DE2257373B1 - Schaltungsanordnung zur Ver zogerung des Anzugs eines Relais - Google Patents

Description

dadurch ein Relais erregt wird. Nachdem bei dieser Schaltung die Einstellung der Verzögerungszeit über die Grundspannung am niederohmigen Spannungsteiler erfolgt, ergibt sich zunächst, daß sich die gewünschte Verzögerung nur relativ grob festlegen läßt.

Dabei ist zu berücksichtigen, daß die Ladezeit des Kondensators umgekehrt proportional zur Höhe der Versorgungsspannung ist, die Höckerspannung des Unijunktion-Transistors aber einer davon abweichenden Funktion folgt. Dies führt dazu, daß die mit dem Spannungsteiler eingestellte Verzögerungszeit außerdem abhängig von der Höhe der Versorgungsspannung ist. Beispielsweise wird die gewünschte Verzögerungszeit verkürzt, wenn eine Erhöhung der Versorgungsspannung stattfindet.

Eine weitere Verzögerungsschaltung für Relais ist aus der deutschen Auslegeschrift 1169 564 bekannt. Aufgabe dieser Schaltung ist es, Abweichungen der Ansprechstromwerte, die auf geringfügige Unterschiede in den konstruktiven Ausführungen und in den elektrischen Kennwerten der Relais zurückzuführen sind, auszugleichen. Hierzu enthält die Verzögerungsschaltung einen Integrator, dem über eine in Sperrichtung gepolte Zenerdiode ein Schalttransistor nachgeschaltet ist. Im Arbeitskreis dieses Transistors liegt dabei die Erregerwicklung eines Relais.

Nach Ablauf der gewünschten Verzögerungszeit sorgt die Zenerdiode dafür, daß der Basistrom des Schalttransistors kurzzeitig auf seinen Endwert ansteigt, wodurch der Transistor vollständig durchgesteuert wird. Infolge des sich gleichzeitig ergebenden steilen Stromansteigens am Kollektor dieses Transistors erfolgt die Betätigung des Relais weitgehend unabhängig vom Wert des jeweiligen Ansprechstromes.

Aufgabe der Erfindung ist es nun, eine Verzögerungsschaltung der eingangs genannten Art zu schaffen, die ohne Verwendung von Relais-Schaltkontakten, unabhängig vom zeitlichen Abstand des vorhergehenden Schaltspiels und unabhängig von Schwankungen der Versorgungsspannung die exakte Einhaltung von in einem weiten Bereich wählbaren Anzugsverzögerungen für Relais gewährleistet und dabei trotzdem unkompliziert im Aufbau und betriebssicher ist.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß die Verzögerungsschaltung einen Differenzverstärker enthält, dessen Ausgang an die Erregerwicklung des Relais, dessen nichtinvertierender Eingang an den Mittelabgriff eines von der Versorgungsspannung gespeisten ohmschen Spannungsteilers und dessen invertierender Eingang an den Verbindungspunkt eines ersten ohmschen Widerstandes und eines zu diesem Widerstand in Serie an der Versorgungsspannung liegenden Kondensators angeschaltet ist, daß der Ausgang des Differenzverstärkers über eine bei nicht erregtem Relais gesperrten Diode mit dessen nichtinvertierendem Eingang verbunden ist, daß die Serienschaltung eines zweiten ohmschen Widerstandes und einer Referenzspannungsquelle parallel zum ersten ohmschen Widerstand und zum Kondensator geschaltet ist und die nicht mit der Versorgungsspannung verbundenen Anschlüsse des zweiten ohmschen Widerstandes und des Kondensators über eine in Durchlaßrichtung zur Versorgungsspannung geschaltete weitere Diode miteinander verbunden sind, daß die Referenzspannung wenigstens gleich dem doppelten Wert der Schwellenspannung einer Diode gewählt ist und daß der erste ohmsche Widerstand hochohmig gegenüber dem zweiten ohmschen Widerstand bemessen ist und in an sich bekannter Weise mit einer in Sperrichtung zur Versorgungsspannung geschalteten Diode überbrückt ist.

Durch diese Maßnahmen erreicht man, daß der Kondensator, der zusammen mit dem ersten ohmschen Widerstand die Verzögerungszeit bestimmt, sofort nach Einschalten der Versorgungsspannung über den zweiten ohmschen Widerstand, der gegenüber

ίο dem ersten niederohmig ist, und die weitere Diode so weit aufgeladen wird, daß die an ihm anliegende Spannung wenigstens gleich der Schwellenspannung einer Diode ist. Das Relais, dessen Erregerwicklung einerseits z.B. mit dem positiven Pol der Versorgungsspannung, andrerseits mit dem Ausgang des Differenzverstärkers verbunden ist, bleibt noch unerregt, da am nichtinvertierenden Eingang des Differenzverstärkers über den ohmschen Spannungsteiler positives Potential anliegt und somit auch der Verstär-

ao kerausgang positiv ist. Im folgenden wird der Kondensator über den ersten ohmschen Widerstand weiter aufgeladen, wobei das positive Potential am invertierenden Eingang des Differenzverstärkers ansteigt. Nach Ablauf der Verzögerungszeit, die sich aus der

as Zeitkonstanten des aus dem Kondensator und dem ersten ohmschen Widerstand gebildeten RC-Gliedes ergibt, erreicht das positive Potential am invertierenden Eingang des Differenzverstärkers den Wert des am nichtinvertierenden Eingang anliegenden Potentials. Damit schaltet der Differenzverstärker um, d. h. sein Ausgang wird negativ, und das Relais wird erregt. Über die bei nicht erregtem Relais gesperrte Diode wird das negative Potential des Verstärkerausgangs zum nichtinvertierenden Verstärkereingang zurückgekoppelt, wodurch das Bestehenbleiben der Erregung des Relais gewährleistet wird. Bei einer Unterbrechung der Versorgungsspannung fällt das Relais ab, und der Kondensator wird über die in Sperrichtung zur Versorgungsspannung parallel zum ersten ohmsehen Widerstand geschalteten Diode augenblicklich so weit entladen, daß die an ihm verbleibende Spannung höchstens gleich der Schwellenspannung der Diode ist. Bleibt die Versorgungsspannung längere Zeit unterbrochen, erfolgt eine weitere Entladung des Kondensators über den Sperrwiderstand der Diode bzw. über den ersten ohmschen Widerstand. Damit ist in jedem Falle, auch bei einer nur kurzzeitigen Unterbrechung der Versorgungsspannung, gewährleistet, daß der Kondensator zumindest bis auf die Schwellenspannung einer Diode entladen und beim Wiedereinschalten der Versorgungsspannung über den aus dem zweiten ohmschen Widerstand und der. weiteren Diode gebildeten niederohmigen Ladekreis augenblicklich so weit aufgeladen wird, daß die an ihm anliegende Spannung wenigstens der Schwellenspannung einer Diode entspricht. Man erreicht hierdurch in vorteilhafter Weise, daß der Kondensator bei jedem Ladezyklus in einer gegenüber der Verzögerungszeit vernachlässigbaren Zeit zunächst zumindest bis auf die Schwellenspannung einer Diode und daran anschließend über den die Verzögerungszeit bestimmenden ersten ohmschen Widerstand weiter aufgeladen wird bis schließlich das Relais nach Ablauf der gewählten Verzögerungszeit anspricht. Der Ladevorgang des Kondensators wird damit in zwei Teile zerlegt, nämlich in einen ersten Zeitabschnitt, in dem der Kondensator schlagartig im wesentlichen bis auf die Schwellenspannung einer Diode aufgeladen wird und

in einen zweiten Zeitabschnitt, der der gewünschten Verzögerungszeit entspricht. Die mit der vorliegenden Schaltungsanordnung für das Ansprechen eines Relais gewählte Verzögerungszeit, die durch Bemessung des ersten ohmschen Widerstandes und des Kondensators in einem weiten Bereich wählbar ist, läßt sich damit, unabhängig vom zeitlichen Abstand zweier Ladezyklen, exakt einhalten. Dieselbe Wirkung wird auch erzielt, wenn die Erregerwicklung des Relais zwischen den negativen Pol der Versorgungsspannung und den Ausgang des Differenzverstärkers eingeschaltet, der nichtinvertierende Verstärkereingang an den Verbindungspunkt des ersten ohmschen Widerstandes und des Kondensators und der invertierende Verstärkereingang an den Mittelabgriff des ohmschen Spannungsteilers angeschaltet wird.

Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird ferner dadurch gelöst, daß die Verzögerungsschaltung einen ersten Differenzverstärker enthält, dessen Ausgang an die Erregerwicklung des Relais, dessen nichtinvertierender Eingang an den Mittelabgriff eines von der Versorgungsspannung gespeisten ohmschen Spannungsteilers und dessen invertierender Eingang an den Verbindungspunkt eines ersten ohmschen Widerstandes und eines zu diesem Widerstand in Serie an der Versorgungsspannung liegenden Kondensators angeschaltet ist, daß der Ausgang des ersten Differenzverstärkers über eine bei nicht erregtem Relais gesperrte Diode mit dessen nichtinvertierendem Eingang verbunden ist, daß ferner ein zweiter Differenzverstärker vorgesehen ist, dessen nichtinvertierender Eingang einerseits über eine bei nicht erregtem Relais leitende Diode mit dem Ausgang des ersten Differenzverstärkers, andrerseits über einen weiteren ohmschen Widerstand mit dem an der Versorgungsspannung liegenden Anschluß des Kondensators verbunden ist, dessen invertierender Eingang unmittelbar und dessen Ausgang unter Zwischenschaltung einer bei nicht erregtem Relais gesperrten Diode an den Verbindungspunkt des ersten ohmschen Widerstandes und des Kondensators angeschaltet ist und daß zwischen dem an der Versorgungsspannung liegenden Anschluß des Kondensators und der Versorgungsspannungsquelle eine in Sperrichtung geschaltete Zenerdiode angeordnet ist.

Wenn man in dieser Art verfährt, erreicht man den Vorteil ,daß der Kondensator nach jedem Ladezyklus, unabhängig davon, ob die die Schaltungsanordnung speisende Versorgungsspannung abgeschaltet wird oder nicht, über den Ausgang des zweiten Differenzverstärkers vollkommen entladen wird. Damit ist gewährleistet, daß bei jedem Ladevorgang des Kondensators, gleichgültig wie groß der zeitliche Abstand zum vorhergehenden Ladevorgang ist, von einem vollständig entladenen Kondensator ausgegangen wird. Somit ist auch die exakte Einhaltung der durch die Zeitkonstante des aus dem ersten ohmschen Widerstand und dem Kondensator gebildeten RC-Gliedes gegebenen Verzögerungszeit für den Anzug des verwendeten Relais sichergestellt. Durch die vollständige Entladung des Kondensators über den Ausgang des zweiten Differenzverstärkers wird darüber hinaus vollständige Unabhängigkeit der gewählten Verzögerungszeit von Schwankungen der Umgebungstemperatur erreicht. Im einzelnen gelangt beim Einschalten der Versorgungsspannung über den ohmschen Spannungsteiler positives Potential an den nichtinvertierenden Eingang des ersten Differenzverstärkers, so daß auch dessen Ausgang positiv ist und das Relais, dessen Erregerwicklung mit einem Anschluß an dem positiven Pol der Versorgungsspannung liegt, unerregt bleibt. Zu diesem Zeitpunkt ist die zwischen den Ausgang des ersten Differenzverstärkers und den nichtinvertierenden Eingang des zweiten Differenzverstärkers eingeschaltete Diode leitend, womit positives Potential an den nichtinvertierenden Eingang des zweiten Differenzverstärkers gelangt. Damit ist der Ausgang des

ίο zweiten Differenzverstärkers ebenfalls positiv und die zwischen diesem Ausgang und den Verbindungspunkt des ersten ohmschen Widerstandes und des Kondensators eingeschaltete Diode gesperrt. Gleichzeitig erfolgt die Aufladung des Kondensators über den ersten ohmschen Widerstand, bis das Potential des invertierenden Eingangs des ersten Differenzverstärkers gleich dem des nichtinvertierenden Eingang dieses Verstärkers ist. Hierauf schaltet der Ausgang des ersten Differenzverstärkers von positivem auf negatives

ao Potential um und das Relais wird erregt. Über die zwischen dem Ausgang des erten Differenzverstärkers und dessen nichtinvertierendem Eingang eingeschalteten Diode gelangt nun negatives Potential an den nichtinvertierenden Eingang dieses Verstärkers, wodurch gewährleistet ist, daß dessen Ausgang weiter negativ und das Relais weiter erregt bleibt. Zugleich wird die zwischen den Ausgang des ersten Differenzverstärkers und den nichtinvertierenden Eingang des zweiten Differenzverstärkers eingeschaltete Diode gesperrt. Über den weiteren ohmschen Widerstand und die in Sperrichtung zur Versorgungsspannung geschaltete Zenerdiode, die mit dem an der Versorgungsspannung liegenden Anschluß des Kondensators verbunden sind, gelangt negatives Potential an den nichtinvertierenden Eingang des zweiten Differenzverstärkers, dessen invertierender Eingang, der unmittelbar mit dem Verbindungspunkt des ersten ohmschen Widerstandes und des Kondensators verbunden ist, mit zunehmender Ladung des Kond isators immer positiver wird. Wenn das Potential am invertierenden Eingang des zweiten Differenzverstärkers das Potential am nichtinvertierenden Eingang erreicht, bzw. geringfügig überschreitet, wird der Ausgang dieses Verstärkers schlagartig negativ und der Kondensator, unabhängig davon, ob die Versorgungsspannung abgeschaltet wird oder nicht, vollkommen entladen. Damit wird bei jedem Ladezyklus von einem restlos entladenen Kondensator ausgegangen, und die für den Anzug des Relais beabsichtigte Verzögerungszeit läßt sich, unabhängig vom zeitlichen Abstand zweier Ladezyklen, äußerst exakt und außerdem unabhängig von Schwankungen der Umgebungstemperatur einhalten.

Bei der Verwendung zweier Differenzverstärker zur Anzugsverzögerung eines Relais werden die geschilderten Vorteile ferner auch dann erreicht, wenn die Erregerwicklung des Relais zwischen den negativen Pol der Versorgungsspannung und den Ausgang des ersten Differenzverstärkers eingeschaltet, der nichtinvertierende Eingang dieses Verstärkers an den Verbindungspunkt des ersten ohmschen Widerstandes und des Kondensators und der invertierende Verstärkereingang an den Mittelabgriff des ohmschen Spannungsteilers angeschaltet wird.

Sofern zur Anzugsverzögerung des Relais ein einziger Differenzverstärker verwendet ist, bestehen bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung darin, daß die Referenzspannungsquelle aus zwei in Durchiaß-

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richtung zur Versorgungsspannung gepolten Dioden gebildet ist, oder daß die Referenzspannungsquelle aus einer in Durchlaßrichtung zur Versorgungsspannung gepolten Diode und einem zu dieser Diode in Serie liegenden ohmschen Widerstand besteht.

In beiden Fällen erhält man damit besonders einfach aufzubauende Referenzspannungsquellen. Bei der Verwendung nur einer Diode und eines zu dieser Diode in Serie geschalteten ohmschen Widerstandes wird der Kondensator beim Einschalten der Versorgungsspannung sofort auf eine Spannung aufgeladen, die dem Spannungsabfall an diesem Widerstand entspricht. Dabei ist der Widerstand so bemessen, daß der an ihm auftretende Spannungsabfall wenigstens so groß ist wie die Schwellenspannung einer Diode. Hierdurch erreicht man in vorteilhafter Weise, daß sich die Temperaturabhängigkeit der Schwellenspannungen der Dioden im wesentlichen nicht mehr auf die Höhe der Aufladung des Kondensators auswirken kann.

Bei einer Schaltungsanordnung mit nur einem Differenzverstärker besteht eine weitere Ausgestaltung der Erfindung darin, daß der erste ohmsche Widerstand ein einstellbarer Widerstand in Form eines Potentiometers ist und daß dessen Widerstandswert etwa das 100- bis lOOOfache des Widerstandswertes des zweiten ohmschen Widerstandes beträgt. Durch diese Bemessung ist festgelegt, daß der erste Zeitabschnitt, in dem die Ladung des Kondensators über den zweiten ohmschen Widerstand erfolgt, nur 1/100 bis 1/1000 des zweiten Zeitabschnitts beträgt, der der gewünschten Verzögerungszeit entspricht. Die erzielte. Verzögerung des Anzugs des Relais, die darüber hinaus durch Verändern des Widerstandswertes des ersten ohmschen Widerstandes problemlos einstellbar ist, ist damit praktisch nur von der Zeitkonstante abhängig, die sich aus der Größe des ersten ohmschen Widerstandes und des Kondensators ergibt.

Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist ferner vorgesehen, daß die am ohmschen Spannungsteiler an der Serienschaltung des ersten ohmschen Widerstandes und des Kondensators sowie an der Serienschaltung des zweiten ohmschen Widerstandes und der Referenzspannungsquelle anliegende Spannung durch eine Zenerdiode und einen der Zenerdiode vorgeschalteten ohmschen Widerstand stabilisiert ist. Damit ist gewährleistet, daß während der Aufladung des Kondensators auftretende Schwankungen der Versorgungsspannung keinen Einfluß auf die Zeitdauer der Verzögerung ausüben können.

Im Hinblick auf mit zwei Differenzverstärkern aufgebaute Verzögerungsschaltungen besteht eine Weiterbildung der Erfindung darin, daß die Schwellenspannung der zwischen dem an der Versorgungsspannung liegenden Anschluß des Kondensators und der Versorgungsspannungsquelle in Sperrichtung eingeschalteten Zenerdiode größer als die Summe aus der Schwellenspannung der in den Ausgangskreis des zweiten Differenzverstärkers eingeschalteten Diode und der zwischen dem Ausgang des zweiten Differenzverstärkers und einem Pol der Versorgungsspannung bei erregtem Relais verbleibenden Schwellenspannung gewählt ist.

Hierdurch erreicht man auf einfache Weise, daß der Kondensator trotz der im Ausgangskreis des zweiten Differenzverstärkers liegenden Diode nach erfolgter Aufladung vollkommen entladen wird. Darüber hinaus wird auch noch bewirkt, daß der erste Differenzverstärker nach der Entladung des Kondensators nicht vom bestehenden Schaltzustand, in dem das Relais erregt ist, in den anderen übergeht. Die Erregung des Relais bleibt deshalb so lange bestehen, bis die Versorgungsspannung abgeschaltet wird.

Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung besteht darin, daß zwischen dem Ausgang des zweiten Differenzverstärkers und der an den Verbindungspunkt des ersten ohmschen Widerstandes und des Kondensators

ίο angeschalteten Diode ein ohmscher Widerstand eingeschaltet ist. Dieser ohmsche Widerstand ist dabei relativ niederohmig bemessen und kann entweder innerhalb oder außerhalb des Verstärkers angeordnet sein. Im wesentlichen wird durch ihn der Entladestrom des Kondensators zum Schutz des zweiten Differenzverstärkers begrenzt.

Ferner ist vorgesehen, daß als Differenzverstärker in integrierter Technik aufgebaute Operationsverstärker verwendet sind, und daß insbesondere der er-

ao ste und der zweite Differenzverstärker in einem gemeinsamen, in der Technik integrierter Schaltungen üblichen Gehäuse untergebracht sind.

Die Erfindung wird im folgenden an Hand von in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert.

Im einzelnen sind in den Figuren Schaltungsanordnungen zur Verzögerung des Anzugs von Relais gezeigt, wobei bei der Anordnung nach F i g. 1 ein Differenzverstärker und bei der nach Fig. 2 zwei Differenzverstärker verwendet sind.

Die Verzögerungsschaltung nach F i g. 1 enthält ein Relais rls, dessen Erregerwicklung einerseits unmittelbar mit dem Pluspol 1 der Versorgungsspannung U, andrerseits mit dem Ausgang 7 eines Differenzverstärkers Ol verbunden ist. Der nichtinvertierende Eingang 4 des Differenzverstärkers Öl, der mit den Anschlüssen 5,8 an der Versorgungsspannung U liegt, ist an den Mittelabgriff eines ebenfalls von der Versorgungsspannung U gespeisten ohmschen Spannungsteilers R3, R4 gelegt, der invertierende Eingang 3 ist an den Verbindungspunkt eines ersten ohmschen Widerstandes Rl und eines Kondensators Cl angeschaltet. Ferner ist zum ersten ohmschen Widerstand Rl und zum Kondensator Cl eine von der Versorgungsspannung U gespeiste Serienschaltung eines zweiten ohmschen Widerstandes R2 und zweier in Durchlaßrichtung zur Versorgungsspannung U gepolter Dioden parallelgeschaltet.

Der zweite ohmsche Widerstand R2 ist dabei niederohmig gegenüber dem ersten bemessen. Außerdem ist eine weitere, in Durchlaßrichtung zur Versorgungsspannung U geschaltete Diode DS vorgesehen, welche die nicht an der Versorgungsspannung U liegenden Anschlüsse des zweiten ohmschen Widerstandes R2 und des Kondensators Cl miteinander verbindet. Eine in Sperrichtung zur Versorgungsspannung U geschaltete Diode D6 überbrückt ferner den ersten ohmschen Widerstand Rl.

Beim Einschalten der Versorgungsspannung U gelangt über den Spannungsteiler R3, R4 positives Potential an den nichtinvertierenden Verstärkereingang 4 und bewirkt, daß der Verstärker Ol am Ausgang 7 ein positives Signal liefert. Damit bleibt Relais rls unerregt, sein beweglicher Mittelkontakt η

6ζ steht beispielsweise mit dem festen Gegenkontakt nc in Eingriff. Zugleich wird der Kondensator Cl über den zweiten ohmschen Widerstand Ä2und die weitere Diode D 5 augenblicklich so weit aufgeladen, daß die

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sich an ihm ausbildende Spannung der Schwellen- enthält wie die in Fig. 1 ein mit seiner Erregerwickspannung einer Diode entspricht. Die Zeitdauer die- lung einerseits an den Pluspol 1 der Versorgungsspanses ersten Abschnitts der Ladung des Kondensators nung U, andrerseits an den Ausgang 7 eines ersten Cl ist dabei durch die Größe des zweiten ohmschen Differenzverstärkers Ol angeschaltetes Relais rls. Widerstandes R2 festgelegt und ist, da der zweite 5 Der erste Differenzverstärker Ol wird an den Anohmsche Widerstand Rl gegenüber dem ersten ohm- Schlüssen 5, 8 von der Versorgungsspannung U gesehen Widerstand Rl niederohmig ist, im Hinblick speist, sein nichtinvertierender Eingang 4 liegt am auf die beabsichtigte Verzögerungszeit für das Relais Mittelabgriff eines ohmschen Spannungsteilers R3, rls vernachlässigbar kurz. Hieran schließt sich der R4 und sein invertierender Eingang 3 ist an den Verzweite Ladungsabschnitt an, in dem der Kondensator io bindungspunkt des ersten ohmschen Widerstandes Rl Cl über den hochohmigen ersten ohmschen Wider- und des Kondensators Cl angeschaltet, die zusammen stand Rl weiter aufgeladen wird. Das Produkt aus die Dauer der Anzugsverzögerung bestimmen. Ferner der Größe des ersten ohmschen Widerstandes Rl, der ist ein ebenfalls an seinen Anschlüssen 5, 8 von der als Potentiometer ausgebildet ist, und der Kapazität Versorgungsspannung U gespeister zweiter Diffedes Kondensators Cl bestimmen dabei die Zeitdauer 15 renzverstärker Ol vorgesehen, dessen nichtinvertieder Anzugsverzögerung. Mit zunehmender Ladung render Eingang 4 einerseits über eine bei nicht erregdes Kondensators Cl steigt das positive Potential am tem Relais rls leitenden Diode Dl mit dem Ausgang 7 Verbindungspunkt des Kondensators Cl mit dem er- des ersten Verstärkers Öl, andrerseits über einen sten Widerstand Al und damit auch am invertieren- weiteren ohmschen Widerstand R6 mit dem an der den Verstärkereingang 3. Mit dem Ablauf der beab- ao Versorgungsspannung U liegenden Anschluß des sichtigten Verzögerungszeit erreicht das Potential im Kondensators Cl verbunden ist. Der invertierende invertierenden Verstärkereingang 3 den Wert des Po- Eingang 3 des zweiten Verstärkers Ol ist außerdem tentials am nichtinvertierenden Verstärkereingang 4. unmittelbar und dessen Ausgang 7 unter Zwischen-Der Differenzverstärker Ol schaltet damit äugen- schaltung einer bei nicht erregtem Relais rls gesperrblicklichauf ein negatives Signal an seinem Ausgang 7 35 ten Diode D8 an den Verbindungspunkt des ersten um, wodurch das Relais erregt wird. Der bewegliche ohmschen Widerstandes Rl und des Kondensators Relaiskontakt η tritt dabei mit dem festen Gegenkon- Cl angeschaltet. Schließlich ist noch zwischen dem takt no in Eingriff. Beim Umschalten des Differenz- an der Versorgungsspannung U liegenden Anschluß Verstärkers Ol wird zugleich die im Gegenkopplungs- des Kondensators Cl und dem Minuspol 2 der Verpfad des Verstärkers liegende und bis dahin gesperrte 30 sorgungsspannungsquelle eine in Sperrichtung geDiode Dl leitend und überträgt das negative Aus- schaltete Zenerdiode Zl angeordnet. Die Schwellengangssignal des Verstärkers Ol auf dessen nichtinver- spannung der Zenerdiode Zl ist dabei derart gewählt, tierenden Eingang 4, wodurch gewährleistet ist, daß daß sie größer als die Summe aus der Schwellenspander bestehende Schaltzustand aufrecht erhalten bleibt. nung der Diode DS und der zwischen dem Ausgang 7 Zum Umschalten des Relais rls in seine Ausgangslage 35 und dem zur Einspeisung der Versorgungsspanwird die Versorgungsspannung U unterbrochen, was nung U vorgesehenen Anschluß 5 des zweiten Vergleichzeitig zu einer Entladung des Kondensators Cl stärkers Ol bei erregtem Relais rls verbleibenden über die bis zu diesem Zeitpunkt gesperrte Diode D6 Schwellenspannung ist. Des weiteren ist zum Schutz führt. Dabei entlädt die Diode D6 den Kondensator des Verstärkers Ol vor zu hohen Entladeströmen des Cl bis auf deren Schwellenspannung. Bei einer lan- 40 Kondensators Cl im Ausgangskreis dieses Verstärgerdauernden Unterbrechung der Versorgungsspan- kers ein niederohmig bemessener Widerstand/?7 vornung t/erfolgt eine weitere Entladung des Kondensa- gesehen. Sofern als Verstärker in integrierter Technik tors Cl über den ersten ohmschen Widerstand Al. erstellte Operationsverstärker verwendet sind, kann Damit ist gewährleistet, daß der Kondensator Cl in dieser Widerstand auch integraler Bestandteil des jedem Falle zumindest bis auf die Schwellenspannung 45 zweiten Verstärkers Ol sein.

einer Diode entladen und beim Wiedereinschalten der Wird bei der in F i g. 2 gezeigten Schaltung die Ver-

Versorgungsspannung U sofort über den zweiten sorgungsspannung U eingeschaltet, so gelangt sofort

ohmschen Widerstand Rl und die weitere Diode DS positives Potential an den nichtinvertierenden Ein-

wieder so weit aufgeladen wird, daß die an ihm anlie- gang 4 des ersten Verstärkers Öl.

gende Spannung wenigstens gleich der Schwellen- 50 Damit ist auch das Ausgangssignal dieses Verstär-

spannung einer Diode ist. Da der Kondensator Cl kers Ol positiv und das Relais rls unerregt. Die Re-

somit bei jedem Ladezyklus in einer gegenüber der laiskontakte befinden sich zum Beispiel in der gezeig-

mit dem ersten ohmschen Widerstand Rl einstellba- ten Stellung. Zugleich gelangt über die Diode Dl

ren Verzögerungszeit vernachlässigbaren Zeit in einen positives Potential vom Ausgang 7 des ersten Verstär-

definierten Ladezustand gebracht wird, erreicht man 55 kers Ol an den nichtinvertierenden Eingang 4 des

in vorteilhafter Weise, daß die einmal eingestellte zweiten Verstärkers Öl, dessen Ausgang 7 damit

Verzögerungszeit, unabhängig vom zeitlichen Ab- ebenfalls positiv wird. Die Diode D8 am Ausgang 7

stand zweier Ladezyklen, genau eingehalten wird. des Verstärkers Ol ist deshalb gesperrt, damit kann

Bei der in Fi g. 1 gezeigten Schaltung ist ferner eine die Aufladung des Kondensators Cl über den ersten

Zenerdiode Zl und ein dieser Diode vorgeschalteter 60 ohmschen Widerstand Rl ungestört erfolgen. Sobald

ohmscher Widerstand R5 vorgesehen, wodurch das Potential am Verbindungspunkt des ersten ohm-

Schwankungen der Versorgungsspannung so weit sehen Widerstandes Rl mit dem Kondensator Cl, der

kompensiert werden, daß sie die Zeitdauer der Verzö- mit dem invertierenden Eingang 3 des ersten Diffe-

gerung nicht mehr beeinflussen können. Eine zur Er- renzverstärkers Ol verbunden ist, gemäß der einge-

regerwicklung des Relais rls parallelgeschaltete Diode 65 stellten Verzögerungszeit das Potential am nichtin-

Dl schützt den Verstärker Ol vor Induktionsspan- vertierenden Verstärkereingang 4 erreicht, schaltet

nungen, die beim Umschalten des Relais rls auftreten. der erste Verstärker Ol um, wobei sein Ausgang 7

Die in Fig. 2 dargestellte Verzögerungsschaltung negativ wird. Damit wird das Relais r/5 erregt und

dessen beweglicher Schaltkontakt η tritt mit dem festen Schaltkontakt no in Verbindung. Über die Diode Dl, die zu diesem Zeitpunkt leitend wird, erfolgt eine Rückkopplung des negativen Ausgangssignals des ersten Verstärkers Ol auf dessen nichtinvertierenden Eingang 4, wodurch die Aufrechterhaltung des bestehenden Schaltzustandes des Relais rls gewährleistet wird. Durch die Verwendung der Zenerdiode Zl gelangt nun auch negatives Potential von dem an der Versorgungsspannung U liegenden Anschluß des Kondensators Cl über den ohmschen Widerstand R6 an den nichtinvertierenden Eingang 4 des zweiten Differenzverstärkers 02, wodurch dessen Ausgang 7 negativ und die Diode D8 leitend wird. Damit wird der Kondensator Cl schlagartig über den Ausgang 7 des zweiten Verstärkers Ol entladen, bis dessen Platten exakt gleiches Potential aufweisen. Das Relais rls bleibt dabei so lange erregt, bis die Versorgungsspannung U abgeschaltet wird.

Durch die beschriebene Schaltungsanordnung wird der Kondensator Cl nach Ablauf der eingestellten Verzögerungszeit, unabhängig davon, ob die Versorgungsspannung U abgeschaltet wird oder nicht, restlos entladen.

Damit ist diese Verzögerungsschaltung bereits mit Ablauf der Verzögerungszeit für ein neues Schaltspiel funktionsbereit. Infolge der vollkommenen Entladung

ίο des Kondensators Cl wird dabei bei jedem Schaltspiel, gleichgültig wie groß der zeitliche Abstand zum vorhergehenden ist, von exakt gleichen Verhältnissen ausgegangen, so daß auch die eingestellte Verzögerungszeit in jedem Fall äußerst exakt eingehalten wird.

Ebenso sind auch Beeinträchtigungen der Verzögerungszeit durch die Temperaturabhängigkeit der Schwellenspannungen von Dioden oder Transistoren ausgeschlossen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (10)

Patentansprüche:

1. Schaltungsanordnung zur Verzögerung des Anzugs eines Relais, das mit seiner Erregerwicklung einerseits unmittelbar mit dem einen Pol der Versorgungsspannung, andrerseits unter Zwischenschaltung einer Verzögerungsschaltung mit dem anderen Pol der Versorgungsspannung verbindbarist, dadurch gekennzeichnet, daß die Verzögerungsschaltung einen Differenzverstärker (Öl) enthält, dessen Ausgang (7) an die Erregerwicklung des Relais (rls), dessen nichtinvertierender Eingang (4) an den Mittelabgriff eines von der Versorgungsspannung (U) gespeisten ohmschen Spannungsteilers (R3), (R4) und dessen invertierender Eingang (3) an den Verbindungspunkt eines ersten ohmschen Widerstandes (Rl) und eines zu diesem Widerstand in Serie an der Versorgungsspannung (U) liegenden Kondensators (Cl) angeschaltet ist, daß der Ausgang (7) des Differenzverstärkers (Öl) über eine bei nicht erregtem Relais (rls) gesperrten Diode (Dl) mit dessen nichtinvertierendem Eingang (4) verbunden ist, daß die Serienschaltung eines zweiten ohmschen Widerstandes (R2) und einer Referenzspannungsquelle parallel zum ersten ohmschen Widerstand (jRI) und zum Kondensator (Cl) geschaltet ist und die nicht mit der Versorgungsspannung ( U) verbundenen Anschlüsse des zweiten ohmschen Widerstandes (R2) und des Kondensators (Cl) über eine in Durchlaßrichtung zur Versorgungsspannung geschaltete weitere Diode (D5) miteinander verbunden sind, daß die Referenzspannung wenigstens gleich dem doppelten Wert der Schwellenspannung einer Diode gewählt ist und daß der erste ohmsche Widerstand (Rl) hochohmig gegenüber dem zweiten ohmschen Widerstand (R2) bemessen ist und in an sich bekannter Weise mit einer in Sperrichtung zur Versorgungsspannung (U) geschalteten Diode (D6) überbrückt ist.

2. Schaltungsanordnung zur Verzögerung des Anzugs eines Relais, das mit seiner Erregerwicklung einerseits unmittelbar mit dem einen Pol der Versorgungsspannung, andererseits unter Zwischenschaltung einer Verzögerungsschaltung mit dem anderen Pol der Versorgungsspannung verbindbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Verzögerungsschaltung einen ersten Differenzverstärker (Öl) enthält, dessen Ausgang (7) an die Erregerwicklung des Relais (rls), dessen nichtinvertierender Eingang (4) an den Mittelabgriff eines von der Versorgungsspannung (U) gespeisten ohmschen Spannungsteilers (i?3), (A4) und dessen invertierender Eingang (3) an den Verbindungspunkt eines ersten ohmschen Widerstandes (2?1) und eines zu diesem Widerstand in Serie an der Versorgungsspannung (U) liegenden Kondensators (Cl) angeschaltet ist, daß der Ausgang (7) des ersten Differenzverstärkers ( Öl) über eine bei nicht erregtem Relais (rls) gesperrte Diode (Dl) mit dessen nichtinvertierendem Eingang (4) verbunden ist, daß ferner ein zweiter Differenzverstärker ( O2) vorgesehen ist, dessen nichtinvertierender Eingang (4) einerseits über eine bei nicht erregtem Relais (rls) leitenden Diode (D7) mit dem Ausgang (7) des ersten Differenzverstärkers (Öl), andrerseits über einen weiteren ohmschen Widerstand (R6) mit dem an der Versorgungsspannung (U) liegenden Anschluß des Kondensators (Cl) verbunden ist, dessen invertierender Eingang (3) unmittelbar und dessen Ausgang (7) unter Zwischenschaltung einer bei nicht erregtem Relais gesperrten Diode (DS) an den Verbindungspunkt des ersten ohmschen Widerstandes (i?l) und des Kondensators (Cl) angeschaltet ist und daß zwischen dem an der Versorgungsspannung (U) liegenden Anschluß des Kondensators (Cl) und der Versorgungsspannungsquelle eine in Sperrichtung geschaltete Zenerdiode (Zl) angeordnet ist.

3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Referenzspannungsquelle aus zwei in Durchlaßrichtung zur Versorgungsspannung (U) gepolten Dioden (D4), (D3) gebildet ist.

4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Referenzspannungsquelle aus einer in Durchlaßrichtung zur Versorgungsspannung (U) gepolten Diode und einem zu dieser Diode in Serie liegenden ohmschen Widerstand gebildet ist.

5. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß der erste ohmsche Widerstand (Rl) ein einstellbarer Widerstand in Form eines Potentiometers ist und daß dessen Widerstandswert etwa das 100- bis lOOOfache des Widerstandswertes des zweiten ohmschen Widerstandes (R2) beträgt.

6. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 oder 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die am ohmschen Spannungsteiler (R3), (R4) an der Serienschaltung des ersten ohmschen Widerstandes (Rl) und des Kondensators (Cl) sowie an der Serienschaltung des zweiten ohmschen Widerstandes (R2) und der Referenzspannungsquelle anliegende Spannung durch eine Zenerdiode (Z2) und einen der Zenerdiode vorgeschalteten ohmschen Widerstand (R5) stabilisiert ist.

7. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Schwellenspannung der zwischen dem an der Versorgungsspannung liegenden Anschluß des Kondensators (Cl) und der Versorgungsspannungsquelle (U) in Sperrichtung eingeschalteten Zenerdiode (Zl) größer als die Summe aus der Schwellenspannung der in den Ausgangskreis des zweiten Differenzverstärkers (O2) eingeschalteten Diode (DS) und der zwischen dem Ausgang (7) des zweiten Differenzverstärkers (O2) und einem Pol der Versorgungsspannung ( U) bei erregtem Relais (rls) verbleibenden Schwellenspannung gewählt ist.

8. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Ausgang (7) des zweiten Differenzverstärkers (O2) und der an den Verbindungspunkt des ersten ohmschen Widerstandes (Rl) und des Kondensators (Cl) angeschalteten Diode (DS) ein ohmscher Widerstand (R7) eingeschaltet ist.

9. Schaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß als Differenzverstärker (Öl), (O2) in integrierter Technik aufgebaute Operationsverstärker verwendet sind.

10. Schaltungsanordnung nach Anspruch 9, da-

durch gekennzeichnet, daß der erste und der zweite Differenzverstärker (Öl), (02) in einem gemeinsamen, in der Technik integrierter Schaltungen üblichen Gehäuse untergebracht sind.

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zur Verzögerung des Anzugs eines Relais, das mit seiner Erregerwicklung einerseits unmittelbar mit dem einen Pol der Versorgungsspannung, andererseits unter Zwischenschaltung einer Verzögerungsschaltung mit dem anderen Pol der Versorgungsspannung verbindbar ist.

Bei Schaltungsanordnungen zur Verzögerung der Anzugszeit von Relais finden im allgemeinen RC-Glieder Verwendung, durch deren Zeitkonstante das Maß der Verzögerung wählbar ist. Ein derartiges RC-Glied kann zum Beispiel aus der Serienschaltung eines Kondensators und eines ohmschen Widerstandes bestehen. Bei Erreichen eines bestimmten Ladungszustandes oder bei Vollendung der Ladung des Kondensators spricht das Relais an, der Kondensator wird anschließend entladen. Durch Dimensionierung der einzelnen Elemente des jeweils verwendeten RC-Gliedes läßt sich die gewünschte Zeitkonstante zwar mit ausreichender Genauigkeit festlegen, die beabsichtigte Verzögerung des Anzugs des Relais tritt jedoch nur beim ersten Schaltspiel ein, da nur in diesem Falle von einem vollkommen entladenen Kondensator ausgegangen wird. Bei weiteren Schaltvorgängen, deren zeitlicher Abstand vom vorhergehenden willkürlich ist, ist die im Kondensator des RC-Gliedes noch vorhandene Restladung Undefiniert, so daß auch der Zeitpunkt, bei dem die sich am Kondensator aufbauende Spannung die Ansprechschwelle des Relais erreicht, nicht festlegbar ist. Es ergibt sich daher gegenüber der gewünschten Verzögerungszeit ein mehr oder weniger verkürzter Wert.

Eine Möglichkeit, Verzögerungszeiten zu erzielen, die mit den gewünschten übereinstimmen, kann darin bestehen, daß der Kondensator des RC-Gliedes mit Hilfe von Schaltkontakten des Relais im Augenblick des Ansprechens kurzgeschlossen wird.

Hierdurch kann gewährleistet werden, daß der Kondensator nach jedem verzögerten Anzug des Relais vollkommen entladen wird. Die Verzögerungszeit wird damit unabhängig vom zeitlichen Abstand der einzelnen Schaltspiele. Nachteilig ist in diesem Falle jedoch, daß die Zahl der verfügbaren Relaiskontakte durch diese Lösung verringert wird, bzw. keine Relais verwendbar sind, die nur einen einzigen Kontaktsatz aufweisen.

Darüber hinaus ist aus der deutschen Offenlegungsschrift 1614 322 eine Anzugsverzögerungsschaltung für ein Relais bekannt, bei der die Entladung des Verzögerungskondensators über zwei für den Entladestrom durchlässige, den hochohmigen Ladewiderstand überbrückende Dioden sowie einen zwischen die Klemmen der Verzögerungsspannung eingeschalteten Spannungsteiler erfolgt. Bei dieser Schaltung wird der Verzögerungskondensator relativ rasch so weit entladen, bis die an ihm verbleibende Spannung zumindest gleich der Summe der Schwellenspannungen der beiden Dioden ist. Eine weitergehende Entladung des Kondensators kann nun nicht mehr über die Dioden sondern nur noch über den hochohmigen Lade widerstand erfolgen. Die Spannung am Kondensator richtet sich dann nach dem zeitlichen Abstand zweier Ladezyklen und kann jeden Wert zwischen Null und der Spannung annehmen, die sich aus der Summe der Schwellenspannungen der beiden Dioden ergibt. Eine vollständige und zugleich kurzzeitige Entladung des Kondensators ist mit dieser Schaltung jedenfalls unmöglich. Da zugleich eine erneute Aufladung des Verzögerungskondensators nur über den hochohmigen Ladewiderstand erfolgen kann, ist die erzielbare Verzögerungszeit von der Größe der jeweiligen Restladung des Kondensators abhängig. Eine definierte, vom zeitlichen Abstand zweier Ladezyklen unabhängige Verzögerungszeit läßt sich mit einer derartigen Schaltung jedoch nicht erreichen. Da außerdem der als Entladewiderstand dienende Spannungsteiler gegenüber dem Ladewiderstand niederohmig bemessen ist, ergibt sich hierbei

ao als weiterer Nachteil, daß die Versorgungsspannungsquelle während des Ladevorgangs durch den Spannungsteiler relativ stark belastet wird.

Eine im Prinzip der oben beschriebenen Schaltung ähnliche Verzögerungsschaltung ist aus der Zeitschrift

»5 »Automatik«, August 1967, Heft 8, Seite 274, Bild 5, bekannt. Dabei wird zunächst von einer Wiederbe reitschaftszeit ausgegangen, die dem Fünffachen der Entladezeitkonstanten des verwendeten RC-Gliedes entspricht. Zur Verkürzung dieser Zeit wird parallel zum Ladewiderstand eine für den Entladestrom durchlässige Diode sowie ein zusätzlicher Entladewiderstand zwischen den Klemmen der Versorgungsspannung vorgesehen. Die Entladung des Kondensators erfolgt auch hier bis zum Erreichen der Schwellenspannung der Diode über den Entladewiderstand und daran anschließend nur noch über den Widerstand der Folgestufe, so daß die am Kondensator verbleibende Spannung, je nach dem zeitlichen Abstand zweier Ladezyklen, jeden Wert zwischen Null und der Schwellenspannung der Dioden annehmen kann. Hieraus resultiert jedoch der Nachteil, daß bei einer erneuten Ladung des Kondensators, die ausschließlich über dessen hochohmigen Ladewiderstand erfolgt, von einem Undefinierten Ladungszustand des Kondensators ausgegangen wird und damit eine exakte Einhaltung der gewünschten Anzugsverzögerung unmöglich ist. Dabei tritt auch hier der Nachteil auf, daß die Versorgungsspannungsquelle durch den zusätzlichen Entladewiderstand belastet wird.

Ferner ist aus der Zeitschrift »Elektrotechnik«, Juni 1971, Heft 11, Seite 16, eine Anzugsverzögerungsschaltung bekannt, bei der die Verzögerungszeit nicht über den Ladewiderstand des RC-Gliedes sondern an einem aus zwei als Spannungsteiler geschalteten Widerständen und einer Diode gebildeten Hilfskreis vorgenommen wird, der im Verhältnis zum Ladewiderstand relativ niederohmig ist. Im einzelnen wird mit dem Hilfskreis am Verzögerungskondensator eine Grundspannung eingestellt, die sich aus der Schwellenspannung der Diode und dem Spannungsabfall an einem der Widerstände des Spannungsteilers ergibt. Eine weitergehende Ladung des Verzögerungskondensators erfolgt über dessen hochohmigen Ladewiderstand und zwar bis die Höckerspannung eines Unijunktion-Transistors erreicht ist. Hierbei wird der Unijunktiontransistor leitend und entlädt den Verzögerungskondensator schlagartig nahezu vollkommen, so daß ein Thyristor sicher gezündet und