DE2909283C3 - Steuerschaltung für eine Solenoidpumpe - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Steuerschaltung für eine Solenoidpumpe (Magne* tankerpumpe) nach dem Gattungsbegriff des Anspruches L Eine entsprechende Schaltung ist beispielsweise auch in der US-PS 39 42 078 beschrieben, wobei dort die induktive Belastung nicht die Spule einer Solenoidpunv pe ist, sondern eine Zündanlage, welche über einen Zündtransformator impulsweise angesteuert wird. Solenoidpumpen sind besonders zürn Steuern kleiner Durchflußmengen geeignet, wobei das Solenoid der Pumpe intermittierend eine Hin· und Herbewegung eines Kolbens zum Transport einer Flüssigkeit bewirkt. Beispielsweise werden derartige Pumpen zum Steuern der Brennstoffzufuhr zu einem Raumheizgerät eingesetzt. Es ist aus der US-PS 39 42 078 bskannt, die Magnetspule einer derartigen Solenoidpumpe dadurch impulsweise zu beaufschlagen, daß ein Kondensator, welcher über einen Gleichrichter an einer Wechselspannungsquejle liegt, rhythmisch gesteuert über die Magnetspule entladen wird. Zur Steuerung des Entlade-Stromkreises wird hierbei im allgemeinen ein abhängig von einem Triggerkreis durchsehaltbarer und sperrbarer Thyristor vorgesehen.

Bei einer Schaltung der vorgenanntea Art wird also die impulsweise mit einem Strom zu beaufschlagende

ίο Spule in den Entladestromkreis eines Kondensators geschaltet Um zu vermeiden, daß auch der Ladestrom für den Kondensator über die Magnetspule fließt, wird dieser ein in Richtung des Ladestromes gepolter und damit für den Entladestrom undurchlässiger Gleichrich-

•s ter parallel geschaltet

Für insbesondere in vorgenannten Anwendungsfällen vorzusehende Solenoidpumpen ist von besonderer Wichtigkeit, daß die Pumpleistung pro Zeiteinheit und hierzu der der Magnetspule der Pumpe zuzuführende Impulsstrom konstant gehalten wird. Dieses Problem tritt bei einer Zündanlage gemäß der vorgenannten US-PS nicht auf, da dort allein entscheidend ist daß die angelegte Spannuung bei der Freigabe des Entladevorganges ausreicht um die gewünschten Funken hervor- zurufen.

Bei einer Solenoidpumpe führen Spannungsschwankungen am Eingang des Treiberkreises zu einer wesentlichen Veränderung des Entladestromes und damit auch der Pumpenleistung.

Um Spannungsschwankungen innerhalb des Treiberkreises auszugleichen ist bereits in der DE-PS 27 40 214 vorgeschlagen worden, die Kippfrequenz des Triggerkreises spannungsabhängig derart zu steuern, daß bei Absinken der Versorgungsspannung der Entladestrom durch Erhöhen des Schaltzyklus bzw. Verlängern der Schaltzeiten so ausgeglichen wird, daß die Solenoidpumpe in der Zeiteinheit die gleiche Flüssigkeitsmenge fördert Gemäß dem älteren Vorschlag der ebenfalls auf eine

Erfindung der Anmelderin zur vorliegenden Erfindung zurückgeht werden Spannungischwankungen durch Beeinflussung des Triggerkreises entsprechend kompensiert Der vorliegenden Erfindung geht die Erkenntnis voraus, daß nicht nur Änderungen der Vtrsorgungs- spannung zu ungleichmäßigen Förderleistungen führen können, sondern auch Temperaturänderungen, die sich auf den Kapazitätswert des Treiberkondensators und auf den Widerstandswert der Magnetspule selbst auswirken, so daß bei höherer Temperatur die

so Förderleistung der Solenoidpumpe nachläßt Auch andere Umwelteinflüsse können sich auf den Kapazitätswert des Treiberkondensators auswirken.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Treiberschaltung anzugeben, die die Förderleistung einer Solenoidpumpe

in der Zeiteinheit einwandfrei konstant hält, und zwar unabhängig von Änderungen der Ladespannung am

Eingang der Schaltung sowie von Kapazitätsänderung

gen und Widerstandsänderungen im Entladekreis selbst

Diese Aufgabe wird mit einer Steuerschaltung mit

μ den Merkmalen des Patentanspruches 1 gelöst

Bei der Steuerschaltung nach der Erfindung wird also mit Hilfe eines einfachen Meßwiderstandes der Entladestromkreis überwacht, wobei durch Parallelschaltung eines zusätzlichen Kondensators zu dem Meßwiderstand der in der Zeiteinheit fließende Entladestrom kontrolliert und die abhängig von dem Entladestrom am Kondensator auftretende Spannung zur Steuerung der Triggerschaltung herangezogen wird.

Dabei empfiehlt es sich innerhalb der Triggerschaltung einen programmierbaren Unijunktiontransistor vorzusehen, da Ober diesen besonders präzise das Kippverhalten der Triggerschaltung spannungsabhängig, d, h, von der an dem dem Meßwiderstand parallel 5 geschalteten Kondensator auftretenden Spannung zu steuern. Die Verwendung eines Unijunktiontransistors an dieser Stelle ist an sich in Verbindung mit einer Regelschaltung gemäß der oben genannten älteren Patentanmeldung, jedoch nur für eine von der Versorgungsspannung abhängige Steuerung des Triggericreises vorgeschlagen worden.

Einzelheiten und die Vorteile einer Treiberschaltung nach der Erfindung werden im folgenden anhand einiger Schaltungsausführungen in Verbindung mit den anliegenden Zeichnungen erläutert In den Zeichnungen zeigt

Fig. 1 eine Steuerschaltung für eine Solenoidpumpe gemäß dem Stand der Technik,

F i g. 2 bis 4 Steuerschaltungen nach der Erfindung,

Fig.5a eine grafische Darstellung des Zusammenhanges zwischen der Erregerperiode der Pi jaipe und des Spulenerregerstromes und

F i g. 5b eine grafische Darstellung der expotentiellen Veränderung der Spannung am Kondensator C5 in einer Schaltung nach F i g. 2 und 3 in Abhängigkeit von der Zeit

Anhand der F i g. 1 wird, um die Funktionsweise einer Steuerschaltung nach der Erfindung leichter verstehen zu können, zunächst eine Schaltungsausführung gemäß dem Stand der Technik erläutert Bei der in Fig. 1 dargestellten Schaltung wird aus einer Wechselspaunungsquelle AC über einen Gleichrichter SR1 und einen Widerstand R1 ein Kondensator Cl aufgeladen. Parallel zum Kondensator C 1 liegt die Magnetspule 1 einer Solenoidpumpe in Reihe mit einem steuerbaren Thyristor SCRi.

Steuerelektrode des Thyristors SCR 1 liegt an einem Widerstand R 4, welcher mit dem Ausgang einer Triggerdit?de verbunden ist

Über die Triggerdiode werden die von einem Triggerkreis abgeleiteten Triggerimpulse der Steuerelektrode des Thyristors SCR 1 jeweils zugeführt

Der Triggerkreis besteht aus einem veränderlichen Widerstand VT? 1, einem Kondensator C2 und der Triggerciiode TD. Über eine Diode SR 2 wird über Strombegrenzungswiderstände R 2 und R 3 dem Triggerkreis eine Gleichspannung zugeführt

Eine Zenerdiode ZD1 ist mit ihrem einen Ende an dem Verbindungspunk: zwischen den Widerständen R 2 und A3 angeschlossen, während ihr anderes Ende mit der anderen Klemme der Wechselspannungsquelle verbunden ist; die Zenerdiode führt dem Vergleichskreis eine konstante Spannung zu. Ein Kondensator C3 kann parallel zur Zenerdiode ZD1 geschaltet sein, um die Spannung konstant zu halten. Der Widerstand R1 kann als veränderlicher Widerstand ausgeführt sein, falls dies erforderlich ist

Nach Anlegen der Spannung wird der Wechselstrom aus der Wechselspannungsquelle ACüber den Gleich- βο richter SR1 in Form eines Gleichstromes dem Kondensator C1 zugeführt. Der Kondensator C1 kann hierbei bis zum Spitzenwert der Wechselspannung innerhalb eines Zeitintervalles Tcm, welches durch den Widerstand des Widerstandes R 1 und die Kapazität des Kondensators Cl bestimmt ist, aufgeladen werder. Dieser Zeitintervall kann sich auch über mehrere Wechselspannungsperioden erstrecken.

Parallel dazu wird in dem Triggerkreis der Kondensator C2 aufgeladen bis die Spannung an ihm eine Schwellwertspannung der Triggerdäode TD erreicht, worauf diese Diode leitend wird und sich der Kondensator C2 über den Widerstand A4 entlädt, wodurch ein Triggerimpuls erzeugt wird, der der Steuerelektrode des Thyristors SCR 1 zugeführt wird Ein derartiger Triggerimpuls tritt wiederholt mit einem Zeitabstand Ttr auf, wobei der Zeitabstand von der Durchbruchspannung der Zenerdiode ZD1 den Widerstandswerten der Widerstände A3, VR1, der Kapazität des Kondensators C2 und der Schwellwertspannung der Triggerdiode TD abhängt Somit kann die Periode Ttr durch Einstellung des veränderlichen Widerstandes VR I verändert werden.

Durch jeden Triggerimpuls wird der Thyristor SCR I leitend, wodurch sich der Kondensator Cl jeweils über die Magnetspule 1 der Solenoidpumpe entlädt Wenn der Strom durch die Magnetspule 1 fließt, wird die Ladung des Kondensators Cl abp^baut und der Strom durch die Magnetspule 1 hört während der negativen Halbwelle der Wechselspannungsqueüe auf zu fließen, wodurch der Thyristor SCR 1 gesperrt wird. Werden die Zeitintervalle so gewählt daß 7cm kleiner als Ttr ist, kann die Magnetspule 1 mit einem Entladestrom des Kondensators Cl gespeist werden, nachdem der Kondensator Cl bis zum Scheitelwert der Spannungsquelle aufgeladen worden ist, wenn die Anzahl der Entladungen pro Minute mit Hilfe des veränderlichen Widerstandes VR 1 entsprechend eingestellt ist

Eine derart aufgebaute Steuerschaltung ist einfach in ihrem Aufbau. Die Durchflußleistung kann durch Änderung der Periode der Triggerimpulse gesteuert werden, was am einfachsten durch Einstellung des veränderlichen Widerstandes VR1 geschieht

Unabhängig von der Einstellung der Periode der Triggerimpui.se ist aber die Durchflußleistung abhängig von Spannungsschwankungen der Versorgungsspannungsquelle sowie von Änderungen im Kapazitätswert des Ladekondensators C1 sowie des Widerstandsweries der Soleniodspule.

In der Fig.2 ist eine Schakungsausführung einer Steuerschaltung gemäß der Erfindung wiedergegeben, bei der also auch Änderungen in der Versorgungsspannung und insbesondere auch der elektrischen Werte von Kondensator und Magnetspule keine Änderung in der gepumpten Durchflußleistung zur Folge haben.

Zum einfachen Verständnis sind in dieser Figur die den in den Frg.l entsprechenden Elemente mit gleichen Bezugsziffern versehen. Im Entladekreis der Magnetspule 1 ist zusätzlich ein Gleichrichter SR 3 vorgesehen, der parallel zu einer Reihenschaltung dieser Spule 1 und eines Meßwiderstandes /78 liegt Dieser Gleichrichter ermöglicht den Ladestrom für den Kondensator Cl an der Magnetspule 1 vorbei zu führen.

Wenn der Thyristor SCR 1 leitend gesteuert ist, wird der Entladeweg des Kondensators Cl über den Thyristor SCFi, den Meßwiderstand /?8 und die Magnetspule 1 geschlossen, was bedeutet, daß abhängig von der Ladung des Kondensators Cl der Spule i ein Erregerstrom zugeführt wird. Dieser E'Tegerstrom wird über den Meßwiderstand R 8 geführt und baut dort eine Spannung in Übereinstimmung mit der Amplitude auf.

Innerhalb der Kippschaltung ist ein programmierbarer Unijunktiontransistor PUT vorgesehen. Dieser Unijunktiontransistor Ρί/Tist zwischen die Widerstände R 3 und R 4 geschaltet und bildet somit das

Schaltelement des Triggerkreises.

Der Tastkreis des programmierbaren Unijunktiontransistor wird von den Widerständen R6, Rl und einem Feldeffekttransistor FETi gebildet. Weiter ist ein Kondensator C5 voree>«iphen, welcher parallel zwischen die Quellenelektrode und die Steuerelektrode des Feldeffekttransistors FETi geschaltet ist. An diesem Kondensator C5 wird die am MeBwirstand RS gebildete Spannung gespeichert, die von diesem Meßwiderstand über einen Gleichrichter SR 4 und einen Reihenwiderstand R 9 zugeführt wird. Parallel zu dem Kondensator C5 liegt ein Widerstand VR mit einstellbarem Widerstandswert.

Die Anordnung dieser Schaltelemente bewirkt, daß der aus Kondensator C 5, Widerstand R 9, Gleichrichter SR 4 und Meßwiderstand /?8 gebildete Meßkreis den durch die Spule 1 fließenden Strom integriert, und zwar mit einer Ladezeitkonstante, welche durch die Werte des Kondensators C 4 und des Widerstandes R9 bestimmt wird und einer Entladezeitkonstante, welche durch die Werte des Kondensators CA und den veränderlichen Widerstand VR bestimmt wird, wobei die integrierte Spannung der Steuerelektrode des Feldeffekttransistors FETi zugeführt wird.

Sobald bei einer derartigen Schaltungsausführung die Spannung zugeschaltet wird, leitet der Feldeffekttransistor FETi bei einer Vorspannung Null und die Schwingfrequenz des Triggerkreises wird von der Zeitkonstante des Kondensators C2 und des Widerstandes R 3 bestimmt. Nach einem gegeoenen Zeitintervall steigt das Potential an der Anode des programmierbaren Unijunktiontransistors PUT über das Steuerpotential, um den PUT leitend zu machen, wodurch am Widerstand R 4 eine Spannung entsteht, welche der Steuerelektrode des Thyristors SCR 1 im Entladekreis zugeführt wird. Dadurch wird eine gegebene Amplitude des Entladestromes, welcher im Kondensator Cl gespeichert worden war, durch die Spule 1 geführt. Nach der Entladung des Kondensators Ci wird der Thyristor SCR 1 ausgeschaltet, und zwar zu dem Zeitpunkt, in welchem die Spannung der Spannungsquelle ihre Polarität umkehrt und dabei der Strom gleich Null ist.

Dann lädt sich der Kondensator wieder auf. Der durch die Spule 1 fließende Strom wird jeweils gemessen mit Hilfe einer von der Amplitude des Erregerstromes abhängigen Spannung, welche den Kondensator C5 lädt und entlädt und der Steuerelektrode des Feldeffekttransistors FETi zugeführt wird, wodurch die Schwingungsperiode des Triggerkreises gesteuert wird.

Im einzelnen wird also der Kondensator Cl von der Spannungsquelle über die Reihenschaltung aus Widerstand R 1 und Gleichrichter SÄ 1 aufgeladen. Der bei Leiten des Thyristors SCR 1 auftretende Stromfluß wird als am Meßwiderstand RS auftretende Spannung gemessen. Diese Spannung ist negativer als der negative Pol der Spannungsquelle und wird mit Hilfe eines aus dem Kondensator C5 und dem Widerstand R9 gebildeten Stromkreis mit Ladezeitkonstante und einem aus dem Kondensator C5 und dem veränderlichen Widerstand VR gebildeten Stromkreis mit Entladezeitkonstante integriert, wobei die integrierte Spannung der Steuerelektrode des Feldeffekttransistors FETi zugeführt wird. Dieser wird leitend, wenn die Spannung am Kondensator CS, einen Schwellwert erreicht.

Der Triggerkreis umfaßt einen Pl/T-Transistor, an dessen Anode die an der Zenerdiode ZDl liegende konstante Spannung nach einer von der Zeitkonstante des aus Kondensator C 2 und Widerstand R 3 gebildeten Zeitglied liegt. Wenn die zugeführte Spannung höher als das Potential am Verbindungspunkt

s zwischen den Widerständen R 6 und R 7, welche einen Spannungsteiler für die Steuerelektrode des Transistors bilden, ist, wird der Transistor leitend, wodurch eine Spannung am Widerstand R 4 aufgebaut wird. In Abhängigkeit von dieser Spannung wird der Thyristor

ίο SCR I leitend gesteuert. Der Tastkreis des PUT Transistors umfaßt aber einen Spannungsteiler aus Widerständen Rf>, R 7 und dem Feldeffekttransistor FETi, so daß dann, wenn der Feldeffekttransistor nicht leitend ist, die der Steuerelektrode des WTTransistors

r, zugeführte Spannung gleich der Zenerspannung ist, die an der Anode anliegt, wodurch ein Leiten des Transistors PUT verhindert wird. Mit anderen Worten, der Transistor PUT wird nur dann leitend gemacht, wenn der Feldeffekttransistor FETi leitend ist, um das Potential am Verbindungspunkt zwischen den Widerständen /7 6 und R 7 unter die Zenerspannung an der Anode abzusenken. Das Leiten des Feldeffekttransistors FETi wird vom Meßkreis gesteuert, welcher der Steuerelektrode eine Schwellwertspannung in Über- Stimmung mit der Amplitude des durch die Spule 1 fließenden Erregerstromes nach einem gegebenen Zeitintervall zuführt. Wenn z. B. der Stromfluß durch die Spule 1 zunimmt, wird das negative Spannungsniveau auf uas der Kondensator C5 aufgeladen wird,

jo angehoben. Weil diese Spannung über den veränderlichen Widerstand VR entladen werden muß, bevor die Spannung den Schwellwert des Feldeffekttransistors FETi erreicht, wird eine größere Zeitverzögerung bis zum nächsten Auftreten eines Impulses bereitgestellt.

Auf diese Weise wird die Schwingungsperiode des Triggerkreises in Übereinstimmung mit der Amplitude des Erregerstromes durch die Spule 1 gesteuert, wodurch der Solenoidpumpe pro Zeiteinheit eine gleichförmige Erregerleistung zugeführt wird.

In der F i g. 3 ist eine andere Schaltungsausführung der Treiberschaltung nach der Erfindung dargestellt. In diesem Falle ist der Feldeffekttransistor FETi in F i g. 2 durch einen Transistor TrI ersetzt. In dieser Ausführungsform wird beim Einschalten der Spannungsquelle über den veränderlichen Widerstand ein Basisstrom zugeführt, um den Transistor leitend zu machen. Die Schwingfrequenz beim Beginn des Betriebes wird von der Zeitkonstante des Kondensators Cl und des Widerstandes R 3 in der gleichen Weise bestimmt, wie es oben in Verbindung mit dem Ausführungsbeispiel der F i g. 2 beschrieben worden ist.

Eine Variation zu dieser Ausführung ist gestrichelt eingezeichnet, wobei die Widerstände R1 und R 2 kurzgeschlossen sind und die Kathode des Gleichrich ters SR3 mit dem Verbindungspunkt zwischen Spule 1 und Widerstand R 8 verbunden ist

Die Fig.4 zeigt eine mögliche Änderung, gemäß welcher der Kondensator Cf und die Spule 1 in ihrer Anordnung vertauscht sind.

eo Die F i g. 5a zeigt grafisch die Abhängigkeit zwischen Erregerstrom / und Erregerperiode f. Obgleich da eine Verschiebung N vorliegt, welche von dem Ansprechen der Pumpe abhängt ist zu erkennen, daß die in der Fig.5a wiedergegebene Kurve der Entladekennlinie

eines Schaltkreises mit einem Kondensator C5 und einem veränderlichen Widerstand VT? ähnlich ist die als Exponentalkennfinie der Spannung bezüglich der Zeit in der Fig.5b dargestellt ist Folglich entspricht die

Kompensation einer Änderung des Stromwertes, so daß die Schaltung zufriedenstellend auch ohne Zenerdiode ZD2 arbeite', welche zur Steuerung der Spannung vorgesehen ist mit der der Kondensator C\ für bestimmte Werte der Pumpenerregerperiode aufgeladen wird. Sowie es in der F i g. 3 dargestellt ist, wird ein ungefähr linearer Betrieb mit einem Transistor Tr 1 innerhalb eines verringerten Stromwertbereiches bereitgestellt, so daß für praktische Anwendung die Verwendung eines Transistors Tr ί im praktischen Anwendungen die Verwendung eines Transistors Tr 1 im wesentlichen das gleiche Resultat erbringt wie die in

der F i g. 2 dargestellte Ausführungsform.

Aus der vorangehenden Beschreibung ist zu erkennen, daß die Erfindung die Schwingungsperiode des Triggerkreises in Übereinstimmung mit der Amplitude eines Entladestromes steuert, welcher der Spule einer Solenoidpumpe zugeführt wird, wodurch eine stabilisierte Förderleistung der Pumpe bei vorliegenden Schwankungen der Spannung der Spannungsquelle, einer Änderung des Widerstandes der Spule oder einer

Änderung der Kapazität des Kondensators, der den Entladestrom für die Spule bereitstellt, beibehalten wird.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

1. Patentansprüche;

   l_T Steuerschaltung for eine Solenoidpumpe (Magnetankerpumpe), deren Magnetspule (1) in einem einen über einen Gleichrichter (SR 1) und einen Strombegrenzungswiderstand (R 1) aus einer Wechselstromquelle aufladbaren ersten Kondensator (Cl) enthaltenden Entladekreis angeordnet ist, wobei der Mangnetspule ein Gleichrichter (SR 3) parallel geschaltet ist, Ober welchen der Ladestrom für den ersten Kondensator (Ci) geführt wird, und bei dem im Entladekreis ein abhängig von einem Triggerstromkreis (R3, A4, C2, PUT) gesteuerter Thyristor (SCR 1) vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß im Entladestromkreis zur Überwachung des Entladestromes weiter ein Meßwiderstand (R S) vorgesehen ist, dem ein zweiter Kondensator (CS) parallel geschaltet ist, von dessen Ladespannung abhängig der Triggerkreis (R 3, RA, C2, PUT) zur Steuerung des Thyristors (SCR 1) steuerb&pist
2. 2. Steuerschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Kondensator (Ci), die Magnetspule (1) und der Meßwiderstand (R S) in Reihe geschaltet sind und daß der Thyristor parallel zu dieser Reihenschaltung geschaltet ist.
3. 3. Steuerschaltung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Reihenschaltung von erstem Kondensator (CX) Magnetspule (1) mit Meßwiderstand (RS) eine Zenerdiode (ZD 2) parallel geschähet ist
4. 4. Steuerschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dta der ivießwiderstand RS) in Stromrichtung gesehc-n hinter die aus Kondensator (Ci) und Spule (1) gebilde ε Toilreihenschaltung angeordnet ist
5. 5. Steuerschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Triggerkreis einen programmierbaren Unijunktiontransistor (PUT) enthält, dessen Steuerelektrode an einem Zwischenpotential eines aus zwei Widerständen (R6, RT) und einem Feldeffekttransistor (FETi) oder einem Transistor (TR 1) gebildeten Spannungsteiler angeschlossen ist und daß die Steuerelektrode des Feldeffekttransistors (FETi) bzw. die Basis des Transistors (TR 1) mit dem das Steuerpotential führenden Ende des zweiten Kondensators (CS) verbunden ist (F i g. 2 und 3).