DE10029828C1

DE10029828C1 - Gepoltes bistabiles Relais

Info

Publication number: DE10029828C1
Application number: DE2000129828
Authority: DE
Inventors: Eduard Spreitzer; Andreas Beck
Original assignee: Gruner AG
Current assignee: Gruner AG
Priority date: 2000-06-16
Filing date: 2000-06-16
Publication date: 2002-01-24
Anticipated expiration: 2020-06-17

Abstract

Ein Relais mit mindestens einer Magnetspule (2) zum Schalten eines Ankers (5) weist erfindungsgemäß eine zusätzliche Induktionsspule (9) auf, in deren Magnetkreis der Anker (5) eingreift, wobei der Magnetkreis je nach Schaltstellung des Ankers (5) eine unterschiedliche Induktivität hat. Indem an die Magnetspule (21) ein für ein Schalten des Relais unzureichender elektrischer Testimpuls angelegt wird, wird in der Induktionsspule (9) eine von den Schaltstellungen des Ankers (5) abhängige Induktionsspannung induziert, aus deren Verlauf die jeweilige Schaltstellung des Ankers (5) elektronisch ermittelbar ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Erkennen der Schaltstellung eines gepolten bistabilen Relais mit minde stens einer Magnetspule zum Schalten eines Ankers sowie ein zum Durchführen dieses Verfahrens geeignetes Relais.

Aus der DE 197 15 261 C1 ist ein gepoltes bistabiles Relais mit einem H-Ankerzug bekannt, bei dem durch das Magnetfeld einer Magnetspule ein mit einem Permanentmagneten ausgebil deter Anker in seine zwei Schaltstellungen verschwenkt wird. Zum Schalten des Relais wird das Magnetfeld jeweils durch Anlegen eines Spannungsimpulses von z. B. 20 ms umgepolt, wo durch der Anker in die jeweils andere Schaltstellung ver schwenkt.

Bei vielen Anwendungen wäre wünschenswert, den jeweiligen Schaltzustand des Relais auch elektronisch abfragen zu kön nen.

Aus der DE 195 35 211 A1 ist ferner eine Schaltungsanordnung zur Regelung eines Erregerwicklung, Stator und Anker aufwei senden elektromagnetischen Antriebs für ein Schaltgerät be kannt. Mittels eines Sensors wird der Istwert des Magnet flusses im Eisenkreis detektiert, mit Sollwertfolgen aus ei nem Sollwertgeber verglichen und bei positiver Differenz zwischen Soll- und Istwert die Steuerspannung an die Erre gerwicklung gelegt. Der Sensor ist als Induktionsspule um einen Magnetschenkel ausgeführt, um die Änderung des Magnet flusses zu erfassen, wobei durch Integration mit dem Inte grator der Istwert des Magnetflusses ermittelt wird.

Es ist daher die Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren anzu geben, bei dem mit möglichst geringem technischen Aufwand und bei möglichst geringen Kosten der jeweilige Schaltzu stand des Relais elektronisch abgefragt werden kann, sowie ein zum Durchführen dieses Verfahrens geeignetes Relais be reitzustellen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß an die Magnetspule ein für ein Schalten des Relais unzureichen der elektrischer Testimpuls angelegt wird und dadurch in ei ner zusätzlichen Induktionsspule, in deren Magnetkreis der Anker eingreift, eine von den Schaltstellungen des Ankers abhängige Induktionsspannung induziert wird, aus deren Ver lauf die jeweilige Schaltstellung des Ankers elektronisch ermittelbar ist.

Ein zum Schalten des Relais nicht ausreichender elektrischer Testimpuls an der Magnetspule für eine Zeitspanne, die kür zer als die Zeitspanne eines Schaltimpulses ist, führt zu keiner Änderung der Schaltstellung des Ankers bzw. der Re laiskontakte und wird zum Abfragen der Schaltstellung des Ankers verwendet. Durch elektronische Auswertung des von der Schaltstellung des Ankers abhängigen Spannungsverlaufs in der Induktionsspule kann somit die Schaltstellung des Relais elektronisch festgestellt werden.

Vorzugsweise wird als Testimpuls ein Spannungsimpuls mit der Betriebsspannung der Magnetspule für eine Zeitspanne ange legt, die ausreichend kürzer ist als die Zeitspanne eines mit der Betriebsspannung zum Schalten des Relais erforderli chen Schaltimpulses.

Die oben genannte Aufgabe wird bei einem Relais mit minde stens einer Magnetspule zum Schalten eines Ankers erfin dungsgemäß durch eine zusätzliche Induktionsspule gelöst, in deren Magnetkreis der Anker eingreift, wobei der Magnetkreis je nach Schaltstellung des Ankers eine unterschiedliche In duktivität hat.

Bei bevorzugten Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Re lais sind die Induktionsspule und die mindestens eine Ma gnetspule auf dem gleichen Eisenkern vorgesehen.

Um den Spannungsbereich der in der Induktionsspule induzier ten Spannung in denselben Wertebereich wie die Betriebsspan nung in der Magnetspule zu bringen und damit sich die Induk tionsspannung nicht zu schnell abbaut, hat die Induktions spule bevorzugt einen, z. B. dreifach, höheren ohmschen Wi derstand als die Magnetspule.

Weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der Be schreibung und der Zeichnung. Ebenso können die vorstehend genannten und die noch weiter aufgeführten Merkmale erfin dungsgemäß jeweils einzeln für sich oder zu mehreren in be liebigen Kombinationen Verwendung finden. Die gezeigte und beschriebene Ausführungsform ist nicht als abschließende Aufzählung zu verstehen, sondern hat vielmehr beispielhaften Charakter für die Schilderung der Erfindung.

Es zeigt:

Fig. 1 schematisch den Magnetantrieb eines erfindungsgemä ßen Relais, wobei der Anker des Magnetantriebs in seiner einen Schaltstellung gezeigt ist;

Fig. 2 den Magnetantrieb der Fig. 1, wobei der Anker in seiner anderen Schaltstellung gezeigt ist; und

Fig. 3 ein Diagramm, das den zeitlichen Verlauf der Induk tionsspannung (Fig. 3b, 3c) in einer Induktions spule als Antwort auf einen zum Schalten des Relais unzureichenden Spannungsimpuls (Fig. 3a) in einer Magnetspule in Abhängigkeit der beiden Schaltstel lungen des Ankers darstellt.

In Fig. 1 ist der Magnetantrieb 1 eines gepolten bistabilen Relais dargestellt. Der Magnetantrieb 1 umfaßt eine umpolba re Magnetspule 2 mit einem Eisenkern 3, an dessen zwei Joch schenkeln 4 ein Anker 5 mit einem Permanentmagneten 6 schwenkbar gehalten ist. Der Permanentmagnet 6 (Nordpol N, Südpol S) ist zwischen zwei Ankerplatten 7 angeordnet, die in den beiden Schaltstellungen des Ankers 5 jeweils an den Jochschenkeln 4 anliegen. Am Anker 5 steht ein Arm 8 vor, der die Schaltbewegungen im Relais zum Schalten der Relais kontakte auslöst. Die Magnetspule 2 und der zwischen seinen zwei Schaltstellungen verschwenkbare Anker 5 bilden einen H-Ankeranzug. Auf dem Eisenkern 3 ist noch eine Induktions spule 9 vorgesehen, die zur Positionserkennung der Schalt stellung des Relais bzw. des Ankers 5 dient.

Zum Schalten dieses gepolten bistabilen Relais wird das Ma gnetfeld der Magnetspule 2 umgepolt, wodurch der Anker 5 mit dem Permanentmagneten 6 verschwenkt, z. B. von der in Fig. 1 in die in Fig. 2 gezeigte Schaltstellung. Das Umpolen er folgt, indem ein Schaltimpuls 10 mit der Betriebsspannung U_B der Magnetspule 2 für eine Zeitspanne t₂, z. B. 20 ms, an die Magnetspule 2 angelegt wird (Fig. 3a). Je nach Schaltstel lung des Ankers 5 hat der Magnetkreis eine unterschiedliche Induktivität. Dadurch ändert sich auch der Verlauf der bei jedem Schaltimpuls in der Magnetspule 2 in der Induktions spule 9 induzierten Spannung U_ind in Abhängigkeit der Schaltstellung des Ankers 5.

Ein zum Schalten des Relais nicht ausreichender Testimpuls 11 - z. B. ein Spannungsimpuls mit der Betriebsspannung U_B an der Magnetspule 2 für eine Zeitspanne t₁ (z. B. 2 ms), die kürzer als die Zeitspanne t₂ des Schaltimpulses ist - führt zu keiner Änderung der Schaltstellung des Ankers 5 bzw. der Relaiskontakte und wird zum Abfragen der Schaltstellung des Ankers verwendet. Dabei kann der Testimpuls 11 stets die gleiche Spannungspolarität haben, da ein Testimpuls mit gleicher Spannungspolarität wie der letzte vorangegangene Schaltimpulses keinen Schaltvorgang auslöst.

Die Fig. 3b und 3c zeigen den zeitlichen Verlauf der Induk tionsspannung U_ind in der Induktionsspule 9 als Antwort auf den zum Schalten des Relais unzureichenden Testimpuls 11 (Fig. 3a) in der Magnetspule 2 in Abhängigkeit der beiden Schaltstellungen des Ankers 5. Aufgrund der unterschiedli chen Induktivitäten nimmt nach dem Testimpuls 11, d. h. nach t₁, die Induktionsspannung in beiden Schaltstellungen des Relais unterschiedlich schnell ab. Durch elektronische Aus wertung des Spannungsverlaufs in der Induktionsspule 9 (Fig. 3b und 3c) kann somit die Schaltstellung des Ankers 5 erkannt werden. Je nachdem, ob zu einer bestimmten Zeit, z. B. 2t₁, die Induktionsspannung U_ind(2t₁) in der Indukti onsspule 9 höher als ein bestimmter Schwellenwert U_th ist oder nicht, wird auf die eine oder andere Schaltstellung des Ankers 5 geschlossen.

Um den Spannungsbereich der induzierten Spannung U_ind in denselben Wertebereich wie die Betriebsspannung U_B in der Magnetspule 2 zu bringen und damit sich die Induktionsspan nung U_ind nicht zu schnell abbaut, hat die Induktionsspule 9 einen, z. B. 3-fach, höheren ohmschen Widerstand als die Ma gnetspule 2.

Ein Relais mit mindestens einer Magnetspule (2) zum Schalten eines Ankers (5) weist erfindungsgemäß eine zusätzliche In duktionsspule (9) auf, in deren Magnetkreis der Anker (5) eingreift, wobei der Magnetkreis je nach Schaltstellung des Ankers (5) eine unterschiedliche Induktivität hat. Indem an die Magnetspule (2) ein für ein Schalten des Relais unzurei chender elektrischer Testimpuls angelegt wird, wird in der Induktionsspule (9) eine von den Schaltstellungen des Ankers (5) abhängige Induktionsspannung induziert, aus deren Verlauf die jeweilige Schaltstellung des Ankers (5) elektro nisch ermittelbar ist.

Claims

1. Verfahren zum Erkennen der Schaltstellung eines gepol ten bistabilen Relais mit mindestens einer Magnetspule (2) zum Schalten eines Ankers (5), dadurch kennzeichnet, daß an die Magnetspule (2) ein für ein Schalten des Relais unzureichender elektrischer Testimpuls angelegt wird und dadurch in einer zusätzlichen Induktionsspule (9), in deren Magnetkreis der Anker (5) eingreift, ei ne von den Schaltstellungen des Ankers (5) abhängige Induktionsspannung (U_ind) induziert wird, aus deren Verlauf die jeweilige Schaltstellung des Ankers (5) elektronisch ermittelbar ist.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Testimpuls (11) ein Spannungsimpuls mit der Be triebsspannung (U_B) der Magnetspule (2) für eine Zeit spanne (t₁) angelegt wird, die ausreichend kürzer ist als die Zeitspanne (t₂) eines mit der Betriebsspannung (U_B) zum Schalten des Relais erforderlichen Schaltim pulses (10).

3. Relais zum Durchführen des Verfahrens nach Anspruch 1 oder 2, mit mindestens einer Magnetspule (2) zum Schalten eines Ankers (5), gekennzeichnet durch eine zusätzliche Induktionsspule (9), in deren Magnetkreis der Anker (5) eingreift, wo bei der Magnetkreis je nach Schaltstellung des Ankers (5) eine unterschiedliche Induktivität hat.

4. Relais nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Anker (5) einen Permanentmagneten (6) aufweist.

5. Relais nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Induktionsspule (9) und die mindestens eine Magnetspule (2) auf dem gleichen Eisenkern (3) vorge sehen sind.

6. Relais nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch ge kennzeichnet, daß die Induktionsspule (9) einen höhe ren ohmschen Widerstand als die mindestens eine Ma gnetspule (2) hat.

7. Relais nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der ohmsche Widerstand der Induktionsspule (9) etwa das dreifache des Widerstands der mindestens einen Ma gnetspule (2) beträgt.