DE2427436C2 - Wischimpulsrelais mit Eirtschalt- und/oder Ausschaltwischfunktion - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Wischimpulsrelais mit Einschalt- und/oder Ausschakwischfunktion, bei dem in Reihe zur Relaisspule eine Impulskapazität geschaltet ist, während zu ihr parallel wahlweise zuschaltbar eine Gegenparallelschaltung zweier Dioden liegt.

Wischimpulsrelais werden überwiegend in Signal- und Steueranlagen zum Ein- und Ausschalten von Schützen sowie zu Impulsbegrenzungen verwendet. Der Ein- und Ausschaltvorgang, wie er beispielsweise durch die Betätigung eines Druckknopfkontaktes ausgeführt wird, ist bezüglich seiner Kontaktdauer sehr undefinien, was bei den bekannten Schaltverzögerungen von Schützen od. dgl. zu Unsicherheiten in dessen Schaltfunktion führen kann, wobei beispielsweise eine zu kurze Kontaktgabe nicht zum Ansprechen des Schützes führen kann.

Es sind Einzweck-Wischrelais bekannt, und zwar einschalt- und ausschaltwischende Relais, bei denen der sogenannte Wischkontakt bei Impulsgabe für eine bestimmte Wischzeit von etwa 0,5 Sekunden geschlossen bzw. eeöffnet wird und Relais, die als Mehrzweck-Wischrelais bezeichnet werden, je nach Überbrückung bestimmter Anschlußklemmen einer Einschalt- oder Ausschaltwischfunktion vorgeben, so daß sie sich universell einsetzen lassen: diese können auch umschaltbar ausgelegt sein. Die Wisch/cit bzw. Koniakthaltezeit oder umgekehrt Kontaklöffnungszeit bestimmt sich durch diejenige Zeit einer Kondensaloraufladung oder Kondensatorentladung, die zwischen der Ansprechspannung und der Abfallspannung des Relais vorgcgeben ist.

Da für die Kondensator-Wischrelais grundsätzlich im Stromkreis der Relaisspule ein Kondensator liegt. dessen Entladungszeit, beispielsweise bei einem Ausschaltwischrelais, die Haltezeit der Wischkontakte bestimmt, muß für eine endliche Entladungszeit des Kondensators im Entladungskreis neben der Diode, die den Gleichstromfluß während des Vorhandenseins eines Spannungspotentials an der Stromquelle über die Relaisspule kurzschließt und bei Wegfall der Spannung in umgekehrter Richtung dafür sorgt, daß die Entladung des aufgeladenen Kondensators ausschließlich über die Relaisspule erfolgt, auch ein Widersland vorhanden sein, der zwangsläufig einen Leistungsverbrauch für den Kreis darstellt.

F.ine bcKannte Schaltung tür ein Auxsehaltwischrclais. bei dem als Energiespeicher ein Elektro- (kondensator dient, der über einen Widerstand und eine Diode annähernd auf die Versorgungsspannung aufgeladen werden kann, benutzt zwei Transistoren, die so

-,o geschaltet sind, daß die Basis des einen an einem Spannungsteiler liegt, so daß dieser bei Vorhandensein von Versorgungsspannung an dem Kreis sich in seinem leitenden Zustand befindet, während der zweite Transistor gesperrt ist. Wenn die Versorgungsspannung ausfällt, geht demgegenüber der erstgenannte Transistor in seine Sperrstellung über, was bewirki, daß an die Basis des zweiten Transistors eine Spannung angelegt ist. so daß dieser leitend wird. Zufolge dessen kann sich der Kondensator über das hierdurch erregte Relais und den letztgenannten Transistor entladen, wobei die Spannung am Speicherkondensator mit einer Zeitkonstanten abfällt, die das Produkt ;uis dem Wicklungswiderstar.d der Relaisspule und der Kapazität des Kondensators ist. Das Reiais fällt schließlich nach Unterschreiten der Haltespannung am Kondensator ab (Intermetall: »Schaltbeispiele mit diskreten Halbleiterbauelementen«, Ausgabe 1972, S. 152 und 153).

Auch ist ein Relais als Wischkontaktgeber, dessen Erregerwicklung in Reihe mit einem Kondensator an einer Gleichspannung liegt, bekannt, bei dem für den der Relaisspule vorgeschalteten Kondensator ein Entladungssiromkreis vorgesehen ist. der aus einem der Reihenschaltung von Relais und Kondensator überbrükkenden Widerstand und einem die Erregerwicklung des Relais überbrückenden Ventil mit seiner Sperrichtung entgegen der jeweiligen Erregerstromrichtung des Relais besteht (DT-AS 11 68 543).

Die Forderung für Wischimpulsrelais nach einem möglichst kleinen Leisiungsbedarf für diese läßt sich zwar einigermaßen befriedigend für Einschaltwischrelais, jedoch nicht gleichzeitig für die Ausschaltwischfunktionsweise und die Funktionsweise von Mehrzweckwischrelais erfüllen. Zufolge der Reihenschaltung der Relaisspule mit einem Kondensator und die Entladung des Kondensators über einen Widerstand ist die gesamte Betriebsspannung zwangsläufig mit diesem Widerstand belastet, der zufolge seines Leistungsverbrauches eine nicht unbeträchtliche Wärme entwickelt.

die besonders fur die geforderten geringen Abmessungen solcher Relais für die in diesen verwendeten Elektrol> (kondensatoren große Gefahren mit sich bringt. Die Forderung nach einer Schaltung mit kleiner Leistungsaufnahme ergibt sich jedoch nicht nur aus dem 7wang zur Verkleinerung der Gehauseabmessungen, die wiederum möglichst kleine .Spulenabmessungen erfordern, sondern auch aus der Notwendigkeil mit möglichst hoher Ansprecherregung zl arbeiten. Für die Mehrzweck-Wischrelais muß die Diode umpolbar sein, die parallel zur Relaisspuie geschaltet ist, da sich aus ihrer Polarität die jeweilige Einschalt- oder Ausscnaltwischfunktion ergibt, denn entweder wird der Kondensator beim Lir.schaltwischen über die Relaisspule aufgeladen oder beim Ausschaltwischen über die Relaisspule und den Lastwiderstand entladen, bis die Spannung, die über die Relaisspule abfällt, den Haltewert unterschreitet.

Bei bekannten Wischrelais ist zum Ausgleich der VVischzeit, d. h. zur Einstellung der Haltespannung des Reltis und zum Ausgleichen der für die einzelnen Bauteile von Haus aus vorhandenen Toleranzen, eine .Stellschraube an der Relaiskappe vorgesehen, die nur mit sehr großem Mühe- und Zeitaufwand eine genaue Vorjustage der Relaiswerte und damn der Wischzeit möglich macht.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Einschalt- und/oder Ausschaltwischimpulsrelais der eingangs genannten Art für den Betrieb nut Gleich- und/oder Wechselspannung zu entwickeln. das sich nicht nur durch seine kleinen Abmessungen und geringe Nennleistungsaufnahme auszeichnen soll, sondern das darüber hinaus eine leichte Abgleichmöghchkeit bietet und bei großer Betriebsdauer und Zuverlässigkeit billig in seiner Herstellung ist.

Die Lösung dieser Aufgabe wird durch die im Kennzeichen des Hauptanspruches angegebenen Merkmale erreicht.

Weitere vorteilhaft;.· Ausgestaltungen und Weilerbildungen des erlinJungsgemußen Mehr/weck-WischimpuhrelaU ergeben sich aus den LJnteransprüchen.

Das nach der erfindungsgemalkn Schaltung ausgelegte Wischimpulsrelais wird den derzeitigen industriellen Ansprüchen in jeder Richtung gerecht, wobei auch hier wiederum das Grundprinzip des Kondensatorwischrelais Anwendung findet. Es ist mit dem vorliegenden Wischrelais eine außerordentlich leichte Abgleichmöglichkeit gegeben, die einen nur unerheblichen Zeitbedarf erfordert. Eine Stellschraube od. dgl. ist für den Abgleich nicht mehr erforderlich. Zufolge der außerordentlich geringen Nennleistungsaufnahme des gleichermaßen mit Gleich- oder Wechselstrom betätigbaren Wischrelais ist die Wärmeentwicklung gering, so daß das Relais auch bei kleinsten Abmessungen in einem fertigungstechnisch billigen Kunststoffgehäuse unttrgebracht werden kann. Sowohl bei Gleich- als auch Wechselstrombetrieb ist die Schaltung des Wischrelais für alle Nennspannungen mit den üblichen Toleranzen, von + 10% und - 20% dimensionierbdr. Die Leistungsaufnahme des Kondensatorwischrelais geht nicht auf Kosten eines vergrößerten, sondern eher verkleinerten Spulenkörpers, wobei Erwähnung finden soll, daß hochohmige Spulen wirtschaftlich in Großserien nur dann zu wickeln sind, wenn der Drahtdurchmesser nicht unter 0,03 mm liegt.

Die Zeichnung zeigt eine beispielsweise und vorteilhafte Ausführungsform einer Schaltung für ein Mehrzweck-KondensatorwischiniDulsrelais, an der die Erfin-

dung im einzelnen nachfolgend näher erläutert werden soll.

Wie aus der Schaltungsdarstellung ersichtlich, kann an den Klemmen des Kondensator-Wischimpulsrclais die Versorgungsspannung Uv in Form von Gleich- oder Wechselspannung angelegt werden. Über einen Eingangswiderstand R 1 und einen Vierwegegleichrichter Gr'. wird ein Gleichspannungspotential vorgegeben, das zum einen über den Widerstand R 2 und zum anderen über den aus den beiden Widerständen R J und R4 gebildeten Spannungsteiler abfäl't und welches in voller Höhe auch an einem zum Widerstand R 2 und zum Spannungsteiler R 3, R 4 liegenden Kondensator C2 anliegt. Die Parallelschaltung des hochohmigen Widerstandes R 2 und des Spannungsteilers R 3, R4 ist, wie aus der Schaltung ersichtlich, in der einen Richtung des Stromflusses über die Diode Gr2 niederohmig kurzgeschlossen, während sie in der entgegengesetzten Richtung hochohmig gesperrt ist, wobei gleichzeitig ein Kondensator CI parallel zur Diode Cr 2 geschaltet ist.

Ein Transistor 7"liegt basisseitig an der einen Klemme des hochohmigen Widerstandes R 2 und seine Kollektor Emitter-Strecke ist so geschaltet, daß der hochohmige Widerstand /?4 zwischen Kollektor und Emitter liegt, wobei der Kollektor gleichzeitig an den niederohmigen Widerstand R 3 angeschlossen ist und der Emitter des Transistors Tdirekt mit dem positiven Pol des Kondensators Cl in Verbindung steht.

Die Relaisspule Re ist parallel zu dem die gleichgerichtete Wechselspannung glättenden Kondensator C2 gelegt, der seinerseits parallel zu dem Spannungsteiler R 3, R 4 liegt. In dem von der Relaisspule Re und dem Glättungskondensator C2 gebildeten Kreis liegt in Reihe mit diesen Bauteilen ein Impulskondensaior C4, ein Widerstand R 5 und ein einen Abgieichwiuersiand darstellendes Potentiometer R6. Die Reihenschaltung des Impulskondensators C4 mit dem Widerstand R 5 und dem Potentiometer R 6 ist im Nebenschluß mittels eines weiteren Impulskondensators Ci überbrückt.

Parallel zu der Relaisspule Re liegen noch zwei Dioden Gr 3 und GV4 in Gegenparallelschaltung, die je nach Überbrückung der in Form von offenen Kreisen dargestellten Kontakte bei AB dem

Kondensatoi -Wischimpulsrelais eine beim Ausschalten wischende oder bei AN eine beim Einschalten wischende Funktion verleihen. 1st keine Verbindung geschaltet, ist sowohl die Einschalt- als auch Ausschalt wischfunktion gegeben.

Für die einschaltwischende Funktion des Relais entsteht beim Anlegen der Versorgungsspannung LJ-. die Zeitkonstante zufolge der Reihenschaltung des Widerstandes R1 mit dem Widerstand, der durch die Relaisspule Re gegeben ist und den Impulskondensator C3. Der Abgleich und die Justage der Wischzeit wird über das Potentiometer R 6 vorgenommen. Jc nach Einstellung des Potentiometers R 6 beeinflußt der Impulskondensator C4 mehr oder weniger die Zeitkonstante für die Wischfunktion. Die so vorgegebene Abgleichmöglichkeit beeinflußt insofern nur die Wischzeit und gibt einen großen Bereich je nach gewählter Dimensionierung des Kondensators hierfür vor. Die von Haus aus vorliegenden Toleranzen der übrigen Bauteile der Schaltung lassen sich über das Potentiometer zufolge der dargestellten Schaltung ohne weiteres ausgleichen. Zufolge des Impuisbetriebes hat die Abgleichschaltung keinen zusätzlichen Leistungsbedarf und sie beeinflußt insbesondere in keiner Weise

denjenigen Spannungswert, bei dem das Wischrelais anzieht, was beispielsweise dann der Fall wäre, wenn ein zusätzlicher Widerstand parallel zu der Relaisspule liegen würde. Die Impulsbelastung der Schaltung bedingt sich, dadurch, daß ein Stromfluß nur so lange stattfindet, bis die Kondensatoren C3 und C4 aufgeladen sind. Da die Abgleichschaltung nicht die Anzugsspannung des Wischrelais bei einer jeweiligen Einstellung beeinflußt, ist der Abgleich fertigungsseitig einfach und billig.

Die maximale Spannung bzw. die Impulshöhe für die Relaisspule Re ergibt sich aus der parallel zu dem Spannungsteiler R3, R4 liegenden Spannungsleiter R 1, R 2. Die Impulshöhe wird durch den Kondensator C2, der als Siebkondensator wirkt, nur wenig gedämpft, weil die Kapazität des Kondensators C 2 klein gegen diejenige der Kondensatoren C3 und C4 ist, die wiederum zufolge ihrer Parallelschaltung die Anzugszeit des Relais nicht beeinflussen. Der Brückengleichrichter GrI ermöglicht in Verbindung mit den Kondensatoren Cl und C2 den wahlweisen Betrieb des Kondensator-Wischimpulsrelais mit deich- oder Wechselspannung.

Dadurch, daß der Minuspol des Elektrolytkondensators C2 an den Emitter des Transistors Tangeschlossen ist, kann der Kondensator C2 sich in der ausschaltwischenden Funktion nur über den Transistor Tentladen. Der Transistor ist für die einschaltwischende Funktion gesperrt, da seine Basis direkt am Minuspotential liegt und der Emitter im Ausführungsbeispiel um etwa 0,6 Volt in seinem Spannungspotential mittels der Diode Gr2 angehoben wird. Die Widerstände R 2, /?3und R 4 stellen ersichtlich beim Einschaltwischen nur eine verschwindend kleine Grundbelastung dar, da es sich bei den Widerständen R 2 und R 4 um sehr hochohmige Widerstände handelt. Der Kondensator Cl dient zusätzlich der Glättung der gleichgerichteten Wechsel-Spannung für den Fall, daß der Schaltung als Versorgungsspannung eine Wechselspannung zugeführt ist. Zufolge der angegebenen Schaltung ist sichergestellt, daß auch ein Restbrummanteil über den Kondensator C2 den Transistor T nicht zum Durchschalten bringen kann, was ansonsten bei länger anliegender Versorgungsspannung zu nachteiliger Wärmeentwicklung führen würde, zumal der Widerstand R 3 relativ niederohmig ausgelegt sein muß.
Der Kondensator Cl, bei dem es sich um einen Elektrolytkondensator handelt, wird beim Ausschaltwischvorgang umgepolt, wobei die über ihn abfallende Spannung der Basis/Emitter-Spannung also im Ausführungsbeispiel den genannten 0,6 Voll: entspricht. Für die Ausschaltwischfunktion des Wischimpulsrelais wird die Versorgungsspannung abgeschaltet, wodurch sich die Kondensatoren C2. C3. C4 über den Widerstand R 2 und die Basisstrecke des Transistors T entladen und diesen durchschalten. Der Transistor T überbrückt unmittelbar den hochohmigen Widerstand R 4. Die Zeitkonstante entsteht für den Ausschaltwischvorgang durch die Reihenschaltung der Widerstände J? 3 und Re sowie den Kondensator C3 und dessen Parallelschaltung mit dein Kondensator C4 und den Widerständen R5 und R6. Die Dimensionierung der Schaltung kann so ausgelegt werden, daß sowohl der Einschalt- als auch der Ausschaltwischvorgang gleiche Zeitkonstanten aufweisen, wobei dann noch die Restströme der Kondensatoren C3 und C4 zu berücksichtigen sind.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Wjschimpulsrelais mit Einschalt- und/oder Ausschaltwischfunktion, bei dem in Reihe /ur Reiaisspule eine Impulskapazität geschaltet ist, während zu ihr parallel wahlweise /uschaltbar eine Gegenparallelschaltung zweier Dioden liegt, dadurch gekennzeichnet, daß die in Reihe /u der Relaisspule (Re) geschaltete Kapazität aus zwei zueinander parallel geschalteten Impulskondensatoren (C3, C4) besteht, von denen der eine zusätzlich eine Reihenschaltung mit einem einen Abgleichwiderstand darstellenden Potentiometer (R6) bildet, und daß parallel zu dem Widerstand (R2). an dem der wirksame Teil der Versorgungsspannung (Ui) abgegriffen wird, ein Spannungsteiler (Ri, R4) geschaltet ist, dessen einer hochohmiger Widerstand (/?4) von der Kollektor-Emitter-Strecke eines Transistors (T) überbrückt wird, während die Basis des Transistors (T) an der negativen Klemme des die Versorgungsspannung abgreifenden Widerstandes (R 2) liegt, derart, daß bei Abschalten der Versorgungsspannung (Ui) der Transistor (T) durchgesteuert wird und sich die zuvor aufgeladenen Impulskondensatoren (Ci. C4) über den Transistor (T) und die Relaisspule (/^entladen.

2. Wischimpulsrelais nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet, daß parallel zu der Basis-Emitter-Strecke des Transistors (T) eine Parallelschaltung aus einem Kondensator (Cl) und einer Diode (Gr 2) liegt.

3. Wischimpulsreiais nach Anspruch !. dadurch gekennzeichnet, daß ein Glättungs.kondensaior (C2) parallel zu dem die Relaisspule (Rc) und die Impulskondensatoren (C3. C4) sowie die Widerstände (R 5. R6) enthaltenden Schaltungszweig liegt. wobei dieser Schaltutigszweig und der Glättungs kondensator (C2) über die Basis und Emitter des Transistors (T) überbrückende Diode (Cr2) mit der negativen Klemme des die Versorgungsspannung abgreifenden Widerstandes{R 2) verbunden ist.