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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Schaltungsanordnung zum
Erzeugen eines Signals, das anzeigt, dass ein Anker eines Elektromagneten eine
Endlage erreicht hat.
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Elektromagneten
umfassen üblicherweise mindesten
eine Spule und einen im Magnetfeld der Spule beweglich angeordneten
Anker aus einem weichmagnetischen Material. Beim Beaufschlagen der
Spule mit einem elektrischen Strom verursacht das entstehende Magnetfeld
der Spule eine Bewegung des Ankers. Üblicherweise bewegt sich der
Anker so lange, bis er einen mechanischen Anschlag berührt und
damit seine Endlage erreicht.
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Man
unterscheidet monostabile Elektromagneten (das sind solche Elektromagneten,
die lediglich eine stabile Ruhelage des Ankers aufweisen, die der Anker
im stromlosen Zustand einnimmt) und bistabile Elektromagneten (das
sind solche Elektromagneten mit zwei stabilen Ruhelagen des Ankers,
die der Anker im stromlosen Zustand einnehmen kann). Bei einem monostabilen
Elektromagneten ist die Endlage des Ankers instabil, d. h. im stromlosen
Zustand fällt der
Anker in seine stabile Ruhelage zurück. Bei einem bistabilen Elektromagneten
entsprechen die beiden bistabilen Ruhelagen den beiden Endlagen des
Ankers.
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Sobald
der Anker eines monostabilen Elektromagneten nach Bestromung der
Spule des Elektromagneten seine Endlage erreicht hat, kann der Strom durch
diesen Elektromagneten von dem zum Einschalten notwendigen Einschaltstrom
auf den zum Verharren des Ankers in der Endlage notwendigen sogenannten Haltestrom
verringert werden. Durch diese Verringerung des Stroms wird eine
unerwünschte
Erwärmung
des Elektromagneten vermieden sowie aufgrund des gegenüber dem
Einschaltstrom geringeren Haltestroms Energie gespart.
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Sobald
bei einem bistabilen Elektromagnet der Anker seine mechanische Endlage
erreicht hat, kann der durch den Elektromagneten fließende elektrische
Strom auf Null verringert, d. h. abgeschaltet werden, da der Anker
auch ohne weitere Bestromung des Elektromagneten in dieser (stabilen)
Endlage verharrt.
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Zum
Erkennen, ob und wann der Elektromagnet seine Endlage erreicht hat
(genauer gesagt: wann der Anker des Elektromagneten seine Endlage erreicht
hat), ist es denkbar, Schalter oder Lagesensoren einzusetzen. Beispielsweise
kann der Anker beim Erreichen seiner Endlage einen Schalter in Form
eines Grenztasters betätigen.
Alternativ kann mittels eines z. B. induktiven Näherungssensors, in dessen Erfassungsbereich
der Anker beim Erreichen seiner Endlage gerät, festgestellt werden, wann
der Anker seine Endlage erreicht. Grenztaster schalten jedoch in
der Regel recht ungenau; genau umschaltende Grenztaster oder spezielle
Näherungssensoren
sind vergleichsweise teuer. Außerdem
müssen solche
Sensoren bzw. Schalter exakt eingestellt und/oder kalibriert werden,
um das Erreichen der Endlage durch den Anker exakt festzustellen.
Dadurch sind derartige Lösungen
relativ kostenaufwendig.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Schaltungsanordnung
anzugeben, mit denen sicher und kostengünstig das Erreichen der Endlage
durch einen Anker eines Elektromagneten erkannt werden kann.
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Diese
Aufgabe wird hinsichtlich ihres Verfahrensaspektes gelöst durch
ein Verfahren zum Erzeugen eines Signals, das anzeigt, dass ein
Anker eines Elektromagneten eine Endlage erreicht hat, wobei bei
dem Verfahren ein durch den Elektromagneten fließender Strom fortlaufend gemessen
wird, die Messwerte des Stroms daraufhin überwacht werden, ob nach einer
Zeitspanne, in der die Stromstärke (des
Stromes) kleiner geworden ist, die Stromstärke wieder größer wird,
und bei Auftreten einer solchen Stromstärken-Vergrößerung das Signal ausgegeben wird.
Bei diesem Verfahren ist besonders vorteilhaft, dass kein Lage-
bzw. Näherungssensor
zum Erkennen der Endlage notwendig ist. Vielmehr wird vorteilhafterweise
anhand des durch die Spule des Elektromagneten fließenden Stroms
erkannt, wann sich der Anker des Elektromagnets in der Endlage befindet; daraufhin
wird das die Endlage anzeigende Signal ausgegeben. Die Strommessung
und eine Auswertung des zeitlichen Verlaufs des gemessenen Stroms sind
heute z. B. mittels mikroelektronischer Bauelemente sehr genau und
kostengünstig
möglich.
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Dieses
Verfahren kann insbesondere so ablaufen, dass die Messwerte des
Stroms mittels eines Differenzierglieds daraufhin überwacht
werden, ob die Stromstärke
wieder größer wird.
Mittels eines als solches bereits bekannten Differenzierglieds können die
Messwerte des Stroms besonders einfach daraufhin überwacht
werden, ob die Stromstärke
wieder größer wird.
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Das
Verfahren kann auch so ausgestaltet sein, dass fortlaufend mittels
eines Strom-Spannungs-Wandlers eine zu dem Strom proportionale Spannung
erzeugt wird, mittels des Differenzierglieds die Größe (und
Richtung, d. h. das Vorzeichen) der zeitlichen Änderung der Spannung ermittelt
wird, und festgestellt wird, dass die Stromstärke wieder größer wird,
wenn die zeitliche Änderung
der Spannung von negativen Werten zu positiven Werten übergeht.
Diese Ausgestaltungsvariante des erfindungsgemäßen Verfahrens lässt sich
technisch besonders einfach und damit kostengünstig realisieren, weil eine
große Auswahl
an genau arbeitenden Strom-Spannungs-Wandlern erhältlich ist und sich die dem
Strom proportionale Spannung vergleichsweise einfacher weiterverarbeiten
lässt als
der durch die Spule des Elektromagneten fließende Strom.
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Das
Verfahren kann auch so ausgestaltet sein, dass festgestellt wird,
dass die Stromstärke
wieder größer wird,
wenn die zeitliche Änderung
der Spannung einen vorgewählten
Mindestwert erreicht hat. Dann ist nämlich die Stromstärke um einen
vorgewählten
Schwellwert, der von dem vorgewählten Mindestwert
abhängt,
größer geworden.
Dadurch wird ein besonders störsicheres
Verfahren ermöglicht,
da unterhalb des vorgewählten
Mindestwertes liegende zeitliche Änderungen der Spannung, welche
beispielsweise auf Störeinstrahlungen
beruhen können,
den Verfahrensablauf nicht beeinträchtigen.
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Die
oben genannte Aufgabe wird hinsichtlich ihres Anordnungsaspektes
gelöst
durch eine Schaltungsanordnung zum Erzeugen eines Signals, das anzeigt,
dass ein Anker eines Elektromagneten eine Endlage erreicht hat,
mit Messmitteln zum fortlaufenden Messen eines durch den Elektromagneten
fließenden
Stroms und mit Überwachungsmitteln
zum Überwachen
der Messwerte daraufhin, ob nach einer Zeitspanne, in der die Stromstärke kleiner
geworden ist, die Stromstärke
wieder größer wird.
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Diese
Schaltungsanordnung kann so ausgestaltet sein, dass die Überwachungsmittel
ein Differenzierglied aufweisen.
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Die
Schaltungsanordnung kann so realisiert werden, dass die Messmittel
einen Strom-Spannungs-Wandler zum fortlaufenden Erzeugen einer zu dem
Strom proportionalen Spannung aufweisen, und die Überwachungsmittel
ein Differenzierglied aufweisen zum Ermitteln der Größe der zeitlichen Änderung der
Spannung und zum Überwachen,
ob die zeitliche Änderung
der Spannung von negativen Werten zu positiven Werten übergeht.
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Die
Schaltungsanordnung kann auch so aufgebaut sein, dass die Überwachungsmittel
einen Komparator aufweisen zum Ermitteln, ob die zeitliche Änderung
der Spannung einen vorgewählten
Mindestwert erreicht hat.
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Die
vorstehend genannten Schaltungsanordnungen weisen Vorteile auf,
welche denen der vorstehend beschriebenen Varianten des erfindungsgemäßen Verfahrens
entsprechen.
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Die
Schaltungsanordnung kann auch so ausgestaltet sein, dass die Überwachungsmittel
einen Microcontroller aufweisen. Mittels eines Microcontrollers
lässt sich
der Strom besonders einfach und kostengünstig überwachen.
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Das
erfindungsgemäße Verfahren
und die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung
können insbesondere
bei einem Gleichstrommagneten, also einem mit Gleichstrom betriebenen
Elektromagneten (Gleichstrom-Elektromagnet), angewendet werden.
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Nachfolgend
wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert. Dazu
ist in
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1 der
zeitliche Verlauf eines durch einen Elektromagneten fließenden Stroms
und einer Bewegung des Ankers des Elektromagneten und in
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2 ein
Ausführungsbeispiel
einer Schaltungsanordnung zum Erzeugen eines eine Endlage des Ankers
des Elektromagneten anzeigenden Signals dargestellt.
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In 1 sind
in Diagrammform der zeitliche Verlauf eines durch eine Spule eines
Elektromagneten fließenden
Stroms i(t) sowie der zeitliche Verlauf der Bewegung des Ankers
s(t) dargestellt, wie sie bei dem erfindungsgemäßen Verfahren und der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung
auftreten. Diese Diagrammdarstellung stellt also ein kombiniertes
Weg-Zeit- und Strom-Zeit-Diagramm
dar. Der Elektromagnet ist im Ausführungsbeispiel ein Gleichstrommagnet.
Dieser Gleichstrommagnet weist einen bistabilen Charakter auf, d.
h. dieser bistabile Gleichstrommagnet weist zwei stabile Endlagen
des Ankers auf, wobei der Anker mittels Permanentmagneten auch im
stromlosen Zustand in diesen Endlagen festgehalten wird.
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Bis
zum Zeitpunkt t0 fließt
kein Strom durch die Spule des Elektromagneten. Folglich bewegt
sich der Anker nicht und verharrt am Ort s = 0. Zum Zeitpunkt t0
wird die Spule des Elektromagneten mit einer Spannung beaufschlagt,
daher steigt der Strom i(t) für
Zeiten t > t0 steil
an. Der Anker des bistabilen Gleichstrommagneten verharrt jedoch
zunächst
in seiner ursprünglichen
Lage bei s = 0. Durch den Strom i(t) muss nämlich zunächst ein Magnetfeld in der
Spule des bistabilen Elektromagneten aufgebaut werden, welches das
Magnetfeld der Permanentmagneten (welches den Anker in seiner ursprünglichen Lage
bei s = 0 festhält)
kompensiert. Zum Zeitpunkt t1 hat das Magnetfeld der Spule das Magnetfeld
des Permanentmagneten kompensiert und der Anker beginnt sich zu
bewegen: Die Lage des Ankers s(t) nimmt Werte größer Null an. Durch die Relativbewegung
des Ankers zur magnetfelder zeugenden Spule wird in der Spule eine
Spannung induziert, welche der den ursprünglichen Strom i(t) treibenden
Spannung entgegengerichtet ist. Durch diese sog. Gegenspannung nimmt
ab dem Zeitpunkt t1 der durch die Spule fließende Strom i(t) wieder ab.
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Zum
Zeitpunkt t2 erreicht der Anker des Elektromagneten seine Endlage
sE, der Anker stößt beispielsweise an einen
mechanischen Anschlag an und kann sich folglich nicht weiter bewegen.
Daraufhin wird keine Gegenspannung mehr in der Spule induziert,
woraufhin der Strom i(t) wieder ansteigt. In der Zeitspanne zwischen
t1 und t2 ist die Stromstärke des
durch die Spule fließenden
Stromes i(t) also kleiner geworden, die Stromstärke erreicht zum Zeitpunkt
t2 ihren lokalen Minimalwert iMIN. Ab dem
Zeitpunkt t2 steigt die Stromstärke
des Stromes i(t) wieder an, d. h. sie wird wieder größer. Dieser
Umkehrpunkt des Stromes bei t2, d. h. der Übergang des zunächst kleiner
werdenden Stromes in einen wieder größer werdenden Strom (lokales
Minimum des Stroms) wird erfindungsgemäß dafür genutzt, zu erkennen, dass
der Anker des Elektromagneten seine Endlage erreicht hat.
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Nach
dem Zeitpunkt t2 kann optional der zeitliche Verlauf des Stromes
daraufhin untersucht bzw. überwacht
werden, wann die zeitliche Änderung des
Stroms einen vorgewählten
Mindestwert erreicht. Dies ist im Ausführungsbeispiel zum Zeitpunkt
t3 der Fall. Daraufhin wird zum Zeitpunkt t3 ein Signal erzeugt,
welches anzeigt, dass der Anker des Elektromagneten seine Endlage
erreicht hat. Auf dieses Signal hin wird der Strom i(t) abgeschaltet,
dieser geht (aufgrund von Ausgleichsvorgängen verzögert) auf Null zurück.
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Es
ist darauf hinzuweisen, dass in dem Diagramm der 1 aus
Gründen
der deutlichen Erkennbarkeit ein sehr großer zeitlicher Abstand zwischen
t2 und t3 gewählt
wurde. Bei anderen Ausführungsbeispielen
kann der vorgewählte
Mindestwert der zeitlichen Änderung
des Stromes auch so gewählt
werden, dass der Abstand t3 zeitlich sehr kurz nach dem Zeitpunkt
t2 folgt. Das hat zur Folge, dass der Strom i(t) nur minimal über das
bei t2 liegende lokale Stromminimum wieder ansteigt und dann sehr kurzzeitig
nach dem Zeitpunkt t2 abgeschaltet wird. Alternativ kann auch auf
die Überwachung,
wann die zeitliche Änderung
des Stromes den vorgewählten Mindestwert
erreicht, verzichtet werden. Dann wird unmittelbar bei Wiederansteigen
des Stroms erkannt, dass der Anker seine Endlage erreicht hat, daraufhin wird
das Signal ausgegeben.
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In 2 ist
eine Schaltungsanordnung zum Erzeugen eines Signals dargestellt,
welches anzeigt, dass der Anker eines Elektromagneten eine Endlage erreicht
hat. Die Schaltungsanordnung weist einen Energiespeicher 1 in
Form eines Kondensators auf, welcher die für den Betrieb eines Elektromagneten 2 notwendige
Energie zur Verfügung
stellt. Bei dem Elektromagnet handelt es sich im Ausführungsbeispiel
um einen bistabilen Gleichstrommagneten, welcher mindestens eine
Spule, einen Anker und Permanentmagneten umfasst. Der Anker dieses
Gleichstrommagneten lässt
sich mittels entgegengesetzt durch die Spule des Elektromagneten
fließender Ströme (Stromrichtungsumkehr)
in beide Richtungen bewegen. Der Elektromagnet 2 ist mittels
einer aus vier Schaltern oder elektronischen Ventilen 4, 5, 6 und 7 bestehenden
Brückenschaltung
mit dem Kondensator 1 verbunden. Die Schalter bzw. elektronischen
Ventile 4, 5, 6 und 7 werden
durch eine Steuerschaltung (Steuerung) 9 angesteuert. Bei
dieser Ansteuerung werden jeweils nur zwei Schalter der Brückenschaltung
derart geschlossen, dass der von dem Kondensator 1 stammende
elektrische Gleichstrom entweder in einer Richtung (in der Figur
von oben nach unten) oder in entgegengesetzter Richtung (in der
Figur von unten nach oben) durch die Spule des Elektromagneten 2 fließt. Wenn
die Schalter 5 und 6 geschlossen und die Schalter 4 und 7 offen
sind, dann fließt
der Strom in der einen Richtung, also in der Figur von oben nach
unten durch die Spule des Elektromagneten 2. Wenn die Schalter 4 und 7 geschlossen
sind, die Schalter 5 und 6 jedoch offen, dann
fließt
der Strom in entgegen gesetzter Richtung, also von unten nach oben,
durch die Spule des Elektromagneten 2. Dadurch wird erreicht,
dass sich der Anker des Elektromagneten 2 entweder in die
eine oder in die andere Richtung bewegt.
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Der
durch die Spule des Elektromagneten 2 fließende Strom
i(t) wird mittels eines Strom-Spannungs-Wandlers 11 fortlaufend
(kontinuierlich) gemessen. Am Ausgang 12 des Strom-Spannungs-Wandlers 11 wird
als Messwert fortlaufend eine Spannung u(t) ausgegeben, deren Größe proportional
zu der Stromstärke
des durch die Spule des Elektromagneten 2 fließenden Stroms
i(t) ist. Der Ausgang 12 des Strom-Spannungs-Wandlers 11 ist mit
dem Eingang eines Differenziergliedes 13 verbunden. Dieses
Differenzierglied 13 ermittelt die Größe der zeitlichen Änderung
(d. h. die zeitliche Ableitung du(t)/dt) der Spannung u(t). Mit
diesem Differenzierglied wird also sowohl die Geschwindigkeit/Höhe der Änderung
als auch die Richtung der Änderung (Größer/kleiner,
d. h das Vorzeichen der Änderung) erfasst.
Da die Spannung u(t) proportional zum Strom i(t) ist, entspricht
die Größe der zeitlichen Änderung du(t)/dt
der Spannung u(t) der Größe der zeitlichen Änderung
di(t)/dt des Stromes i(t).
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Das
Differenzierglied 13 ist so ausgestaltet, dass an dessen
Ausgang 15 ein Ausgangssignal der Größe Null ausgegeben wird, so
lange die zeitliche Änderung
der Spannung du(t)/dt kleiner oder gleich Null ist. Erst wenn die
zeitliche Ände rung
der Spannung einen Wert größer Null
annimmt, dann wird dieser Wert am Ausgang 15 ausgegeben.
Der Ausgang 15 des Differenziergliedes 13 ist
mit einem Eingang eines Komparators 17 verbunden. Dieser
Komparator vergleicht den Wert der zeitlichen Änderung der Spannung, der am
Ausgang des Differenziergliedes 15 ausgegeben wird, mit
einem vorgegebenen (vorgewählten)
Mindestwert (z. B. 0,2 V/ms) und gibt erst dann an einem Ausgang 19 des
Komparators 17 ein Signal aus, wenn die am Eingang 15 anliegende
zeitliche Änderung
der Spannung den vorgewählten
Mindestwert erreicht hat (und wenn der Komparator zusätzlich ein
Freigabesignal erhalten hat, wie unten erläutert werden wird). Dieses
am Ausgang 19 des Komparators 17 ausgegebene Signal
zeigt an, dass der Anker des Elektromagneten die Endlage erreicht hat.
Dieses Signal wird zur Steuerschaltung 9 weitergeleitet.
Die Steuerschaltung 9 schaltet daraufhin den durch den
Elektromagneten 2 fließenden
Strom i(t) ab, indem sie mindestens einen Schalter des stromführenden
Zweigs der Brückenschaltung
(oder auch alle vier Schalter 4, 5, 6 und 7) öffnet.
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Die Überwachung
der Messwerte des Stroms daraufhin, ob nach einer Zeitspanne, in
der die Stromstärke
kleiner geworden ist, die Stromstärke wieder größer wird,
erfolgt im Ausführungsbeispiel also
unter Nutzung einer Spannung, welche proportional zur Stromstärke ist.
Diese Spannung wird von dem Strom-Spannungs-Wandler 11 bereitgestellt.
Da die Spannung proportional zum Strom ist, entspricht die Überwachung
der am Ausgang des Stromspannungswandlers 11 auftretenden
Spannung u(t) der Überwachung
des durch den Elektromagneten 2 fließenden Stromes i(t). Wenn also
beispielsweise mittels des Differenzierglieds 13 die Größe der zeitlichen Änderung
der Spannung du(t)/dt ermittelt wird, entspricht diese der Größe der zeitlichen Änderung
des Stroms di(t)/dt.
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Der
Strom-Spannungs-Wandler 11 gehört zu Messmitteln, welche fortlaufend
den durch den Elektromagnet 2 fließenden Strom messen. Das Differenzierglied 13 und
der Komparator 17 gehören
zu Überwachungsmitteln,
welche (durch Überwachung
der proportionalen Spannung u(t)) die Messwerte des Stromes daraufhin überwachen,
ob nach dem Absinken des Stromes der Strom wieder ansteigt, d. h.
ob nach der Zeitspanne, in der die Stromstärke kleiner geworden ist, die
Stromstärke
wieder größer wird.
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Weiterhin
weist die Schaltungsanordnung zwei Grenztaster 21 und 23 auf.
Der Grenztaster 21 wird geschlossen, wenn der Anker des
Elektromagneten 2 in die Nähe seiner einen Endlage kommt, während der
Grenztaster 23 geschlossen wird, wenn der Anker des Elektromagneten 2 in
die Nähe
seiner anderen Endlage kommt. Im Ausführungsbeispiel wird der Grenztaster 21 dann
geschlossen, wenn der Anker des Elektromagneten 2 in die
Nähe seiner
linken Endlage kommt, während
der Grenztaster 23 dann geschlossen wird, wenn der Anker
des Elektromagneten 2 in die Nähe seiner rechten Endlage kommt.
Diese Grenztaster können
im Ausführungsbeispiel
relativ einfach aufgebaut sein und daher auch ungenau arbeiten.
Es muss lediglich sichergestellt sein, dass der jeweilige Grenztaster
schon kurz, bevor der Anker seine jeweilige Endlage erreicht, schließt (vgl. 1:
der Grenztaster muss also bereits innerhalb des Zeitintervalls zwischen
t1 und t2 schließen,
d. h. wenn der Anker seine Endlage noch nicht erreicht hat). Einfach
aufgebaute und kostengünstige
Grenztaster, die nicht exakt eingestellt oder kalibriert zu werden
brauchen, sind also völlig
ausreichend.
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Die
beiden Grenztaster 21 und 23 dienen der Freigabe
des Komparators. Freigabe bedeutet, dass der Komparator 17 erst
dann an seinem Ausgang 19 ein Signal ausgibt, wenn zusätz lich zu
einem entsprechenden Eingangssignal entweder der Grenztaster 21 oder
der Grenztaster 23 geschlossen ist und demzufolge entweder
an einem ersten Freigabeeingang 25 oder an einem zweiten
Freigabeeingang 27 ein Freigabesignal anliegt. Damit wird
erreicht, dass der Komparator 17 zwischen den Zeitpunkten
t1 und t2 (vgl. 1) freigegeben (aktiviert) wird,
wenn der durch den Elektromagneten fließende Strom i(t) bereits durch
die Bewegung des Ankers kleiner wird. Dadurch wird verhindert, dass
bereits zu Zeitpunkten t < t1
aufgrund des dort ansteigenden Stroms i(t) am Ausgang des Komparators 17 fälschlicherweise
das Signal ausgegeben wird, welches anzeigt, dass sich der Anker
des Elektromagneten in seiner Endlage befindet.
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Die
Freigabe des Komparators kann jedoch auch auf andere Weise als mittels
zweier Grenztaster 21 und 23 erfolgen. Beispielsweise
kann auch eine einfache Zeitsteuerung vorgesehen werden, welche so
aufgebaut ist, dass sie zu einem nahezu beliebigen Zeitpunkt zwischen
t1 und t2 den Komparator freigibt, vor dem Zeitpunkt t1 jedoch kein
Freigabesignal an den Komparator sendet, d. h. den Komparator sperrt,
abschaltet. Diese Zeitsteuerung kann z. B. kurz nach Erreichen des
Maximalwertes des Stroms, d. h. kurz nach dem Zeitpunkt t1, ein
Freigabesignal an einen der Freigabeeingänge des Komparators ausgeben.
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In
einem anderen Ausführungsbeispiel
können
die Messwerte des Stroms auch folgendermaßen überwacht werden: Der Stromverlauf
kann einfach und kostengünstig
durch einen Mikrocontroller, der einen Analog-Digital-Wandler enthält, überwacht werden.
Solche Mikrocontroller sind sehr preisgünstig verfügbar und benötigen als
zusätzliche
Bauelemente im Wesentlichen nur einen Schwingquarz und einen Widerstand
zur Strom-Spannungs-Wandlung. Mit einem solchen Controller kann
die Stromüberwachung
auf verschiedene Arten erfolgen:
- A) Die Zeit
nach Einschalten des durch den Elektromagneten fließenden Stroms
(d. h. die Zeit nach erfolgter Magnetansteuerung) wird gemessen.
Nach Ablauf einer vorgewählten
Zeitspanne – die
dem ersten Stromanstieg entspricht, vgl. 1 – erfolgt
ein Vergleich der dann folgenden Messwerte (Abtastwerte) untereinander
und es wird ermittelt, ob die Stromwerte fallen oder steigen, d.
h. kleiner oder größer werden.
- B) Nach erfolgter Magnetansteuerung erfolgt fortlaufend ein
Vergleich der Messwerte und es wird festgestellt, ob die Messwerte
fallen oder steigen, d. h. kleiner oder größer werden. Das Signal wird ausgegeben,
wenn zum zweiten Mal ein größer werdender
Stromverlauf erkannt wird, d. h. wenn nach dem abfallenden Stromverlauf
wieder ein ansteigender Stromverlauf erkannt wird.
- C) Nach erfolgter Magnetansteuerung werden die Messwerte fortlaufend überwacht
und durch Vergleich der Messwerte untereinander wird der Umkehrpunkt
(relatives Minimum der Spannung bzw. des Stroms) erkannt. Bei einem
darauf folgenden Anstieg der Spannung bzw. des Stroms wird das Signal
ausgegeben und daraufhin der Magnetstrom abgeschaltet.
- D) Der Microcontroller vergleicht die Messwerte des Stroms mit
in einem Speicher des Microcontrollers abgespeicherten Referenzwerten
(Referenzkurve des Stroms).
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Das
beschriebene Verfahren und die beschriebene Schaltungsanordnung
lassen sich auch für
andere Arten von Elektromagneten anwenden: Beispielsweise für monostabile
Elektromagneten, die ohne Stromrichtungsumkehr z. B. bei elektromagnetischen
Relais verwendet werden. In diesem Fall würde der Strom bei Erreichen
der Endlage des Ankers nicht abgeschaltet, sondern nur vom Einschaltstrom auf
den Haltestrom redu ziert werden. Weiterhin lässt sich das beschriebene Verfahren
und die beschriebene Schaltungsanordnung auch für Elektromagneten mit mehreren
Spulen einsetzen, indem der Strom durch jede der Spulen separat
gemessen und überwacht
wird.
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Das
genaue Erkennen des Erreichens der Endlage des Ankers und das daraufhin
erfolgende Abschalten bzw. Reduzieren des Stroms weist eine Reihe
von Vorteilen auf: das Schalten des Elektromagnets erfolgt mit nur
geringem Energieverbrauch, mit einer gegebenen Energiemenge kann
daher der Elektromagnet zeitnah eine große Anzahl von Schaltungen vornehmen
(dies ist insb. vorteilhaft, wenn die Energie einem nur langsam
nachzuladendem Kondensator entnommen wird) und eine unnötige Erwärmung der
Spule des Elektromagneten wird vermieden.
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Mit
dem beschriebenen Verfahren und der beschriebenen Schaltungsanordnung
kann einfach, sicher und kostengünstig
erkannt werden, dass der Anker des Elektromagneten eine Endlage
erreicht hat, und es kann ein entsprechendes Signal ausgegeben werden.
Diese Endlagenerkennung kann sowohl bei Elektromagneten eingesetzt
werden, um eine Endlage des Ankers zu erkennen als auch um zwei
verschiedene Endlagen des Ankers zu erkennen (vgl. Ausführungsbeispiel
der 2: sowohl die linke als auch die rechte Endlage
des Ankers wird erkannt). Nach Erkennen, dass der Anker des Elektromagneten
seine Endlage erreicht hat, kann auf das Signal hin der Strom durch
die Spule des Elektromagneten sofort abgeschaltet (bzw. bei monostabilen Elektromagneten
reduziert) werden, wodurch der Energiebedarf zum Schalten des Elektromagneten
sehr gering ist. Vorteilhafterweise ist zum Erkennen, wann der Anker
seine Endlage erreicht hat, kein genau arbeitender Grenztaster bzw.
kein genau arbeitender Lagesensor für den Anker notwendig, vielmehr
wird anhand des durch die Spule des Elektromagneten fließenden Stromes
ermittelt, wann der Anker seine Endlage erreicht. Da relativ ungenau
funktionierende Grenztaster jedoch aus Sicherheitsgründen oftmals bei
Elektromagneten sowieso vorhanden sind, lassen sich diese vorteilhafterweise
zur Freigabe bzw. Aktivierung der Schaltungsanordnung einsetzen,
dadurch werden für
die Freigabe keine zusätzlichen Bauteile
benötigt
(Minimierung des Bauteileaufwands). Die Schaltungsanordnung lässt sich
aber auch ohne solche Grenztaster realisieren, beispielsweise mittels
einer Zeitsteuerung, an deren Genauigkeit keine großen Anforderungen
gestellt zu werden brauchen.