Relaisabfallverzögerungs-Schaltungsanordnung
Die Erfindung bezieht sich auf eine Relaisabfallverzögerungs-Schaltungsanordnung mit einem mit einer Abwurfwicklung versehenen bistabilen Relais, bei welcher Schaltungsanordnung an die Abwurfwicklung nach Abschalten der Relaisbetriebsspannung ein von ihr aufgeladener Speicherkondensator angeschlossen ist, um das Relais mittels einer durch einen RC-Zeitkreis gesteuerten Schwellenwert-Schalteinrichtung in seinen jeweils anderen Betriebszustand zu bringen.
In einfachen Schaltungsanordnungen zur Erzielung einer Abfallverzögerung eines Relais ist ein Kondensator der Erregerwicklung des Relais parallel geschaltet, so dass der Kondensator bei vorhandener Betriebsspannung aufgeladen wird und das Relais nach Abschalten der Betriebsspannung durch den Entladestrom des Kondensators erregt gehalten wird, bis der Entladestrom kleiner als der Haltestrom des Relais geworden ist. Da der Kondensator auch zur Energieversorgung nach dem Abschalten der Betriebsspannung verwendet wird, können mit solchen einfachen Schaltungsanordnungen verhältnismässig lange und genaue Verzögerungszeiten nicht erhalten werden.
Man benutzt deshalb meist bistabile Relais mit einer Abwurfwicklung und sieht für die Erregung der Abwurfwicklung als Hilfs-Energiequelle einen durch die Betriebsspannung aufgeladenen Speicherkondensator vor, der nach Abschalten der Relaisbetriebsspannung durch eine von einem RC-Zeitkreis gesteuerte Schalteinrichtung an die Abwurfwicklung angeschlossen wird.
Bei bekannten Schaltungsanordnungen dieser Art ist die Abwurfwicklung in Reihe mit einer Glimmlampe oder Kaltkathodenröhre als Zündelement und parallel dazu der Zeitkreis-Kondensator geschaltet und es ist ein durch die Betriebsspannung erregtes Hilfsrelais vorgesehen, durch dessen Kontakte beim Abschalten der Betriebsspannung der Zeitkreis-Kondensator zusammen mit der Abwurfwicklung und dem Zündelement an den Speicherkondensator angeschlossen sind, so dass der Zeitkreis-Kondensator vom Speicherkondensator über den Widerstand des Zeitkreises aufgeladen wird und das Zündelement zündet, wenn die Kondensatorspannung bis auf die Zündspannung angestiegen ist.
Diese infolge des Aufladens des Zeitkreis-Kondensators durch den Speicherkondensator bestehende Kopplung von Steuerkreis und Energie-Versorgungskreis ist insbesondere bei Schaltungsanordnungen für lange Verzögerungszeiten nachteilig, da der Speicherkondensator von vornherein eine für die Energieversorgung und zum Aufladen des Zeitkreis-Kondensators ausreichende Kapazität haben muss und keine Nebenschlüsse auftreten dürfen, durch die der Speicherkondensator während der Verzögerungszeit bis unter die Zündspannung entladen werden könnte. Andererseits stimmt die eingestellte Verzögerungszeit mit der tatsächlichen nicht überein, wenn der Zeitkreis-Kondensator beim Anschalten an den Speicherkondensator noch eine Restladung aufweist.
Aufgabe der Erfindung ist, eine Schaltungsanordnung zur Abfallverzögerung eines Relais zu finden, bei welcher der Energieversorgungskreis und der Zeitkreis unabhängig voneinander sind und demnach für ihre eigene Funktion optimal ausgelegt werden können.
Die Lösung der Aufgabe besteht erfindungsgemäss darin, dass dem Speicherkondensator der aus mindestens einem Widerstand und einem zu ihm parallelgeschalteten Kondensator bestehende RC-Zeitkreis und die mit ihm in Reihe geschaltete Kollektor-Emitterstrecke eines beim Anlegen der Relais-Betriebsspannung ansprechenden Schaltelementes parallel geschaltet ist, wobei der Zeitkreis-Kondensator zusammen mit dem Speicherkondensator aufgeladen wird, und dass ein Schaltungselement die Schwellenwert-Schalteinrichtung mit dem Zeitkreiskondensator verbindet und dazu dient bei abgeschalteter Relais-Betriebsspannung und unterbrochener Parallelschaltung des Speicherkondensators und des Zeitkreiskondensators die Spannung des sich über den Zeitkreiswiderstand entladenden Zeitkreiskondensators an die Schwellenwert-Schalteinrichtung anzulegen,
um letztere einzuschalten und diese in einen solchen Betriebszustand zu bringen, bei dem die Abwurfwicklung des Relais mit dem Speicherkondensator angeschlossen ist, wenn sich der Zeitkreiskondensator bis auf einen der Schwellenwertspannung entsprechenden Spannungswert entladen hat.
Bei der vorerwähnten Schaltungsanordnung werden demnach bei angelegter Betriebsspannung der Speicherkondensator und der Zeitkreis-Kondensator aufgeladen. Beim Abschalten der Betriebsspannung wird der Zeitkreis-Kon densator vom Speicherkondensator getrennt, so dass während der Betriebsphase der Abfallverzögerung Energieversorgungskreis und Zeitkreis voneinander unabhängig sind.
Für die Verzögerungszeit bestimmend ist die Geschwindigkeit mit der sich der Zeitkreis-Kondensator bis auf die Schwellenwertspannung entlädt. Mit dem erneuten Anlegen der Betriebsspannung wird der Zeitkreis-Kondensator praktisch verzögerungsfrei an den Speicherkondensator angeschlossen und schnell aufgeladen, so dass die Schaltungsanordnung sofort wieder zum verzögerten Abschalten des Relais bereit ist. Als Widerstand kann dem Zeitkreis-Kondensator ein einstellbarer Widerstand für die Zeiteinstellung und in Reihe mit diesem ein Festwiderstand zur Begrenzung des Zeitbereichs nach unten parallel geschaltet sein.
Die auf Betriebsspannung ansprechende Schaltungseinrichtung kann einen Transistor enthalten, dessen Kollektor-Emitter-Strecke die eine Elektrode des Zeitkreis-Kondensators mit der gleichpoligen Elektrode des Speicherkondensators verbindet und dessen Basis über Widerstände an Betriebsspannung liegt. Ebenso kann die Schwellenwert-Schalteinrichtung aus Halbleiter-Schaltelementen aufgebaut sein, wodurch eine nur wenig Raum beanspruchende und wirtschaftlich herzustellende Schaltungsanordnung erhalten wird.
Die Schwellenwert-Schalteinrichtung enthält dann vorzugsweise einen Transistor, dessen Kollektor-Emitter-Strecke mit Widerständen parallel zum Speicherkondensator geschaltet und dessen Basis durch eine Diode als Spannung anlegendes Mittel mit dem Zeitkreis-Kondensator verbunden ist, und ausserdem ein weiteres steuerbares Halbleiter-Schaltelement, welches zur Steuerung an den genannten Transistor angeschlossen und dessen Schaltstrecke in Reihe mit der Abwurfwicklung parallel zum Speicherkondensator geschaltet ist.
In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemässen Schaltungsanordnung zur Abfallverzögerung eines Relais dargestellt.
An die mit Plus und Minus bezeichneten Eingangsklemmen 1, 2 der Schaltungsanordnung ist die Erregungswicklung 3a eines Relais 3 angeschlossen, das anzieht, sobald an die Klemmen 1. 2 Betriebs-Gleichspannung angelegt wird.
Der Speicherkondensator 4 ist mit der Plus-Eingangsklemme 1 durch eine in Durchlassrichtung geschalteten Diode 5 verbunden und an der Minus-Klemme 2 angeschlossen. Zur Stabilisierung der Spannung am Speicherkondensator 4 ist diesem eine Zenerdiode 6 und ein Widerstand 7 parallel geschaltet. Als auf die Betriebsspannung ansprechende Schalteinrichtung ist im dargestellten Ausführungsbeispiel ein NPN-Transistor 8 verwendet, dessen Basis über Widerstände 9 und 10 mit den Eingangsklemmen 1, 2 verbunden ist. Die eine Elektrode des Zeitkreis-Kondensators C ist an den Plus-Leiter 11 und seine andere Elektrode an den Kollektor K, des Transistors 8 angeschlossen und somit durch die Kollektor-Emitter-Strecke K8-E8 des Transistors 8 mit der Minus-Eingangsklemme 2 bzw. dem Minusleiter 12 verbunden.
Als Widerstand des RC-Zeitkreises ist ein einstellbarer Widerstand R, und ein Festwiderstand R2 vorgesehen, die beide in Reihe den Zeitkreis-Kondensator C überbrükken. Beim Anlegen der Betriebsspannung an die Eingangsklemmen 1, 2 schaltet der Transistor 8 ein und die nun leitende Kollektor-Emitter-Strecke K8-E8 verbindet die an sie angeschlossene Elektrode des Zeitkreis-Kondensators C direkt mit der Minus-Eingangsklemme 2 und schaltet somit den Zeitkreis-Kondensator C parallel zum Speicherkondensa tor 4, so dass der Speicherkondensator 4 zusammen mit dem Zeitkreis-Kondensator C praktisch sofort aufgeladen werden. Solange an den Eingangsklemmen 1, 2 Betriebsspannung liegt bleibt dieser Zustand aufrecht.
Wird die Betriebsspannung weggenommen, so sperrt der Transistor 8 und die leitende Verbindung zwischen Zeitkreis-Kondensator C und Minus-Eingangsklemme 2 wird aufgehoben. Der Speicherkondensator 4 bleibt zunächst aufgeladen, da er sich wegen der Diode 5 nicht durch die Basiswiderstände des Transistors 8 entladen kann. Der Zeitkreis-Kondensator C hingegen beginnt sich durch die Widerstände R, und R2 zu entladen. Dieses Entladen des Zeitkreis-Kondensators C wird hier zur Steuerung der Abfallverzögerung beim Relais 3 benutzt. Hierzu wird, zunächst allgemein ausgedrückt, die Abwurfwicklung 3B des Relais 3 mit einem beliebigen Schaltglied in Reihe parallel zum Speicherkondensator 4 geschaltet, so dass sich der Speicherkondensator 4 durch die Abwurfwicklung 3b entlädt, sobald das Schaltglied geschlossen wird.
Das Schaltglied wird vom RC-Zeitkreis gesteuert und schliesst, wenn sich der Zeitkreis-Kondensator C bis auf einen vorgegebenen Spannungswert entladen hat. Dies wird mit einer Schwellenwert-Schalteinrichtung erreicht, deren Schaltglied bei einem bestimmten Wert der angelegten Steuerspannung schliesst. Im übrigen kann die Schwellenwert Schalteinrichtung beliebig aufgebaut sein und z. B. Relais, Glimmstrecken oder Halbleiter-Schaltelemente, wie Transistoren, Thyristoren enthalten. Im dargestellten Ausführungsbeispiel enthält die Schwellenwert-Schalteinrichtung zwei Transistoren 14 und 20.
Der eine Transistor 20, ein PNP Transistor dient als Schaltglied, sein Emitter ist durch die Plus-Leitung 11 mit der einen Elektrode des Speicherkondensators 4 und sein Kollektor über die Abwurfwicklung 3b des Relais 3 und den Minus-Leiter 12 mit der anderen Elektrode des Speicherkondensators 4 verbunden. Der andere Transistor 14 ist ein NPN-Transistor, dessen Kollektor über einen Widerstand 15 an den Plusleiter 11 und dessen Emitter über einen Widerstand 16 an den Minus-Leiter 12 angeschlossen ist, so dass seine Kollektor-Emitter-Strecke ebenfalls parallel zum Speicherkondensator 4 geschaltet ist. Die Basis des Transistors 14 ist durch eine Diode 13 mit der an den Kollektor K8 des Transistors 8 angeschlossenen Elektrode des Zeitkreis-Kondensators C verbunden.
Ein Widerstand 18 koppelt den Kollektor des Transistors 14 mit der Basis des als Schaltglied dienenden Transistors 20, so dass dieser einschaltet, sobald der Transistor 14 leitend wird. Das Einschalten von Transistor 20 kann gegenüber dem Leitendwerden des Transistors 14 durch einen Kondensator 19 verzögert werden. Schliesslich ist noch zwischen Emitter des Transistors 14 und dem Plusleiter 11 eine Zenerdiode 17 geschaltet. Bei dieser Schwellenwert-Schalteinrichtung besteht das Schaltglied, wie erwähnt, aus dem Transistor 20, der hier gleichzeitig als Schaltverstärker dient, das Steuerglied aus dem Transistor 14, der Zenerdiode 17 und dem Widerstand 16 und die Diode 13 ist ein Mittel, um die Spannung am Zeitkreis-Kondensator C als Steuerspannung an das Steuerglied anzulegen.
Die Schwellenwert-Spannung ist hierbei durch die Spannung an der Zenerdiode 17 abzüglich der Spannungsabfälle an der Diode 13 und am Transistor 14 gegeben. Sobald die Spannung am Zeitkreis-Kondensator C beim Entladen diesen Schwellenwert unterschreitet, wird der Transistor 14 leitend und, wie bereits dargelegt, über den Transistor 20 die Abwurfwicklung 3b an den aufgeladenen Speicherkondensator 4 angeschlossen, so dass das Relais 3 abwirft. Der einstellbare Widerstand Rl des RC-Zeitkreises dient hierbei zur Einstellung der Entladezeit des Zeitkreis-Kondensators C und der Festwiderstand R2 zur Begrenzung des Zeitbereiches nach unten.
Der Speicherkondensator 4 liefert lediglich die in der Schwellenwert-Schalteinrichtung beim Abschalten des Relais 3 benötigte Energie und kann in Abhängigkeit von der jeweiligen speziellen Ausbildung der Schwellenwert-Schalteinrichtung optimal dimensioniert werden, auf das Laden und Entladen des Zeitkreis-Kondensators hat er keinen Einfluss, so dass auch dieser für sich optimal ausgelegt werden kann. Im Vergleich mit bekannten Schaltungsanordnungen können bei der vorstehend beschriebenen Schaltungsanordnung ein Speicherkondensator geringerer Kapazität verwendet und längere Verzögerungszeiten erhalten werden, wobei der Abschaltvorgang bei einem genau definierten Zeitpunkt und nicht schleichend erfolgt.