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DE29814762U1 - Ballast for the control of DC-operated electromagnets - Google Patents

Ballast for the control of DC-operated electromagnets

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Publication number
DE29814762U1
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ballast
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DE29814762U
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FREIWALD RUDOLF
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FREIWALD RUDOLF
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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01FMAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F7/00Magnets
    • H01F7/06Electromagnets; Actuators including electromagnets
    • H01F7/08Electromagnets; Actuators including electromagnets with armatures
    • H01F7/18Circuit arrangements for obtaining desired operating characteristics, e.g. for slow operation, for sequential energisation of windings, for high-speed energisation of windings
    • H01F7/1844Monitoring or fail-safe circuits

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Description

PATENTANWALT KALDENKIRCHENER STR. 35aPATENT ATTORNEY KALDENKIRCHENER STR. 35a

DIPL.-ING. M. BONSMANN D-41063 MönchengladbachDIPL.-ING. M. BONSMANN D-41063 Mönchengladbach

EUROPEAN PATENT ATTORNEY TEL: (02161) 12114 · FAX: 16296EUROPEAN PATENT ATTORNEY TEL: (02161) 12114 · FAX: 16296

Rudolf FreiwaldRudolf Freiwald

Grotstraat 12, B-2400 Mol, BelgienGrotstraat 12, B-2400 Mol, Belgium

Vorschaltgerät für die Ansteuerung von
gleichstrombetriebenen Elektromagneten
Ballast for controlling
DC-operated electromagnet

Akte: 9 8 164File: 9 8 164

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Vorschaltgerät
für die Ansteuerung von gleichstrombetriebenen Elektromagneten.
The present invention relates to a ballast
for controlling DC-operated electromagnets.

Elektromagnete benötigen während des Anziehens einen relativ hohen Strom, der in dieser Höhe im angezogenen Zustand zum Aufrechterhalten der erforderlichen Haltekraft nicht mehr benötigt wird und darüber hinaus auch zur Zerstörung der Isolation der Elektromagnet - Spule durch Überhitzung führen würde.Electromagnets require a relatively high current during attraction, which is no longer needed at this level in the attracted state to maintain the required holding force and would also lead to the destruction of the insulation of the electromagnet coil through overheating.

Bei Betrieb an Wechselspannung wird der relativ starke Einschaltstrom beim Verkleinern des Luftspaltes wegen der Zunahme der Reaktanz allmählich von selbst kleiner. Er stabilisiert sich im angezogenen Zustand auf einen niedrigeren Wert. Zum Aufrechterhalten der erforderlichen Haltekraft wird meist mit einem Luftspalt gearbeitet. In diesen Fällen treten jedoch Brummgeräusche auf, die als lästig empfunden werden und Verschleiß durch die dabei auftretenden Vibrationen am Eisenkern sowie an den eventuell vorhandenen mechanischen Kopplungselementen verursachen. Zur Vermeidung von Brummgeräuschen wird ein "Kurzschlußring" in den Spulenkern eingepreßt. Dieser verursacht einen ziemlich hohen Stromver-When operating on alternating voltage, the relatively high inrush current gradually decreases by itself when the air gap is reduced due to the increase in reactance. It stabilizes at a lower value when the coil is pulled in. To maintain the required holding force, an air gap is usually used. In these cases, however, humming noises occur, which are perceived as annoying and cause wear due to the vibrations that occur on the iron core and on any mechanical coupling elements that may be present. To avoid humming noises, a "short-circuit ring" is pressed into the coil core. This causes a fairly high current loss.

brauch, der sich hauptsächlich in Wärme äußert. Die Vibrationen und der damit verbundene Verschleiß können vermieden werden, indem die Elektromagnete mit Gleichstrom betrieben werden.consumption, which mainly manifests itself in the form of heat. Vibrations and the associated wear can be avoided by operating the electromagnets with direct current.

Bei Gleichstrom fällt jedoch die automatische Verminderung des Betriebsstromes nach dem Schließen des Luftspaltes weg. Damit die Spulenisolation durch den hohen Betriebsstrom nicht zerstört wird, wird an den mit Gleichstrom betriebenen Schaltschützen mittels Hilfskontakt ein Begrenzungswiderstand in Reihe zur Spule geschaltet. Insbesondere bei hoher Schalthäufigkeit ist zum Erhalt der Zuverlässigkeit ein beträchtlicher Wartungsaufwand, verbunden mit längeren Stillstandszeiten, erforderlich. Wartungsarbeiten stoßen bei Hubmagneten oder Magnetventilen an schwer zugänglichen Stellen, beispielsweise in kompakten Geräten, auf Schwierigkeiten. Häufige Betriebsstörungen können die Folge sein.However, with direct current, the automatic reduction in the operating current after the air gap is closed is no longer necessary. To ensure that the coil insulation is not destroyed by the high operating current, a limiting resistor is connected in series with the coil on the contactors operated with direct current using an auxiliary contact. In particular, with high switching frequency, a considerable amount of maintenance is required to maintain reliability, combined with longer downtimes. Maintenance work on lifting magnets or solenoid valves is difficult in places that are difficult to access, for example in compact devices. Frequent operational malfunctions can be the result.

Es ist bekannt, mit Kaltleitern (PTC), die thermisch an die Spulen gekoppelt werden, bei zunehmender Temperatur den Strom herunterzuregeln, um die Spule vor Überhitzung zu schützen. Dies ist jedoch nur in den Anwendungen interessant, in denen die Spulen sehr lange eingeschaltet bleiben und nach dem Ausschalten auch lange genug ausgeschaltet bleiben dürfen, da derartige Schaltungen kurze Zeit nach dem Ausschalten nicht wieder genügend Strom durch die Spule fließen lassen. Dabei ist noch zu bedenken, daß die Spule eine sehr hohe Wärmekapazität und selbst einen PTC-Effekt hat. Ganz abgesehen vom schädlichen Einfluß der hohen Temperatur auf die Lebensdauer der Spule ist zudem das Aufheizen eines in der Nähe der Spule befindlichen Mediums von Nachteil. It is known that PTC thermistors (PTCs) that are thermally coupled to the coils can be used to reduce the current as the temperature increases in order to protect the coil from overheating. However, this is only of interest in applications in which the coils remain switched on for a very long time and can also remain switched off long enough after being switched off, since such circuits do not allow sufficient current to flow through the coil again shortly after being switched off. It should also be remembered that the coil has a very high heat capacity and a PTC effect itself. Quite apart from the harmful effect of the high temperature on the service life of the coil, the heating up of a medium located near the coil is also a disadvantage.

Demgegenüber liegt die Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, ein Vorschaltgerät für die Ansteuerung von gleichstrombetriebenen Elektromagneten zur Verfugung zu stellen,In contrast, the object of the present invention is to provide a ballast for controlling DC-operated electromagnets,

das bei sehr geringem Wartungsaufwand einen Dauerbetrieb mit hoher Schalthäufigkeit ermöglicht.which enables continuous operation with a high switching frequency with very little maintenance effort.

Erfindungsgemäß wird zur Lösung dieser Aufgabe vorgeschlagen, bei einem gattungsgemäßen Vorschaltgerät ein RC-Glied vorzusehen, das einen Kaltleiter mit einem in Reihe geschalteten Anpassungswiderstand und einen parallel zu diesem geschalteten Kondensator aufweist und in Reihe mit der Magnetspule des Elektromagneten geschaltet ist.According to the invention, to solve this problem, it is proposed to provide an RC element in a ballast of the generic type, which has a PTC thermistor with a series-connected matching resistor and a capacitor connected in parallel thereto and is connected in series with the magnetic coil of the electromagnet.

Bei Anwendung eines erfindungsgemäßen Vorschaltgerätes treten auch im Dauerbetrieb kaum Verschleißerscheinungen an den Elektromagneten auf. Es ist äußerst betriebssicher auch bei hohen Schalthäufigkeiten und dabei nahezu wartungsfrei und sehr kostengünstig.When using a ballast according to the invention, there are hardly any signs of wear on the electromagnets, even in continuous operation. It is extremely reliable even with high switching frequencies and is virtually maintenance-free and very cost-effective.

Das RC-Glied formt ein "single-step"-Gleichstromsignal im Stromkreis eines Elektromagneten derart, daß während des Anziehens des Kerns kurzzeitig ein hoher, und - nach dem Schließen des Luftspaltes - niedriger, zum sicheren Festhalten des Kerns gerade noch ausreichend hoher Erregerstrom fließt (siehe Fig. 2 und 3). Auf diese Weise kann der Energieumsatz im gesamten System des Elektromagneten und somit der Temperaturanstieg in diesem so niedrig wie möglich gehalten werden.The RC element forms a "single-step" direct current signal in the circuit of an electromagnet in such a way that a high excitation current flows briefly while the core is being attracted and - after the air gap has closed - a low excitation current that is just high enough to hold the core securely (see Fig. 2 and 3). In this way, the energy conversion in the entire system of the electromagnet and thus the temperature increase in it can be kept as low as possible.

Der zum Kaltleiter parallelgeschaltete Kondensator wirkt anfangs wie ein niederohmiger Shunt über diesen Kaltleiter. Durch die Magnetspule fließt kurzzeitig ein starker Strom, der den Magnetkern kräftig anzieht (siehe Fig. 2). Nachdem der Ladestromstoß des Kondensators abgeklungen ist, fließt dann nur noch ein - durch den inzwischen aufgeheizten Kaltleiter verminderter - Strom, der jedoch völlig ausreicht, um den Kern des Elektromagneten im angezogenen Zustand zu halten (siehe Fig. 2).The capacitor connected in parallel to the PTC thermistor initially acts like a low-resistance shunt across this PTC thermistor. A strong current flows briefly through the magnetic coil, which strongly attracts the magnetic core (see Fig. 2). After the charging current surge of the capacitor has subsided, only a current flows - reduced by the PTC thermistor, which has now heated up - but which is completely sufficient to keep the core of the electromagnet in the attracted state (see Fig. 2).

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Beim Ausschalten der Betriebsspannung fällt der Eisenkern sofort wieder ab. Die wegen des geringen Haltestroms ebenfalls geringe, im Elektromagneten gespeicherte Energie wird relativ langsam abgebaut, so daß in der Spule keine hohe Induktionsspannung erzeugt wird. Da der Widerstand des Kaltleiters nach dem Abschalten der Speisespannung schnell wieder abnimmt, wird der Kondensator rasch soweit entladen, daß kurz nach dem Ausschalten erforderlichenfalls ein Wiedereinschalten möglich ist. Der Kaltleitereffekt hat in dieser Schaltung drei Funktionen: Sein niedriger Kaltwiderstand sorgt für einen relativ hohen Anzugsstrom, der durch den dazu parallelgeschalteten Kondensator zusätzlich für kurze Zeit angehoben wird. Nach dem Anziehen begrenzt er durch seinen hohen Warmwiderstand den Strom während der Haltephase und nach dem Ausschalten fällt er rasch auf einen niedrigen Wert ab, der dafür sorgt, daß der Kondensator schnell entladen wird und so beim nächsten Zyklus wieder für einen hohen Anzugsstrom sorgen kann. Bei Anwendungen mit besonders hoher Schalthäufigkeit sollte - zur weiteren Beschleunigung der Entladung des Kondensators - noch eine Reihenschaltung bestehend aus einem weiteren Glühlämpchen und einer Diode parallel zur oben beschriebenen RC-Kombination eingefügt werden. When the operating voltage is switched off, the iron core drops again immediately. The energy stored in the electromagnet, which is also low due to the low holding current, is dissipated relatively slowly, so that no high induction voltage is generated in the coil. Since the resistance of the PTC thermistor quickly decreases again after the supply voltage is switched off, the capacitor is quickly discharged to such an extent that it can be switched on again shortly after switching off if necessary. The PTC thermistor effect has three functions in this circuit: Its low cold resistance ensures a relatively high pull-in current, which is also increased for a short time by the capacitor connected in parallel. After pulling in, its high hot resistance limits the current during the holding phase, and after switching off, it quickly drops to a low value, which ensures that the capacitor is quickly discharged and can thus provide a high pull-in current again in the next cycle. In applications with a particularly high switching frequency, a series circuit consisting of another light bulb and a diode should be inserted in parallel to the RC combination described above to further accelerate the discharge of the capacitor.

Da ein erfindungsgemäßes Vorschaltgerät eine niedrige Dauerbetriebstemperatur des Magnetsystems bewirkt und in der Elektromagnet-Spule keine hohe Induktionsspannung erzeugt, ist es insbesondere für einen Einsatz in Schlagwetter- und explosionsgefährdeter Umgebung geeignet. Da das Vorschaltgerät nicht notwendigerweise nahe am Elektromagneten montiert zu werden braucht, kann es - an leicht zugänglicher Stelle außerhalb der gefährlichen Zone eingebaut werden. Außerdem kann die Spule samt Kabelanschluß im Gehäuse des Elektromagneten eingegossen werden, da wegen der geringen Verlustleistung die an der Spule auftretende niedrige Temperatur eineSince a ballast according to the invention results in a low continuous operating temperature of the magnet system and does not generate a high induction voltage in the electromagnet coil, it is particularly suitable for use in firedamp and explosion-prone environments. Since the ballast does not necessarily have to be mounted close to the electromagnet, it can be installed in an easily accessible location outside the hazardous zone. In addition, the coil including the cable connection can be cast into the housing of the electromagnet, since the low temperature occurring at the coil has a

sehr hohe Lebensdauer der Spule erwarten läßt. Auch im Nuklear- oder Chemiebereich, und hier insbesondere für Fluide mit niedrigem Siedepunkt oder niedriger Zersetzungstemperatur, können erfindungsgemäße Vorschaltgeräte vorzugsweise zur Ansteuerung von Magnetventilen eingesetzt werden. Temperaturempfindliche Medien werden nicht erwärmt, so daß Verdampf ungs-, Koagulations- oder Desintegrations-Effekte und Viskositätsänderungen vermieden werden und das Auftreten von Korrosion minimiert ist.very long service life of the coil can be expected. In the nuclear or chemical sector, and here in particular for fluids with a low boiling point or low decomposition temperature, ballasts according to the invention can preferably be used to control solenoid valves. Temperature-sensitive media are not heated, so that evaporation, coagulation or disintegration effects and viscosity changes are avoided and the occurrence of corrosion is minimized.

Bei Anwendung eines erfindungsgemäßen Vorschaltgerätes tritt - selbst bei hoher Schalthäufigkeit - kaum Verschleiß an den Elektromagneten auf. Das Vorschaltgerät ist daher zur Ansteuerung von Magnetventilen in Analysegeräten und in der Lebensmittel- und Pharmaindustrie ebenfalls sehr gut geeignet, da Verunreinigungen des jeweiligen Mediums, wie sie durch Abrieb des Kernmaterials oder die allmähliche Zersetzung der "Kurzschlußwindung" in - mit Wechselspannung betriebenen - Magnetventilen auftreten, vermieden werden. Wenn zu erwarten ist, daß - auf Kupfer oder Aluminium - aggressiv wirkende Medien in das Magnetventil gelangen können, sollte der "Kurzschlußring" vor dem Einbau des Magnetventils aus diesem entfernt werden, bzw. sollten von vornherein Magnetventile ohne "Kurzschlußring" verwendet werden.When using a ballast according to the invention, there is hardly any wear on the electromagnets - even with high switching frequency. The ballast is therefore also very well suited to controlling solenoid valves in analysis devices and in the food and pharmaceutical industries, as contamination of the respective medium, such as that caused by abrasion of the core material or the gradual decomposition of the "short-circuit winding" in solenoid valves operated with alternating current, is avoided. If it is to be expected that media that have an aggressive effect on copper or aluminum can get into the solenoid valve, the "short-circuit ring" should be removed from the solenoid valve before it is installed, or solenoid valves without a "short-circuit ring" should be used from the outset.

Die Lebensdauer von Elektromagneten, die in bestimmten An-Wendungen möglicherweise besonders lange eingeschaltet bleiben, wird durch ein erfindungsgemäßes Vorschaltgerät deutlich erhöht, da die Spulentemperatur auch im Dauerbetrieb nur wenige Grade über die Umgebungstemperatur ansteigt. Diese Eigenschaft ist auch in der Klima- und Kältetechnik von Vorteil. Aufgrund der weitestgehenden Wartungsfreiheit der mittels erfindungsgemäßen Vorschaltgeräten betriebenen
Elektromagnete, können diese auch an schwer zugänglichen Stellen problemlos eingesetzt werden. Die Vorschaltgeräte
The service life of electromagnets, which may remain switched on for a particularly long time in certain applications, is significantly increased by a ballast according to the invention, since the coil temperature only rises a few degrees above the ambient temperature even in continuous operation. This property is also advantageous in air conditioning and refrigeration technology. Due to the largely maintenance-free nature of the ballasts operated by the invention,
Electromagnets, these can also be used in hard-to-reach places without any problems. The ballasts

selbst können an leicht zugänglicher und zentraler Stelle zusammengefaßt werden und die - in den Vorschaltgeräten sowieso vorhandenen - Glühlämpchen können zur Überwachung der Funktion ganzer Steuerungsgruppen z. B. bei automatischen Ablaufsteuerungen dienen.themselves can be grouped together in an easily accessible and central location and the light bulbs - which are already present in the ballasts - can be used to monitor the function of entire control groups, e.g. in automatic sequence controls.

In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist ein Brückengleichrichter vorgesehen, der an eine Wechselspannungsquelle anschließbar ist und die gleichgerichtete Spannung an das RC-Glied weitergibt. Am Ende des "single-step"-Gleichstromsignals wird die, wie oben beschrieben, ohnehin niedrige, im Elektromagneten gespeicherte Energie im verbliebenen Stromkreis über den in dieser Phase als Freilaufdiode arbeitenden Brückengleichrichter langsam genug abgebaut, damit einerseits in der Erregerspule keine hohe Rückschlagspannung erzeugt wird, anderseits jedoch der Kondensator schnell genug und so vollständig wie möglich entladen wird, damit ein - möglicherweise kurz darauf - notwendiges Wiedereinschalten des Elektromagneten sicher erfolgen kann.In a preferred embodiment of the invention, a bridge rectifier is provided which can be connected to an AC voltage source and passes the rectified voltage on to the RC element. At the end of the "single-step" direct current signal, the energy stored in the electromagnet, which is already low as described above, is dissipated in the remaining circuit slowly enough via the bridge rectifier, which works as a freewheeling diode in this phase, so that on the one hand no high kickback voltage is generated in the excitation coil, but on the other hand the capacitor is discharged quickly enough and as completely as possible so that the electromagnet can be switched on again safely - possibly shortly afterwards.

In weiterer günstiger Fortbildung der Erfindung ist ein Anpassungswiderstand in Reihe zum Kaltleiter geschaltet. Mit dem Anpassungswiderstand kann, nachdem der Ladestromstoß des Kondensators abgeklungen ist, der Strom eingestellt werden, der zum Halten des Kerns des Elektromagneten im angezogenen Zustand ausreicht, beispielsweise 10 bis 20 mA. Ein zweiter Kaltleiter in Reihe mit einer - umgekehrt gepolten - Diode kann - falls zur weiteren Optimierung der Funktion hinsichtlich besonders hoher Schalthäufigkeit erforderlich - parallel zum Kondensator geschaltet werden, was bei elektrisch betriebenen Schlagwerkzeugen wie Bohrhämmern, Tackern usw. besonders vorteilhaft sein kann.In a further advantageous development of the invention, an adjustment resistor is connected in series with the PTC thermistor. After the charging current surge of the capacitor has subsided, the adjustment resistor can be used to set the current that is sufficient to keep the core of the electromagnet in the attracted state, for example 10 to 20 mA. A second PTC thermistor in series with a reversely polarized diode can be connected in parallel to the capacitor if necessary to further optimize the function with regard to particularly high switching frequency, which can be particularly advantageous with electrically operated impact tools such as hammer drills, staplers, etc.

Vorzugsweise ist der Kaltleiter aus einem oder mehreren, in Reihe oder parallelgeschalteten Glühlämpchen gebildet. Diese können beispielsweise einen Kaltwiderstand von 2 Kiloohm undPreferably, the PTC thermistor is formed from one or more light bulbs connected in series or parallel. These can, for example, have a cold resistance of 2 kiloohms and

einen Warmwiderstand von 12 Kiloohm aufweisen. Aus diesem verhältnismäßig niedrig angesetzten - Warm/Kalt-Widerstandsverhältnis von 6:1 ist ersichtlich, daß die in dieser Schaltung verwendeten Glühlämpchen, aus Gründen der Betriebssicherheit, nicht bis zu ihrer Nennspannung belastet werden (das übliche Verhältnis liegt bei 10:1). Glühlämpchen haben eine verhältnismäßig niedrige Wärmekapazität und können ihre gespeicherte Energie sehr schnell durch Strahlung wieder abgeben. Eine besonders schnelle Energieabgabe durch Strahlung kann bei Glühlämpchen erfolgen, die einen als Einfachwendel ausgebildeten Glühdraht aufweisen.have a warm resistance of 12 kiloohms. From this relatively low warm/cold resistance ratio of 6:1 it is clear that the light bulbs used in this circuit are not loaded up to their nominal voltage for reasons of operational safety (the usual ratio is 10:1). Light bulbs have a relatively low heat capacity and can release their stored energy very quickly through radiation. A particularly rapid release of energy through radiation can occur with light bulbs that have a filament designed as a single coil.

Vorzugsweise weist jedes Glühlämpchen einen Glühdraht aus Wolfram auf. Wolfram-Glühlämpchen sind die schnellsten z.zt. bekannten Kaltleiter mit einem hohen Warm/Kalt-Widerstandsverhältnis. Preferably, each bulb has a filament made of tungsten. Tungsten bulbs are the fastest PTC thermistors currently known with a high hot/cold resistance ratio.

Es ist jedoch denkbar, daß der Kaltleiter als Eisen-Wasserstoff-Widerstand mit möglicherweise höherem Warm/Kaltwiderstandsverhältnis und noch kürzerer Zeitkonstante als Wolfram-Glühlämpchen ausgebildet ist.However, it is conceivable that the PTC thermistor is designed as an iron-hydrogen resistor with a possibly higher hot/cold resistance ratio and an even shorter time constant than tungsten light bulbs.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnungen beispielshalber noch näher erläutert. Es zeigen:The invention is explained in more detail below using the drawings as an example. They show:

Fig. 1 die Schaltung eines Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung undFig. 1 shows the circuit of an embodiment of the present invention and

Fig. 2 und 3 verschiedene Diagramme zur Erläuterung der Wirkungsweise der Erfindung.Fig. 2 and 3 show various diagrams to explain the operation of the invention.

Die Fig. 1 zeigt eine Schaltung, in der die vorliegende Erfindung verkörpert ist. Der Ausgang des Taktgebers T weist zwei Anschlüsse Tl und T2 auf, über die an die Eingangsklemmen 1 und 2 des erfindungsgemäßen Vorschaltgerätes V eine Wechselspannung (im Normalfall 230 Volt) abgegeben wird, die - je nach Anwendung - ein "single-step-Signal" beliebigerFig. 1 shows a circuit in which the present invention is embodied. The output of the clock generator T has two connections T1 and T2, via which an alternating voltage (normally 230 volts) is delivered to the input terminals 1 and 2 of the ballast V according to the invention, which - depending on the application - is a "single-step signal" of any

Zeitdauer (siehe Fig. 2), oder ein in der Frequenz der Schalthäufigkeit sowie im Tastverhältnis variables Impulsmuster (siehe Fig. 3) aufweisen kann. Die Eingangsstufe des erfindungsgemäßen Vorschaltgerätes V besteht aus einem Brükkengleichrichter 3, der im Falle der direkten Ansteuerung mit Gleichspannung durch eine invers gepolte Diode an den Eingangsklemmen 4 (Anode) und 5 (Kathode) ersetzt wird, falls der verwendete Taktgeber nicht bereits eine solche enthält. Von Klemme 5 aus gelangt das Gleichstromsignal an die erfindungsgemäße RC-Kombination. Die Widerstandskette in Gestalt des Anpassungswiderstands 6 in Reihe mit dem Glühlämpchen 7 liegt parallel zu einer Reihenschaltung bestehend aus einem Glühlämpchen 8 und einer Diode 9. Parallel zum soeben beschriebenen Netzwerk liegt schließlich der Kondensator 10. Der Stromkreis schließt sich danach über die Klemme 12, einen Leiter des Zuleitungskabels (zum Elektromagneten), die Magnetspule M, den zweiten Leiter des Zuleitungskabels über die Klemme 11, die Eingangsklemme 4 zum Minuspol des Brückengleichrichters 3 (bzw. der Anode der Freilaufdiode) und über diese zur Ausgangsklemme des Taktgebers T.Duration (see Fig. 2), or a pulse pattern that is variable in terms of the frequency of the switching frequency and the duty cycle (see Fig. 3). The input stage of the ballast V according to the invention consists of a bridge rectifier 3, which in the case of direct control with direct voltage is replaced by an inversely polarized diode at the input terminals 4 (anode) and 5 (cathode) if the clock generator used does not already contain one. The direct current signal reaches the RC combination according to the invention from terminal 5. The resistance chain in the form of the matching resistor 6 in series with the light bulb 7 is parallel to a series circuit consisting of a light bulb 8 and a diode 9. Finally, the capacitor 10 is parallel to the network just described. The circuit is then closed via terminal 12, a conductor of the supply cable (to the electromagnet), the magnetic coil M, the second conductor of the supply cable via terminal 11, the input terminal 4 to the negative pole of the bridge rectifier 3 (or the anode of the freewheeling diode) and via this to the output terminal of the clock generator T.

Der Kaltleiter 7 (in Gestalt eines Glühlämpchens o. ä.), weist einen Kaltwiderstand von beispielsweise 2 Kiloohm und einen Warmwiderstand von beispielsweise 12 Kiloohm auf. Nach dem Einschalten fließt daher durch die Magnetspule M kurzzeitig ein starker Strom, der den Magnetkern anzieht, wobei der zur Widerstandskette - bestehend aus Anpassungswiderstand 6 und Kaltleiter 7 - parallelgeschaltete Kondensator 10 anfangs wie ein niederohmiger Shunt über die genannte Widerstandskette wirkt. Der Spannungsfall über die RC-Kombination wird dadurch kurzzeitig fast Null, da der Kondensator den gesamten verfügbaren Strom zu seiner Aufladung "schluckt". Daher liegt an den Ausgangsklemmen 11 und 12 und damit an der Magnetspule M anfangs die volle SpeisespannungThe PTC thermistor 7 (in the form of a light bulb or similar) has a cold resistance of, for example, 2 kiloohms and a hot resistance of, for example, 12 kiloohms. After switching on, a strong current flows briefly through the magnetic coil M, which attracts the magnetic core, whereby the capacitor 10 connected in parallel to the resistance chain - consisting of matching resistor 6 and PTC thermistor 7 - initially acts like a low-resistance shunt across the aforementioned resistance chain. The voltage drop across the RC combination is therefore briefly almost zero, since the capacitor "swallows" the entire available current to charge it. Therefore, the full supply voltage is initially present at the output terminals 11 and 12 and thus at the magnetic coil M.

(siehe Fig. 2). Der Magnetkern wird aus seiner Ruhelage in die Endlage angezogen. Währenddessen verringert sich der Ladestrom des Kondensators zu Null und der Widerstand des Kaltleiters steigt, bis der Strom im gesamten Stromkreis einen stationären Wert erreicht, welcher der angelegten Gleichspannung und der Summe aller Widerstände: Anpassungswiderstand, Warmwiderstand des Kaltleiters und Spulenwiderstand der Magnetspule proportional ist. Die Höhe des stationären Stromes kann also durch Wahl des Anpassungswiderstandes an die gegebene Situation (Gegenkraft am Magneten, Druck im Magnetventil usw.) angepaßt werden, so daß der Elektromagnet sicher in seiner Endlage bleibt bis das Eingangssignal unterbrochen wird. Der Anpassungswiderstand kann hierzu als Potentiometer ausgebildet sein. Beim Ausschalten fällt der Eisenkern sofort wieder ab. Hierbei wird in der Spule des Elektromagneten keine hohe Induktionsspannung erzeugt, da wegen des geringen Haltestroms im Elektromagneten auch nur eine geringe Energie gespeichert ist und diese auch noch relativ langsam abgebaut wird.(see Fig. 2). The magnetic core is attracted from its rest position to the end position. During this time, the charging current of the capacitor decreases to zero and the resistance of the PTC thermistor increases until the current in the entire circuit reaches a stationary value which is proportional to the applied DC voltage and the sum of all resistances: adaptation resistance, heat resistance of the PTC thermistor and coil resistance of the magnetic coil. The level of the stationary current can therefore be adapted to the given situation (counterforce on the magnet, pressure in the solenoid valve, etc.) by selecting the adaptation resistance, so that the electromagnet remains safely in its end position until the input signal is interrupted. The adaptation resistance can be designed as a potentiometer for this purpose. When switched off, the iron core immediately drops again. In this case, no high induction voltage is generated in the coil of the electromagnet, since only a small amount of energy is stored in the electromagnet due to the low holding current and this is also dissipated relatively slowly.

Dagegen wird der Kondensator 10 schnell und vollständig entladen, da der Widerstand des Glühlämpchens 7 rasch abnimmt, weil es seine gespeicherte Energie durch Strahlung abgeben kann. Dies ist Voraussetzung dafür, daß ein - kurz nach dem Ausschalten eventuell erforderliches - Wiedereinschalten möglich ist. Dies ist besonders wichtig, wenn die in Fig. 3 dargestellte pulsierende Arbeitsweise vorliegt. Bei besonders hoher Wiederholfrequenz kann es sogar nötig sein, die in Fig. 1 dargestellte Reihenschaltung bestehend aus Glühlämpchen 8 und Diode 9 zusätzlich in die Schaltung aufzunehmen, damit gegebenenfalls der Kondensator noch schneller entladen wird. Auf die Wirkungsweise beim Einschalten hat dieser Teil der Schaltung keinen Einfluß, da die Diode 9 in der Einschaltstromrichtung sperrt.In contrast, the capacitor 10 is discharged quickly and completely, since the resistance of the light bulb 7 decreases rapidly, because it can release its stored energy through radiation. This is a prerequisite for being able to switch on again - which may be necessary shortly after switching off. This is particularly important if the pulsating mode of operation shown in Fig. 3 is present. If the repetition frequency is particularly high, it may even be necessary to include the series circuit shown in Fig. 1, consisting of the light bulb 8 and diode 9, in the circuit, so that the capacitor can be discharged even faster if necessary. This part of the circuit has no influence on the way it works when switched on, since the diode 9 blocks in the inrush current direction.

Claims (7)

SchutzansprücheProtection claims 1. Vorschaltgerät für die Ansteuerung von gleichstrombetriebenen Elektromagneten, mit einem in Reihe zur Spule des Elektromagneten (M) geschalteten RC-Glied (6, 7, 10), das einen mit einem Anpassungswiderstand (6) in Reihe geschalteten Kaltleiter (7) und einen zu dem Kaltleiter (7) und dem Anpassungswiderstand (6) parallelgeschalteten Kondensator (10) aufweist.1. Ballast for controlling DC-operated electromagnets, with an RC element (6, 7, 10) connected in series to the coil of the electromagnet (M), which has a PTC thermistor (7) connected in series with a matching resistor (6) and a capacitor (10) connected in parallel to the PTC thermistor (7) and the matching resistor (6). 2. Vorschaltgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein zweiter Kaltleiter (8) in Reihe mit einer in Einschaltstromrichtung sperrenden Diode (9) parallel zum RC-Glied (6, 7, 10) geschaltet ist.2. Ballast according to claim 1, characterized in that a second PTC thermistor (8) is connected in series with a diode (9) blocking in the inrush current direction and parallel to the RC element (6, 7, 10). 3. Vorschaltgerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein Brückengleichrichter (3) vorgesehen ist, der an eine Wechselspannungsquelle anschließbar ist und die gleichgerichtete Spannung an das RC-Glied (6 bis 10) weitergibt.3. Ballast according to claim 1 or 2, characterized in that a bridge rectifier (3) is provided which can be connected to an alternating voltage source and passes the rectified voltage on to the RC element (6 to 10). 4. Vorschaltgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Kaltleiter (7) aus einem oder mehreren in Reihe oder parallelgeschalteten Glühlämpchen (7) gebildet ist.4. Ballast according to one of claims 1 to 3, characterized in that the PTC thermistor (7) is formed from one or more incandescent lamps (7) connected in series or in parallel. 5. Vorschaltgerät nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Glühlämpchen (7) vorzugsweise einen als Einfachwendel ausgebildeten Glühdraht aufweist.5. Ballast according to claim 4, characterized in that each incandescent lamp (7) preferably has a filament designed as a single coil. 6. Vorschaltgerät nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Glühlämpchen einen Glühdraht aus Wolfram aufweist.6. Ballast according to claim 4 or 5, characterized in that each bulb has a filament made of tungsten. 7. Vorschaltgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Kaltleiter (7) als Eisenwasserstoff-Widerstand mit einem geeigneten Warm/Kalt-Widerstandsverhältnis sowie einer geeigneten Zeitkonstanten ausgebildet ist.7. Ballast according to one of claims 1 to 3, characterized in that the PTC thermistor (7) is designed as an iron-hydrogen resistor with a suitable hot/cold resistance ratio and a suitable time constant.
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