-
Schaltung zur stossweisen Speisung eines Elektromagneten Die vorliegende
Erfindung betrifft eine Schaltung zur stossweisen Speisung eines Elektromagneten
mit einem über ein gesteuertes elektrisches Ventil und über den Elektromagneten
entladbaren Kondensator und mit einer diesen aufladenden Stromquelle.
-
Die Erfindung betrifft ebenfalls eine Verwendung der Schaltung.
-
Solche Schaltungen finden in der Regel dort Anwendung, wo z.B. auf
elektromagnetischem Wege ein kurzdauernder mechanischer Ilub eines IIaPnmers, einer
Nadel oder eines Stempels erzeugt werden soll oder wo ganz allgemein ein Elektromagnet
nur sehr kurzzeitig betätigt werden soll.
-
Der Elektromagnet ist, sieht man von seinem ohmschen Widerstand ab,
ein rein induktives Schaltelement, während der Kondensator ein praktisch rcin kapazitives
Schaltelement ist, so dass rti.cse beiden Schaltelemente bei leitendem gesteuertem
Ventil einen Schwingkreis bilden. Dementsprechend nimmt der Stromverlauf
nach
dem Einsetzen der Entladung des Kondensators, d.h. nach der Schliessung des Stromkreises
durch das gesteuerte Ventil die Form einer wegen den unvermeidbaren Verlusten abklingenden
Schwingungen an, die sich Uber längere Zeit erstreckt. Dabei ist auch der Spannungsverlauf
an dem Kondensator und mithin auch an dem Elektromagneten schwingungsförmig, d.h.
zunächst fällt die Spannung von einem der Ladespannung entsprechenden Hchstwert
auf einen niedrigsten Wert erigegengesetzter Polarität um dann erneut auf einen
neuen Höchstwert gleicher Polarität wie die Ladepsannung anzusteigen usw. bis die
Schwingung abgeklungen ist bzw. so lange wie das gesteuerte Ventil den Schwingkreis
geschlossen hält.
-
Der Stromverlauf in einem Elektromagneten (und mithin sein Magnetfeld}
besitzt gegenüber dem oben geschilderten Spannungsverlauf eine Phasenverschiebung
von § el., d.h. nimmt einen 2 ersten Höchstwert beim ersten Nulldurchgang der Spannung
an. Zur praktischen Nutzung des Feldes des Elektromagneten ist in der Regel nur
dieser erste Höchstwert interessant, während der ausklingende Teil der Schwingung
eine Nebenerscheinung ist, die praktisch ungenutzt bleibt, obwohl sie einen Teil
der zur Aufladung des Kondensators aufgewendeten Energie verschluckt.
-
Zweck der Erfindung ist es dementsprechend, eine Schaltung der eingangs
erwähnten Art zu schaffen, bei der beim Entladen des Kondensators die in diesem
gespeicherte Energie nur einmal in den Elektromagneten umgelagert und beim Abbau
des Feldes des Elektromagneten wieder in den Kondensator zurückverlagert wird.
-
Zu diesem Zweck ist der Erfindung die Aufgabe sugrundegelegt, die
Schaltung derart auszuführen, das der Entladekreis des Kondensators vom Zündmoment
des gesteuerten Ventils an gerechnet nur während einer einzigen ganzen Periode der
Eigenfrequenz des von Kondensator und Elektromagneten gatildet chwingkreises geschlossen
bleibt.
-
Zur U)sung dieser Aufgabe ist die vorgeschlagene Schaltung dadurch
lbkznnzetchnet, dass das gesteuerte Ventil durch ein weiteres Ventil in Antiparallelschaltung
überbrUckt ist, wobei Mittel vorgesehen sind, um das gesteuerte Ventil während einer
höchstens drei Viertel der Periode der Eigenfrequenz des von Kondensator und flektromagneten
gebildeten Schwingkreises entsprechenden Zeit leitend zu halten. Dabei kann die
Stromquelle im Gleichtakt mit der Zündung des gesteuerten Ventils ausschaltbar sein.
-
Ferner wird erfindungsgemäss eine Verwendung der Schaltung nach der
Erfindung in einer druckenden Büromaschine mit mindestens einem umlaufenden Typenrad
vorgeschlagen, wobei das kennzeichnende darin besteht, dass der dem Typenrad zugeordnete
Druckhammer durch den Elektromagneten betätigt ist, während das Steuerorgan des
steuerbaren elektrischen Ventiles einen synchron mit dem Typenrad lauSenden Kontaktgeber
aufweist.
-
Als AusWhrungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes ist nachstehend
die Schaltung in ihrer Verwendung in einer druckenden Büromaschine anhand der Zeichnung
näher beschrieben. Es zeigt Fig. 1 in schematischer Darstellung eine einfache Ausführungsform
der Schaltung, wobei Teile der druckenden Büromaschine in Perspektive dargestellt
sind, Fig. 2 in graphischer Darstellung den zeitlichen Verlauf von Spannung und
Strom am bzw. im Elektromagneten während eines Stosses und bis zum Einsetzen des
nächsten Stosses.
-
14an erkennt in Fig. 1 einen schematisch dargestellten Stossgenerator
mit einem Kondensator 5, einer Stromquelle 7 und einem Gleichrichter 6. Ueber den
Kondensator 5 ist dem Stossgenerator ein Entladekreis nachgeschaltet, welcher die
Spule eines Elektromagneten 1 und zu dieser in Serie zwei in Antiparallelschaltung
geschaltete elektrische Ventile 8 und 9 aufweist. Von
diesen elektrischen
Ventilen ist das Ventil 8 ein gesteuertes Ventil, das über eine Steuerleitung 13
gesteuert ist.
-
Der Anker des Elektromagneten 1 betätigt gegen die Wirkung einer
Feder 2a einen Druckhammer 2, der einem um eine Welle 16 umlaufenden und von einer
Farbwalze 14 eingefärbten Typenrad 4 einer nicht näher dargestellten druckenden
Büromaschine zugeordnet ist, wobei der Einfachheit halber angenommen sei, diese
sei ein sogenannter Streifenschreiber mit nur einem Typenrad, der einen Streifen
3 zeichenweise beschriftet. Es versteht sich indessen, dass die druckende Büromaschine
ebenfalls ein sogenannter Zeilenschreiber sein kann, wobei dann für jeden Zeichenplatz
der Zeile ein einzelnes Typenrad mit zugeordnetem Druckhammer vorhanden ist, und
wobei alle Typenräder um eine gemeinsame Achse umlaufen. Bei einer solchen Büromaschine
würde jedem der Druckhammer eine der dargestellten Schaltungen beigeordnet.
-
Es ist für die Steuerung eines solchen, Hammer und Typenrad aufweisenden
Druckwerkes unerlässlich, dassader Hammer 2 sehr rasch aus der Ruhelage heraus bewegt
wird und, einmal beschleunigt, zum Aufschlag auf das Typenrad gebracht wird, worauf
der Hammer durch die Feder 2a wieder in die Ruhelage zurückgezogen wird. Die Welle
16 ist durch nicht näher dargestellte Mittel im Sinne des Pfeiles 10 angetrieben
und führt in eine Steuereinheit 15, die der Einfachheit halber durch einen Kasten
dargestellt ist.
-
Diese Steuereinheit 15 ist einerseits mit drei Leitern 11, 12, 13
mit der Schaltung verbunden und andererseits mittels einer Anzahl Leitern 17 mit
einer Eingabestelle 18, im vorliegenden Beispiel etwa ein Tastenwerk, einer Leseeinrichtung
für Lochstreifen bzw.
-
-Karten oder dergleichen.
-
Der Vollständigkeit halber sei erwähnt, dass die Steuereinheit etwa
einem Speicheragleichkommt, der die von 18 eingehenden, jeweils einem der Zeichen
des Typenrades entsprechenden Signale in der Eingangsreihenfolge speichert und erst
dann an die
Schaltung weitergibt, wenn das entsprechende Zeichen
des Typenrades sich gerade in Arbeitslage d.h. gegenüber dem Druckhammer befindet.
Eine solche Steuereinheit findet sich z.B. in der Schweizer Patentschrift Nr. 411
035 beschrieben.
-
Von den in Fig. 1 dargestellten Leitern ist der Leiter 12 dazu bestimmt,
die gleiche Bezugsspannung (z.B. Masse). in der Steuereinheit 15 und in der Schaltung
aufrechtzuerhalten, während der Leiter 13 den Zündimpuls dem gesteuerten Ventil
8 zuführt und der Leiter 11 die Stromquelle 7 ein- und ausschaltet.
-
In der dargestellten Schaltung ist das gesteuerte Ventil 8 ein Halbleiterthyristor
und das Ventil 9 eine Halbleiterdiode.
-
Es versteht sich, dass anstelle eines Halbleiterthyristors praktisch
jedes steuerbare elektrische Ventil und anstelle der Halbleiterdiode auch ein anderes
Gleichrichterelement verwendet werden könnte, wobei die Wahl der Art dieser beiden
Ventile dem Fachmann überlassen bleibt.
-
Anhand der Fig. 2 seien die Vorgänge in der Schaltung bei der Entladung
bzw. der darauffolgenden Aufladung näher- erläutert.
-
In dieser vereinfachten graphischen Darstellung ist die Abszissenachse
die Zeitachse, während in der Ordinatenrichtung Spannung bzw. Strom aufgetragen
ist.
-
Im Zeitpunkt t = 0 hat die Spannung U über dem Kondensator 5 den
Wert UL , d.h. den Wert der Ladespannung der Stromquelle 7 / Gleichrichter 6. Angenommen,
im Zeitpunkt t = 0 werde das gesteuerte Ventil 8 gezündet, entlädt sich der ondensator
mit zunächst zunehmender Stromstärke I und absinkender Sparnun. Der Strom I durchströnt
auch die Spule des Elektrorrlagneten und erzeugt in diesem ein mit dem Strom gleichphasiges
T--Jngnotfold. Dieses Magnetfeld erreicht einen ersten Maximalwert nach t = tp wobei
mit tp die i'eriodendauer der Eigenfrequenz des 4
Schwingkreises
Kondensator 5 / Spule 1 angenommen sei. Nach t = t4 ist aber U auf Null zurückgefallen,
das Magnetfeld und 4 mithin der Strom 1 sinkt danach ab, wobei die Spannung U zugleich
weiter absinkt bis zu einem Scheitelwert entgegengesetzter Polarität als die Ladespannung
(t " tS ). In der Zeitspanne t - 0 bis t = t2 ist dabei das gesteuerte Ventil 8
leitend, während 2 das zu diesem antiparallel geschaltete Ventil 9 sperrt. Vom Zeitpunkt
t = tp an übernimmt nun das Ventil 9 die Schliessung des Entladestromkreises während
das Ventil 8 sperrt. Der Schwingvorgang setzt sich von diesem Zeitpunkt an fort,
wobei die Spannung U wieder bis zu einem Wert UR gleicher Polarität wie UL ansteigt
und der Verlauf des Stromes eine weitere Halbwelle beschreibt.
-
Beim zweiten Nulldurchgang des Stromes (nach t = tp) sind indessen
beide Ventile 8 und 9 gesperrt, so dass der Entladekreis und mithin der Strom unterbrochen
ist, während die Spannung praktisch auf UR bleibt. Wenn nun im Zeitpunkt t2 die
Stromquelle 7 wieder angeschaltet wird, braucht nur jene Ladungsenergie aufgewendet
zu werden um die Spannung des Kondensators von UR wieder auf UL zu bringen. Dies
sei im Zeitpunkt t3 der Fall, wobei zu bemerken ist, dass der Kurvenverlauf von
U zwischen t2 und t3 nicht jener einer gedämpften Schwingung ist sondern jener des
bekanten Spannungsverlaufes beim Aufladen eines Kondensators, was vom Gesamtwiderstand
des Ladekreises, von der Kapazität des Kondensators und von der Ladespannung selbst
abhängig ist. Vom Zeitpunkt t3 an ist die Schaltung wieder bereit, den Slektromagneten
wieder mit einem Stoss zu beliefern. In der gewählten Darstellung setzt der nächste
Stoss bei tl ein.
-
Es versteht sich, dass das gesteuerte Ventil spätestens bei t = 3tn
gelöscht sein muss, da sich sonst nach t = tp d.h.
-
4 nach dem zweiten Nulldurchgang des.Stromes der gleiche Vorgang
wie nach t = 0 wiederholen würde.
-
Andererseits kann der Zeitpunkt t = t2 mit = = tp ZU-sammenfallen,
d,h,
dass mit der Aufladung des Kondensators von UR auf UL unmittelbar nach t = tp begonnen
werden kann.
-
Aus dem vorstehend Gesagten ergibt sich, dass die vorliegende Schaltung
gestattet, die in dem Kondensator gespeicherte Energie zurächst in den Elektromagneten
zum Aufbau des Magnetfeldes umzulagern, und bei dem im Zuge der mit der Entladung
einsetzenden gedämpften Schwingung darauffolgenden Abbau des Magnetfeldes die is
Entladekreis verbleibende Energie wieder zur Ladung des Kondensators zurückzugewinnen.