DE2208135B2

DE2208135B2 - Betriebsschaltung für einen Elektromagneten

Info

Publication number: DE2208135B2
Application number: DE19722208135
Authority: DE
Inventors: Heinrich 7920 Heidenheim Dick
Original assignee: Voith Getriebe KG
Current assignee: Voith Getriebe KG
Priority date: 1972-02-22
Filing date: 1972-02-22
Publication date: 1974-08-15
Also published as: DE2208135A1; DE2208135C3

Description

Sehr vorteilhaft ist es auch, wenn gemäß der Erfindung der Generator über einen Kondensator an die Basis des zum Ein- und Ausschalten der Spule vorgesehenen Transistors (PNP-Transistor) angeschlossen ist, und an den Kollektor dieses Transistors über einen Widerstand die Basis eines weiteren Transistors (NPN-Traosistor) angeschlossen ist, dessen Emitter einerseits eine Diode und einen Vorwiderstand am Generatorausgang und andererseits über einen Widerstand an der Basis dieses weiteren Transistors liegt, während der Kollektor dieses weiteren Transistors über einen Vorwiderstand mit der Basis des Ein- und Ausschalt-Transistors verbunden ist.

Hierdurch wird erreicht, daß im Falle eines Kurzschlusses an der Spule des Elektromagneten der Schalttransistor zwar kurzzeitig über den Kondensator eingeschaltet wird. Der zweite Transistor sperrt den Ein- und Ausschalttransistor dann aber sofort, so daß weder dieser Transistor noch die übrige Betriebsschaltung beschädigt werden kann. ao

Eine ebenfalls sehr vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung liegt darin, daß der Generator im wesentlichen aus einem Differenzverstärker besteht, an dessen beiden Eingängen je ein Vorwiderstand liegt und dessen Ausgang über einen Kondensator mit dem einen Eingang und über einen Widerstand mit dem anderen Eingang verbunden ist.

Hierdurch wird erreicht, daß der Generator bei einer bestimmten Eingangsspannung mit einem festen Tastverhältnis den am Ausgang angeschlossenen Ein- und Ausschalttransistor betätigt, während er diesen bei einer höheren Eingangsspannung dauernd einschaltet und bei einer niedriger bzw. negativen Eingangsspannung den Transistor sperrt.

In der Zeichnung sind zwei Ausführungsbeispiele des Erfindungsgegenstandes an Hand von Schaltskizzen und Diagrammen veranschaulicht. Dabei zeigt

F i g. 1 eine Schaltskizze der Betriebsschaltung für einen Elektromagneten mit einem Umschalter zum Ansteuern,

F i g. 2 eine im wesentlichen gleiche Schaltskizze, bei der jedoch zur Ansteuerung der Betriebsschaltung ein Transistor als Schalter vorgesehen ist,

F i g. 3 ein Diagramm der Generator-Eingangsspannung und der davon abhängigen Frequenz,

F i g. 4 ein Diagramm der Generator-Ausgangsspannung und des davon hervorgerufenen Spulenstromes und

F i g. 5 ein Diagramm der Brückenquerzweigspannung bzw. Generator-Eingangsspannung.

Mit 1 und 2 sind in F i g. 1 zwei Leitungen bezeichnet, an die das positive und das negative Potential einer nicht dargestellten Spannungsquelle angeschlossen ist. Ein Umschalter 3 ist mit seinem einen Festkontakt 4 an die Leitung 1 (Punkt A) und mit seinem anderen Festkontakt 5 an die Leitung 2 (Punkt B) angeschlossen. Der Umschaltkontakt 6 dieses Umschalters ist mit einem Widerstand 7 verbunden, der zusammen mit Widerständen 8, 9, 10 eine Widerstandsbrückenschaltung bildet. Parallel zum Widerstand 7 liegt ein Kondensator 11. An diesen aus dem Widerstand 7 und dem Kondensator 11 bestehenden Brückenzweig ist an seinem vom Umschalter 3 abgewandten Ende eine Diode 12 angeschlossen, die andererseits an der Leitung 2 (—) liegt. Im Brückenquerzweig (Bl, B 2) liegen über jeweils einen Vorwiderstand 13, 14 die Eingänge 15 und 16 eines Differenzverstärkers 17, der zusammen mit einem Kondensator 18 und den Widerständen 13, 14 und 19 einen Generator bildet. Der Ausgang 20 des Verstärkers 17 ist über einen Widerstand 21 im Punkt C an die Leitung 1 angeschlossen. Im Punkt D liegt der Verstärker außerdem an der Leitung 2. An den Ausgang 20 des Generators ist über einen Kondensator 22 und einen Widerstand 23 die Basis eines Schalttransistors 24 (PNP-Transistor) angeschlossen. Über einen Widerstand 25 liegt diese Basis außerdem an der Leitung 1 (+), an der auch dor Emitter dieses Transistors 24 angeschlossen ist, dessen Kollektor den Anschluß für eine Magnetspule 26 bildet, die mit ihrem einen Ende an der Leitung 2 liegt. Parallel zur Magnetspule 26 liegt am Kollektor des Transistors 24 eine Freilaufdiode 27. Ebenfalls an den Kollektor dieses Transistors 24 ist über einem Widerstand 28 die Basis eines Transistors 29 (NPN) (Kurzschlußsicherung) angeschlossen, dessen Kollektor an dem Kondensator 22 und dem Widerstand 23 angeschlossen ist und dessen Emitter über eine Diode 30 und einen Widerstand 31 am Ausgang 20 des Oszillators liegt. Zwischen der Basis des Transistors 29 und dessen Emitter ist noch ein Widerstand 32 vorgesehen.

Wie in F i g. 2 gezeigt ist, kann als Schalter zum Ansteuern der Steuereinrichtung auch ein Transistor 3' vorgesehen sein, an dessen Basis eine negative Spannung zum Durchsteuern anlegbar ist und dessen Kollektor über einen Widerstand 33 an der Leitung 1 (+) liegt, während sein Emitter an die Leitung 2 (—) angeschlossen ist. Der mit dem parallelgeschalteten Kondensator 11 versehene Brückenzweig (Widerstand 7) ist dabei an den Kollektor des Transistors 3' angeschlossen. ■*

Wie aus den Diagrammen F i g. 3, 4 und 5 ersichtlich ist, schwingt der Generator bei einer Spannung zwischen den beiden Brückenquerzweigpunkten Bl und B 2, die zwischen -U₁ und +U₁ beträgt. Dabei verändert sich die Schwingfrequenz des Generators mit der angelegten Spannung nach der Beziehung

C-R-In

4V(V- 1)

1 -

Darin sind

C = Kapazität von 18,
R = Widerstand von 13,

_ Widerstand von 19
Widerstand von 14

Für die Schwingfrequenz ergibt sich aus diesem Zusammenhang der in F i g. 3 aufgezeigte Kurvenverlauf. Das mit der Frequenz im Zusammenhang stehende Tastverhältnis (Einschaltzeit zu Ausschaltzeit des Generators) ändert sich damit für Werte von u_c (Eingangsspannung am Generator) zwischen Null

und U₁ zwischen den Maximalwerten — und -^. Das heißt, die Dauer der Einschaltimpulse steigt von Null bis zur Dauereinschaltung an, während die dazwischenliegenden Ausschaltzeiten im umgekehrten Verhältnis absinken. Dieses Tastverhältnis wird durch Wahl der Eingangsspannung (in der Widerstandsbrückenschaltung) so eingestellt, daß die bereits angezogene Spule durch den sich ergebenden Mittelwert des pulsierenden Stromes / bei minimaler Leistungsaufnahme gehalten wird (F i g. 4).

Zum Einschalten der Magnetspule wird der Umschalter 3 in die in F i g. 1 dargestellte Stellung gebracht bzw. der Transistor 3' gesperrt. Dabei lädt sich der Kondensator 11 auf, wobei zwischen den Brückenquerzweigpunkten Bl und Bl die Spannung über den Wert U₁ ansteigt (F i g. 5). Der Einschaltimpuls des Generators für den Transistor 24 geht dabei in einen Dauerimpuls über, bis durch die teilweise Aufladung des Kondensators die Spannung unter den Wert U₁ abgesunken ist. Dann beginnt der Generator wieder zu schwingen, wobei das Tastverhältnis bis zum Erreichen der durch die Brückenschaltung festgelegte positiven Eingangsspannung absinkt.

Zum Abschalten der Magnetspule wird der Umschaltkontakt in seine mit »Aus« bezeichnete Stellung gebracht, in der der Umschaltkontakt 6 mit dem Festkontakt 5 verbunden ist, bzw. der Transistor 3' wird durch Ansteuern mit einer negativen Vorspannung durchgesteuert. Dadurch liegt der Anschlußpunkt des Brücken? weiges 7,11 an aegativem Spannungspotential, so daß am Brückenquerzweig nun eine negative Spannung anliegt, die großer ^;st als -U₁. Dadurch wird der Generator ebenfalls übersteuert, so daß dei Transistor 24 sperrt und damit die Magnetspule abschaltet.

Der Kondensator 11 entlädt sich dabei über die Diode 12 und den Umschalter 3 bzw. den Transistor 3' sehr schnell, so daß die Kapazität zum erneuten Einschalten der Betriebsschaltung sehr kurzfristig wieder zur Verfügung steht.
Tritt bei eingeschalteter Magnetspule ein Kurz·

ίο schluß auf, so wird die Basis des NPN-Transistors 2S negativ, wodurch dieser sperrt und damit die Basis des PNP-Schalttransistors an positiver Spannung liegt so daß auch dieser sperrt und die Magnetspule abschaltet.

i£ Beim Einschalten der Magnetspule liegt an da Basis des Transistors 29 ebenfalls negative Spannung an; durch den Kondensator 22 wird jedoch ein kurz zeitiges Durchsteuern des Schalttransistors 24 ermög licht, wodurch an dessen Kollektor und damit an dei

ao Basis des Transistors 29 kurzzeitig positive Spannung anliegt, so daß die Magnetspule eingeschaltet werdei kaftn.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

\ zeit den Transistor mit einem vorgegebenen Tast-

Patentansprüche: verhältnis ein- und ausschaltet.

Aus der GB-PS 899090 ist es bekannt, in Reihe 1. Betriebsschaltung für eine mit Gleichstrom mit der zu schaltenden Magnetspule einen Wider-

. gespeiste Spule eines Elektromagneten, mit einem s stand zu legen, der während der Einschaltphase der mit der Spule in Reihe geschalteten Transistor Magnetspule von einem Transistor überbrückt wird.

·■„... und mit einer Einrichtung zur Steuerung des Nach beendetem Einschalten wird der Transistor geTransistors, die während einer von einem RC- sperrt, wodurch die Magneispule über den Vorwider-Glied bestimmten Auferregungszeit den Transi- stand an einer reduzierten Spannung liegt, die zum stör dauernd einschaltet und nach der Auf- io Halten ausreicht Der Nachteil dieser Anordnung erregungszeit den Transistor mit einem vorgege- liegt darin, daß am Vorwiderstand eine erhebliche benen Tastverhältnis ein- und ausschaltet, da- Verlustleistung entsteht Wenn P₁ die erforderliche durch gekennzeichnet, daß die Einrich- Einschaltleistung und Pj die Halteleistung ist, dann rung zur Steuerung des Transistors (24) einen muß am Vorwiderstand die Leistung Generator aufweist, der für verschiedene Bereiche 15 _Λρτ—— „

einer an seinem Eingang (Bi) liegenden Span- °^v ⁼ K** * *

nung als Ausgangsspannung entweder eine Gleich- aufgebracht werden.

spannung, die den Transistor (24) einschaltet, Aus der US-PS 3 549 955 ist eine Betriebsschaloder eine den Transistor mit einem von der Größe tung der eingangs genannten Art bekannt. Diese der Eingangsspannung abhängigen Tastverhältnis 20 Schaltung hat jedoch eine Reihe von Nachteilen: schaltende Spannung oder eine Gleichspannung, Derartige Betriebsschaltungen werden meist derart die den Transistor (24) ausschaltet, liefert, und eingesetzt, daß die Spule an einem von der Betriebsdaß am Eingang des Generators die Brücken- schaltung entfernten Ort untergebracht ist, beispielsspannung einer Widerstandsbrückenschaltung (7, weise in Fahrzeugen, wie Omnibussen usw., wo die 8, 9, 10) liegt, wobei ein Brückenwiderstand (7) as Spule am hinten sitzenden Getriebe und die Betriebszusammen mit einem Kondensator (11) das die schaltung vorn in Nähe des Fahrers angeordnet ist. Auferregungszeit bestimmende RC-Glied bildet. Bei der bekannten Einrichtung werden zwischen

2. Betriebsschaltung nach Anspruch 1, dadurch Spule und Betriebsschaltung mehrere Leitungen begekennzeichnet, daß das RC-Glied (Brücken- nötigt, so daß ein großer Aufwand an Verbindungswiderstand 7, Kondensator 11) an einen Schalter 30 leitungen notwendig wird, insbesondere wenn wie (3, 3') angeschlossen ist, der dieses an positives bei einem Getriebe mehrere Spulen benötigt werden, oder negatives Spannungspotential (1, 2) zu legen Der zum Ein- und Ausschalten der Spule bei der bevermag, kannten Schaltung vorgesehene Schalter muß darüber

3. Betriebsschaltung nach Anspruch 1 oder 2, hinaus für die gesamte Leistungsaufnahme der Spule dadurch gekennzeichnet, daß der Generator über 35 ausgelegt sein, da er diese unmittelbar ein- und auseinen Kondensator (22) an die Basis des zum schaltet. Der außerdem vorgesehene Meßwiderstand Ein- und Ausschalten der Spule (26) vorgesehenen verbraucht eine eihebliche Leistung, was insbeson-Transistors (24) (PNP-Transistor) angeschlossen dere in Fahrzeugen sehr nachteilig sein kann.

ist und daß an den Kollektor dieses Transistors Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine (24) über einen Widerstand (28) die Basis eines 40 Betriebsschaltung der eingangs genannten Art zu weiteren Transistors (29) (NPN-Transistor) an- schaffen, bei der aber im Gegensatz zu der bekannten geschlossen ist, dessen Emitter einerseits über Einrichtung kein unnötiger Leistungsverlust statteine Diode (30) und einen Vorwiderstand (31) findet.

am Generatorausgang (20) und andererseits über Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch geeinen Widerstand (32) an der Basis dieses weite- 45 löst, daß die Einrichtung zur Steuerung des Transiren Transistors (29) liegt, während der Kollektor stors einen Generator aufweist, der für verschiedene dieses weiteren Transistors (29) über einen Vor- Bereiche einer an seinem Eingang liegenden Spanwiderstand (23) mit der Basis des Ein- und Aus- nung als Ausgangsspannung entweder eine Gleichschalt-Transistors (24) verbunden ist. spannung, die den Transistor einschaltet, oder eine

4. Betriebsschaltung nach Anspruch 1,2 oder 3, 50 den Transistor mit einem von der Größe der Eindadurch gekennzeichnet, daß der Generator im gangsspannung abhängigen Tastverhältnis schaltende wesentlichen aus einem Differenzverstärker (17) Spannung oder eine Gleichspannung, die den Tranbesteht, an dessen beiden Eingängen (15, 16) je sistor ausschaltet, liefert, und daß am Eingang des ein Vorwiderstand (13, 14) liegt und dessen Aus- Generators die Brückenspannung einer Widerstandsgang (20) über einen Kondensator (18) mit dem 55 brückenschaltung liegt, wobei ein Brückenwiderstand einen Eingang (15) und über einen Widerstand zusammen mit einem Kondensator das die Auf-(19) mit dem anderen Eingang (16) verbunden ist. erregungszeit bestimmende RC-Glied bildet.

Durch die spannungsgesteuerte Regelung des

Spulenstromes sind zwischen Spule und Betriebs-

60 schaltung nur zwei Leitungen erforderlich, von denen die eine von der eventuell vorhandenen Masse eines

Die Erfindung betrifft eine Betriebsschaltung für Fahrzeugs übernommen werden kann, so daß tateine mit Gleichstrom gespeiste Spule eines Elektro- sächlich nur eine einzige Leitung notwendig ist. magneten, mit einem mit der Spule in Reihe geschal- Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung liegt

teten Transistor und mit einer Einrichtung zur Steue- 65 darin, daß das RC-Glied (Brückenwiderstand, Konrung des Transistors, die während einer von einem densator) an einen Schalter angeschlossen ist, der RC-Glied bestimmten Auferregungszeit den Transi- dieses an positives oder negatives Spannungspotential stör dauernd einschaltet und nach der Auferregungs- zu legen vermag.