DE1273068B - Schaltungsanordnung zur Impulssteuerung von Elektromagneten - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESGHRIFT

Int. CL:

HOIf

Deutsche Kl.: 21g-2/01

Nummer:
Aktenzeichen:
Anmeldetag:
Auslegetag:

P 12 73 068.6-33 (S 80855)

10. August 1962

18. Juli 1968

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zur Impulssteuerung von Elektromagneten mit in Reihe zu einer Gleichspannungsquelle liegendem Speicherkondensator und Ladewiderstand sowie einem durch Impulse steuerbaren Entladetransistor, der bei Ansteuerung den Kondensator sich über die Spule des Magneten entladen läßt, wobei die Dauer der Entladung durch Schaltmittel bestimmt wird, die nach Steuerung in einen instabilen Zustand in einen stabilen Zustand der Ruhelage zurückkehren und wobei ein ansteuerbarer Transistor und ein Treibertransistor zum An- und Abschalten des Entladetransistors als sich zeitlich selbsttätig einstellender monostabiler Impulsgenerator geschaltet sind. Beispielsweise bei Schnelldruckern, wie sie in der USA.-Patentschrift 2 787 210 beschrieben sind, müssen die durch Elektromagneten oder Solenoidspulen betätigten Druckhämmer sehr schnell und zeitlich genau abgeschossen werden. Deshalb muß also auch dem jeweiligen Magneten die elektrische Energie äußerst gleichmäßig bei jedem einzelnen Druckvorgang zugeführt werden, damit die Hämmer nicht zeitlich ungenau oder mit zu geringer Kraft drucken.

Wenn nun bei Schnelldruckern oder anderen Maschinen mit einer gewissen Anzahl von über gesonderte Schaltkreise betriebenen Elektromagneten die Magneten gleichzeitig betrieben werden, so muß verständlicherweise die Stromquelle impulsartig einen entsprechend hohen Energiestoß abgeben können. Solche Stromquellen müssen demnach entsprechend leistungsstark ausgelegt sein und eine geringe Impedanz aufweisen, was natürlich entsprechend kostspielig ist. Es sind bereits Schaltungsanordnungen zur impulsartigen Steuerung von Elektromagneten bekannt, die mit einem Speicherkondensator und einem durch Impulse ansteuerbaren Entladetransistor arbeiten, der bei Ansteuerung den Kondensator sich über die Spule des Elektromagneten entladen läßt. Die Dauer des Entladevorganges kann auf bekannte Weise durch Sperrschwinger erfolgen. Durch die Einschaltung dieses Kondensators und da der Kondensator in den Schaltpausen wieder aufgeladen wird, wird weitgehend eine Entlastung der Stromquelle hervorgerufen.

Nachteilig macht sich bei derartigen Schaltungsanordnungen aber bemerkbar, daß die einzelnen Kreise für die über eine Stromquelle betriebenen Elektromagneten bei mehrfachem gleichzeitigen Entladevorgang immer noch die Stromquelle übermäßig beeinflussen, da diese Kreise beim Entladen mit der Stromquelle verbunden bleiben. Außerdem ist nicht auszuschließen, daß sich die einzelnen Entladungs-Schaltungsanordnung zur Impulssteuerung von
Elektromagneten

Anmelder:

Francis Henry Shepard jun.,

Berkeley Heights, N. J. (V. St. A.)

Vertreter:

Dr. H. Wilcken, Patentanwalt,

2400 Lübeck, Breite Str. 52-54

Als Erfinder benannt:
Francis Henry Shepard jun.,
Berkeley Heights, N. J. (V. St. A.)

Beanspruchte Priorität:

V. St. v. Amerika vom 21. August 1961 (132 682)

kreise bzw. Schaltkreise für die Elektromagneten beim Entladen der Kondensatoren gegenseitig beeinflussen, während sich andererseits Schwankungen in der Vorsorgungsspannung direkt auf die gerade betriebenen Elektromagneten auswirken können.

Zur Behebung dieser Nachteile wird erfindungsgemäß die eingangs erwähnte Schaltungsanordnung so ausgebildet, daß der angeschaltete Treibertransistor den Entladetransistor anschaltet und die Entladung des Speicherkondensators über die Spule und den Entladetransistor hervorruft und daß gleichzeitig der durch den angeschalteten Transistor und einen Widerstand fließende Strom einen Spannungsabfall zur wirksamen Abtrennung des Entladekreises von der Spannungsquelle durch Öffnen eines in Reihe zum Speicherkondensators liegenden Ladetransistors hervorruft. Hierdurch wird erreicht, daß jeder gerade betriebene Entladungskreis nach dem Ansteuervorgang bzw. während des Entladevorgangs von der Spannungsquelle abgetrennt ist, so daß während des Entladens des Speicherkondensators eventuell auftretende Vorsorgungsspannungsänderungen ohne Einfluß auf den Entladekreis bleiben, wodurch also die jeweiligen Magneten immer mit gleicher Energie betrieben werden, und die einzelnen Entladekreise sich nicht gegenseitig nachteilig beeinflussen.

Die Schaltungsanordnung kann weiterhin so ausgebildet werden, daß durch positive Ansteuerung der Transistor abgeschaltet und der Treibertransistor an-

809 570/417

geschaltet wird und daß die Zeitdauer, in der der Transistor angeschaltet bleibt, durch einen Rückkopplungskondensator, der seinerseits den Transistor abgeschaltet hält, und einen aus Widerständen und bestehenden Spannungsteiler bestimmt wird. Der Treibertransistor weist zwei niederohmige Widerstände in Serie mit ihm auf, wobei der Spannungsabfall über diese Widerstände den Lade- und Entladetransistor steuert. Schließlich ist die Schaltungsanordnung noch so aufgebaut, daß im Kollektorkreis des Ladetransistors eine Diode liegt, die nach Aufladen des Ladekondensators durch ihren hohen Widerstand den Ladekondensator von der Stromquelle abtrennt und das Abschalten des Transistors durch Spannungsstöße verhindert.

An Hand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels für eine Schaltungsanordnung zur Steuerung von Druckhämmern wird die Erfindung nunmehr näher erläutert.

Der Schaltkreis 10 nach der Zeichnung ist auf der ao rechten Seite mit einer den Hammer abschießenden Solenoidspule 12 verbunden. Zwischen der Unterseite dieser Spule und Erde liegt ein Speicherkondensator 14, der aufgeladen werden kann in einer Polarität, die durch einen Ladetransistor 16 gegeben ist. Der Kollektor des Transistors 16 ist über einen niedrigohmigen Widerstand 18 und eine Diode 20 mit der negativen Klemme einer Gleichspannungstromquelle 22 verbunden (schematisch als Batterie dargestellt), deren positive Seite geerdet ist. Die Oberseite der Spule 12 ist über einen Entladetransistor 24 und eine Diode 26 an Erde gelegt. Nachdem der Kondensator 14 aufgeladen worden ist, kann er über die Spule 12 durch den Transistor 24, sobald er angeschaltet ist, entladen werden. Um eine Be-Schädigung des Entladetransistors 24 durch eine umgekehrte Rücklaufspannung über die Spule 12 nach Unterbrechung des Stromes durch die Spule zu verhindern, ist die Spule mit einer Diode 28 parallel geschaltet, die diese negative Spannung beschneidet.

Der Transistor 24 wird durch einen Treibertransistor 30 und einen Transistor 32 gesteuert. Diese beiden Transistoren sind als sich selbst zeitlich einstellender Impulsgenerator geschaltet. Sobald der Transistor 30 angeschaltet ist, entnimmt er den Strom über eine Diode 36 aus der Basis des Transistors 24, wodurch er bis zur Sättigung getrieben wird. Dies läßt es zu, daß sich der Kondensator 14 über die Solenoidspule 12 entlädt. Sobald der Treibertransistor 30 angeschaltet ist, entnimmt er Strom über einen Widerstand 38, und der resultierende Spannungsabfall schaltet den Ladetransistor 16 ab und unterbricht dadurch die Verbindung zwischen ihm und der Stromquelle gegenüber der Spule 12 und dem Kondensator 14. Sobald sich der Treibertransistor 30 abschaltet, schaltet ein kleiner Strom über einen Widerstand 39 von der Basis des Transistors 24 zur Erde den Transistor 24 ab.

Die Länge der Zeit, in der der Transistor 30 angeschaltet bleibt, wird durch einen Rückkopplungskondensator 40 und einen Spannungsteiler bestimmt, der aus den beiden Widerständen 42 und 44 besteht. Ein positiver Triggerimpuls, der der Basis des Transistors 32 von der Eingangsklemme 46 zugeführt wird, verursacht das Abschalten des Transistors 32. Dies läßt es zu, daß die Spannung an der Basis des Transistors 30, die mit der negativen Seite der Batterie 22 über einen Widerstand 48 verbunden ist, negativ wird. Dies schaltet den Treibertransistor 30 an, mit dem Ergebnis, daß eine positive Spannung dem Kondensator 40 zugeführt wird, der seinerseits den Transistor 32 über eine festgelegte Zeit abgeschaltet hält. Sobald sich der Kondensator 40 bis auf einen bestimmten Punkt entladen hat, schaltet sich der Transistor 32 automatisch an und bleibt angeschaltet, bis er durch Triggern wieder abgeschaltet wird.

Die Diode 20, die eine Siliziumdiode ist und im leitenden Zustand einen Vorausspannungsabfall von etwa 0,6 Volt über die Diode hat, dient als nichtlinearer Widerstand im Ladekreis zum Kondensator 14. Sobald der Kondensator anfänglich aufgeladen wird, bietet diese Diode einen sehr niedrigen Widerstand, aber Sobald der Kondensator fast aufgeladen ist, bietet die Diode einen sehr hohen Widerstand und erzeugt dadurch tatsächlich das Abkuppeln von der Stromquelle. Diese Diode hindert auch die Spannungsstöße in der Stromquelle daran, den Transistor 32 durch Triggern abzuschalten.

Die Dioden 26 und 36, die ebenfalls Siliziumdioden sind, gewährleisten, daß die Transistoren 24 und 30, sobald sie abgeschaltet werden, völlig abgeschaltet sind. Der zusätzliche Widerstand 18 zur Erzeugung einer Impedanz im Ladeweg zum Kondensator 14 läßt es zu, daß sich der angeschaltete Transistor 16 sättigt.

In einer Schaltung, die im wesentlichen mit der Schaltung 10 identisch ist, die hergestellt und erfolgreich betrieben wurde, wurden die folgenden Elemente und Werte als ausreichend festgestellt: die Transistoren 16 und 30 von der Type 2 N 586, der Transistor 24 von der Type 2 N1146, der Transistor 32 von der Type 2 N 426, der Kondensator 14 mit 150 Mikrofarad, der Widerstand 18 von 5 Ohm, der Widerstand 39 von 39 Ohm, der Widerstand 38 von 47 Ohm, der Kondensator 40 von 0,33 Mikrofarad, der Widerstand 42 von 2,2 Kiloohm, der Widerstand 44 von 6,8 Kiloohm, der Widerstand 48 von 1 Kiloohm, die Dioden 20, 26, 28 und 36 von der Type 1N 2069, die Speisespannung mit 27 Volt und die Solenoidspule 12 mit einem Widerstand von etwa 3 Ohm. 190 Schaltkreise 10 wurden aus derselben Stromquelle gespeist.

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Schaltungsanordnung zur Impulssteuerung von Elektromagneten mit in Reihe zu einer Gleichspannungsquelle liegendem Speicherkondensator und Ladewiderstand sowie einem durch Impulse steuerbaren Entladetransistor, der bei Ansteuerung den Kondensator sich über die Spule des Magneten entladen läßt, wobei die Dauer der Entladung durch Schaltmittel bestimmt wird, die nach Steuerung in einen instabilen Zustand in einen stabilen Zustand der Ruhelage zurückkehren und wobei ein ansteuerbarer Transistor und ein Treibertransistor zum An- und Abschalten des Entladetransistors als sich zeitlich selbsttätig einstellender monostabiler Impulsgenerator geschaltet sind, dadurch gekennzeichnet, daß der angeschaltete Treibertransistor den Entladetransistor anschaltet und die Entladung des Speicherkondensators (14) über die Spule (12) und den Entladetransistor hervorruft und daß gleichzeitig der durch den angeschalteten Transistor (30) und einen Widerstand (38) fließende Strom einen Spannungsabfall zur wirk-

samen Abtrennung des Entladekreises von der Spannungsquelle durch Öffnen eines in Reihe zum Speicherkondensator liegenden Ladetransistors (16) hervorruft.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß durch positive Ansteuerung der Transistor (32) abgeschaltet und der Treibertransistor (30) angeschaltet wird und daß die Zeitdauer, in der der Transistor (30) angeschaltet bleibt, durch einen Rückkopplungskondensator (40), der seinerseits den Transistor (32) abgeschaltet hält, und einen aus Widerständen (42) und (44) bestehenden Spannungsteiler bestimmt wird.

3. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Treibertransistor (30) zwei niedrigohmige Widerstände (38, 39) in Serie mit ihm und den Klemmen der Spannungsquelle aufweist, wobei der Spannungsabfall über diese Widerstände den Lade- und Entladetransistor steuert.

4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß im Kollektorkreis des Ladetransistors (16) eine Diode (20) liegt, die nach Aufladen des Ladekondensators (14) durch ihren hohen Widerstand den Ladekondensator von der Stromquelle abtrennt und das Abschalten des Transistors (32) durch Spannungsstöße verhindert.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Auslegeschrift Nr. 1 051 326.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

809 570/417 7.68 © Bundesdruckerei Berlin