Schliersee,
ist als Erfinder genannt worden

denen Arbeitsweisen werden an Hand der Zeichnungen nachstehend näher erläutert:

Gemäß der Fig. 1 bringt ein entweder dem Eingang 1 oder Eingang 2' zugeführter Steuerimpuls einen aus einem Transistor 3 und einem Transformator 4 bestehenden monostabilen Sperrschwinger zum Kippen. Die Kippzeit des Sperrschwingers wird durch die Dimensionierung des Sperrschwinger-Transformators 4 und die Höhe der Batteriespannung bestimmt. Nach Ablauf . dieses einmaligen . Kippvorganges kehrt der Sperrschwinger durch nachstehend erwähnte Mittel in seine Ruhestellung zurück und ist nach Ablauf einer gewissen Rückstellzeit wieder zur Ausführung eines erneuten Schaltvorgan·? ges bereit. Diese Rückstellzeit ist bedingt durch einen Dauerstrom, welcher eine Wicklung 4 c des Trans·^ formators 4 in einem solchen Sinne durchfließt, daß der magnetische Fluß im Transformator 4 in einen solchen Ausgangszustand gebracht wird, der während des Kippvorganges im Kern eine möglichst große Flußänderung auftreten läßt. Aus der Flußänderung vom Ausgangszustand bis zur Sättigung und der anliegenden Spannung ergibt sich dann die Kippzeit der Sperrschwingerschaltung, welche lang genug sein muß, um einen Elektromagneten 6 während dieser Zeit ansprechen zu lassen. Während dieser Kippzeit wird in eine Wicklung 4 d des Transformators 4 eine negative Spannung induziert, welche der Basis eines Transistors 5 zugeführt wird und diesen leitend macht. Der nunmehr fließende Kollektorstrom dieses Transistors 5 ist kräftig genug, den Elektromagneten 6 zu betätigen.

Die Dauerstromrüekholung des Transformators 4 ist erforderlich, um bei möglichst kleinen Abmessungen des Transformators 4 noch eine genügend große Fluß-

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änderung, welche ausreichend für die Erregung des Elektromagneten 6 ist, während des Kippvorganges zu erhalten.

In einem ausgeführten Beispiel wurden für die Erregung eines Elektromagneten Stromimpulse von etwa 0,3 A Amplitude und 6 ms Dauer benötigt. Der erforderliche Strom für die Rückstellung des Transformators 4 betrug dabei etwa 1OmA. Da in einer solchen Anlage zehn und mehr Elektromagnete vorgesehen sind, die nacheinander oder auch eventuell gleichzeitig betätigt werden müssen, war hierfür von Seiten des Netzgerätes ein Dauerstrom von wenigstens 100 mA Stromstärke notwendig. Dabei mußte der Netzteil also auch so dimensioniert sein, daß er einer möglichen Stoßbelastung von 3 A standhielt. Ein solcher Netzteil ist notwendigerweise recht groß und aufwendig.

In der Fig. 2 besteht der Sperrschwingefkreis aus einem Elektromagneten 17 mit den Wicklungen 17 α und 17 b, einem Transistor 12, dessen Kollektor über einen Widerstand 14 mit dem Eingang der Wicklung 17 α des Elektromagneten 17 verbunden ist, während seine Basis über -einen Widerstand 15 zu dem Eingang der Wicklung 17 b führt. Am Ausgang der Wicklung 17 a liegt ein Pol eines Speicherkondensators 18, welcher mit dem gleichen Pol über einen Widerstand 19 mit dem negativen Pol 20 der Spannungsquelle verbunden ist. Der Ausgang der Wicklung 17 b und der andere Pol des Kondensators 18 · liegen an dem positiven Pol 21 der Gleichspannunigsquelle.

Der Emitter des Transistors 12 ist mit dem negativen Pol einer Diode 13 verbunden, deren positiver Pol wiederum zur positiven Klemme 21 der Gleichspannungsquelle führt. Im Ruhezustand befindet sich der Transistor 12 im nichtleitenden Zustand. Der in jedem Fall fließende Kollektorreststrom erzeugt an der Diode 13 einen Spannungsabfall von etwa Vio V und macht damit den Emitter des Transistors 12 negativ gegenüber seiner Basis, so daß der Transistor 12 sich mit Sicherheit im_: gesperrten Zustand befindet.

Wird nun der Eingangsklemme 11 ein negativer Steuerimpuls zugeführt, so gelangt dieser über einen Koppelkondensator 22 an die Basis des Transistors 12 und macht- diesen leitend. Hierdurch beginnt über den Widerstand 14 und die Wicklung 17 a ein Kollektorstrom zu fließen, welcher eine Flußänderung in dem Elektromagneten erzeugt. Infolge dieser Flußänderung wird eine Spannung in die Wicklung 17 b induziert, welche einen solchen Windungssinn besitzt, daß der mit ihr über den Widerstand 15 verbundenen Basis des Transistors 12 eine negative Spannung zugeführt wird. Diese negative Spannung hält den Transistor 12 nun so lange im leitenden Zustand, wie sich der Fluß im Elektromagneten 17 ändert. Infolge der durch die Wicklung 17 a gebildeten Induktivität beginnt der Kollektorstrom von Null aus etwa sägezahnförmig so lange anzusteigen, bis die Stromstärke durch die im Kollektorkreis liegenden Gleichstrom-Widerstände (einschließlich des Gleichstrpmwiderstandes des Transistors selbst und des der Diode 13) auf einen Höchstwert begrenzt wird, über welchen der Kollektorstrom nicht mehr anzusteigen vermag. Infolge der nunmehr konstant bleibenden Feldstärke im Elektromagneten 17 ändert sich auch der Fluß in diesem nicht mehr, und die in die Wicklung 17 b induzierte Spannung bricht ab. Hierdurch wird der Transistor 12 sofort wieder nichtleitend.

Infolge des im Elektromagneten 17 enthaltenen Luftspaltes bricht das Feld bei Beendigung des beschriebenen Kippvorganges sofort wieder zusammen und würde dabei in die Wicklung 17 a eine für den Transistor 12 schädliche Spannungsspitze induzieren, wenn diese Spannungsspitze nicht durch eine mit dem Anfang und dem Ende der Wicklung 17 α verbundene und entsprechend gepolte Diode 16 vernichtet würde. Während des Kippvorganges wurde der Speicherkondensator 18 entladen. Die Bemessung des Kondensators 18 ist derart, daß sich die Spannung des Kondensators 18 durch den Kippvorgang nur um

ίο etwa 10% verringert. Während der nun folgenden Impulspause wird der Kondensator 18 über den Widerstand 19 wieder auf seine ursprüngliche Spannung aufgeladen.

Der Leistungsbedarf der erfindungsgemäßen An-Ordnung ist gegenüber der vorhergehend geschilderten bekannten Anordnung außerordentlich verringert. Ein Dauerstrom für einen Rückstellungsvorgang wird überhaupt nicht benötigt. Trotz der während des Kippvorganges auftretenden hohen Stromspitze mit

ao einem maximalen Wert von 0,6 A wird die Gleichspannungsquelle hierdurch praktisch überhaupt nicht belastet, da die Energie für diesen Stromstoß aus dem Speicherkondensator 18 entnommen wird. Der Kippvorgang besitzt eine Zeitdauer von etwa 2 ms.

Während dieser Zeit wird der Kondensator 18 durch die entnommene Stromspitze von beispielsweise 30 V auf etwa 27 V entladen. Die Reaktionszeit der mechanischen Teile des verwendeten Elektromagneten 17, welcher z. B. als Topfmagnet ausgebildet ist, beträgt etwa 4 ms gegenüber 6 ms bei der zuvor erwähnten Schaltung bei Verwendung des gleichen Magneten. In der Ruhezeit des Elektromagneten lädt sich der Kondensator 18 wieder auf die Spannung der Gleichspannungsquelle auf.

Der in die neue Schaltungsanordnung gemäß Fig. 2 einbezogene Speicherkondensator 18 bedeutet gegenüber der in Fig. 1 beschriebenen Schaltungsanordnung keinesfalls einen Mehraufwand, da ein entsprechend großer- Speicherkondensator in dem zur Schaltung nach Fig. 1 zugehörigen Netzgerät gleichfalls vorgesehen sein muß. Die vorgeschlagene Zuordnung eines entsprechend kleineren Speicherkondensators 18 für jeden einzelnen Elektromagneten 17-bringt jedoch den Vorteil, daß bei einem gleichzeitigen Ansprechen sämtlicher Elektromagneten 17 keinerlei gegenseitige Beeinflussungen möglich sind.

Für eine Schaltung gemäß Fig. 2 werden benötigt: ein Sperrschwinger-Transformator, der mit dem zu betätigenden Elektromagneten 17 identisch ist, und ein Transistor 12. · · .

Demgegenüber gehören zu einer-Schaltung gemäß Fig. 1: Ein Elektromagnet, ein Sperrschwinger-Transformator, zwei Transistoren und ein besonderer Netzteil.

Im beschriebenen Beispiel beträgt die durch den verwendeten Speicherkondensator 18 und den zugehörigen Ladewiderstand 19 bedingte Zeitkonstante V2 Sekunde. Bei dieser Zeitkonstante beträgt der maximale Ladestrom etwa 1 mA, begrenzt etwa auf die Zeitdauer der Zeitkonstante. Gegenüber der bekannten Anordnung nach Fig. 1, in welcher ein Dauerruhestrom von 10 mA benötigt wird, beweist dies eine erhebliche Stromersparnis. Hinzu kommt noch, daß bei der Anordnung nach Fig. 1 der besondere Versorgungsnetzteil in der Lage sein muß, bei Verwendung von mehreren Elektromagneten gleichzeitig die erhebliche Stromspitze von 3 A liefern zu können. Infolge des außerordentlich verringerten Leistungsbedarfs' der erfindungsgemäßen Anordnung nach Fig. 2 wird es in der Mehrzahl der Anwendungs-

fälle möglich sein, die Betriebsspannung aus dem Netzteil des zugehörigen elektronischen Gerätes zu entnehmen. Ein besonderer Netzteil ist bei der neuen Anordnung also überflüssig.

Besonders vorteilhaft ist die Verwendung der erfmdungsgemäßen Anordnung in mechanischen Zusatzgeräten für elektronische Zähl- oder auch Rechengeräte. Eine besonders vorteilhafte Anwendung ergibt sich für die Arretierungshubmagnete in Druck- oder Anzeigegeräten.

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Schaltungsanordnung zur elektronischen Impulssteuerung von Elektromagneten mit Hilfe eines Sperrschwingerkreises, dadurch gekennzeichnet, daß der zu betätigende Elektromagnet

(17) selbst als Transformator für den Sperrschwingerkreis ausgebildet ist.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die für die Erregung des Elektromagneten (17) notwendige Energie während des Ansprechvorganges aus einem Speicherkondensator (18) entnommen wird, welcher so geschaltet ist, daß er in den Ruhezeiten wieder aufgeladen wird.

3. Anordnung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Sperrschwingerkreis aus einem Elektromagneten (17) mit zwei Wicklungen und einem Transistor (12) besteht.

4. Anordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß in der Emitterleitung des Transistors (12) eine Diode (13) zur Erzeugung einer gegenüber der Basis negativen Emitter-Ruhespannung vorgesehen ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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