DE2316865C3 - Anordnung zum Umschalten eines Doppelelektromagneten - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zum Umschalten eines Doppelelektromagneten mit einander entgegenwirkenden Einzelmagneten und gemeinsamem An- ker, die zum Umschlagen des Ankers von einer ersten in eine zweite Lage den durch die Spule des zweiten Einzelmagneten fließenden Strom erhöht und den ersten Einzelmagneten abschaltet und die nach dem Umschlagen des Ankers die Spulen beider Einzelmagnete wieder in Reihe schaltet, insbesondere zur Steuerung eines Zweiwegeventils.

Eine derartige Anordnung ist aus der DE-PS 3 04 970 bekannt.

65 Stand der Technik

Bei der aus der DE-PS 3 04 970 bekannten Anordnung wjrH Her Magnetismus des einen Maeneten verstärkt und der des anderen geschwächt wird. Hierbei ist im einzelnen vorgesehen, daß die Spule des zu stärkenden Magneten direkt an die Betriebsspannung, die Spule des zu schwächenden Magneten kurzgeschlossen oder abgeschaltet wird und daß nach dem Umlegen des Ankers beide Spulen wieder in Reihe geschaltet werden.

Abgesehen von der starken Kontaktbelastung der in der obengenannten Patentschrift angegebenen offenen mechanischen Umschaltkoniakte, ist als nachteilig festzustellen, daß beim Zusammenschalten der beiden Spulen am Ende der Ankerbewegung ein Undefinierter Zustand auftritt Dieser Zustand ergibt sich aus dem Unvermögen der wieder eingeschalteten Spule sofort einen Strom zuleiten und damit den Strom in der schon bestromten Spule aufrechtzuerhalten. Will man einen Doppelmagneten mit kurzen Umschlagzeiten und sicheren Endlagen des Ankers bauen, so muß die vorstehend genannte Vorrichtung geändert werden.

Für die beim Abschalten einer Spule auftretenden Probleme ist aus der Siemens-Zeitschrift, 38. Jg, 1964, Nr. 11, S. 817 bis 819, als Lösung bekannt die Abklingzeit des Magnetfeldes einer Spule dadurch zu verkürzen, daß parallel zur Spule eine aus einer Diode und einer Zenerdiode bestehende Reihenschaltung geschaltet ist; vgL die Fig.5c nebst dazugehöriger Beschreibung.

Aus der DE-PS 3 37 580 ist es bei einem Wechselstrommagneten bekannt beim Zusammenschalten zweier Spulen nach dem Anziehen des Ankers den stromlosen Zustand dadurch zu vermeiden, daß ein Widerstand vorgesehen ist welcher während der Überbrückungszeit als Dämpfungswiderstand im Kurzschlußkreis der zugeschalteten Spule wirkt

Aufgabe

Der im Anspruch 1 angegebenen Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Anordnung zum Umschalten von Doppelmagneten anzugeben, die schnelle Umschlagz°iten des Ankers bewirkt und bei der auch beim Zusammenschalten der Spulen nach dem Umschalten des Ankers kein stromloser Zustand auftritt

Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 gekennzeichnete Anordnung gelöst Vorteilhafte und zweckmäßige Ausgestaltungen und Weiterbildungen können den Unteransprüchen entnommen werden.

Vorteile

Durch die erfindungsgemäße Anordnung werden bei Doppelmagneten sehr kleine Umschlagzeiten des Ankers erreicht ohne daß dabei der Anker in der jeweiligen Endlage kurzzeitig eine andere Lage einnimmt Wird ein derartiger Doppelmagnet zur Steuerung eines Zweiwegeventiles verwendet, so zeigt sich, daß der Ventilteller nach dem Umschalten ohne Prellungen in der gewünschten Lage bleibt

Beschreibung eines Ausführungsbeispiels der Erfindung

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung schematisch dai gestellt und wird im folgenden näher erläutert Es zeigt

F i g. 1 ein Übersichtschaltbild des Doppelmagneten mit mechanischen Kontakten,

F i g. 2 ein Blockschaltbild des Doppelmagneten gemäG P i g. 1 mit elektronischen Schaltmitteln und

F i g. 3 ein Blockschaltbild einer weiteren Schaltungsmöglichkeit des Doppelmagneten.

In der F i g. 1 sind mit A und B zwei Spulen eines

Doppelmagneten bezeichnen der für beide Spulen einen gemeinsamen Anker aufweist Die Spule A ist von einer positiven Betriebsspannung U_B über einen Ruhekontakt 1 und eine Diode 2 zur Spule B geschalten die über einen weiteren Ruhekontakt 3 mit dem Nullpotential verbunden ist. Der Ruhekontakt I gehört zu einem Taster b, der noch einen Arbeitskontakt 2i aufweist, und der Ruhekontakt 3 gehört zu einem Taster a, der ebenfalls noch einen Arbeitskontakt 22 aufweist Parallel zur Spule A und dem Ruhekontakt 1 liegt eine Diode 4, von deren Anode außerdem eine Zenerdiode 5 zum Verbindungspunkt der Spule A mit dem Ruhekontakt 1 geschaltet ist Ebenso liegt parallel zur Spule B und dem Ruhekontakt 3 eine Diode 6, deren Anode ebenfalls über eine Zenerdiode 7 mit dem Verbindungspunkt der Spule B mit dem Ruhekontakt 3 verbunden ist Die Zenerdioden S und 7 weisen etwa eine Durchbruchspannung auf, die der fünf bis sechsfachen Betriebsspannung entspricht

Der Taster b kann die Betriebsspannung Ug mit der Spule B verbinden, und der Taster a kann das Nullpotential direkt an die Verbindungsleitung zwischen der Diode 2 und dem Ruhekontakt 1 legen.

Das Umschalten des Ankers von der einen in die andere Lage soll nachstehend beschrieben werden, wobei als Anfangszustand angenommen wird, daß der Anker auf der Seile der Spule A ist und beide Spulen A und B stromdurchflossen sind. Trotz Stromfluß durch die Spulen bleibt der Anker in dieser Lage, denn er erhöht die Induktivität der Spule A. Durch die Reihenschaltung der Spulen A und B fließt in ihntjn nur ein geringer Strom, der zum Halten des Ankers ausreicht und daher Haltestrom genannt wird. Zum Umschalten des Ankers auf die Seite der Spule B wird der Taster b gedrückt Durch den nun geschlossenen Arbeitskontakt 21 liegt die Spule B direkt an der Betriebsspannung, und die Amperewindungen der Spule B sind verdoppelt, was eine große Verstärkung der magnetischen Zugkraft zur Folge hat Da außerdem der Strom in der Spule B nicht vom Wert Null, sondern vom Haltestrom aus ansteigt, ergibt sich eine sehr geringe Anzugszeit wenn das magnetische Feld der Spule A schnell abgebaut wird. Der Ruhekontakt 1 des Tasters b ist geöffnet worden, und die Energie der Spule A baut sich über die Diode 4 und die Zenerdiode 5, die eine hohe Durchbruchspannung aufweist, ab. Hat der Anker seine neue Lage an der Spule B erreicht, so wird der Taster b wieder freigegeben, und der Ruhekontakt 1 schließt und der Arbeitskontakt 21 öffnet damit in der Spule B durch Vorschalten der Spule A wieder der niedrige Haltestrom fließt

Damit durch das Vorschalten der Spule A kein stromloser Zustand auftritt denn der Strom in der Spule A kann sich vom Wert Null erst langsam aufbauen, ist parallel zum Ruhekontakt 3 und der Spule ßdie Diode 6 geschaltet Durch diese Diode 6 kann der Anzugsstrom der Spule B weiter fließen und sich verringern, bis der ansteigende Strom in der Spule A den weiteren Stromfluß in beiden Spulen gewährleistet Durch den langsamen Aufbau der Magnetkraft der Spule A, dem Weiterfließen des Stromes in der Spule B und der Erhöhung der Induktivität der Spule B durch den anliegenden Anker ist ein sicheres Anliegen des Ankers in seiner neuen Lage gewährleistet.

Soll der Anker wieder an der Spule A anliegen, so ist der Taster a zu drücken, wodurch die Spule A über den Arbeitskontakt 22 direkt in Betriebsspannung gelegt und die Spule B durch öffnen des Ruhekontaktes 3 von dieser getrennt wird. Der weitere Vorgang verläuft analog dem oben beschriebenen.

In Fig.2 ist die Anordnung zum Umschalten des Doppelmagneten mit den Spulen A und B mit

elektronischen Schaltmitteln dargestellt. Für gleiche Teile sind die gleichen Bezeichnungen gewählt wie in F i g. 1. Der Ruhekontakt 1 besteht aus einem Transistor 8, dessen Kollektor mit der Spule A und dessen Emitter mit der Diode 2 verbunden ist. Die Basis ist über einen Widerstand 9 zum Kollektor und über eine Diode 10 zum Eingang des Arbeitskontaktes 21 geschaltet, der aus einer invertierenden Verstärkerstufe 11 und einem nachfolgenden Transistor 12 gebildet ist und dessen Steuereingang mit 23 bezeichnet ist. Am Steuereingang

liegt der in Fig. 1 erwähnte Taster b oder eine Ansteuerelektronik. Der Transistor 12 kann die Betriebsspannung t/sdirekt an die Spule fliegen. Dieser Aufbau des Arbeitskontaktes 21 wurde gewählt um mit schwachen Signalen am Steuereingang 23 ein Durchschalten bewirken zu können.

Der Arbeitskontakt 22 und der Ruhekontakt 3 sind ebenso wie die eben beschriebenen aufgebaut. Der Ruhekontakt 3 besteht aus einem Transistor 13, dessen Kollektor mit der Spule B und dessen Emitter mit dem Nullpotential verbunden ist. In die Basisleitung ist eine Zenerdiode 14 mit einer kleinen Durchbruchspannung eingefügt, um den Transistor 13 sicher abzuschalten. Aufgesteuert wird der Transistor über einen Widerstand 15, der zwischen dem Kollektor und der Zenerdiode 14 liegt, und abgeschaltet über eine Diode 16, die von der Zenerdiode 14 zum Ausgang des Arbeitskontaktes 22 geschaltet ist. Der Arbeitskontakt 22 besteht aus einer invertierenden Verstärkerstufe 17 und einem nachfolgenden Transistor 18, der die Spule A über den Ruhekontakt 1 direkt mit dem Nullpotential verbinden kann. Der Steuereingang ist mit 24 bezeichnet.

Es sei angenommen, daß der Anker auf der Seite der Spule B liegt und beide Spulen vom Haltestrom durchflossen werden. Dazu liegt an den Steuereingängen 23 und 24 der Verstärkerstufen 11 und 17 ein logisches Eins-Signal, das von diesen invertiert wird, so daß die Transistoren 12 bzw. 18 ein Null-Signal erhalten und abgeschaltet sind. Damit der Anker in seine andere Lage umschaltet, ist an den Steuereingang 24 des Verstärkers 17 ein logisches Null-Signal zu legen, wodurch der Transistor 18 durchschaltet und die Spule A über den Transistor 8 direkt mit Nullpotential verbindet. Der Strom durch die Spule A steigt schnell auf den Anzugsstrom an, und der Anker wird auf die Seite der Spule A gezogen. Gleichzeitig wird über die Diode 16 mit dem durchgeschalteten Nullpotential des Transistors 18 auch der Transistor 13 gesperrt. Die Zenerdiode 14 sorgt hierbei für den Ausgleich der Restspannungen an der Diode 16 und dem Transistor 18, wie es schon erwähnt wurde. Die Spule B ist abgeschaltet und kann ihre gespeicherte Energie über die Diode 6 und die Zenerdiode 7 umsetzen.

Hat der Anker seine neue Lage erreicht, so wird der bestromten Spule A wieder die abgeschaltete Spule B in Reihe geschaltet damit der geringere Haltestrom sich einstellt und die Leistungsaufnahme sich verringert.

Hierzu wird das Null-Signal am Steuereingang 24 des Verstärkers 17 wieder in ein Eins-Signal geändert.

Dadurch sperrt der Transistor 18 und legt die Spule A in

Reihe zur Spule B. Über den Widerstand 15 kann nun Strom in die Basis des Transistors 13 fließen und ihn durchlässig steuern. Solange wie die Spule B braucht bis

durch sie ein Strom fließt, muß der Strom in der Spule A über einen anderen Weg weiterfließen können. Dieser Weg geht über den durchgeschalteten Transistor 8. Der dadurch weiter durchlässig bleibt, die Diode 4 zurück zur Spule A. In dem Maße, wie der erhöhte Strom der Spule A über diesen Weg abklingt, nimmt der Strom durch die Spule B zu, bis eine Stromübernahme stattfindet und der Reihenschaltkreis geschlossen ist.

Soll der Anker wieder die Lage an der Spule B einnehmen, so ist an den Steuereingang 23 des Verstärkers 11 ein logisches Null-Signal anzulegen. Analog dem oben beschriebenen Vorgang läuft dann diese Umschaltung ab.

In Fig.3 ist eine weitere Schaltungsmöglichkeit des Doppelmagneten angedeutet. Der Grundaufbau ist wie der schon beschriebene, nur der Stromweg für den Strom der eingeschalteten Spule, wenn ihr die zuvor stromlose Spule in Reihe geschaltet wird, ist anders. Ist die Spule A eingeschaltet und wird ihr nach dem Umschalten des Ankers die vorher abgeschaltete Spule B in Reihe geschaltet, so fließt der Strom der Spule A über eine zur Spule B parallelliegende Zenerdiode 19. Diese Zenerdiode 19 hat eine etwas über der halben Betriebsspannung liegende Durchbruchsspannung, so daß nach dem Ansteigen des Stromes durch die Spule E die Zenerdiode 19 wieder sperrt und der Strom durch die Reihenschaltung der beiden Spulen fließt.

Ebenso liegt zur Spule A eine Zenerdiode 20 parallel die den Strom der Spule θ so lange übernimmt, bis nach der Vorschaltung der stromlosen Spule A sich in dieser Spule der Haltestrom eingestellt hat.

Bei den angegebenen Schaltungen ist eine positive Betriebsspannung U_B anzulegen und die Dioder entsprechend den Figuren einzusetzen, sowie NPN Transistoren zu verwenden. Steht eine negativ« Betriebsspannung zur Verfügung, so sind die Dioder umzupolen, und es sind PN P-Transistoren zu verwen den.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Anordnung zum Umschalten eines Doppelelektromagneten mit einander entgegenwirkenden Ein- zelmagneten und gemeinsamem Anker, die zum Umschlagen des Ankers von einer ersten in eine zweite Lage den durch die Spule des zweiten Einzelmagneten fließenden Strom erhöht und den ersten Einzelmagneten abschaltet und die nach dem Umschlagen des Ankers die Spulen beider Einzelmagnete wieder in Reihe schaltet, insbesondere zur Steuerung eines Zweiwegeventils, dadurch gekennzeichnet, daß zum Abbau des Magnetfeldes des abgeschalteten Einzelmagneten parallel zu dessen Spule eine aus einer Diode (4, 6) und einer Zenerdiode (5, 7) bestehende Reihenschaltung geschaltet ist, und daß Schaltmittel vorgesehen sind, die nach dem in Reiheschalten der Spulen (A, B) den erhöhten Stromfluß in der bestromten Spule so lange abklingen lassen, bis die wieder eingeschaltete Spule annähernd ihren Haltestrom erreicht hat und den weiteren Stromfluß in beiden Spulen gewährleistet

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltmittel aus je einem zu jeder Spule (A bzw. B) in Reihe geschalteten Ruhekontakt

(1 bzw. 3) eines Tasters (a bzw. b) und je einer zu Spule und Ruhekontakt parallelgeschalteten Diode (4 bzw. 6) bestehen.

3. Anordnung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Ruhekontakte (1, 3) aus Transistoren (8 bzw. 13) gebildet sind, deren Basen einerseits über einen Widerstand (9 bzw. 15) mit ihren Kollektoren und andererseits über je eine Diode (10 bzw. 16) mit ihrem zugehörigen Steuereingang (23,24) verbunden sind.

4. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltmittel aus parallel zu den Spulen (A, B) geschalteten Zenerdioden (19, 20) bestehen, so daß der Strom der bestromten Spule über die parallel zu der zugeschalteten Spule liegende Zenerdiode abklingt, und daß die Zenerdioden (19, 20) eine etwas über der halben Betriebsspannung (Ub) liegende Durchbruchsspannung aufweisen, so daß nach dem Ansteigen des Stromes in der zugeschalteten Spule die zu ihr parallelliegende Zenerdiode sperrt und der Strom durch die Reihenschaltung der beiden Spulen fließt

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