DE1273068B

DE1273068B - Circuit arrangement for pulse control of electromagnets

Info

Publication number: DE1273068B
Application number: DES80855A
Authority: DE
Inventors: Francis Henry Shepard Jun
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1961-08-21
Filing date: 1962-08-10
Publication date: 1968-07-18
Also published as: GB1011547A; US3140428A

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLANDFEDERAL REPUBLIC OF GERMANY

DEUTSCHESGERMAN

PATENTAMTPATENT OFFICE

AUSLEGESGHRIFTDESIGN SCREEN

Int. CL:Int. CL:

HOIfHOIf

Deutsche Kl.: 21g-2/01 German class: 21g -2/01

Nummer:
Aktenzeichen:
Anmeldetag:
Auslegetag:Number:
File number:
Registration date:
Display day:

P 12 73 068.6-33 (S 80855)P 12 73 068.6-33 (S 80855)

10. August 1962August 10, 1962

18. Juli 1968July 18, 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.The invention relates to a circuit arrangement for pulse control of electromagnets with in Series to a DC voltage source lying storage capacitor and charging resistor as well a discharge transistor which can be controlled by pulses and which, when activated, moves the capacitor via the The coil of the magnet can be discharged, the duration of the discharge being determined by switching means that return to a stable state of the rest position after control in an unstable state and wherein a controllable transistor and a driver transistor for switching the discharge transistor on and off are switched as a self-adjusting monostable pulse generator. For example in the case of high-speed printers such as those described in US Pat. No. 2,787,210, these must be passed through Electromagnets or solenoid coils actuated print hammers very quickly and precisely in time will. Therefore, the electrical energy must also be extreme for the respective magnet be fed evenly with each individual printing process so that the hammers are not inaccurate in terms of timing or print with too little force.

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.If now with high-speed printers or other machines with a certain number of over separate Circuit operated electromagnets The magnets must be operated at the same time, so understandably the power source can deliver a correspondingly high burst of energy in a pulsed manner. Such current sources must therefore be designed to be powerful and have a low impedance have, which is of course correspondingly expensive. There are already circuit arrangements for Pulse-like control of electromagnets known with a storage capacitor and a work by pulse controllable discharge transistor, which when activated the capacitor over lets the coil of the electromagnet discharge. The duration of the discharge process can be known Way done by blocking oscillators. By switching on this capacitor and there the capacitor is recharged during the switching breaks, the load on the power source is largely relieved evoked.

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
ElektromagnetenHowever, a disadvantage of such circuit arrangements is that the individual circuits for the electromagnets operated via a current source still excessively influence the current source when discharging several times at the same time, since these circuits remain connected to the current source when discharging. In addition, it cannot be ruled out that the individual discharge circuitry for pulse control of
Electromagnets

Anmelder:Applicant:

Francis Henry Shepard jun.,Francis Henry Shepard Jr.,

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

Vertreter:Representative:

Dr. H. Wilcken, Patentanwalt,Dr. H. Wilcken, patent attorney,

2400 Lübeck, Breite Str. 52-542400 Lübeck, Breite Str. 52-54

Als Erfinder benannt:
Francis Henry Shepard jun.,
Berkeley Heights, N. J. (V. St. A.)Named as inventor:
Francis Henry Shepard Jr.,
Berkeley Heights, NJ (V. St. A.)

Beanspruchte Priorität:Claimed priority:

V. St. v. Amerika vom 21. August 1961 (132 682)V. St. v. America August 21, 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.Circuits or switching circuits for the electromagnets influence each other when the capacitors are discharged, while, on the other hand, fluctuations in the supply voltage directly affect the currently operated Electromagnets can affect.

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.In order to remedy these disadvantages, the circuit arrangement mentioned at the beginning is used according to the invention designed so that the switched on driver transistor switches on the discharge transistor and the discharge of the storage capacitor through the coil and the discharge transistor and that at the same time the current flowing through the switched on transistor and a resistor causes a voltage drop for the effective separation of the discharge circuit from the voltage source by opening one in series causes the charging transistor lying to the storage capacitor. This ensures that everyone straight operated discharge circuit after the control process or during the discharge process of the Voltage source is disconnected, so that any occurring during the discharge of the storage capacitor Supply voltage changes remain without influence on the discharge circuit, so what the respective magnets are always operated with the same energy, and the individual discharge circuits do not adversely affect each other.

Die Schaltungsanordnung kann weiterhin so ausgebildet werden, daß durch positive Ansteuerung der Transistor abgeschaltet und der Treibertransistor an-The circuit arrangement can also be designed so that by positive control of the Transistor switched off and the driver transistor

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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. is switched and that the period of time in which the transistor remains switched on is controlled by a feedback capacitor, which in turn keeps the transistor off, and one made of resistors and Voltage divider is determined. The driver transistor has two low-ohmic resistors in series with it, the voltage drop across these resistors causing the charging and discharging transistors controls. Finally, the circuit arrangement is so constructed that in the collector circuit of the charging transistor a diode is located which, after charging the charging capacitor, due to its high resistance Disconnects the charging capacitor from the power source and prevents the transistor from switching off due to voltage surges.

An Hand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels für eine Schaltungsanordnung zur Steuerung von Druckhämmern wird die Erfindung nunmehr näher erläutert.Using an exemplary embodiment shown in the drawing for a circuit arrangement for Control of print hammers, the invention will now be explained in more detail.

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.The circuit 10 of the drawing is connected on the ao right side to a solenoid coil 12 firing the hammer. A storage capacitor 14, which can be charged in a polarity that is given by a charging transistor 16, is located between the underside of this coil and earth. The collector of transistor 16 is connected via a low-ohmic resistor 18 and a diode 20 to the negative terminal of a DC voltage power source 22 (shown schematically as a battery), the positive side of which is grounded. The top of the coil 12 is connected to ground via a discharge transistor 24 and a diode 26. After the capacitor 14 has been charged, it can be discharged via the coil 12 through the transistor 24 as soon as it is switched on. In order to prevent damage to the discharge transistor 24 by a reverse return voltage across the coil 12 after the current through the coil is interrupted, the coil is connected in parallel with a diode 28, which cuts this negative voltage.

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.The transistor 24 is controlled by a driver transistor 30 and a transistor 32. These both transistors are connected as a self-timing pulse generator. Once the Transistor 30 is switched on, it takes the current via a diode 36 from the base of transistor 24, whereby it is driven to saturation. This allows the capacitor 14 to be on the Solenoid coil 12 is discharging. As soon as the driver transistor 30 is switched on, it draws current a resistor 38, and the resulting voltage drop switches the charging transistor 16 off and thereby interrupts the connection between him and the power source opposite the coil 12 and the Capacitor 14. As soon as the driver transistor 30 turns off, a small current switches through one Resistor 39 from the base of transistor 24 to ground the transistor 24 from.

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.The length of time that transistor 30 remains on is determined by a feedback capacitor 40 and a voltage divider, which consists of the two resistors 42 and 44. A positive trigger pulse applied to the base of transistor 32 from input terminal 46, causes transistor 32 to turn off. This allows the voltage at the base of the transistor 30, which is connected to the negative side of the battery 22 via a resistor 48, is negative will. This turns on the driver transistor 30, with the result that a positive voltage is applied across the capacitor 40 is supplied, which in turn keeps transistor 32 turned off for a specified time. As soon as the capacitor 40 has discharged to a certain point, the transistor switches 32 is automatically switched on and remains switched on until it is switched off again by triggering.

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.The diode 20, which is a silicon diode and, when conductive, has a bias voltage drop of has about 0.6 volts across the diode, serves as a non-linear resistor in the charging circuit to the capacitor 14. Once the capacitor is initially charged, this diode offers very low resistance, but once the capacitor is almost charged, the diode offers a very high resistance and thereby actually creates the uncoupling from the power source. This diode also prevents the voltage surges in the current source to turn off the transistor 32 by triggering.

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.The diodes 26 and 36, which are also silicon diodes, ensure that the transistors 24 and 30, as soon as they are switched off, are completely switched off. The additional resistor 18 for generation an impedance in the charging path to the capacitor 14 allows the transistor switched on 16 saturates.

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.In a circuit that is substantially identical to circuit 10 that is manufactured and successful was operated, the following elements and values were found to be sufficient: the transistors 16 and 30 of type 2 N 586, transistor 24 of type 2 N1146, transistor 32 of the type 2 N 426, the capacitor 14 with 150 microfarads, the resistor 18 of 5 ohms, the Resistor 39 of 39 ohms, resistor 38 of 47 ohms, capacitor 40 of 0.33 microfarads, the resistor 42 of 2.2 kilo ohms, the resistor 44 of 6.8 kilo ohms, the resistor 48 of 1 kilo ohm, the diodes 20, 26, 28 and 36 of the type 1N 2069, the supply voltage with 27 volts and the solenoid coil 12 with a resistance of about 3 ohms. 190 circuits 10 were fed from the same power source.

Claims

Patent claims:

1. Circuit arrangement for pulse control of electromagnets with in series to one DC voltage source lying storage capacitor and charging resistor as well as a through Impulse controllable discharge transistor, which when activated the capacitor is on the The coil of the magnet can be discharged, the duration of the discharge being determined by switching means is that after control in an unstable state in a stable state of rest return and with a controllable transistor and a driver transistor for on and Switching off the discharge transistor as a monostable pulse generator that sets itself automatically over time are switched, characterized in that the connected driver transistor turns on the discharge transistor and the discharge of the storage capacitor (14) via the Coil (12) and the discharge transistor causes and that at the same time the switched on by the Transistor (30) and a resistor (38) flowing current a voltage drop to the effective

seed disconnection of the discharge circuit from the voltage source by opening one in series causes the charging transistor (16) lying to the storage capacitor.

2. Circuit arrangement according to claim 1, characterized in that by positive control the transistor (32) is switched off and the driver transistor (30) is switched on and that the length of time that transistor (30) remains on, through a feedback capacitor (40), which in turn keeps transistor (32) turned off, and one of resistors (42) and (44) existing voltage divider is determined.

3. Circuit arrangement according to one of claims 1 and 2, characterized in that the Driver transistor (30) two low-value resistors (38, 39) in series with it and the terminals of the voltage source, the voltage drop across these resistors being the Charge and discharge transistor controls.

4. Circuit arrangement according to claim 1 to 3, characterized in that in the collector circuit of the charging transistor (16) there is a diode (20) which, after charging the charging capacitor (14), separates the charging capacitor from the power source by its high resistance and the transistor is switched off (32) prevented by voltage surges.

Considered publications:
German interpretative document No. 1 051 326.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings