DE1083396B - Eigensichere Anordnung zum Steuern eines elektromagnetischen Schalters ueber einen Transistor - Google Patents
Eigensichere Anordnung zum Steuern eines elektromagnetischen Schalters ueber einen TransistorInfo
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- H02K33/02—Motors with reciprocating, oscillating or vibrating magnet, armature or coil system with armatures moved one way by energisation of a single coil system and returned by mechanical force, e.g. by springs
- H02K33/04—Motors with reciprocating, oscillating or vibrating magnet, armature or coil system with armatures moved one way by energisation of a single coil system and returned by mechanical force, e.g. by springs wherein the frequency of operation is determined by the frequency of uninterrupted AC energisation
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- H02B1/26—Casings; Parts thereof or accessories therefor
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Description
In explosionsgefährdeten Betrieben müssen alle
Anlagen zur elektrischen Signalgabe und Auslösung von Schaltaufträgen so ausgeführt sein, daß keine
Funken auftreten, die die Zündung von Explosionen verursachen könnten. So hat man im Bergbau wegen
der Schlagwettergefahr sämtliche elektrischen Schalt- und Signalgeräte, ζ. Β. Fertigsignalgeber, Fernsprechapparate
usw., schlagwettergeschützt ausgeführt. Es genügt aber nicht, wenn die betreffenden Geräte selbst
schlagwettergeschützt ausgebildet sind, sondern auch die Zuführungsleitungen oder Steuer leitungen, die ja
ebenfalls durch explosionsgefährdete Räume führen, müssen so ausgebildet sein, daß durch sie keine Zündung
von Explosionen hervorgerufen werden kann. Diese Gefahr wurde durch die Verwendung geschützter
Kabel verringert, doch wurden dadurch die Anlagen teuer und verhältnismäßig schwerfällig. Für
ortsfeste Anlagen war dies noch tragbar, doch für solche Anlagen, bei denen entweder die gesamte Anlage
oder wenigstens ihre Steuerleitungen ortsveränderlich sein müssen, erwies sich diese Ausbildung
als schwerwiegender Nachteil. Man suchte daher diesen Nachteil zu vermeiden und fand Lösungen, bei
denen die Geräte selbst zwar geschützt ausgebildet oder an einem explosionsgeschützten Ort untergebracht
sind, bei denen aber die Steuerleitungen nur mit solchen Spannungen bzw. Strömen betrieben werden,
daß bei Unterbrechen oder Kurzschließen der Leitungsadern keine zündfähigen Funken entstehen
können.
Bei einer derartigen sogenannten eigensicheren Ausbildung der Anlage, wo also für die Steuerleitungen
wegen der geringen Spannungen und Ströme die Verwendung ungeschützter Leitungen zulässig
ist, ohne mit der Gefahr rechnen zu müssen, daß durch Funken Explosionen gezündet werden, ist es
zwar möglich, mit den geringen auf der Steuerleitung zulässigen Spannungen bzw. Strömen direkt Relais
zu steuern, doch sind hierzu sehr empfindliche Relais erforderlich. Diese Relais sind aber wiederum gegen
Stöße empfindlich und garantieren daher kein einwandfreies Schalten. Außerdem weisen sie eine verhältnismäßig
große Zeitkonstante auf, und die Kabelkapazität muß berücksichtigt werden, so daß die
maximale Leitungslänge begrenzt ist.
Eine bekannte Signaleinrichtung für Bergwerke enthält eine als Audion und Mittelfrequenz-Oszillator
geschaltete Röhre. Der am Gitter dieser Röhre leitende Schwingungskreis ist mit einer durch die
explosionsgefährdeten Räume führenden Signalleitung so verbunden, daß durch Kurzschließen der Leitung
die Röhre zum Schwingen gebracht und über einen Verstärker in einem Lautsprecher ein Pfeifen hervorgerufen
wird. Man hat auch schon vorgeschlagen, statt Eigensichere Anordnung
zum Steuern eines elektromagnetischen Schalters über einen Transistor
Anmelder:
Standard Elektrik Lorenz
Standard Elektrik Lorenz
Aktiengesellschaft,
Stuttgart-Zuffenhausen,
Hellmuth-Hirth-Str. 42
Walter Riemer, Düsseldorf,
ist als Erfinder genannt worden
ist als Erfinder genannt worden
des Lautsprechers im Anodenstromkreis der Röhrenschaltung ein Relais zu erregen und dadurch ein Anrufsignal
zu erzeugen oder einen Schaltvorgang auszulösen. Die in der Signalleitung auftretenden Ströme
bzw. Spannungen sind dabei so gering, daß eventuell entstehende Funken zur Zündung von Explosionen
nicht ausreichen. In einer bekannten Anlage wird als Signalleitung die Sprechleitung einer batterielosen
Fernsprechanlage benutzt und das anrufende Signal nicht durch direktes Kurzschließen, sondern durch
Einschalten des niederohtnigen Hörers der batterielosen Fernsprechanlage in die Leitung hervorgerufen.
Es sind auch Anlagen bekannt, bei denen die Röhrenschaltungen mit Stromtoren ausgerüstet sind.
Bei allen derartigen Anlagen wird an der die Signale entgegennehmenden Stelle eine Röhrenschaltung benötigt,
die verhältnismäßig empfindlich ist und laufend auf Betriebsbereitschaft überwacht werden muß.
Außerdem sind bei den als Stromtore verwendeten Ionenröhren hohe Steuerspannungen erforderlich. Aufgabe
der Erfindung war es, diese Nachteile zu vermeiden und eine möglichst einfache und betriebssichere
eigensichere Anordnung zum Steuern eines elektromagnetischen Schalters über einen Transistor
zu schaffen. Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß die Steuerspannung des Transistors von
einem Spannungsteiler abgenommen wird, der im Zuge des von dem Steuerstrom durchflossenen Steuerwiderstandes
und des die Steuerleitungen enthaltenden Stromkreises liegt, und daß die Spannungsteilerwiderstände
so bemessen sind, daß die Stromstärken im Emitter-Basis-Stromkreis und in den eigensicheren
Steuerleitungen die zulässigen Höchstwerte nicht überschreiten.
009 530/411
Das Wesen der Erfindung liegt nicht allein in der Verwendung von Kristalltrioden, die gegenüber, den
Röhren eine wesentlich geringe Stromversorgung benötigen und außerdem baulich Meiner sind, sondern
in der Art der Anschaltung der Steuerleitung, durch die ein sicheres Arbeiten bei großer Ansprechempfindlichkeit
gewährleistet ist. Der Gedanke, eine an sich bekannte Röhrenschaltung einfach durch eine entsprechende
Schaltung mit Transistoren zu ersetzen und die Steuerung des Transistors durch Änderung
des im Basis-Emitter-Kreis fließenden Stromes vorzunehmen, ist nicht völlig''¥efriedigend, denn es muß
stets im Basiskreis ein so-großer Widerstand eingeschaltet sein, daß die Steuerleitung, die ja in diesem
Kreis enthalten sein soll, eigensicher ist. Dann bleibt aber kein großer Spielraum mehr für die in die
Steuerleitung einzufügenden Widerstände, durch deren Zu- oder Abschalten die Schaltvorgänge bzw.
Signale ausgelöst werden sollen. Ferner kann sich durch die Temperaturabhängigkeit des Transistors
das Widerstandsverhältnis—im Steuerstromkreis so
verändern, daß der Transistor ohne eine besondere Schaltmaßnahme allein durch erhöhte Temperatur
leitend wird und es daher zu Fehlschaltungen kommt. Diese Nachteile, die die Sicherheit einer solchen Anlage
überhaupt in Frage stellen, werden durch die Erfindung vermieden.
An Hand der Zeichnung sei die Erfindung erläutert.
Fig. 1 zeigt die prinzipielle Anordnung des Schaltgerätes, während in
Fig. 2 ein Ausführungsbeispiel mit zwei stufenförmig angeordneten Kristalltrioden dargestellt ist.
In der Fig. 1 ist T ein Transistor in Emitterschaltung. Die Stromversorgung ist nicht gezeigt,
sondern nur durch die Klemmen 1, 2, 3 und 4 angedeutet. An der Klemme 1 liegt das Potential Null,
während an der Klemme 2 ein positives und an den Klemmen 3 und 4 ein negatives Potential gegenüber
der Klemme 1 angelegt ist. Die Stromversorgung kann beispielsweise aus dem Netz erfolgen und die
erforderlichen Gleichspannungen durch Gleichrichtung und Glättung gewonnen werden. An den Klemmen
α und b ist die Steuerleitung L angeschlossen. In die Steuerleitung ist ein veränderlicher Widerstand
Ra eingefügt, der andeuten soll, daß durch Einschalten verschieden großer Widerstände in die Steuerleitung
Signale bzw. Schaltvorgänge ausgelöst werden.
Es sei zunächst der Extremfall angenommen, daß der Schaltwiderstand Ra einen unendlichen Wert hat,
d. h. die Steuerleitung L offen ist. Dann ist die Basis des Transistors T über den Widerstand Wl durch die
an der Klemme 4 angelegte negative Spannung gegenüber dem Emitter des Transistors negativ vorgespannt.
Durch den fließenden Basisstrom wird auch die Emitter-Kollektor-Strecke des Transistors leitend,
und das in diesem Kreis liegende Relais R wird erregt. In nicht näher dargestellter Weise wird dieses
Relais R dazu benutzt, Signaleinrichtungen optischer oder akustischer Art einzuschalten oder andere
Schaltvorgänge auszulösen.
Im anderen Extremfall, d. h. wenn der Schaltwiderstand Ra Null wird, also bei kurzgeschlossener
Steuerleitung L, verschiebt sich durch das an der Klemme 2 angelegte positive Potential über den
Widerstand W2 die Basisvorspannung des Transistors in positiver Richtung. Der Emitter-Basis-Kreis
des Transistors sperrt daher, und wegen des fehlenden bzw. wesentlich kleiner gewordenen Basisstromes
wird auch der Kollektorstrom des Transistors unterdrückt. Das Relais R kommt daher wieder zum Abfallen.
Selbstverständlich ist es auch möglich, die Anordnung so auszubilden, daß der in der Steuerleitung
L liegende Schaltwiderstand Ra nicht die Extremwerte unendlich bzw. Null, sondern vorbestimmte
Mittelwerte besitzt. Auf jeden Fall wird durch das Zu- oder Abschalten größerer oder kleinerer
Widerstände Ra in der Steuerleitung das Potential an der Basis des Transistors verschoben und
der Basisstrom beeinflußt. Durch geeignete Wahl der
ίο Betriebsspannungen sowie der Werte des aus den
Widerständen Wl, W2 gebildeten Spannungsteilers
und der Schaltwiderstände Ra läßt sich der Arbeitsbereich des Gerätes in weiten Grenzen einstellen.
Da die Widerstände Wl und W2 hochohmig sind,
Da die Widerstände Wl und W2 hochohmig sind,
wird einerseits der Basisstrom des Transistors so begrenzt, daß er keine unzulässigen Werte annehmen
kann, und andererseits wird der Strom in der Steuerleitung L durch sie so niedrig gehalten, daß bei Kurzschluß
der Leitung keine unzulässig hohen Ströme auftreten können. Dabei wird auch die Sperrwirkung
der Basis-Emitter-Strecke des Transistors bei positiven Spannungen ausgenutzt. Temperatureinflüsse
wirken sich praktisch nicht mehr aus, und die Anordnung ist gegen Schwankungen der Versorgungsspannung
unempfindlich.
Für den Fall, daß der Transistor abgetrennt oder zerstört sein sollte, wird der in der Steuerleitung L
fließende Strom aus der an den Klemmen 2 und 4 liegenden Spannung und den beiden hochohmigen
Widerständen Wl und W2 bestimmt. Sollte andererseits
die Basis-Emitter-Strecke des Transistors irgendwie einen Kurzschluß darstellen, so kann auf
der Steuerleitung nur ein Strom auftreten, der bestimmt ist durch die zwischen den Klemmen 1 und 2
liegende Spannung und den Widerstand W 2. Da die bei Transistorschaltungen benötigten Spannungen
klein sind, kann durch die hochohmigen Widerstände Wl und W2 Strom in der Steuerleitung stets mit
Leichtigkeit auf ganz niederen und zündungefährliehen Werten gehalten werden.
In der Fig. 2, die eine Weiterbildung der in der Fig. 1 dargestellten Anordnung zeigt, sind die in
Fig. 1 entsprechenden Teile mit gleichen Bezeichnungen versehen. Die Stromversorgung ist wieder an den
Klemmen 1, 2 und 3 nur angedeutet. Dabei liegt wiederum an der Klemme 2 positives und an der
Klemme 3 negatives Potential gegenüber der Klemme 1. Die Anordnung sieht zwei Stufen von
Transistoren Π und Γ2 vor. Das Schaltrelais R liegt
im Kollektorstromkreis des Transistors T 2. Die Steuerleitung L und der veränderliche Schaltwiderstand
Ra sind wieder an die Klemmen α und b angeschlossen. Der aus den Widerständen Wl und W2
bestehende Spannungsteiler liefert wieder wie in der Fig. 1 die Basisvorspannung des Transistors Tl. Sie
ist negativ, und daher fließt ein Basisstrom, der die Emitter-Kollektor-Strecke des Transistors Tl leitend
macht. Wird ein niederohmiger Widerstand Ra in die Steuerleitung eingefügt oder die Steuerleitung kurzgeschlossen,
so wird durch Verschiebung der Basisvorspannung der Basisstrom unterdrückt und damit
die Emitter-Kollektor-Strecke des Transistors Tl
gesperrt.
Die Basis des Transistors Γ 2 erhält durch den aus
den Widerständen W 3 und PF 4 gebildeten Spannungsteiler
eine Vorspannung, die gegenüber der am Emitter liegenden und von den Spannungsteilerwiderständen
W 5 und W 6 bestimmten Spannung negativ ist. Wenn nun der Transistor T1 leitend ist, überbrückt seine
Emitter-Kollektor-Strecke den Widerstand Wk, so
daß sich das Potential an der Basis des Transistors T 2 in positiver Richtung verlagert und dadurch dieser
Transistor sperrt. Wird durch eine Schaltmaßnahme in der Steuerleitung, z. B. durch Einfügen eines
niederohmigen Widerstandes Ra in der bereits beschriebenen Weise der Transistor T1 gesperrt, so werden
wieder die Widerstände W3 und W^ an der Basis
des Transistors T 2 wirksam und dieser Transistor in den leitenden Zustand gebracht. Dadurch spricht das
im Kollektorkreis liegende Relais R an und kann Schaltvorgänge auslösen. Temperatureinflüsse sind bei
dieser zweistufigen Schaltung durch die einander entgegengesetzte Wirkungsweise der beiden Transistorstufen
noch weitergehend ausgeschaltet. DieAnsprechempfindlichkeit ist wesentlich gesteigert und Schwankungen
der Versorgungsspannungen sind praktisch ohne Einfluß.
Durch Einstellen des Potentiometers W 5 kann die Ansprechempfindlichkeit des Transistors Tl eingestellt
werden. Die Werte der Schaltwiderstände Ra ao können daher in weiten Grenzen schwanken. Andererseits
ist es aber auch möglich, die Einstellung so vorzunehmen, daß die für das Ein- bzw. Ausschalten erforderlichen
Werte des Widerstandes Ra verhältnismäßig nahe beieinander liegen können. Da aber stets
zwei definierte Werte des Schaltwiderstandes für das Ansprechen bzw. Abfallen erforderlich sind, sind die
Nachteile, die bei Röhrenschaltungen auftreten, mit Sicherheit vermieden, denn dort liegt der Ansprech-
und Abfallwiderstand auf demselben Wert, so daß es bei schwankenden Widerstandswerten, wie sie z. B.
bei Übergangswiderständen von Schüttgut auftreten können, zu dauerndem Aus- und Einschalten des Gerätes
kommen kann. Dieser Nachteil ist bei der Erfindung völlig vermieden.
Claims (3)
1. Eigensichere Anordnung zum Steuern eines elektromagnetischen Schalters über einen Transistor,
dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerspannung (1 bis 4) des Transistors von einem Spannungsteiler
(Wl, W 2) abgenommen wird, der im Zuge des von dem Steuerstrom durchflossenen
Steuerwiderstandes (Ra) und des die Steuerleitungen (L) enthaltenden Stromkreises liegt, und daß
die Spannungsteilerwiderstände (WI, W2) so bemessen
sind, daß die Stromstärken im Emitter-Basis-Stromkreis und in den eigensicheren Steuerleitungen
die zuverlässigen Höchstwerte nicht überschreiten.
2. Schalt- und Steuergerät nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch die stufenweise Anordnung
von zwei Kristalltrioden (Tl, T2), von denen die
erste (T 1) durch auf der Steuerleitung (L) vorgenommene Schaltmaßnahmen gesteuert wird und
dabei mit ihrer Emitter-Kollektor-Strecke durch Überbrückung eines der die Basisspannung der
zweiten Kristalltriode (T 2) einstellenden Spannungsteilerwiderstände (W4!) die zweite Stufe in
einer der ersten Stufe entgegengesetzten Wirkungsweise steuert und damit Schaltvorgänge einleitet.
3. Schalt- und Steuergerät nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß durch Verändern
der Basisvorspannung der ersten Kristalltriode (Tl) mittels eines Potentiometers (WS) die
Ansprechempfindlichkeit eingestellt wird.
In Betracht gezogene Druckschriften;
Siegfried Jahn: »Das Relais in der Praxis«, Minden/Westf., 1950.
Siegfried Jahn: »Das Relais in der Praxis«, Minden/Westf., 1950.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
© 009 530/411 6.60
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DEST11887A DE1083396B (de) | 1956-11-10 | 1956-11-10 | Eigensichere Anordnung zum Steuern eines elektromagnetischen Schalters ueber einen Transistor |
Applications Claiming Priority (1)
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ID=7455560
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---|---|---|---|
DEST11887A Pending DE1083396B (de) | 1956-11-10 | 1956-11-10 | Eigensichere Anordnung zum Steuern eines elektromagnetischen Schalters ueber einen Transistor |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE1083396B (de) |
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE1167422B (de) * | 1961-01-14 | 1964-04-09 | Montan Elektronik G M B H | Schaltungsanordnung fuer die UEbertragung von Signalen aus einem eigensicheren Stromkreis in einen nichteigensicheren Stromkreis, insbesondere fuer Untertagebetriebe |
DE1180030B (de) * | 1960-07-06 | 1964-10-22 | Funke & Huster K G Elek Zitaet | Koppelglied fuer die Kopplung eigensicherer und nichteigensicherer Stromkreise bei schlagwetter-bzw. explosionsgeschuetzten Geraeten |
DE1218507B (de) * | 1963-01-08 | 1966-06-08 | Hurth Masch Zahnrad Carl | Transistor-Relais-Schalteinrichtung |
DE1222975B (de) * | 1963-12-04 | 1966-08-18 | Hurth Masch Zahnrad Carl | Transistor-Relais-Schalteinrichtung |
US3307082A (en) * | 1963-01-08 | 1967-02-28 | Carl Murth Maschinen Und Zahnr | Switching arrangement |
-
1956
- 1956-11-10 DE DEST11887A patent/DE1083396B/de active Pending
Non-Patent Citations (1)
Title |
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None * |
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