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PATENTANSPRÜCHE
1. Relais, das durch An- und Abschalten der Speisespannung ein- und ausschaltbar ist, und das ein Zeitglied zur Bestimmung einer Schaltverzögerung aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass als Zeitglied ein RC-Glied (13,14,15) vorgesehen ist, dessen über den Widerstand (13, 14) ladbarer und entladbarer Kondensator (15) mit einem Eingang einer Vergleichs- und bistabilen Kippschaltung (19,24) verbunden ist, welche Kippschaltung bei Durchgang der Kondensatorspannung durch einen Referenzwert kippt und einen Ausgangskreis (29, 34) umsteuert, und dass mindestens ein Ladekondensator (6, 9) zur Speisung der Kippschaltung (19,24) und des Ausgangskreises (29, 34) vorgesehen ist, derart, dass sowohl beim Anschalten als auch beim Abschalten eine Schaltverzögerung eintritt.
2. Relais nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Kippschaltung ein Operationsvertärker (19) vorgesehen ist, dessen einer Eingang (23) mit dem Kondensator (15) des Zeitgliedes und dessen anderer Eingang (22) mit einem Spannungsteiler (20, 21) zur Bestimmung einer Referenzspannung verbunden ist.
3. Relais nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass im Ausgangskreis (29, 34) ein Remanenzrelais (35) liegt in dessen Erregungskreis ein Kondensator (36) in Serie liegt durch dessen Lade- und Entladeströme das Remanenzrelais umgestal tetwird.
4. Relais nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass im Ausgangskreis in Serie liegende komplementäre Transistoren (29, 34) vorgesehen sind die durch den Ausgang der Kippschaltung (19,24) steuerbar sind und den Stromkreis des Remanenzrelais (35) wechselweise mit dem einen oder anderen Pol (1,2) der Speisespannung verbinden.
5. Relais nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Transistor (29) im Ladestromkreis des im Erregungskreis liegenden Kondensators (36) derart steuerbar ist, dass seine Leitfähigkeit abnimmt.
6. Relais nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Transistor (29) im Ladestromkreis des im Relaisstromkreis liegenden Kondensators (36) leitend bleibt, solange sich der Ausgangskreis im Ladezustand befindet.
7. Relais nach einem der Ansprüche 1 bis 6, gekennzeichnet durch eine Diodenschaltung (5,8,12) zur unabhängigen Speisung mindestens eines Ladekondensators (6, 9) und des Zeitgliedes (13 bis 15), derart, dass beim Abschalten das Zeitglied vom Ladekondensator entkoppelt ist und sich über einen Entladewiderstand (17) entladen kann.
8. Relais nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das RC-Glied mit einem zwischen beide Pole (1,2) der Speisespannung geschalteten Stromkreis (12, 17) verbunden ist, und dass das RC-Glied einen durch eine Diode (16) überbrückten Widerstand (13) aufweist, wobei die Einschaltverzögerung durch Aufladen des Kondensators (15) des RC-Gliedes über den überbrückten Widerstand und die Ausschaltverzögerung durch Entladen des Kondensators des RC Gliedes über die den Widerstand (13) überbrückende Diode (16) und einen Widerstand (17) des genannten Stromkreises bestimmt wird.
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Relais, das durch Anund Abschalten der Speisespannung ein- und ausschaltbar ist, und das ein Zeitglied zur Bestimmung einer Schaltverzögerung aufweist. Die Erfindung setzt sich zum Ziel ein solches Relais zu schaffen, dass sowohl eine Anzugs- als auch eine Abfallverzögerung zu bewirken gestattet. Dieses Ziel wird dadurch erreicht, dass als Zeitglied ein RC-Glied vorgesehen ist, dessen über den Widerstand ladbarer und entladbarer Kondensator mit einem Eingang einer Vergleichs- und bistabilen Kippschaltung bei Durchgang der Kondensatorspannung durch einen Referenzwert kippt und einen Ausgangskreis umsteuert, und dass mindestens ein Ladekondensator zur Speisung der Kippschaltung und des Ausgangskreises vorgesehen ist, derart, dass sowohl beim Anschalten als auch beim Abschalten eine Schaltverzögerung eintritt.
Vorzugsweise kann im Ausgangskreis ein Remanenzrelais liegen, in dessen Erregungskreis ein Kondensator in Serie liegt, durch dessen Lade- und Entladeströme das Remanenzrelais umgeschaltet wird. Es ergibt sich hierbei nicht nur eine einfache Schaltung, sondern das Relais benötigt nur gerade während des Umschaltens einen Erregungs- bzw. Entregungsstrom. Das Relais hat somit eine geringe Verlustleistung und kann entsprechend klein und ohne besondere Massnahmen zur Kühlung ausgeführt werden. Die Erfindung wird nun anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert.
Das dargestellte Relais weist Eingangsklemmen 1 und 2 auf, an die entweder die positive bzw. negative Klemme einer Gleichspannungsquelle oder aber eine Wechselspannung angelegt werden kann, um das Relais zu betätigen. Über eine Diode 3 einen Begrenzungswiderstand 4 und eine weitere Diode 5, wird beim Anschalten einer Gleichoder Wechselspannung ein erster Ladekondensator 6 aufgeladen. Über Dioden 7 bzw. 8 wird ein weiterer Ladekondensator 9 auf eine Spannung aufgeladen, die durch eine Zener-Diode 10 stabilisiert ist. Über einen Widerstand 11 und eine weitere Diode 12 kann ein Zeitglied mit einem festen Widerstand 13, eine variablen Widerstand 14 und einem Kondensator 15 gespeist werden. Dem Widerstand 13 ist eine Diode 16 parallel geschaltet, über welche der Kondensator 15 durch einen Widerstand 17 gleichen Wertes wie der Widerstand 13 entladen werden kann.
Dem Widerstand 17 ist ein Kondensator 18 parallel geschaltet. Das RC-Glied 17, 18 weist eine relativ geringe Zeitkonstante auf, d.h. der Kondensator 18 weist beispielsweise einen Wert von Off und der Widerstand 17 einen Wert von 220 kQ auf.
Die stabilisierte Spannung am Kondensator 9 dient der Speisung eines Operationsverstärkers 19 und eines Spannungsteiles 20, 21, welche die Eingangsspannung am Eingang 22, die als Referenzspannung dient, bestimmt. Die Spannung am Kondensator 15 des Zeitgliedes gelangt an den zweiten Eingang 23 des Operationsverstärkers. Der Ausgang des Operationsverstärkers ist mittels eines Widerstandes 24 an den Eingang 22 rückgekoppelt. Der Ausgang des Operationsvertärkers 19 ist über einen relativ niederohmigen Widerstand 25 und einen Kondensator 26 mit der Basis eines Transistors 27 verbunden.
Zwischen diese Basis und die positive Klemme der Speisespannung ist ein Widerstand 28 geschaltet. Der Transistor 27 steuert einen weiteren Transistor 29 an dessen Basis ausserdem über einen hochohmigen Widerstand 30 mit dem Ausgang des Operationsverstärkers 19 verbunden ist. Über einen Spannungstei ler 31, 32 steuert der Ausgang des Operationsvertärkers ferner einen Transistor 33 an, der einen Transistor 34 steuert. Die zwischen der positiven und negativen Klemme der Speisespannung liegenden komplementären Transistoren 29 und 34 bilden einen Ausgangskreis, in dem zwischen den Transistoren 29 und 34 der Erregungsstromkreis eines Remanenzrelais 35 liegt, in welchem Erregungsstromkreis ein Kondensator 36 liegt. Das Remanenzrelais 35 wirkt auf einen Umschaltkontakt 37 der wahlweise zwei Ausgangskreise anschalten kann.
Im dargestellten Zustand der Schaltung ist das Relais 35 erregt und hält den Kontakt 37 in der dargestellten angezogenen Arbeitsstellung.
Beim Anlegen einer geeigneten Speisespannung zwischen den Klemmen 1 und 2, werden die Kondensatoren 6, 9 und 18 aufgeladen. Der Eingang 22 des Operationsverstärkers wird dabei rasch auf eine positive Referenzspannung aufgeladen, die etwa der halben Betriebsspannung am Kondensator 9 entspricht. Dagegen steigt die Spannung am Eingang 23 des Opera
tionsverstärkers entsprechend der Zeitkonstante des Zeitgliedes 13, 14, 15 allmählich an. Solange der Eingang 22 positiver ist als der Eingang 23 erscheint am Ausgang des Operationsverstärkers 19 positive Spannung, so dass die Transistoren 27 und 29 gesperrt sind. Dagegen sind die Transitoren 33 und 34 leitend und der Kondensator 36 ist über dieselben entladen. Übersteigt die Spannung am Eingang 23 des Operationsverstärkers nach einer gewissen Verzögerungszeit die Referenzspannung am Eingang 22, so fällt die Spannung am Ausgang des Operationsverstärkers rasch auf Null ab, wobei dieser Vorgang durch den Rückkoppelungswiderstand 24 beschleunigt wird. Der Operationsverstärker 19 wirkt also in diesem Falle als Kippschaltung im einen oder anderen Sinne je nachdem ob die Spannung am Eingang 23 die Referenzspannung im einen oder anderen Sinne durchlaufe.
Wenn, wie erwähnt, der Ausgang des Operationsverstärkers 19 von positiver auf negative Spannung bzw. von 1 auf 0 geschaltet wird, wirkt sich diese Spannungsänderung über den Wiederstand 25 und den Kondensator 26 sofort an der Basis des Transistors 27 sowie über den Widerstand 30 an der Basis des Transistors 29 aus. Diese Transistoren werden also sofort voll leitend. Die Transistoren 33 und 34 werden sofort gesperrt. Es fliesst daher nun von der positiven Klemme der Speisespannung ein Ladestrom durch den Transistor 29 und das Relais 35 zum Kondensator 36. Durch diesen Ladestrom wird der Kern des Remanenzrelais entregt und der Anker fällt ab, womit der Kontakt 37 umgeschaltet wird.
Inzwischen ist die Spannung an der Basis des Transistors 27 über den Widerstand 28 wieder angestiegen und die Leitfähigkeit der Transistoren 27 und 29 ist abgesunken, so dass auch der das Remanenzrelais 35 durchfliessende Ladestrom zum Kondensator 36 rascher absinkt als sich durch den Ladezustand des Kondensators 36 an sich ergeben würde. Diese Steuerung des Ladestroms hat sich bei der erforderlichen Grösse des Kondensators 36 als erforderlich erwiesen, um eine neue Erregung des Remanenzrelais und eine Rückschaltung in den vorderen Zustand zu vermeiden. Der Transistor 27 wird schliesslich vollständig gesperrt, während der Transistor 29 infolge des hochohmigen Basis-Widerstandes 30 leicht leitend bleibt. Über diesen Transistor wird die Ladung am Kondensator 36 dauernd erhalten, wenn nun das Relais solange eingeschaltet bleibt als seine Eingangsklemmen 1 und 2 an Spannung liegen.
Nach der obenerwähnten Umschaltung ist auch der Kondensator 15 des zeitbestimmenden Gliedes auf die am Kondensator 18 liegende hohe Spannung aufgeladen worden. Die Schaltung bleibt in diesem Zustand bis die Eingang klemmen 1 und 2 bzw. eine dieser Klemmen von der steuernden Energiequelle getrennt werden. In diesem Falle wird zuerst der Kondensator 18 durch den Widerstand 17 verhältnismässig rasch entladen. Die Spannungen an den Kondensatoren 6 und 9 bleiben erhalten, denn die Dioden 5 und 8 verhindern eine Entladung dieser Kondensatoren über den Stromkreis 12, 17.
Die Speisung des Operationsverstärkers 19 und der Ausgangskreise bleibt damit erhalten. Dagegen beginnt sich nun der Kondensator 15 des Zeitgliedes über das Potentiometer 14, die Diode 16 und den Widerstand 17 zu entladen. Die Entladegeschwindigkeit entspricht der Ladegeschwindigkeit denn die Widerstände 13 und 17 weisen gleichen Wert auf. Die Spannung am Eingang 23 des Operationsverstärs sinkt daher nun ab, und wenn die Spannung am Eingang 23 nach einer Verzögerungszeit, die der obenbeschriebenen Verzögerungszeit beim Anschalten des Gerätes etwa entspricht, die Referenzspannung am Eingang 22 unterschreitet, erfolgt am Ausgang des Operationsverstärkers eine Spannungsänderung von negativer auf positive Spannung, d.h. von 0 auf 1. Diese Umschaltung wird wiederum unterstützt durch den Rückkoppelungsswiderstand 24.
Damit werden die Transistoren 27 und 29 gesperrt, während die Transistoren 33 und 34 leitend werden. Der Kondensator 36 wird nun über das Remanenzrelais 35 und den Transistor 34 entladen und durch diesen Entladestrom wird das Remanenzrelais erregt und sein Kontakt 37 wird in die dargestellte Lage zurückgeschaltet.
Beim Wiedereinschalten des Gerätes an die Betriebsspannung wiederholen sich die obenbeschriebenen Vorgänge, d.h.
das Remanenzrelais wird nach einer bestimmten Verzögerungszeit wieder entregt und umgeschaltet. Die dargestellte Schaltung arbeitet somit als anzugs- und abfallverzögertes Relais. Es wurde oben erwähnt, dass die Anzugsverzögerung etwa gleich der Abfallverzögerung gewählt ist, durch Einstellen der Referenzspannung am Eingang 22 des Operationsverstärkers 19, beispielsweise mittels eines variablen Widerstandes 20 oder 21, könnte das Verhältnis zwischen der Anzugs- und der Abfallver zögerung variiert werden. Die Dauer der Verzögerung kann mittels des variablen Widerstandes 14 eingestellt werden.
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PATENT CLAIMS
1. Relay, which can be switched on and off by switching the supply voltage on and off, and which has a timing element for determining a switching delay, characterized in that an RC element (13, 14, 15) is provided as the timing element, the over the resistor (13, 14) chargeable and dischargeable capacitor (15) is connected to an input of a comparative and bistable multivibrator (19, 24) which toggles when the capacitor voltage passes through a reference value and reverses an output circuit (29, 34) , and that at least one charging capacitor (6, 9) is provided for supplying the flip-flop (19, 24) and the output circuit (29, 34) in such a way that a switching delay occurs both when switching on and when switching off.
2. Relay according to claim 1, characterized in that an operational amplifier (19) is provided as a flip-flop whose one input (23) with the capacitor (15) of the timing element and the other input (22) with a voltage divider (20, 21) is connected to determine a reference voltage.
3. Relay according to claim 1 or 2, characterized in that in the output circuit (29, 34) there is a remanence relay (35) in whose excitation circuit a capacitor (36) is connected in series by means of whose charging and discharging currents the remanence relay is modified.
4. Relay according to claim 3, characterized in that in the output circuit in series complementary transistors (29, 34) are provided which are controllable by the output of the flip-flop (19,24) and the circuit of the remanence relay (35) alternately with one or connect another pole (1,2) of the supply voltage.
5. Relay according to claim 3 or 4, characterized in that at least one transistor (29) in the charging circuit of the capacitor (36) lying in the excitation circuit can be controlled such that its conductivity decreases.
6. Relay according to one of claims 3 to 5, characterized in that at least one transistor (29) in the charging circuit of the capacitor (36) lying in the relay circuit remains conductive as long as the output circuit is in the charging state.
7. Relay according to one of claims 1 to 6, characterized by a diode circuit (5,8,12) for the independent supply of at least one charging capacitor (6, 9) and the timer (13 to 15), such that when switching off the timer from Charging capacitor is decoupled and can discharge via a discharge resistor (17).
8. Relay according to one of claims 1 to 7, characterized in that the RC element is connected to a circuit (12, 17) connected between the two poles (1, 2) of the supply voltage, and in that the RC element is connected by one Diode (16) has bridged resistor (13), the switch-on delay by charging the capacitor (15) of the RC element via the bridged resistor and the switch-off delay by discharging the capacitor of the RC element via the diode (16) bridging the resistor (13) ) and a resistance (17) of said circuit is determined.
The present invention relates to a relay which can be switched on and off by switching the supply voltage on and off, and which has a timing element for determining a switching delay. The aim of the invention is to provide such a relay that allows both a pull-in and a drop-out delay to be effected. This goal is achieved in that an RC element is provided as the timing element, whose capacitor, which can be charged and discharged via the resistor, tilts with an input of a comparative and bistable multivibrator when the capacitor voltage passes through a reference value and reverses an output circuit, and that at least one Charging capacitor for supplying the flip-flop and the output circuit is provided such that a switching delay occurs both when switching on and when switching off.
A remanence relay can preferably be located in the output circuit, in the excitation circuit of which a capacitor is connected in series, by means of whose charge and discharge currents the remanence relay is switched over. This not only results in a simple circuit, but the relay only needs an excitation or de-excitation current just during the switchover. The relay therefore has a low power loss and can be designed accordingly small and without special measures for cooling. The invention will now be explained in more detail using an exemplary embodiment.
The relay shown has input terminals 1 and 2, to which either the positive or negative terminal of a DC voltage source or an AC voltage can be applied in order to actuate the relay. A first charging capacitor 6 is charged via a diode 3, a limiting resistor 4 and a further diode 5 when a direct or alternating voltage is switched on. A further charging capacitor 9 is charged via diodes 7 and 8 to a voltage which is stabilized by a Zener diode 10. A timer with a fixed resistor 13, a variable resistor 14 and a capacitor 15 can be fed via a resistor 11 and a further diode 12. A diode 16 is connected in parallel with the resistor 13, via which the capacitor 15 can be discharged by a resistor 17 of the same value as the resistor 13.
A capacitor 18 is connected in parallel with the resistor 17. The RC element 17, 18 has a relatively low time constant, i.e. for example, capacitor 18 has a value of Off and resistor 17 has a value of 220 kQ.
The stabilized voltage on the capacitor 9 is used to supply an operational amplifier 19 and a voltage part 20, 21, which determines the input voltage at the input 22, which serves as a reference voltage. The voltage on the capacitor 15 of the timing element reaches the second input 23 of the operational amplifier. The output of the operational amplifier is fed back to the input 22 by means of a resistor 24. The output of the operational amplifier 19 is connected to the base of a transistor 27 via a relatively low-resistance resistor 25 and a capacitor 26.
A resistor 28 is connected between this base and the positive terminal of the supply voltage. The transistor 27 controls a further transistor 29 at the base of which is also connected to the output of the operational amplifier 19 via a high-resistance resistor 30. The output of the operational amplifier also controls a transistor 33, which controls a transistor 34, via a voltage divider 31, 32. The complementary transistors 29 and 34 located between the positive and negative terminals of the supply voltage form an output circuit in which the excitation circuit of a remanence relay 35 is located between the transistors 29 and 34, in which excitation circuit a capacitor 36 is located. The remanence relay 35 acts on a changeover contact 37 which can optionally switch on two output circuits.
In the illustrated state of the circuit, the relay 35 is energized and holds the contact 37 in the tightened working position shown.
When a suitable supply voltage is applied between terminals 1 and 2, capacitors 6, 9 and 18 are charged. The input 22 of the operational amplifier is quickly charged to a positive reference voltage which corresponds to approximately half the operating voltage at the capacitor 9. In contrast, the voltage at input 23 of the Opera increases
tion amplifier gradually according to the time constant of the timer 13, 14, 15. As long as input 22 is more positive than input 23, positive voltage appears at the output of operational amplifier 19, so that transistors 27 and 29 are blocked. In contrast, the transistors 33 and 34 are conductive and the capacitor 36 is discharged via the same. If the voltage at the input 23 of the operational amplifier exceeds the reference voltage at the input 22 after a certain delay time, the voltage at the output of the operational amplifier drops rapidly to zero, this process being accelerated by the feedback resistor 24. The operational amplifier 19 thus acts in this case as a flip-flop in one sense or another, depending on whether the voltage at the input 23 passes through the reference voltage in one sense or the other.
If, as mentioned, the output of the operational amplifier 19 is switched from positive to negative voltage or from 1 to 0, this voltage change has an immediate effect on the base of transistor 27 via resistor 25 and capacitor 26 and on resistor 30 via resistor 30 Base of transistor 29 from. These transistors therefore become fully conductive immediately. Transistors 33 and 34 are blocked immediately. A charging current now flows from the positive terminal of the supply voltage through the transistor 29 and the relay 35 to the capacitor 36. The core of the remanence relay is de-energized by this charging current and the armature drops, which switches the contact 37.
In the meantime, the voltage at the base of the transistor 27 has risen again via the resistor 28 and the conductivity of the transistors 27 and 29 has decreased, so that the charging current flowing through the remanence relay 35 to the capacitor 36 also drops more rapidly than due to the state of charge of the capacitor 36 would surrender. Given the required size of the capacitor 36, this control of the charging current has proven to be necessary in order to avoid a new excitation of the remanence relay and a switch back to the front state. The transistor 27 is finally completely blocked, while the transistor 29 remains slightly conductive due to the high-resistance base resistor 30. The charge on the capacitor 36 is continuously obtained via this transistor if the relay now remains switched on as long as its input terminals 1 and 2 are connected to voltage.
After the above-mentioned switchover, the capacitor 15 of the time-determining element has also been charged to the high voltage across the capacitor 18. The circuit remains in this state until input terminals 1 and 2 or one of these terminals are disconnected from the controlling energy source. In this case, the capacitor 18 is first discharged relatively quickly through the resistor 17. The voltages on the capacitors 6 and 9 are retained because the diodes 5 and 8 prevent these capacitors from being discharged via the circuit 12, 17.
The supply of the operational amplifier 19 and the output circuits is thus retained. In contrast, the capacitor 15 of the timing element begins to discharge via the potentiometer 14, the diode 16 and the resistor 17. The unloading speed corresponds to the loading speed because the resistors 13 and 17 have the same value. The voltage at the input 23 of the operational amplifier therefore now drops, and if the voltage at the input 23 falls below the reference voltage at the input 22 after a delay time that corresponds approximately to the above-described delay time when the device is switched on, a voltage change of negative occurs at the output of the operational amplifier to positive tension, ie from 0 to 1. This changeover is in turn supported by the feedback resistor 24.
This blocks transistors 27 and 29, while transistors 33 and 34 become conductive. The capacitor 36 is now discharged via the remanence relay 35 and the transistor 34 and the remanence relay is excited by this discharge current and its contact 37 is switched back to the position shown.
When the device is switched on again at the operating voltage, the processes described above are repeated, i.e.
the remanence relay is de-energized and switched over after a certain delay time. The circuit shown thus works as a delayed pickup and dropout relay. It was mentioned above that the pull-in delay is chosen approximately equal to the drop-out delay, by setting the reference voltage at the input 22 of the operational amplifier 19, for example by means of a variable resistor 20 or 21, the ratio between the pull-in and the drop-out delay could be varied. The duration of the delay can be set by means of the variable resistor 14.