DE2614004A1

DE2614004A1 - Betaetigungsvorrichtung

Info

Publication number: DE2614004A1
Application number: DE19762614004
Authority: DE
Inventors: John Charles Humphreys Hart; Edward George Orpet; David Turner
Original assignee: Bridon Engineering Ltd
Current assignee: Bridon Engineering Ltd
Priority date: 1975-04-16
Filing date: 1976-04-01
Publication date: 1976-10-28
Also published as: FR2308178B3; JPS51127372A; NL7604084A; FR2308178A1

Description

BRIDON ENGINEERING LIMITED, 4 Carver Street, Sheffield, Yorkshire, Sl 4FS, England

Betatiqunqsvorrichtunq

Die Erfindung bezieht sich auf Betätigungsvorrichtungen und Betätigungsschaltungen hierfür.

Gemäß der Erfindung ist eine Betätigungsvorrichtung gekennzeichnet durch ein beweglich befestigtes Bauteil, das aus magnetischem Material hergestellt ist oder magnetisches Material aufnimmt, einen Permanentmagneten, der das beweglich befestigte Bauteil durch magnetische Anziehung in einer gewünschten, stabilen Position hält, und eine selektiv betätigbare Vorrichtung, die so angeordnet ist, daß sie wenigstens in der Lage ist, dem magnetischen Fluß des Permanentmagneten entgegenzuwirken, um eine Verschiebung des beweglich befestigten Bauteiles in eine weitere gewünschte Position zu erleichtern.

Die selektiv betätigbare Vorrichtung weist ζweckmäßigerweise eine Spule auf, die so geschaltet, daß sie von elektrischem Strom durchflossen wird, der einen magnetischen Fluß erzeugt, welcher dem magnetischen Fluß des Permanentmagneten entgegenwirkt. 609844/1044

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Das beweglich befestigte Bauteil ist insbesondere nachgiebig in einer Richtung von dem Permanentmagneten weg beaufschlagt. Bei einer speziellen Ausführungsform der Erfindung ist ein weiterer Permanentmagnet so angeordnet, daß er das beweglich befestigte Bauteil in die weitere gewünschte Position anzieht.

Dem weiteren Permanentmagneten ist eine selektiv betätigbare Vorrichtung zugeordnet, die so angeordnet ist, daß sie wenigstens in der Lage ist, dem Magnetfluß des weiteren Permanentmagneten entgegenzuwirken.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung wird vorgeschlagen, daß der Permanentmagnet und der weitere Permanentmagnet ein Paar Ringmagnete darstellen, die in axialer Richtung entgegengesetzt magnetisiert sind und die seitlich nebeneinander mit einem dazwischenliegenden Ring aus magnetischem Material angeordnet sind, daß die selektiv betätigbare Vorrichtung und eine weitere selektiv betätigbare Vorrichtung getrennte Spulen aufweisen, von denen jeweils eine in unmittelbarer Nähe eines jeden Ringmagneten angeordnet ist, daß jeweils ein Endbauteil aus magnetischem Material an £dem äußeren Ende der Ringmagneten und Spulen angeordnet ist, und daß das verschiebbar befestigte Bauteil linear zwischen zwei stabilen Positionen von der Nähe eines Endbauteiles zu der Nähe des anderen Endbauteiles verschiebbar ist, wobei das beweglich befestigte Bauteil sich von einem benachbarten Endbauteil zum Ring aus magnetischem Material erstreckt. Die erfindungsgemäße Betätigungsvorrichtung kann ferner ein rohrförmiges magnetisches Gehäuse, eine Vielzahl von in radialer Richtung magnetisierten Permanentringmagneten, die symmetrisch längs und innerhalb des Gehäuses im Abstand angeordnet sind, benachbarte Ringmagnete, die entgegengesetzt magnetisiert sinJ, getrennte Spulen, die zwischen jedes benachbarte Paar von Ringmagneten eingesetzt sind, und Endabschlußbauteile aus magnetischem Material, die an jedem Ende des Gehäuses angeordnet sind, aufweisen, wobei das beweglich befestigte Bauteil in linearer Richtung innerhalb des Gehäuses in eine einer Vielzahl von stabilen Positionen in der Nähe eines entsprechenden Ringmagneten linear verschiebbar ist_o

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Das beweglich befestigte Bauteil weist ζweckmäßigerweise einen weiteren Permanentmagneten auf, der von ihm aufgenommen und so angeordnet ist sowie eine solche magnetische Stärke besitzt, daß er als magnetischer Puffer zwischen dem Bauteil und dem Magneten und/oder dem weiteren Permanentmagneten wirkt.

Dabei sind der und/oder der weitere Permanentmagnet so angeordnet, daß er einen entsprechenden Schalter betätigt, der so geschaltet ist, daß er im Betrieb elektrischen Strom durch die Spule schickt. Eine Verzögerungsleitung kann dabei zwischen jeden Schalter und die entsprechende Spule eingesetzt sein.

Die magnetische Vorrichtung kann einen oder mehrere Hufeisenmagneten, Stabmagneten oder Ringmagneten aufweisen und kann aus Eisen, seltener Erde oder polymerem Material bestehen, z.B. Hera, Samariumkobalt, Alcomax III, Alnice oder orientiertes Bariumferrit.

Die beweglich befestigte Vorrichtung kann ferner ein gleitend befestigtes Bauteil aufweisen, das das Schieber-Hülsenventil aufweisen oder an ihm befestigt sein kann.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung wird eine bistabile Betätigungsvorrichtung vorgeschlagen, die gekennzeichnet ist durch ein magnetisches Bauteil, das beweglich in einem Gehäuse aus magnetischem Material befestigt ist, eine Permanentmagnetvorrichtung, die so im Gehäuse angeordnet ist, daß das bewegliche magnetische Bauteil einen Teil eines der alternativ bevorzugten Magnetflußpfade bildet, so daß es positiv durch den magnetischen Fluß in einer der beiden stabilen Positionen einstellbar ist, und eine Spulenanordnung, die so ausgelegt ist, daß eine vorbestimmte elektrische Impulserregung im Betrieb bewirkt, daß der Magnetflußpfad von einem der Pfade zum anderen umgelenkt wird

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und auf diese Weise eine Bewegung des beweglich/magnetischen Bauteiles von der einen in die andere der stabilen Positionen ergibt.

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Das Gehäuse weist insbesondere ein rohrförmiges Bauteil mit magnetisch geschlossenen Enden und eine in Längsrichtung verlaufende zentrische Bohrung auf, die Permanentmagnetvorrichtung besitzt einen oder mehrere Permanentmagneten, die um die Bohrung herum innerhalb des Gehäuses magnetisch mit dem Gehäuse gekoppelt in einer zentrischen Längsposition angeordnet und so magnetisiert sind, daß sie eine etwa radiale Magnetisierungsrichtung ergeben, und die Spulenvorrichtung weist wenigstens eine Spule auf, die um die Bohrung herum auf einer Seite des Permanentmagneten angeordnet ist, und das bewegliche, magnetische Bauteil linear innerhalb der Bohrung verschiebbar ist sowie von einem Ende zur Permanentmagnetvorrichtung verläuft.

Die Spulenvorrichtung weist vorzugsweise zwei Spulen auf, von denen jeweils eine an jeder Seite der Permanentmagnetvorrichtung angeordnet ist. Zweckmäßigerweise ist das rohrförmige Bauteil zylindrisch ausgebildet und die Permanentmagnetvorrichtung nimmt die Form eines radial magnetisierten Ringmagneten an.

Die Permanentmagnetvorrxchtung kann aus Samariankobalt bestehen.

Das bewegliche magnetische Bauteil ist vorzugsweise auf einem Bauteil aus magnetischem Material, das sich durch ein oder beide Enden des Gehäuses erstreckt, angeordnet oder festlegbar. Die Lagervorrichtung für das nichtmagneti'sche Bauteil ist dabei auf einem oder auf beiden Enden des Gehäuses angeordnet.

Das bewegliche magnetische Bauteil ist vorzugsweise auf der Betätigungsstange des Schieber-Hülsenventils befestigt, und der Schieber stellt vorzugsweise das einzige Lager für das bewegliche magnetische Bauteil dar.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung wird eine Betätigungsschaltung zur wechselweisen Erregung zweier Spulen einer elektromagnetischen Vorrichtung vorgeschlagen, bei der eine Speisequelle

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so geschaltet ist, daß sie eine Spule erregt und gleichzeitig einen Kondensator auflädt, wodurch der Stromabfall an der Speisequelle auf den Wert reduziert wird, der erforderlich ist, um die Ladung am Kondensator aufrechtzuerhalten, und eine Spannungsabfühlvorrichtung ist parallel zur Speisequelle geschaltet und betätigt bei Aussetzen der Speisung einen Schalter, um den Kondensator über die zweite Spule zu entladen und den Schalter erneut zu öffnen.

Nach einer anderen Ausführungsform der Erfindung ist eine elektrische Schaltung vorgesehen, die gekennzeichnet ist durch ein Paar von Eingangsanschlüssen zum Verbinden mit einer elektrischen Speisequelle, erste und zweite Ausgangsanschlüsse zum Verbinden mit einer Seite der entsprechenden von zwei Erregerspulen einer elektrc magnetisch betätigten Vorrichtung, einen dritten Ausgangsanschluß zum Verbinden mit der anderen Seite bei-der Erregerspulen, eine Vorrichtung zum Verbinden eines Eingangsanschlusses mit dem ersten Ausgangsanschluß, eine Potentialabfühlvorrichtung, die parallel zu den beiden Eingangsanschlüssen gelegt ist, einen Kondensator, der zwischen den anderen Eingangsanschluß und den dritten Ausgangsanschluß gelegt ist, und einen Schalter, der zwischen den anderen Eingangsanschluß und den zweiten Ausgangsanschluß gelegt ist, wobei die Abfühlvorrichtung so geschaltet ist, daß sie effektiv den Schalter bei Abfühlung des Fehlens eines Potentiales an den Eingangsanschlüssen schließt.

Die Potentialabfühlvorrichtung ist ferner vorzugsweise parallel zum Kondensator geschaltet und so ausgelegt, daß sie den Schalter bei Peststellung des Fehlens einer Ladung am Kondensator erneut öffnet.

Zweckmäßigerweise ist die Speisequelle oder sind die Eingangsanschlüsse mit dem übrigen Teil der Schaltung über eine Gleichrichterschaltung verbunden.

b 0 9 6 4 U I 1 0 4 U

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Der Schalter kann beispielsweise ein Halbleiterschalter sein.

Die Potential- oder Spannungsabfühlvorrichtung kann hierbei einen Transistor aufweisen, der so ausgelegt ist, daß er im Betrieb normalerweise stromleitend ist und so geschaltet ist, daß er Strom aus der Triggerelektrode des Halbleiterschalters während eines solchen stromleitenden Zustandes umleitet.

Nachstehend wird die Erfindung in Verbindung mit der Zeichnung anhand von Ausführungsbeispielen erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 und 2 schematische Darstellungen eines durch Permanentmagnet betätigten Schieber-Hülsen-Ventils in zwei unterschiedlichen Betätigungspositionen,

Fig. 3 und 4 schematische Darstellungen eines anderen durch Permanentmagnet betätigten Schieber-Hülsenventiles in zwei unterschiedlichen Betätigungspositionen,

Fig. 5 und 6 schematische Darstellungen zweier weiterer Ausführungsformen von durch Permanentmagnet betätigten Schieber-BuI s en vent i 1 en,

Fig. 7 eine schematische Darstellung einer bistabilen Betätigungsvorri chtung,

Fig. 8 eine schematische Darstellung einer multistabilen Betätigungsvorrichtung ,

Fig. 9A und 9B schematische Darstellungen einer bistabilen Betätigungsvorrichtung in den entsprechenden stabilen Zuständen ,

Fig. 1OA und 1OB schematische Darstellungen einer anderen Ausführungsform einer bistabilen Betätigungsvorrichtung in den entsprechenden stabilen Zuständen,

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Fig. 11 teilweise im Schnitt eine Seitenansicht einer bistabilen Betätigungsvorrichtung der in den Figuren loA und 1OB gezeigten Art,

Fig. 12 ein Blockschaltbild einer Betätigerschaltung, und Fig. 13 ein Schaltdiagramm einer Betätigerschaltung.

In den Figuren 1 und 2 ist ein Schieber 10 dargestellt, der gleitend in einer Hülse 11 eines Schieber-Hülsenventiles angeordnet ist. Getrennte Bauteile 12 und 13 aus magnetischem Material, z.B. Weicheisen, werden an jedem Ende des Schiebers 19 aufgenommen. Entsprechende Permanentmagneten 14 und 15 sind in der Nähe der Bauteile 12 und 13 jeweils an jedem Ende der Hülse 11 angeordnet. Entsprechende Spulen 16 und 17 sind den Permanentmagneten 14 und 15 zugeordnet.

Bei der Anordnung nach Fig. 1 wird der Schieber 10 durch die Anziehungskraft des Permanentmagneten 14, der auf das Bauteil 12 wirkt, nach links gehalten. Wenn es erforderlich ist, den Schieber 10 nach rechts in die in Fig. 2 gezeigte Position zu bewegen, wird ein elektrischer Strom durch die Spule 16 mit solcher Polarität geschickt, daß er einen Magnetfluß aufbaut, der dem Magnetfluß des Permanentmagneten 14 entgegenwirkt. Der Schieber 10 bewegt sich dann aufgrund der Anziehungskraft des Permanentmagneten 15, der auf das Bauteil 13 einwirkt, nach rechts. Ist diese Bewegung ausgeführt worden, braucht die Spule 16 nicht mehr vom Strom durchflossen werden. Wenn eine Bewegung zurück in die Position nach Fig. 1 erforderlich ist, wird ein elektrischer Strom durch die Spule 17 geschickt, und die Wirkung ist entgegengesetzt zu der für die Bewegung nach rechts beschriebene.

In den Figuren 3 und 4 ist eine abgeänderte Ausführungsform der Erfindung dargestellt, bei der eine Schraubenfeder 18 zwischen Permanentmagnet 14 und Schieber 10 angeordnet ist. Bei dieser

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Anordnung wird der Schieber 10 nach links (Fig. 3) gehalten, er überwindet jedoch die Wirkung der Feder 18. Wird ein elektrischer Strom durch die Spule 16 geschickt, bewegt sich der Schieber 10 nach rechts (Fig. 4) unter der Einwirkung der Feder 18_O Bei dieser Anordnung kehrt der Schieber 10 nach links (Fig. 3) zurück, wenn der Stromfluß durch die Spule 16 unterbunderyfoird. Eine ähnliche Anordnung kann am rechten Ende des Schiebers 10 vorgesehen sein.

In Fig. 5 ist eine weitere Ausgestaltung der Erfindung dargestellt, bei der Spulen 16 und 17 so geschaltet sind, daß sie über entsprechende Schalter 19 und 20 einschaltbar sind} die Schalter sind beispielsweise Zungenschalter oder Festkörperschalter, die von den Permanentmagneten 14 und 15 betätigt werden. Bei dieser Anordnung wird der Schieber zwischen linken und rechten Positionen hin- und herbewegt. Zeitschaltungen können zwischen die Schalter 19 und 20 sowie die Spulen 16 und 17 eingeschaltet werden, um die Periode der oszillierenden Bewegung zu steuern. Die Arbeitsweise ist folgende: Steht der Schieber 10 rechts, wie dargestellt, betätigt der Permanentmagnet 15 denSchließschalter 20, so daß Strom durch die Spule 17 fließt, wodurch ein Fluß erzeugt wird, der dem Fluß des Permanentmagneten 15 entgegenwirkt. Damit bewegt sich der Schieber 10 nach links unter Wirkung des Permanentmagneten 14. Aufgrund der Flußwirkung an der Spule 17 öffnet der Schalter 20 und der Stromfluß durch die Spule 17 wird unterbunden, wodurch der Schalter 20 wieder betätigt wird. Ein ähnlicher Zustand ergibt sich mit Permanentmagnet 14, Spule 16 und Schalter 19. Durch Einsetzen entsprechender Verzögerungsglieder in die Schaltung kann der Schieber mit einer gewünschten Geschwindigkeit oszillieren. Es können Federn, z.B. die Feder in die Anordnung eingeschaltet werden, wobei dann die Permanentmagnetspule und der Schalter am einen Ende des Schiebers 10 entfallen können.

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In Fig. 6 ist eine weitere, abgeänderte Ausführungsform der Erfindung dargestellt, in der eine einzige Spule einem magnetischen Bauteil 22 am einen Ende des Schiebers 10 zugeordnet und so angeordnet ist, daß sie dem Fluß der beiden Magneten 14 und 15 selektiv durch Umkehr der Richtung des Stromflusses entgegenwirkt. Zusätzlich werden die Baieile 12 und 13 durch Permanentmagneten 23 und 24 ersetzt, die eine wesentlich geringere Kraftwirkung als die Magneten 14 und 15 ergeben, die aber so ausgelegt sind, daß sie gleiche Polarität besitzen, so daß sie als magnetischer "Puffer" an jedem Ende des Hubes des Schiebers 10 wirken.

Es können verschiedene Kombinationen der gezeigten Anordnungen verwendet werden, und die Verschiebung des Schiebers kann zusätzlich durch Steuerung der EIN/AUS-Zeit für die Spulen und/oder desSchwundes oder der Erregungsgeschwindigkeit gesteuert werden.

In Fig. 7 ist eine bistabile Betätxgungsvorrichtung dargestellt, bei der die Permanentmagneten 14 und 15 in axialer Richtung entgegengesetzt magnetisierte Ringmagnete sind, die seitlich von einem Ring 25 aus magnetischem Material angeordnet und dazwischengesetzt sind. Die Spulen 16 und 17 sind innerhalb der Magneten 14 und 15 angeordnet. Die Endbauteile 26 aus magnetischem Material sind über die äußeren Enden der Magneten 14 und 15 gesetzt. Ein verschiebbar befestigtes Bauteil 27 besteht aus magnetischem Material und wird auf einem Stab 28 aus nichtmagnetischemMaterial aufgenommen. Der Stab 28 kann die Betätigungsstange eines Schiebers eines Schieber-Hülsen-Ventiles darstellen, und es ist dann keine weitere Lagerung erforderlich. Andererseits kann ein lineares Lager auf dem Endbauteil 26 vorgesehen sein, durch das der Stab 28 verläuft, und zusätzlich kann der Stab 28 so verlängert sein, daß er durch das andere Endbauteil 26 führt, das ebenfalls ein lineares Lager aufnehmen kann.

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Um das Bauteil 27 aus der in Fig. 7 gezeigten Position zu verschieben, wird die Spule 17 mit elektrischem Strom so gepulst, daß dem Magnetfluß des Magneten 15 entgegengewirkt wird, wie durch den Flußpfad A gezeigt. Das Bauteil 27 bewegt sich dann nach links, so daß ein einfacher Flußpfad B des Magneten 14 geschlossen wird, und bewegt sich solange nicht aus dieser Position, bis die Spule 16 entsprechend gepulst wird, damit einem solchen Fluß entgegengewirkt wird.

Bei einer ähnlichen, abgeänderten Ausführungsform sind die Positionen der Spulen und der Magnete vertauscht, und dann ist ein zylindrisches magnetisches Bauteil darum herum angeordnet, so daß ein Streufluß verhindert wird. Ein derartiges Bauteil kann bei der Anordnung, die in Fig. 6 gezeigt ist, vorgesehen werden.

In Fig. 8 ist eine multistabile Betätigungsvorrichtung dargestellt, die ein zylindrisches Gehäuse 29 aus magnetischem Material mit magnetisch geschlossenen Enden aufweist. Eine Vielzahl von entgegengesetzt radial magnetisierten Ringmagneten 30 mit Flußpfaden, die gestrichelt angedeutet sind, sind längs des Gehäuses 29 und innerhalb dieses Gehäuses versetzt angeordnet und es sind Spulen 31 dazwischen eingesetzt. Ein beweglich angeordnetes Bauteil 32 wird aufeinem Stab 33 aus nichtmagnetischem Material aufgenommen, das so befestigt sein kann, wie dies für das Bauteil 28 nach Fig. 6 gezeigt ist.

Um das Bauteil 32 nach links in Fig. 8 zu bewegen, ist es lediglich erforderlich, der umgebenden Spule 31 einen Stromstoß aufzugeben, damit dem Magnetfluß des benachbarten Magneten 30 entgegengewirkt wird. Ist die Bewegung von einer End-stelle aus einmal erfolgt, ist es notwendig, die umgebende Spule 31 und wenigstens eine benachbarte Spule 31 entsprechend zu pulsen, um eine Verschiebung des Bauteiles 32 geführt vorzunehmen.

Vorzugsweise wird zur Erregung der Spulen ein Gleichstrom verwendet, der ein gleichgerichteter Wechselstrom ist; es kann jedoch auch Wechselstrom verwendet werden.

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Die bei allen Ausführungsformen der Erfindung verwendeten Permanentmagneten können jeweils einen oder mehrere Hufeisenmagneten, •Stabmagneten oder Ringmagneten umfassen, die aus Eisen, seltener Erde oder polymeren Materialien bestehen.

Vorliegende Erfindung ist insbesondere geeignet in Verbindung mit Schieber-Hülsen-Ventilen mit Metall gegen Metall und können in Verbindung mit solchen Ventilen verwendet werden, wie sie Gegenstand der DT.-PS (deutsche Patentanmeldung

P 24 45 232.2) ist.

Ferner kann der erfindungsgemäße Vorschlag zur Steuerung von Betätigungs- und Schaltfunktionen hydraulischer, pneumatischer, elektrischer, elektromechanischer und mechanischer Art verwendet werden. Obgleich alle dargestellten Ausführungsformen als zylindrisch beschrieben worden sind, können zumindest die Ausführungsformen nach den Figuren 7 und 8 in gleicher Weise planar ausgeführt sein, wobei die Spulen so angeordnet sind, daß sie einen Teil der starren magnetischen Schaltung, z.B. die Teile 26 oder 29 umgeben. Derartige Anordnungen können lediglich die oberen oder unteren Hälften der Ausführungsformen nach den Figuren 7 und 8 aufweisen. Bei einer derartigen Anordnung ähnlich der nach den Figuren 7 und 8 kann das die Magnetschaltung bildende Bauteil oder Anordnung gekrümmt ausgeführt sein, wobei ein bewegliches Bauteil 27 oder 32 auf einem schwenkbar befestigten Bauteil aufgenommen ist.

In den Figuren 9A und 9B ist eine bistabile Betätigungsvorrichtung gezeigt, die ein zylindrisches magnetisches ^ehäuse 110mit magnetisch geschlossenen Enden 111 aufweist. Ein radial magnetisierter Permanentringmagnet 112 ist zentrisch in Längsrichtung innerhalb der Bohrung 113 des Gehäuses 110 angeordnet. Eine Spule 114 ist in der Bohrung 113 auf einer Seite des Ringmagneten 112 angeordnet·

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Ein Bauteil 115 aus magnetischem Material ist auf einem Bauteil 116 aus nichtmagnetischem Material befestigt, die ihrerseits von linearen Lagern (Längslagern)117 auf entsprechenden Enden 111 des Gehäuses 110 aufgenommen sind. Das Bauteil 115 ist innerhalb des Magneten 112 und der Spule 114 angeordnet und erstreckt sich von einem Ende der Bohrung 113 zum Magneten 112.

Wenn im Betrieb die Betätigungsvorrichtung die stabile Position nach Fig. 9A einnimmt, wird das Bauteil 115 positiv durch den Ringmagneten 112 festgelegt, wobei der bevorzugte Magnetflußpfad durch die Linien A in Fig. 9A dargestellt ist. Wenn es erforderlich ist, das Bauteil 115 nach links in die in Fig. 9B gezeigte Position zu bewegen, wird die Spule 114 elektrisch erregt und baut einen Magnetfluß im Pfad A auf, der dem Fluß des Magneten 112 entgegenwirkt. Ist der Fluß, der von der Spule 114 erzeugt wird, gleich dem vom Magneten 112 erzeugten Fluß, wird der vom Magneten 112 erzeugte Fluß in den Pfad B nach Fig. 9B umgeleitet, und das Bauteil 115 bewegt sich in seine andere stabile Position. Es ist lediglich erforderlich, die Spule 114 zu pulsen, da das Bauteil 115 in seiner anderen Position durch den Magnetfluß des Pfades B festgelegt ist. Das Bauteil 115 kann in seine Anfangsposition durch Pulsen der Spule 114 mit einem elektrischen Impuls umgekehrter Polarität zurückgeführt werden, damit ein Fluß aufgebaut wird, wie er in Pfad A dargestellt ist, und der Fluß des Magneten 112 wird wieder umgeleitet.

In den Figuren 1OA und 1OB ist eine andere Ausführungsform einer Betätigungsvorrichtung nach vorliegender Erfindung dargestellt, in der eine weitere Spule 114a innerhalb der Bohrung 113 auf der anderenSeite des Magneten 112 festgelegt ist. Es ist ein einziges Befestigungsbauteil 116 vorgesehen, dem kein Lager zugeordnet ist, wie nachstehend im einzelnen erläutert wird.

Diese Ausführungsform hat den Vorteil, daß es nicht erforderlich ist, eine elektrische Schaltanordnung zur Umkehr des Stromflusses

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durch die Spulen 114 und 114a vorzusehen. Für diese Ausführungsform gibt es zwei mögliche Betriebsarten. Bei der ersten Betriebsart kann das Bauteil 115 aus der Position der Fig. 1OA in die der Fig. 1OB bewegt werden, indem die Spule 114 gepulst wird, damit dem Fluß im Pfad A entgegengewirkt wird; umgekehrt kann das Bauteil 115 von der Position der Fig. 1OB in die der Fig. 1OA durch Pulsen der Spule 114a bewegt werden, damit dem Fluß im Pfad B entgegengewirkt wird. Bei der anderen Betriebsart wird die Spule 114a elektrisch entgegengesetzt gepulst, damit das Bauteil 115 aus der Position von Fig. 1OB in die der Fig. 1OA bewegt wird. Auch hier wird das Bauteil 115 positiv in der einen oder der anderen der Positionen durch den Fluß des Magneten 112 festgelegt.

In Fig. 11 ist eine praktische Ausführungsform des Ausführungsbeispieles einer Betätigungsvorrichtung nach den Figuren 1OA und 1OB dargestellt. Die Betätigungsvorrichtung ist in einem kappenförmigen Gehäusebauteil 118 einer Gehäuseanordnung 119 für ein Schieber-Hülsenventil aufgenommen, wie es beispielsweise Gegenstand der deutschen Patentanmeldung P 24 45 232.2 ist.

Bei dieser Ausführungsform stellt das Bauteil 116, das das Bauteil 115 aufnimmt, einen Teil des Schiebers des Schieber-Hülsen— Ventiles dar, und es ist in den Endbauteilen 111 kein zusätzliches Lager erforderlich; in einem Bauteil 111 für den Schieber 120 ist ein Pufferbauteil 121 vogesehen.

Der Ringmagnet 112 besteht aus Samariankobalt und ist magnetisch mit dem Gehäusebauteil 110 über ein Ringbauteil 122 aus magnetischem Material, z.B. niedriggekohltem Flußstahl gekoppelt. Bei einer praktischen Ausführungsform dieser Erfindung bestanden die Bauteile 110, 111, 115 und 122 aus niedrig gekohltem Flußstahl, und jede der Spulen 114 und 114a wies 640 Windungen eines Drahts der Type 28 Standard Wire Gauge auf. Diese Vorrichtung arbeitete einwandfrei, wenn die Spulen 114 und 114a mit einer 24 Volt-Speisequelle gepulst wurden, wobei die Arbeitsweise die vorbeschriebene war.

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Die Ausführungsform nach Fig. 9 kann für die Anordnung nach Fig. 11 verwendet werden, wobei einer der Bauteile 116 und die Lager 117 weggelassen sind. In ähnlicher Weise kann die Ausführungsform nach Fig. 10 mit zwei Bauteilen 116 und Lagern 117 versehen sein.

Vorliegende Erfindung wurde in Verbindung mit der Betätigung des Schiebers eines Schieber-Hülsenventiles erläutert, die Betätigungsvorrichtung kann jedoch auch bei anderen Einrichtungen verwendet werden, die eine derartige Betätigungsvorrichtung erforderlich machen.

Obgleich beide Ausführungsformen nach den Figuren 9 und IO mit zylindrischer Ausgestaltung beschrieben worden sind, kann die Ausgestaltung auch planar sein, wobei die Spulen so angeordnet werden, daß sie einen Teil der starren magnetischen Schaltung, z.B. den Teil 110 oder das Endbauteil 111 umgeben. Derartige Anordnungen können lediglich die oberen oder unteren Hälften der Ausführungsformen nach den Figuren 9 und 10 aufweisen. Bei einer weiteren Anordnung kann die magnetische Schaltung aus einem krümmten Teil oder einer gekrümmten Anordnung hergestellt sein , wobei das bewegliche Bauteil 115 von einem schwenkbar befestigten Bauteil aufgenommen wird.

Die Betätigungsvorrichtungen der Ausführungsformen nach vorliegender Erfindung haben den Vorteil, daß zwei stabile Zustände erzielt werden, ohne daß ein kontinuierlicher Drain-Strom an den Spulen benötigt wird, und da sie mit Impulsbetätigung arbeiten, ist das Problem des Durchbrennens von Spulen aufgrund eines fehlerhaften Betriebes ausgeschaltet.

Alle Ausführungsformen vorliegender Erfindung sind für den Betrieb mit gepulstem Gleichstrom vorgesehen, sie können jedoch zusätzlich auch durch gleichgerichteten Wechselstram betrieben werden. Ferner köngnen die entsprechenden Spulen sa ausgelegt

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werden, daß sie durch entsprechende Halbzyklen des Wechselstromes, zweckmäßigerweise gleichgerichtet, betrieben werden, damit eine Vibrationswirkung erzielt wird.

In Fig. 12 der Zeichnung ist eine Schaltung zur Betätigung der vorbeschriebenen Ausführungsformen dargestellt; sie weist zwei Eingangsanschlüsse Il und 12 zum Anschluß an eine Energiequelle, ferner Ausgangsanschlüsse Ol und 02, die mit einer Seite entsprechender Spulen Ll und L2 einer Betätigungsvorrichtung verbunden sind, und einen Ausgangsanschluß 03, der mit den anderen Seiten der beiden Spulen Ll und L2 verbunden ist, auf. Die Eingangsanschlüsse Il und 12 sind mit einer gleichrichterschaltung Dl verbunden, die die richtige Polarität der Spannung für die Schaltung gewährleistet und die sie auch von Änderungen im Widerstand der Speisequelle isoliert.

Die Anschlüsse Il und 01 sind über die Gleichrichterschaltung Dl geschaltet, in ähnlicher Weise sind die Anschlüsse 12 und 03 über die Gleichrichterschaltung Dl und einen Kondensator Cl verbunden. Ein Spannungsfühler Al ist an die Eingangsanschlüsse Il und 12 parallel zum Konden-sator 01 gelegt und weist einen Ausgang auf, der so geschaltet ist, daß er einen Schalter Sl betätigt, welchex zwischen Anschluß 02 und der Seite des Kondensators Cl, der entfernt vom Anschluß 03 liegt, verbunden ist. Wenn im Betrieb der Schalter Sl geöffnet ist, bewirkt eine Speisequelle, die an die Anschlüsse Il und 12 gelegt ist, daß die Spule Ll während des Aufladens des Kondensators Cl erregt wird. Die Dauer der Aufladung und der fließende Strom sind von der Speisespannung und von dem Widerstand der Spule Ll zusammen mit dem Wert Cl abhängig. Diese Faktoren werden bei der Auslegung der Schaltung berücksichtigt, damit eine entsprechende Amplitude und Impulsdauer an der Spule Ll, abhängig vom Anwendungsfall, wirksam wird.

Wenn der Kondensator Cl aufgeladen ist, kehrt die Schaltung in einen Ruhezustand zurück, wobei lediglich genügend Strom entnommen wird, um die Ladung am Kondensator C^1-I aufrechtzuerhalten und den Sensor Al zu speisen.

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Der Sensor Al fühlt das Vorhandensein oder Fehlen einer Speisespannung und das Vorhandensein einer Ladung am Kondensator Cl ab. Wenn die Speisequelle an den Anschlüssen Il und 12 abgetrennt wird, bewirkt der Sensor Al, daß der Schalter Sl schließt, wodurch der Kondensator Cl über die Spule L2, die auf diese Weise erregt wird, entladen wird. Stellt der Sensor Al fest, daß der Kondensator Cl entladen ist, bewirkt er, daß der Schalter Sl öffnet und für den nächsten Zyklus bereit ist. Der Schalter Sl kann ein mechanischer Schalter oder ein Halbleiterschalter sein.

In Fig. 13 ist ein entsprechendes Sehaltdiagramm für die Anordnung nach Fig. 12 gezeigt. Die Gleichrichterschaltung Dl ist ein einfacher Halbweggleichrichter, der durch die Diode Dl dargestellt ist. Der Schalter Sl ist ein Thyristor oder ein siliziumgesteuerter Gleichrichter. Der Sensor Al weist einen Transistor Tl auf, der normalerweise diurch die Dioden-Filter-Schaltung der Diode D2, die Widerstände Rl und R2 und den Kondensator C2 stromleitend gehalten wird. Der Kollektor des Transistors Tl führt den Strom über einen Widerstand R4, so daß die Triggerelektrode des Thyristors Sl auf einem Potential unterhalb des Zündpegels gehalten wird. Wenn die Speisequelle zu den Anschlüssen Il und 12 abgetrennt wird, hört der Transistor Tl auf, stromleitend zu sein, und die Triggerelektrode des Thyristors Sl wird über den Widerstand R4 auf den Zündpegel angehoben. Damit schließt Sl und der Kondensator Cl wird über die Spule L2 entladen. Wenn das Potential am Kondensator Cl auf Null fällt, fällt das Potential an der Triggerelektrode des Thyristors Sl auf Null, wodurch die Schaltung geöffnet und für den nächsten Arbeitszyklus bereit ist.

Die Gleichrichterschaltung Dl kann in Form eines Vollweggleichrichters vorgesehen sein, so daß eine Gleichstromverbindung zu den Anschlüssen Il und 12 in bezug auf die Polarität nicht definiert zu sein braucht.

Eei einer Schaltung nach Fig. 13 und einer Betriebsspannung von 240 Volt WS/GS haben die einzelnen Bauteile die folgenden Werte:

R098U/1 OU

26.3.1976 W/He - 17 - Β/ρ 8472

Rl, R2, R4 = 33OkOhm 1/4 Watt

R3 =1 kOhm 1/4 Watt

Cl angepaßt an Ll, L2

C2 = IO uF

Dl, D2, D3 = IN4OO5

Sl = C1O6D1

Tl = BC 109

Die vorbeschriebene Schaltung ermöglicht den Betrieb eines zwei Spulen aufweisenden bistabilen Solenoids aus einer Speisequelle mit nur zwei Zuständen, nämlich "Ein" und "Aus", während normalerweise ein bistabiles Relais zwei Speisequellen erfordert, die abwechselnd die eine oder die andere der Spulen erregt. Die Schaltung kann so ausgelegt sein, daß sie mit jeder Form von WS- oder GS-Speisequelle, die normalerweise verfügbar sind, betrieben werden kann, indem nur zwei oder drei Bauteile geändert werden. Die Schaltung hat einen sehr geringen Ruheenergieverbrauch. Es fließt ein vernachlässigbarer Strom durch die Spulen, mit Ausnahme während der Erregung, wodurch eine minimale Wäreentwicklung entsteht. Die Schaltung ist in Hinblick auf die einzelnen Bauteile billig und die Konstruktion weist genügend kleine Dimensionen auf, daß sie auf den meisten Solenoidrahmen befestigbar ist.

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Claims

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Β/ρ 8472 26. März 1976 W/Ja j

- A* - I

Patentansprüche !

1. Betätigungsvorrichtung, gekennzeichnet durch ein beweglich befestigtes Bauteil (10, 27, 32), das aus magnetischem Material hergestellt | ist oder magnetisches Material aufnimmt, einen Permanentmagnet (14, 30), der das beweglich befestigte Bauteil (10, 27, 32) durch magnetische Anziehung in einer gewünschten, stabilen Position hält, und eine selektiv betätigbare Vorrichtung (16, 31), die so angeordnet ist, daß sie wenigstens in der Lage ist, dem magnetischen Fluß des Permanentmagneten (14, 30) entgegenzuwirken, um eine Verschiebung des beweglich befestigten Bauteiles (10, 27, 32) in eine weitere gewünschte Position zu erleichtern·

2. Betätigungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die selektiv betätigbare Vorrichtung eine Spule (16, 31) aufweist, die so geschaltet ist, daß sie von elektrischem Strom durchflossen wird, der einen magnetischen Fluß erzeugt, welcher dem magnetischen Flußdss Permanentmagneten (14, 30) entgegenwirkt.

3. Betätigungsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet!,

daß da* beweglich befestigte Bauteil (1O) nachgiebig in einer Rich- \ tung von dem Permanentmagneten (14) weg beaufschlagt wird.

4. Betätigungsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein weiterer Permanentmagnet (15) so angeordnet ist, daß er das beweglich befestigte Bauteil ^iO) in die weitere gewünschte Position anzieht.

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5. Betätigungsvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß dem weiteren Permanentmagneten (15) eine selektiv betät$>are Vorrichtung (17) zugeordnet ist, die so angeordnet ist, daß sie wenigstens in der Lage ist, dem Magnetfluß des weiteren Permanentmagneten (15) entgegenzuwirken.

6. Betätigungsvorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Permanentmagnet (14) und der weitere Permanentmagnet (15) ein Paar Ringmagnete (Fig. 7) darstellen, die in axialer Richtung entgegengesetzt magnetisiert sind und die seitlich nebeneinander mit einem dazwischenliegenden Ring aus magnetischem Material (25) angeordnet sind, daß die selektiv betätigbare Vorrichtung (16) und eine weitere selektiv betätigbare Vorrichtung (17) getrennte Spulen auf weisen, von denen jeweils eine in unmittelbarer Nähe eines jeden Ringmagneten (14, 15) angeordnet ist , daß jeweils ein Endbauteil (26) aus magnetische« Material an jedem äußeren Ende der Ringmagneten (14, 15) und Spulen angeordnet ist, und daß das verschiebbar befestigte Bauteil (27) linear zwischen zwei stabilen Positionen von der Nähe eines Endbauteiles (26) zu der Nähe des anderen Endbauteiles verschiebbar ist, wobei das beweglich befestigte Bauteil (27) sich von einem benachbarten Endbauteil (26) zum Ring aus magnetischem Material (25) erstreckt.

7. Betätigungsvorrichtung nach Anspruch 5, gekennzeichnet durch ein rohrförmiges magnetisches Gehäuse (29),eine Vielzahl von in radialer Richtung magnetisieren Permanentringmagneten (30), die symmetrisch längs und innerhalb des Gehäuses (29) im Abstand angeordnet sind, benachbarte Ringmagnete (30), die entgegengesetzt magnetisiert sind, getrennte Spulen (31), die zwischen jedes benachbarte Paar von Ringmagneten (30) eingesetzt sind, und Endabschlußbauteile aus magnetischem Material, die an jedem Ende des Gehäuses (29) angeordnet sind,

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wobei das beweglich befestigte Bauteil (32) in linearer Richtung innerhalb des Gehäuses (29) in eine einer Vielzahl von stabilen Positionen in der Nähe «ines entsprechenden Ringmagneten (30) linear | verschiebbar ist.

8. Betätigungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das beweglich befestigte Bauteil (10) einen weiteren Permanentmagneten (23, 24) aufweist, der von ihm aufgenommen und so angeordnet ist sowie eine solche magnetische Stärke besitzt, daß er als magnetischer Puffer zwischen dem Bauteil(iO) und dem Magneten (14) und/oder dem weiteren Permanentmagneten (15) wirkt.

9. Betätigungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der und/oder der weitere Permanentmagnet (14, 15) so angeordnet ist, daß er einen entsprechenden Schalter (19, 20) betätigt, der so geschaltet ist, daß er im Betrieb elektrischen Strom : durch die Spule (16, 17) schickt. ;

10. Betätigungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch ge- |

kennzeichnet, daß eine Verzögerungsleitung zwischen jeden Schalter j (19, 20) und die entsprechende Spule (14, 15) eingesetzt ist. ι

11· Betätigungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der oder jeder Permanentmagnet (14, 15, 30) poly- ! meres Material, z.B. Samariankobalt aufweist.

j 12. Betätigungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, 8, 9 oder 1Oi, dadurch gekennzeichnet, daß das beweglich befestigte Bauteil (10, 27, 32) ein linear bewegliches, gleitend befestigtes Bauteil darstellt.

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13. Betätigungsvorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß das gleitend befestigte Bauteil den Schieber (1O) eines Schieber-HUlsenventils darstellt.

14. Betätigungsvorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das beweglich befestigte Bauteil (27) so ausgelegt ist, daß es den Schieber des Schieber-HUlsenveniils betätigt.

15. Bistabile Betätigungsvorrichtung, gekennzeichnet durch ein magnetisches Bauteil (115), das beweglich in einem Gehäuse (11O) aus magnetischem Material befestigt ist, eine Permanentmagnetvorrichtung (112)* die so im Gehäuse (110) angeordnet ist, daß das bewegliche magnetische Bauteil (115) einen Teil eines der alternativ bevorzugten Magnet+ flußpfade (A, B) bildet, so daß es positiv durch den magnetischen j Fluß in einer der beiden stabilen Positionen einstellbar ist, und · eine Spulenanordnung (114, 114a), die so ausgelegt ist, daß eine vorbestimmte elektrische Impulserregung im Betrieb bewirkt, daß der Magnetfluß von einem der Pfade (A, B) zum anderen umgelenkt wird und auf diese Weise eine Bewegung des beweglichen magnetischen Bauteils (115) von der einen in die andere der stabilen Positionen ergibt.

16. Bistabile Betätigungsvorrichtung,nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (110) ein rohrförmiges Bauteil mit magnetisch geschlossenen Enden (11) und eine in Längsrichtung verlaufende zentrische Bohrung (113) aufweist, daß die Permanentmagnetvorrichtung

(112) einen oder mehrere Permanentmagneten besitzt, die um die Bohrung

(113) herum innerhalb des Gehäuses und magnetisch mit dem Gehäuse ! (110) gekoppelt in einer zentrischen Längsposition angeordnet und so | magnetisiert sind, daß sie eine etwa radiale Magnetisierungsrichtung ergeben, und daß die Spulenvorrichtung wenigstens eine Spule (114)

■ aufweist, die um die Bohrung (113) herum auf einer Seite des Perma-

h f j 9 ^r>>. 4 4 / 1 0 U U

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nentmagneten (112) angeordnet ist, und das bewegliche, magnetische Bauteil (115) linear innerhalb der Bohrung (113) verschiebbar ist sowie von einem Ende zur Permanentmagnetvorrichtung (112) verläuft.

17, Bistabile Betätigungsvorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Spulenvorrichtung zwei Spulen (114, 114a) aufweist, von denen jeweils eine an jeder Seite der Permanentmagnetvorrichtung (112) angeordnet ist.

18« Bistabile Betätigungsvorrichtung nach Anspruch 16 oder 17, dadurch gekennzeichnet, daß das rohrförmige Bauteil (110) zylindrisch ausgebildet ist und die Permanentmagnetvorrichtung (112) die Form eines radial nagnetisierten Ringmagneten besitzt.

19. Bistabile Betätigungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 16, 17 oder 18, dadurch gekennzeichnet, daß das bewegliche magnetische Bauteil (115) auf einem Bauteil (116) aus magnetischem Material, das sich durch ein oder beide Enden (ill) des Gehäuses (110) erstreckt, angeordnet oder festlegbar ist.

20. Bistabile Betätigungsvorrichtung nach Anspruch 19, dadurch gekannzeichnet, daß die Lagervorrichtung (117) für das nichtmagnetische Bauteil (116) auf einem oder beiden Enden (111) des Gehäuses (110) angeordnet ist· !

21. Bistaiile Betätigungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 15, \6_t 17, 18 oder 19, dadurch gekennzeichnet, daß das bewegliche magnetische Bauteil (115) auf der Betätigungsstange (116) des Schiebers (120) des Schieber-Hülsenventils befestigt ist.

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■ 22. Bistabile Betätigungsvorrichtung nach Anspruch 21, dadurch gekenn-

ί der

' zeichnet, daß /Schieber (120) das einzige Lager für das bewegliche

magnetische Bauteil (115) aufweist. ; 23. Bistabile Betätigungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 15 bis 22,

: dadurch gekennzeichnet, daß die Permanentmagnetvorrichtung (112) aus Samariankobalt besteht.

24. Betätigungsschaltung zur wechselweisen Erregung zweier Spulen einer , elektromagnetischen Vorrichtung, dadurch gekennzeichnet, daß eine Speisequelle (II, 12) so geschaltet ist, daß sie eine Spule (L i) erregt und gleichzeitig einen Kondensator (C 1) lädt, wodurch der Stromabfall an der Speisequelle (ii, 12) auf den Wert roduziert wird, der erforderlich ist, um die Ladung am Kondensator (C 1) aufrechtzuerhalten, und daß eine SpannungsabfUhlvorrichtung (A 1) parallel zur Speisequelle (II, 12) geschaltet ist und bei Aussetzen der Speisung einen Schalter (S 1) betätigt, um den Kondensator (Ci) Über die ι zweite Spule (L 2) zu entladen und den Schalter (Sl) erneut zu öffnen.

25. Elektrische Schaltung, gekennzeichnet durch ein Paar von Eingangsanschlüssen (H, 12) zum Verbinden mit einer elektrischen Speisequelle, erste und zweite AusgangsanschlUsse (01, 02) zum Verbinden «it einer Seite der entsprechenden von zwei Erregerspulen (LI, L2) einer elektromagnetisch betätigten Vorrichtung, ein/aritten Ausgangsanschluß (03) zum Verbinden mit der anderen Seite beider Erregerspulen (LI, L2), eine Vorrichtung zum Verbinden eines Eingangsanschlusses (H) mit den ersten Ausgangsanschluß (01), eine Potentialabfühlvorrichtung (Ti), die parallel zu den beiden Eingangsanschlüssen (H, 12) gelegt ist, einen Kondensator (Ci), der zwischen den anderen Eingangsanschluß (12) und den dritten Ausgangsanschluß (03) gelegt ist, und einen Schalter

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(Si), der zwischen den anderen Eingangsanschluß (12) und den zweiten Ausgangsanschluß (02) gelegt ist, wobei die Abfühlvorrichtung(Tl) so geschaltet ist, daß sie effektiv den Schalter (Si) bei AbfUhlung des Fehlens eines Potentiales an den EingangsanschlUssen (H, 12) schließt.

26. Elektrische Schaltung nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, daß die PotentialabfUhlvorrichtung (Ti) ferner parallel zum Kondensator (Ci) geschaltet und so ausgelegt ist, daß sie den Schalter (Si) bei Feststellung des Fehlens einer Ladung am Kondensator (Ci) erneut öffnet.

27. Schaltung nach einem der Ansprüche 24, 25 oder 26, dadurch gekennzeichnet, daß die Speisequelle oder die Eingangsanschlüsse (H, 12) mit dem Übrigen Teil der Schaltung Über eine Gleichrichterschaltung (01, 02) verbunden sind.

28. Schaltung nach einem der Ansprüche 24 bis 27, dadurch gekennzeichnet, daß der Schalter (Sl) ein Halbleiterschalter ist.

29. Schalter nach Anspruch 28, dadurch gekennzeichnet, daß die Potential-; oder SpannungsabfUhlvorrichtung einen Transistor (Ti) aufweist, der so ausgelegt ist, daß er im Betrieb normalerweise stromleitend ist und so geschaltet ist, daß er Strom aus der Triggerelektrode des Halbleiterschalters (Si) während eines solchen stromleitenden ZuStandes umleitet.

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