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Die
Erfindung betrifft eine Steuerschaltung für ein Relais, mit einer Relaisspule
zum Anziehen und Halten des Relais, mit einem zu der Relaisspule in
Serie geschalteten Widerstand zum Absenken des Anzugsstroms auf
einen Haltestrom nach einer Anzugszeit des Relais sowie mit einem
parallel zum Widerstand geschalteten Überbrücker, der den Widerstand bis
zum Erreichen der Anzugszeit des Relais überbrückt.
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Um
ein Relais, wie es beispielsweise in der Stellwerktechnik Verwendung
findet, zum Anzug zu bringen, muss der Anzugsstrom die Relaisspule durchfließen. Ist
das Relais angezogen, genügt
ein geringerer Haltestrom, um den Anker des Relais zu halten. Um
Energie zu sparen, sind Schaltungen bekannt, die die Stromaufnahme
nach dem Anzug des Relais auf den Haltestrom reduzieren. Diese bekannten
Schaltungen erfordern einen Zugriff auf die Steuerschaltung des
Relais von außen.
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Eine
erste Möglichkeit,
auf die Steuerschaltung von außen
Einfluss zu nehmen, besteht darin, den Überbrücker als Schalter auszubilden,
der nach der Anzugszeit des Relais über einen Kontakt geöffnet wird,
sodass der Widerstand nicht mehr überbrückt ist und der Stromfluss
sich durch die Relaisspule reduziert. Die in der Stellwerktechnik
zur Verfügung
stehenden Kartenrelais haben wegen ihrer geringen Baugröße jedoch
nur wenige Kontakte, sodass häufig
kein Kontakt für
die Stromreduzierung vorhanden ist.
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Wird
in einer zweiten Möglichkeit
das Relais von einem Mikrorechner gesteuert, kann die Reduzierung
des Stromes auch durch eine Pulsweitensteuerung des Stromes erfolgen.
Zum Anzug werden 100 % Pulsweite verwendet, die nach der Anzugszeit auf
z.B. 60 % reduziert wird. Für
eine Pulsweitensteuerung sind bei der vorliegenden Anwendung jedoch Taktfrequenzen
von ca. 200 bis 1000 Hz erforderlich, die den steuernden Rechner
erheblich belasten.
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3 zeigt eine bekannte Steuerschaltung für ein Relais
mit zwei Anschlüssen
+/- zum Anlegen der Versorgungsspannung und einem Ein/Ausschalter 1 zum
Ein/Ausschalten der Steuerschaltung. Eine Relaisspule 2 zum
Anziehen und Halten des Relais ist zu einem Widerstand 3 in
Serie geschaltet. Ein als Überbrücker U0
dienender, mechanischer Schalter 4 ist parallel zum Widerstand 3 geschaltet.
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Nach
dem Einschalten der Steuerschaltung durch den Einschalter 1 ist
der Schalter 4 geschlossen und überbrückt den Widerstand 3,
wodurch ein Anzugsstrom durch die Relaisspule 2 fließt. Der Schalter 4 wird über einen
Kontakt geöffnet,
sobald das Relais angezogen hat. Der Widerstand 3 ist dann nicht
mehr überbrückt, der
Anzugsstrom verringert sich auf den Haltestrom. Damit nimmt auch
die Leistungsaufnahme des Relais ab und der Energieverbrauch geht
zurück.
Nachteilig ist bei der Steuerschaltung von 3, dass ein Kontakt von außen erfolgen
muss, um den Stromfluss zu reduzieren, und zwar beim Erreichen der
Anzugszeit des Relais.
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Alternativ
kann anstelle des Widerstands auch eine zweite Spulenwicklung dem
Relais vorgeschaltet sein. Eine zweite Wicklung zu verwenden, ist erheblich
wirkungsvoller, da die magnetische Kopplung der zweiten Spule eine
weitere Reduzierung des Haltestromes erlaubt.
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Aufgabe der
Erfindung
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Aufgabe
der Erfindung ist es, eine Steuerschaltung bereitzustellen, die
eine Reduzierung des Stromflusses durch die Relaisspule nach dem
Erreichen der Anzugszeit auf einfache Weise ohne Eingriffe von außen ermöglicht.
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Gegenstand
der Erfindung
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Gelöst wird
diese Aufgabe erfindungsgemäß dadurch,
dass der Überbrücker einen
Kondensator umfasst, dessen Ladezeit mindestens der Anzugszeit des
Relais entspricht.
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Im
Moment des Einschaltens ist der Kondensator entladen (keine Spannung
am Kondensator), und die Relaisspule wird vom Anzugstrom durchflossen.
Der Überbrücker ist
derart ausgelegt, dass der Haltestrom nur noch über den Widerstand durch die Relaisspule
fließt,
sobald der Kondensator aufgeladen ist. Durch die erfindungsgemäße Schaltung
wird der Energieverbrauch des Relais gesenkt. Maßnahmen zur Kühlung können reduziert,
und Packungsdichte und Anzahl der Relais auf einer Baugruppe können erhöht werden.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform
ist der Überbrücker der
Kondensator. Der Kondensator ist hierbei zum Widerstand parallel
geschaltet und dient gleichzeitig als Schalter und als Verzögerungselement.
Für Anwendungen
in der Stellwerktechnik hat der Kondensator typischerweise eine
Kapazität von
mehreren 100 μF.
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In
einer besonders bevorzugten, alternativen Ausführungsform umfasst der Überbrücker einen Transistor
als Schalter, dessen Steueranschluss an den Kondensator angeschlossen
ist und dessen Steuerspannung folglich mit dem Kondensator einstellbar
ist. Der Kondensator wirkt als Verzögerungselement und dient zur
Einstellung der Steuerspannung derart, dass der Transistor nach
Erreichen der Anzugszeit sperrt und ein Stromfluss durch den Widerstand
erfolgt. In diesem Fall kann der Kondensator besonders klein dimensioniert
werden, da für
diesen nur eine geringe Kapazität
notwendig ist.
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Bei
einer Weiterbildung dieser Ausführungsform
ist der Kondensator zur Festlegung der Ladezeit mit einem Widerstand
in Serie geschaltet. Durch das Zusammenwirken des Kondensators mit
dem Widerstand kann die Ladezeit des Kondensators besonders einfach
festgelegt werden.
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In
einer besonders bevorzugten Ausführungsform
ist ein Ein/Ausschalter zur Relaisspule in Serie geschaltet. Die
Steuerschaltung zur Aktivierung des Relais kann in diesem Fall besonders
einfach aktiviert werden, und nach dem Öffnen des Ein/Ausschalters
kann sich der Kondensator wieder entladen.
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Weitere
Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden
Beschreibung eines Ausführungsbeispiels
der Erfindung, anhand der Figuren der Zeichnung, die erfindungswesentliche
Einzelheiten zeigen, und aus den Ansprüchen. Die einzelnen Merkmale
können
je einzeln für
sich oder zu mehreren in beliebiger Kombination bei einer Variante
der Erfindung verwirklicht sein.
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Zeichnung
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Ausführungsbeispiele
sind in der schematischen Zeichnung dargestellt und werden in der
nachfolgenden Beschreibung erläutert.
Es zeigen:
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1 eine
erste Ausführungsform
der erfindungsgemäßen Steuerschaltung
mit einem Kondensator als Überbrücker,
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2 eine
zweite Ausführungsform
der erfindungsgemäßen Steuerschaltung
mit einem Überbrücker mit
einem Transistor, und
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3 eine
Steuerschaltung nach dem Stand der Technik.
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In 1 ist
eine Steuerschaltung gezeigt, bei welcher der mechanische Schalter 4 des
Umschalters U0 von 3 durch einen Umschalter U1 ersetzt ist,
der durch einen Kondensator 5 gebildet ist. Der Kondensator
dient gleichzeitig als Schalter und als Verzögerungselement. Bis der Kondensator 5 vollständig geladen
ist, fließt
der Hauptteil des Stroms über
den Kondensator 5 und nur ein geringer Strom über den
Widerstand 3, sodass ein ausreichender Stromfluss für das Anziehen
des Relais stattfindet. Ein Eingreifen von außen ist nicht notwendig, da
die Steuerschaltung von 1 selbständig vom Anzugsstrom auf den
Haltestrom umschaltet.
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Um
den Anzugstrom ausreichend lang fließen zu lassen, muss bei einer
Realisierung entsprechend 1 der Kondensator 5 einige
100 μF Kapazität aufweisen.
Der Kondensator 5 muss demzufolge eine erhebliche Baugröße aufeisen.
Ein solch großes
Bauteil kann bei der in 2 dargestellten Steuerschaltung
vermieden werden.
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Die
in 2 gezeigte Steuerschaltung weist einen Überbrücker U2
mit einem bipolaren Transistor 8 auf, bei dem der Widerstand 3 zwischen
Kollektor und Emitter geschaltet ist. Die Basisspannung des Transistors 8 wird über einen
Spannungsteiler mit zwei Widerständen 6, 7 eingestellt,
zwischen denen der Basis- bzw. Steueranschluss des Transistors 8 liegt.
In Serie zum zweiten Widerstand 7 des Spannungsteilers
ist ein Kondensator 5' geschaltet.
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Beim
Aktivieren des Einschalters 1 ist der Kondensator 5' entladen, und
es fließt über den
zweiten Widerstand 7 des Spannungsteilers ein Basisstrom
für den
Transistor 8. Der Transistor 8 ist leitend und
führt den
Anzugsstrom der Relaisspule 2. Nach einer Ladezeit (bestimmt
durch die Kapazität des
Kondensators 5' und
des zweiten Widerstands 7) ist der Kondensator 5' aufgeladen,
es fließt
kein Basisstrom mehr und der Transistor 8 sperrt. Der Haltestrom
fließt über den
Widerstand 3 zur Relaisspule 2. Abhängig vom
notwendigen Basisstrom können
Kapazität
und Baugröße des Kondensators 5' von 2 im
Vergleich zum Kondensator 5 von 1 deutlich
verringert werden.