DE2331732A1

DE2331732A1 - Elektronisches, vorzugsweise beruehrungslos arbeitendes schaltgeraet

Info

Publication number: DE2331732A1
Application number: DE2331732A
Authority: DE
Inventors: Robert Buck
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1973-06-22
Filing date: 1973-06-22
Publication date: 1975-01-16
Also published as: FR2234711B1; SE395093B; JPS5023759A; US3932774A; CH573191A5; IT1015269B; GB1475142A; DE2331732B2; JPS54133759U; FR2234711A1; SE7406514L

Description

Andrejewski, Honke & Gesthuysen Patentanwälte

Diplom-Physiker Dr. Walter Andrejewski Diplom-Ingenieur Dr.-lng. Manfred Honke Diplom-Ingenieur 39 8I0/H= Hans Dieter Gesthuysen

Anwaltsakte:

4300 Essen, den Theaterplatz 3

12. 6. 1973

P atent anmeldung
Robert Buck
899 Lindau-Enzisweiler
Torkelweg 4

Elektronisches, vorzugsweise berührungslos arbeitendes Schaltgerät

Die Erfindung beschäftigt sich mit einem elektronischen, vorzugsweise berührungslos arbeitenden Schaltgerät, das vorzugsweise über einen Außenleiter mit einem Pol einer Spannungsquelle und nur über einen weiteren Außenleiter mit einem Anschluß eines Verbrauchers (dessen anderer Anschluß an den anderen Pol der Spannungsquelle angeschlossen ist) verbindbar ist, bestehend aus einem von außen beeinflußbaren Oszillator (oder einem anderen Indikator), einem von dem Oszillator, gegebenenfalls über einen Schaltverstärker, z. B. eine Kippstufe, steuerbaren Ausgangsthyristor (oder einem anderen elektronischen Schalter, z. B. einem Transistor oder einem Triac) und gegebenenfalls einer Speiseschaltung zur Erzeugung einer Hilfsspannung für den Oszillator und gegebenenfalls den Schaltverstärker.

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Elektronische Schaltgeräte der eingangs beschriebenen Art, die also kontaktlos ausgeführt sind und die anstelle des Oszillators auch einen anderen Indikator, z. B. eine Magnetdiode, eine Feldplatte, einen Fotowiderstand, eine Fotodiode, einen Fototransistor, eine ohm'sche und/oder induktive und/oder kapazitive Brückenschaltung aufweisen können, werden in zunehmendem Maße anstelle von elektrischen Schaltgeräten, die kontaktbehaftet ausgeführt sind, in elektrischen Meß-, Steuer- und Regelkreisen verwendet. Dabei tritt ein Problem auf, das bei elektrischen, also kontaktbehafteten Schaltgeräten weitgehend gelöst ist, nämlich das Problem des Kurzschlußschutzes. Das Problem des Kurzschlußschutzes ist bei elektrischen, kontaktbehafteten Schaltgeräten in einfacher Weise dadurch gelöst, daß entweder diesen Schaltgeräten Sicherungen vorgeschaltet sind, die beim Auftreten eines Kurzschlusses ansprechen, oder daß diese Schaltgeräte selbst mit z. B. elektromagnetischen Kurzschlußauslösern ausgerüstet sind.

Im übrigen tritt das Problem des Kurzschlußschutzes auch dann auf, wenn es sich nicht um ein elektronisches Schaltgerät, sondern um einen elektronischen, analog arbeitenden Meßwertumformer handelt. Ein wolcher Meßwertumformer kann z. B. einen Ausgangstransistor haben, der nicht nur die dualen Zustände "durchgeschaltet¹¹ und "gesperrt" darstellen kann, sondern vielmehr eine der von dem Indikator aufgenommenen Information analoge Ausgangsgröße realisiert.

Zur Lösung des Problems "Kurzschlußschutz" ist es bei einem elektronischen Schaltgerät der eingangs beschriebenen Art bereits bekannt (vgl. die DT-OS 2 149 o63), mit dem Ausgangsthyristor einen Auslösewiderstand in Reihe zu schalten.

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Dem Auslösewiderstand ist über einen Halbweggleichrichter ein Ladekondensator parallelgeschaltet. Über einen relativ hochohmigen Entladewiderstand ist an den Ladekondensator die Basis eines Auslösetransistors angeschlossen, dessen Emitter-Kollektor-Strecke der Zündelektroden-Kathoden-Strecke des Ausgangsthyristors parallelgeschaltet ist. Der Spannungsabfall an dem Auslösewiderstand ist normalerweise so gering, daß durch diesen Spannungsabfall der Auslösetransistor nicht leitend wird. Erreicht nun der Strom über das Schaltgerät, d. h. der Strom über den Ausgangsthyristor und den in Reihe dazu geschalteten Auslösewiderstand, einen bestimmten Wert, tritt insbesondere ein Kurzschluß auf, so ist der Spannungsabfall an dem Auslösewiderstand so groß, daß der Auslösetransistor leitend wird und der Ausgangsthyristor sperrt. Von dem Ladekondensator fließt nämlich über den Entladewiderstand ein Strom in die Basis des Auslösetransistors, und zwar während einer durch den Spannungsabfall am Auslösewiderstand, den Ladekondensator und den Entladewiderstand bestimmten Zeit. Danach schaltet dieses bekannte Schaltgerät wieder durch, d. h. der Ausgangsthyristor zündet wieder, - und zwar auch dann, wenn der Kurzschluß nach wie vor existiert. Das ist nachteilig.

Die Erfindung betrifft also ein elektronisches, vorzugsweise berührungslos arbeitendes Schaltgerät, das vorzugsweise über einen Außenleiter mit einem Pol einer Spannungsquelle und nur über einen weiteren Außenleiter mit einem Anschluß eines Verbrauchers (dessen anderer Anschluß an den anderen Pol der

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Spannungsquelle angeschlossen ist) verbindbar ist, bestehend aus einem von außen beeinflußbaren Oszillator (oder einem anderen Indikator), einem von dem Oszillator, gegebenenfalls über einen Schaltverstärker, z. B. eine Kippstufe, steuerbaren Ausgangsthyristor (oder einem anderen elektronischen Schalter, z. B; einem Transistor oder einem Triac), einem mit dem Ausgangsthyristor in Reihe geschalteten Auslösewiderstand und gegebenenfalls einer Speiseschaltung zur Erzeugung einer Hilfsspannung für den Oszillator und gegebenenfalls den Schaltverstärker.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Schaltgerät der in Rede stehenden Art zu schaffen, das beim Auftreten eines Kurzschlusses abgeschaltet Wind erst wieder bei einer äußeren Beeinflussung durchschaltet, ohne daß der dafür notwendige Speicher durch ein manuelles Eingreifen rückgesetzt werden müßte.

Das erfindungsgemäße elektronische Schaltgerät, bei dem diese Aufgabe gelöst ist, ist zunächst und im wesentlichen dadurch gekennzeichnet, daß an den Auslösewiderstand die Zündelektroden-Kathoden-Strecke eines Auslösethyristors angeschlossen ist, daß die Kathode des Auslösethyristors mit dem Minuspol der Hilfsspannung verbunden ist und daß die Anode des Auslösethyristors an den Pluspol der Hilfsspannung oder an einen "iniset"-Eingang des Oszillators und/oder des Schaltverstärkers oder an die Zündelektrode des Ausgangsthyristors angeschlossen ist.

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Bei dem erfindungsgemäßen Schaltgerät wird also der Auslösethyristor gezündet und damit die Tatsache eines aufgetretenen Kurzschlusses (oder einer hinreichend großen überlastung des Schaltgerätes) gespeichert, wenn ein solcher Kurzschluß (bzw. eine solche hinreichend große überlastung des Schaltgerätes) aufgetreten ist und folglich der Spannungsabfall an dem Auslösewiderstand einen bestimmten Wert überschritten hat. Voraussetzung für das "Speichern" mit Hilfe des Auslösethyristors ist, daß an der Anoden-Kathoden-Strecke des Auslösethyristors eine Gleichspannung ansteht oder, genauer gesagt, daß über die Anoden-Kathoden-Strecke des Auslösethyristors dann, wenn dieser einmal gezündet hat, dauernd ein Strom fließt, und zwar zumindest der Haltestrom. Erst wenn dafür gesorgt wird, daß über die Anoden-Kathoden-Strecke des Auslösethyristors kein Strom mehr fließt, wenn z. B. das erfindungsgemäße Schaltgerät insgesamt spannungsfrei geschaltet wird, wird die Tatsache, daß ein Kurzschluß oder eine entsprechend große überlastung aufgetreten ist, wieder "automatisch" gelöscht. Damit ist z. B. die Möglichkeit geschaffen, erst den Kurzschluß zu beseitigen und danach das Schaltgerät wieder zuzuschalten. Es wird also ein Wiederzuschalten auf einen noch stehenden Kurzschluß verhindert. Das ist besonders deshalb von Bedeutung, weil der Spitzenstrom von Thyristoren nur wenige Male geführt werden darf, so daß bei dem erfindungsgemäßen Schaltgerät der Ausgangsthyristor mit hoher Sicherheit geschützt ist.

Im einzelnen gibt es verschiedene Möglichkeiten, das erfindungsgemäße Schaltgerät auszugestalten und weiterzubilden, was im folgenden nur beispielhaft erläutert werden soll.

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Bei einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen elektronischen Schaltgerätes ist die Zündelektrode des Auslösethyristors über einai Zündelektrodenwiderstand an den Auslösewiderstand bzw. an die Kathode des Ausgangsthyristors angeschlossen. Dadurch ist sichergestellt, daß kein zu großer Zündstrom über die Zündelektrode in den Auslösethyristor fließt, so daß auch der Auslösethyristor geschützt ist. Eine weitere Lehre der Erfindung geht dahin, die Anode des Auslösethyristors über einen Anodenwiderstand an den Pluspol der Hilfsspannung und den Oszillator und gegebenenfalls den Schaltverstärker an den Verbindungspunkt von Anode des Auslösethyristors und Anodenwiderstand anzuschließen. Damit wird eine überlastung des Auslösethyristors verhindert, die ohne den Anodenwiderstand bei einem entsprechend geringen Innenwiderstand der Speiseschaltung zur Erzeugung der Hilfsspannung für den Oszillator und gegebenenfalls den Schaltverstärker auftreten würde.

Es wurde bereits ausgeführt, daß bei dem erfindungsgemäßen Schaltgerät dafür gesorgt sein muß, daß dann, wenn der Auslösethyristor einmal gezündet hat, permanent ein Strom über die Anoden-Kathoden-Strecke des Auslösethyristors fließt, der erst zum Erlöschen kommen soll, wenn das erfindungsgemäße Schaltgerät z. B. insgesamt spannungsfrei geschaltet wird. Das kann z. B. auch dadurch realisiert werden, daß die Speiseschaltung zur Erzeugung der Hilfsspannung für den Oszillator und gegebenenfalls den Schaltverstärker einen Konstantstromgenerator aufweist, so daß zwar die Hilfsspannung für den Oszillator und gegebenenfalls den Schaltverstärker beim Zünden des Auslösethyristors zusammenbrechen kann, gleichwohl über die Anoden-Kathoden-Strecke des Auslösethyristors weiter ein Strom fließt.

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Eine weitere Lehre der Erfindung geht dahin, der Anoden-Kathoden-Strecke des Auslösethyristors einen Speicherkondensator parallel zu schalten. Dadurch wird erreicht, daß ein kurzzeitiger Spannungseinbruch an dem erfindungsgemäßen Schaltgerät nicht dazu führt, daß der gezündete Auslösethyristor wieder sperrt.

Schließlich kann es unter Umständen zweckmäßig sein, der Anode des Ausgangsthyristors noch einen Strombegrenzungswiderstand vorzusehalten.

Im folgenden wird die Erfindung anhand von lediglich Ausführungsbeispiele darstellenden Zeichnungen ausführlicher erläutert; es zeigen:

Fig. 1 ein Blockschaltbild eines elektronischen, berührungslos arbeitenden Schaltgerätes,

Fig. 2 ein erstes Ausführungsbeispiel eines Kurzschlußschutzes des erfindungsgemäßen Schaltgerätes nach Fig. 1 und

Fig. 3 ein zweites Ausführungsbeispiel eines Kurzschlußschutzes des erfindungsgemäßen Schaltgerätes nach Fig. 1.

Das in Fig. 1 mit Hilfe eines Blickschaltbildes dargestellte elektronische Schaltgerät 1 arbeitet berührungslos, d. h. es spricht z. B. auf ein sich annäherndes, nicht dargestelltes

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Metallteil an, und ist über einen Außenleiter 2 mit einem Pol 3 einer Spannungsquelle 4 und nur über einen weiteren Außenleiter mit einem Anschluß 6 eines Verbrauchers 7 (dessen anderer Anschluß 8 an den anderen Pol 9 der Spannungsquelle 4 angeschlossen ist) verbunden. Mit anderen Worten ist das dargestellte Schaltgerät 1 in bekannter Weise über insgesamt nur zwei Außenleiter 2, 5 einerseits an die Spannungsquelle 4 und andererseits an den Verbraucher 7 angeschlossen.

Wie die Fig. 1 zeigt, besteht das dargestellte Schaltgerät 1 in seinem grundsätzlichen Aufbau aus einem von außen beeinflußbaren Oszillator 10, einem Schaltverstärker 11, einem von dem Oszillator 10 über den Schaltverstärker 11 steuerbaren Ausgangsthyristor 12, einem mit dem Ausgangsthyristor 12 in Reihe geschalteten Auslösewiderstand 13 (als Bestandteil eines Kurzschlußschutzes 14) einer Speiseschaltung 15 zur Erzeugung einer Hilfsspannung für den Oszillator 10 und den Schaltverstärker 11 und einer eingangsseitig vorgesehenen Gleichrichterbrücke 16.

Den Fig. 2 und 3 ist zu entnehmen, daß an dem Auslösewiderstand die Zündelektroden-Kathoden-Strecke 17 eines Auslösethyristors angeschlossen ist, daß die Kathode 19 des Auslösethyristors 18 mit dem Minuspol 2o der Hilfsspannung verbunden ist und daß die Anode 21 des Auslösethyristors 18 an den Pluspol 22 der Hilfsspannung (Fig. 2) bzw. an einen "iniset"-Eingang 23 des Schaltverstärkers 11 (Fig. 3) angeschlossen ist.

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"inisef'-Eingang 23 bezeichnet im vorliegenden Fall einen Eingang des Schaltverstärkers 11 mit der Eigenschaft, daß er dann, wenn er niederohmig mit dem Minuspol 2o der Hilfsspannung verbunden wird, dafür sorgt, daß am Ausgang des Schaltverstärkers 11 ein Nullsignal ansteht, z. B. der Ausgang des Schaltverstärkers 11 das Potential des Minuspols 2o der Hilfsspannung aufweist.

Bei dem erfindungsgemäßen Schaltgerät 1 wird also der Auslösethyristor 18 gezündet und damit die Tatsache eines aufgetretenen Kurzschlusses (oder einer hinreichend großen überlastung des Schaltgerätes 1) gespeichert, wenn ein solcher Kurzschluß (oder eine solche hinreichend große überlastung des Schaltgerätes 1) aufgetreten ist und damit der Spannungsabfall an dem Auslösewiderstand 13 einen bestimmten Wert überschritten hat. Voraussetzung für das "Speichern" mit Hilfe des Auslösethyristors 18 ist, daß an der Anoden-Kathoden-Strecke 25 des Auslösethyristors 18 eine Gleichspannung ansteht oder, genauer gesagt, daß über die Anoden-Kathoden-Strecke 25 des Auslösethyristors 18 dann, wenn dieser einmal gezündet hat, dauernd ein Strom fließt, und zwar zumindest der Haltestrom. Erst wenn dafür gesorgt wird, daß über die Anoden-Kathoden-Strecke 25 des Auslösethyristors 18 der Haltestrom nicht mehr fließt, wenn z. B. das erfindungsgemäße Schaltgerät 1 insgesamt spannungsfrei geschaltet wird, wird die Tatsache, daß ein Kurzschluß (oder eine hinreichend große überlastung des Schaltgerätes 1) aufgetreten ist, wieder gelöscht.

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In den beiden in den Fig. 2 und 3 dargestellten Ausführungsbeispielen ist die Zündelektrode 26 des Auslösethyristors 18 über einen Zündelektrodenwiderstand 27 an den Auslösewiderstand 13 angeschlossen. Dadurch wird verhindert, daß bei einem aufgetretenen Kurzschluß (oder einer hinreichend großen überlastung des Schaltgerätes 1) ein zu großer Zündstrom in den Auslösethyristor 18 fließt.

Die Fig. 2 zeigt im übrigen ein Ausführungsbeispiel des Kurzschlußschutzes 14 des erfindungsgemäßen Schaltgerätes 1, bei dem die Anode 21 des Auslösethyristors 18 über einen Anodenwiderstand 29 an den Pluspol 22 der Hilfsspannung angeschlossen ist und bei dem der Oszillator Io und der Schaltverstärker 11 an den Verbindungspunkt 3o von Anode 21 des Auslösethyristors und Anodenwiderstand 29 angeschlossen sind. Hier verhindert der Anodenwiderstand 29, daß ein zu großer Strom über die Anoden-Kathoden- Strecke 25 des Auslösethyristors 18 fließen und den Auslösethyristor 18 zerstören kann.

Im Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 weist die Speiseschaltung 15 zur Erzeugung der Hilfsspannung für den Oszillator Io und den Schaltverstärker 11 einen Konstantstromgenerator 31 auf. Der Konstantstromgenerator 31 sorgt dafür, daß dann, wenn der Auslösethyristor 18 einmal gezündet hat, permanent ein Strom über die Anoden-Kathoden-Strecke 25 des Auslösethyristors 18 fließt, und zwar auch dann, wenn die Hilfsspannung für den Oszillator und den Schaltverstärker 11 durch den gezündeten Auglösethyristor 18 zusammengebrochen ist. Selbstverständlich liefert der

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Konstantstromgenerator 31 dann keinen Strom mehr, wenn z. B. das erfindungsgemäße Schaltgerät 1 insgesamt spannungsfrei geschaltet worden ist.

Im übrigen zeigen die in den Fig. 2 und 3 dargestellten Ausführungsbeispiele des Kurzschlußschutzes 14 des erfindungsgemäßen Schaltgerätes 1 insoweit eine Besonderheit, als der Anoden-Kathoden-Strecke 25 des Auslösethyristors 18 ein Speicherkondensator 32 parallelgeschaltet ist. Dieser Speicherkondensator 32 sorgt dafür, daß der einmal gezündete Auslösethyristor 18 bei einem kurzzeitigen Spannungseinbruch am Schaltgerät 1 nicht wieder sperrt.

Schließlich ist im Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 der Anode 33 des Ausgangsthyristors 12 noch ein Strombegrenzungswiderstand vorgeschaltet.

In den Figuren ist die Möglichkeit nicht dargestellt, die Anode 21 des Auslösethyristors 18 an die Zündelektrode 24 des Ausgangsthyristors 12 anzuschließen. Wird diese Möglichkeit realisiert, so führt z. B. bei einem als Schließer ausgeführten Schaltgerät 1 eine Entdämpfung des Oszillators Io dazu, daß auch kein Strom mehr über die Anoden-Kathoden-Strecke 25 des Auslösethyristors 18 fließt, so daß danach das Schaltgerät 1 wieder durchschalten kann.

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Claims

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JH

Patentansprüche :

fly Elektronisches, vorzugsweise berührungslos arbeitendes Schaltgerät, das osweise über einen Außenleiter mit einem Pol einer Spannungsquelle und nur über einen weiteren Außenleiter mit einem Anschluß eines Verbrauchers (dessen anderer Anschluß an den anderen Pol der Spannungsquelle angeschlossen ist) verbindbar ist, bestehend aus einem von außen beeinflußbaren Oszillator (oder einem anderen Indikator), einem von dem Oszillator, gegebenenfalls über einen Schaltverstärker, z. B. eine Kippstufe, steuerbaren Ausgangsthyristor (oder einem anderen elektronischen Schalter, z. B. einem Transistor oder einem Triac), einem mit dem Ausgangsthyristor in Reihe geschalteten Auslösewiderstand und gegebenenfalls einer Speiseschaltung zur Erzeugung einer Hilfsspannung für den Oszillator und gegebenenfalls den Schaltverstärker, dadurch gekennzeichnet, daß an den Auslösewiderstand (13) die Zündelektroden-Kathoden-Strecke (17) eines Auslösethyristors (18) angeschlossen ist, daß die Kathode (19) des Auslösethyristors (18) mit dem Minuspol (2o) der Hilfsspannung verbunden ist und daß die Anode (21) des Auslösethyristors (18) an den Pluspol (22) der Hilfsspannung oder an einen "inisef'-Eingang (23) des Oszillators (lo) und/oder des Schaltverstärkers (11) oder an die Zündelektrode (24) des Ausgangsthyristors (12) angeschlossen ist.
2. Elektronisches Schaltgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zündelektrode (26) des Auslösethyristors (18) über einen Zündelektrodenwiderstand (27) an den Auslösewiderstand (13) bzw. an die Kathode (28) des Ausgangsthyristors (12) angeschlossen ist.

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3. Elektronisches Schaltgerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Anode (21) des Auslösethyristors (18) über einen Anodenwiderstand (29) an den Pluspol (22) der Hilfsspannung angeschlossen ist und daß der Oszillator (lo) und gegebenenfalls der Schaltverstärker (11) an den Verbindungspunkt (3o) von Anode (21) des Auslösethyristors (18) und Anodenwiderstand (29) angeschlossen sind.
4. Elektronisches Schaltgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Speiseschaltung (15) zur Erzeugung der Hilfsspannung für den Oszillator (lo) und gegebenenfalls den Schaltverstärker (11) einen Konstantstromgenerator (31) aufweist.
5. Elektronisches Schaltgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Anoden-Kathoden-Strecke (25) des Auslösethyristors (18) ein Speicherkondensator (32) parallelgeschaltet ist.
6. Elektronisches Schaltgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Anode (33) des Ausgangsthyristors (12) ein Strombegrenzungswiderstand (34) vorgeschaltet ist.

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