DE2919782C2

DE2919782C2 - Einrichtung zur Überwachung des Schaltzustandes eines batteriebetriebenen Elektromagneten, insbesondere eines Hubmagneten eines Hebezeugs

Info

Publication number: DE2919782C2
Application number: DE2919782A
Authority: DE
Inventors: Arthur Kenneth Lincolnwood Ill. Littwin
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1978-06-12
Filing date: 1979-05-16
Publication date: 1986-08-07
Also published as: DE2919782A1; US4208656A

Description

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Überwachung des Schaltzustandes eines batteriebetriebenen Elektromagneten mit den Merkmalen des Oberbegriffs von Patentanspruch 1.

Eine derartige Einrichtung beschreibt die DE-OS 26 512. Dort bildet der Schalttransistor zusammen mit einem Meßwiderstand und der Wicklung eines Magnetventils den Laststromkreis. Die bekannte Einrichtung hat die Aufgabe, den Schalttransistor, z. B. bei Wicklungsschluß, vor Überlastung zu schützen. Es wird daher bei zu hohem Strom abgeschaltet.

Die US-PS 39 97 888 beschreibt eine Einrichtung zur Überwachung des Betriebszustandes eines batteriebetriebenen Elektromotors. Der Elektromotor wird dort vorzugsweise bei selbstfahrenden Hebezeugen, z. B. Gabelstaplern, verwendet. Der Laststromkreis wird mit Hilfe einer Zenerdiode stabilisiert. Parallel in den Laststromkreis ist ein Spannungsteiler eingeschaltet, dessen Spannungsabfall einem Brückenpunkt in der Diagonale einer Widerstands-Brückenschaltung zugeführt wird, deren anderer — in der Diagonalen gegenüberliegender — Brückenpunkt am anderen Ende des Lastslronikreises liegt. Bei zu geringer Batteriespannung wird eine Signalvorrichtung betätigt und schließlich die Steuerschaltung für den Hubmagneten ausgeschaltet, was zu unerträglichen Betriebszuständen führt, wenn das Hebezeug gerade eine Last angehoben hat

Die DE-AS 26 39 233 beschreibt eine Steuerschaltung für einen Elektromagneten mit mehreren Transistor-Stufen in Treibschaltung mit Zenerdioden zur Spannungs-Stabilisierung.

Ausgehend von einer Einrichtung mit den Merkmalen des Oberbegriffs von Patentanspruch 1 liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, diese so auszugestalten, daß bei zu geringer Batteriespannung und/oder zu geringem Strom durch die Wicklung Betriebsunsicherheit und sonst Betriebssicherheit angezeigt wird.

Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt durch die kennzeichnenden Merkmale von Patentanspruch 1.
Zur Einstellung des Schaltzustandes des ersten Transistors kann dessen Basis-Vorspannung über Potentiometer einstellbar sein.

Die Erfindung wird im folgenden anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigt
Fig. 1 eine skizzenhaft dargestellte Ansicht eines Kranes mit Batterie und Hubmagnet,

F i g. 2 ein Schaltbild einer für die Steuerung des Hubmagneten des Krans verwendeten Überwachungseinrichtung ais Ausführungsbeispiel der Erfindung,
F i g. 3 eine skizzenhaft dargestellte Ansicht bestimmter Elemente eines zugehörigen Ladestrom-Meß- und Anzeigegeräts.

F i g. 1 zeigt einen fahrbaren Kran 10 mit einem Ausleger 12 und einem Hubmagneten 14. Der Hubmagnet 14 ist ein Elektromagnet Er hebt eine Last 16.

Der Magnet 14 wird von einer Batterie 18 gespeist. In dem Schaltplan der F i g. 2 ist der Magnet durch seine Wicklung 14 oben und die Batterie 18 ist unten links dargestellt.

Der Schaltplan der F i g. 2 hat einen Neben-Schaltkreis 19 mit Leitern 20 und 22, die von der Batterie 18 zu einem Hauptschalter 24 führen. Ein Transformator 26 mit einer Primärwicklung 26Pund einer Sekundärwicklung 25Shat eine entsprechend ausgelegte Anschlußleitung 28 zur Verbindung mit einem Wechselstromnetz.

Ein Gleichrichter 30 ist vorgesehen mit einem Leiter 31, der von der Sekundärwicklung 26Szum Leiter 20 führt und mit einem Leiter 32, der von der Sekundärwicklung 26Süber einen Ladeschalter 34 zum Leiter 22 führt.

Zum Aufladen der Batterie 18 ist der Anschluß 28 mit

so dem Wechselstromnetz verbunden und der Ladeschalter 34 geschlossen. Nachdem die Batterie aufgeladen ist, wird die Verbindung über den Anschluß 28 gelöst, der Schalter 34 wird geöffnet und die Batterie ist damit betriebsbereit.

Ein Meß- oder Anzeigegerät 36 ist in der Leitung 20 angeordnet. Dieses Meßgerät ist in der F i g. 3 dargestellt. Es hat einen ersten Anzeigebereich 37 mit roten Teilbereichen für die Anzeige des Ladezustandes der Batterie mittels eines Zeigers 38, und einen zweiten ebenfalls mit grünen und roten Teilbereichen ausgestatteten Anzeigebereich 39 für die Anzeige des Battericzustandes, bezogen auf den Magneten 14.

Bei Unterbrechung des Anschlusses 28 und damit Trennung des Transformators vom Netz ist die Batterie zur Stromversorgung des Magnets über den Laststromkreis 40 betriebsbereit. Der positive Leiter 20 führt über den Schalter 24 zu einem Leiter 41, dieser Leiter 41 zu einem Leiter 42, der den Magnet 14 direkt einschließt

und dann mit einem Leiter 43 verbunden ist, der über ein einen Serienwiderstand ausbildendes Potentiometer 44 zu einem anderen Leiter 46 führt, wobei der Leiter 46 wiederum mit einem Leiter 48 verbunden ist, der weiter zum Hauptschalter 24 an der Anschlußseite führt, die dann den negativen Leiter 22 mit der Batterie 18 verbindet

Das Potentiometer 44 hat eine besondere Bedeutung für die Funktion der Steuerung des Magneten, was nachfolgend näher beschrieben wird. Der von dem Magnet ausgehende Leiter 42 führt auch zu einem Leiter 49, der es mit einem anderen Potentiometer 50 verbindet, von dem aus ein weiterer Leiter 52 als Verbindung zu einem Leiter 54 führt

Ein anderer Leiter 56 verbindet beide Potentiometer 50 und 44 und schließt ein Trimmerpotentiometer 58 ein, von dem ein Leiter 60 zur Basis eines ersten Transistors 62 führt der Teil eines transistorisierten, elektronischen Schaltkreises 63 ist

Ein Leiter 64 verbindet den Emitter dieses Transistors 62 mit dem Leiter 48, und ein anderer Leiter 66 führt vom Kollektor des Transistors zu einem Leiter 68, der wiederum die Verbindung mit Leiter 54 herstellt. Der Leiter 68 schließt einen Widerstand 70 ein.

Von dem Leiter 68 führt ein Leiter 72 zur Basis eines zweiten Transistors 74, dessen Emitter durch einen Leiter 76 mit dem Leiter 48 verbunden ist. Vom Kollektor des Transistors 74 führt ein anderer Leiter 78 mit einem Widerstand 79 zum Leiter 52.

Der transistorisierte Schaltkreis 63 schließt auch zwei Treibschaltungen 80 und 82 ein. Die Treibschaltung 80 liegt in Serie und steuert eine erste Signalvorrichtung (Leuchtanzeige) 84 für die Betriebssicherheit (grün). Die Treibschaltung 82 liegt in Serie mit und steuert eine zweite Signalvorrichtung (Warnsignal-Anzeige) 86. Diese schließt eine Leuchte 88 (rot) und parallel dazu ein akustisches Signal 90 (zum Beispiel einen Summer) für eine simultane Betätigung ein.

Die erste Treibschaltung 80 schließt einen ersten Transistor 92 ein, von dessen Basis ein Leiter 94 zum Leiter 78 führt und von dessen Kollektor ein Leiter 96 zu einem Leiter 98 führt, der dann mit einem Leiter 100 verbunden ist Der Emitter des Transistors 92 ist über einen Leiter 102 mit der Basis eines zweiten Ausgangstransistors 104 verbunden, und ein Leiter 108 führt vom Emitter dieses Transistors 104 zum Leiter 48. Vom Kollektor des Transistors 104 kommt ein anderer Leiter 110 und verbindet diesen mit dem Leiter 98.

Von den Leitern 98 und 100 kommt ein weiterer Leiter 112, der wiederum mit einem Leiter 114 verbindet, der zur Basis eines ersten Transistors 116 der zweiten Treibschaltung 82 führt. Ein Leiter 118 führt vom Emitter des Transistors 116 zur Basis des Transistors 120, welcher der zweite Transistor der Treibschaltung 82 ist und ein weiterer Leiter 122 verbindet die Kollektoren dieser zwei Transistoren. Ein Leiter 124 führt vom Emitter des Transistors 120 zum Leiter 48 und ein zusätzlicher Leiter 126 führt vom Leiter 122 und vom Kollektor des Transistors 120 zu einem Leiter 128, der die Warn-Leuchtanzeige 88 einschließt und zu einem weiteren Leiter 130, der die akustische Anzeige 90 einschließt.

Der Leiter 100 führt zum Leiter 41 und schließt einen Gleichrichter 132 ein. Der Leiter 48, annähernd oben in Fig. 2, führt nach rechts und schließt eine Zenerdiode 134 ein. Er ist mit den Leitern 68 und 54 und 100 verbunden.

Für den Betrieb dieser Einrichtung wird in der Ausgangstufe die Anschlußleitung 28 mit Wechselstrom verbunden und der Schalter 34 für das Aufladen der Batterie 18 wird geschlossen, wenn die Batterie nicht voll aufgeladen ist. Wenn die Batterie aufgeladen ist wird der Anschluß 28 vom Netz getrennt und der Elektromagnet 14 durch die Batterie 18 betrieben. Während des Ladevorgangs ist der Hauptschalter 24 offen und während der Benutzung der Anlage der Schalter 24 geschlossen. Das Schließen dieses Schalters speist den Hauptstromkreis 40, bestehend aus den Leitern 20, 41,

ίο 42,43,46,48 und 22 sowie dem Elektromagneten 14.

Während des Betriebs der Einrichtung, wie nachfolgend beschrieben, und insbesondere während des Betriebs des transistorisierten Schaltkreises 63, stellt die Zenerdiode 134 eine stabilisierte Gleichspannung für den transistorisierten Schaltkreis sicher, so daß bei einem durch hohen Strombedarf verursachten Spannungsabfall die Spannung parallel zur Zenerdiode relativ stabil bleibt. Die Zenerdiode bewirkt demzufolge eine Bezugs-Spannungsquelle für den transistorisierten Schaltkreis.

Ist der Hauptstromkreis geschlossen, so ist bei normalem Betrieb der Transistor 62 leitend und über die Leiter 41, 42, 43, 56, 60, 64 und 48 durchgeschaltet. Dieser Zustand des Transistors steht unter Kontrolle der zusammengefaßten Spannung der Potentiometer 44 und 58, und dieser Transistor hält den Transistor 74 nicht-leitend oder gesperrt, wodurch die Transistoren 92 und 104 durchgeschaltet oder leitend sind.

Diese Steuerung wird durch den Spannungsabfall über den Widerstand des Potentiometers 44 im Hauptstromkreis ermöglicht, der eine Ansteuerung für das Durchschalten des Transistors 62 erzeugt, der wiederum einen Strom durch den Widerstand 70 bewirkt. Ein Spannungsabfall über dem Widerstand 70 wird als An-Steuerungsspannung für das Durchschalten des Transistors 74 verwendet. Der Transistor 74 bewirkt über dem Widerstand 79 einen Spannungsabfall, der eine Ansteuerungsspannung für das Durchschalten des Transistors 92 darstellt. Dieser Transistor ist in derTreibschaltung 80 angeordnet, deren Basis mit dem Leiter 78 und dem Kollektor des Transistors 74 verbunden ist. Der Emitter des Transistors 92 ist mit der Basis des Transistors 104 verbunden. Mit dem durchgeschalteten Transistor 74 ist ein Mindest-Spannungsabfall über der Emitter/Kollektor-Strecke dieses Transistors gegeben, der diesen nicht-leitend macht und sperrt Bei normalem Betrieb jedoch, wie weiter oben beschrieben, sind die Transistoren 92 und 104 der Treibschaltung leitend und durchgeschaltet, und dies schaltet die Betriebssicherheit anzeigende erste Signalvorrichtung 84 ein. die in Serie mit diesen Transistoren liegt.

Die Signalvorrichtung 84 liegt auch in Serie mit der Treibschaltung 82. Wenn die Signalvorrichtung angeschaltet ist, sind die Transistoren 116, 120 der Treibschaltung 82 nicht-leitend oder gesperrt und die Signalvorrichtung bleibt ausgeschaltet.

Wenn die Batteriespannung unterhalb des Sicherheitsniveaus abfällt, wird der Transistor 62 nicht-leitend; dies schaltet den Transistor 74 durch, wodurch die Transistoren 92, 104 sperren, worauf die Signalvorrichtung erlischt.

In dieser Phase werden die Transistoren 116, 120 leitend, schalten durch und schließen einer Stromkreis über die zweite Signalvorrichtung 86, die Signale abgibt.

Der große Vorteil dieser Anordnung ist der, daß die Anzeigeleuchten beider Signalvorrichtungen 84, 88 voll ein- und ausgeschaltet werden, zum Unterschied zu einem langsam oder graduellen Ein- und Ausschalten.

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Dieser Triggereffekt erfolgt unter unmittelbarer Steuerung durch das Trimmer-Potentiometer 58.

Ein weiterer wichtiger Vorteil ist der, daß die Signalmittel außer durch Spannungsabfall in der Batterie auch bei Defekten im Stromkreis ein- oder ausgeschaltet werden.

Eine andere Fehlerquelle kann eine temporäre oder zufällige Unfähigkeit der Bedienungsperson sein, das Meßinstrument oder die Anzeige 36 zu überwachen. In einem solchen Fall, und wenn dazu noch ein Defekt auftritt, so weisen die Anzeigeleuchten der Signalvorrichtung 84,88 auf den eingetretenen Zustand hin, zum Beispiel kann die Leuchte 84 aus und die Leuchte 88 an sein. Zusätzlich wird, wenn der Bedienende die Leuchten nicht wahrnehmen kann, das akustische Signal 90 zusammen mit der eingeschalteten Leuchte 88 den Bedienenden darauf aufmerksam machen.

Ein zusätzlicher Vorteil der Einrichtung bezieht sich auf die Tatsache, daß, gegeben durch die Charakteristik des Elektromagnets, der Strom nicht vor der Vollerregung des Elektromagneten seine Spitze erreicht, wenn also die Einrichtung eingeschaltet und der Elektromagnet noch nicht voll erregt ist. Von dem Einschalten der Einrichtung an und bis zur vollen Erregung des Elektromagnets ist der Stromfluß niedrig, die Signalvorrichtung 88 ist an und die Signalvorrichtung 84, die die Betriebssicherheit anzeigt, ist aus, gegeben durch den niedrigen Stromfluß. Der Bedienende erkennt, daß hier kein Defekt vorliegt, sondern daß vielmehr nur eine Anzeige für den Zustand des Elektromagnets gegeben ist, so daß zu diesem Zeitpunkt kein Versuch unternommen werden darf, eine Last zu heben. Wenn der Elektromagnet jedoch dann ausreichend erregt ist, wird der Transistor 62, wie bereits beschrieben, getriggert, die die Betriebssicherheit anzeigende erste Signalvorrichtung 84 geht an und die Warn-Anzeigeleuchte 88 verlöscht. Auch hierbei wird die akustische Signaleinrichtung 90 zusammen mit der Signalleuchte 88 betätigt.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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Claims

Patentansprüche:

1. Einrichtung zur Überwachung des Schaltzustandes eines batteriebetriebenen Elektromagneten, dessen Wicklung in einem Laststromkreis in Serie zu der Batterie und einem Schalter geschaltet ist, wobei der Spannungsabfall über einen im Laststromkreis liegenden Serienwiderstand erfaßt wird und einem ersten Transistor eines Verstärkers zugeführt wird, der eine Überwachungsschaltung ansteuert, die bei fehlerhafter Arbeitsweise eine Signalvorrichtung auslöst, dadurch gekennzeichnet, daß aus dem Laststromkreis (40) eine stabilisierte Spannung mit einer Zenerdiode (134) erzeugt wird, die als Versorgungsspannung für den Verstärker dient und außerdem aji dem einen Ende eines Potentiometers (SD) liegt, an dessen anderes Ende der sich über dem Serienwiderstand (44) im Laststromkreis ergebende Spannungsabfall gelegt ist, wobei der Abgriff des Potentiometers (50) den ersten Transistor (62) so ansteuert, daß dieser bei Sollspannung der Batterie (18) und Sollstrom durch die Wicklung (14) durchgeschaltet ist und in diesem Zustand seinerseits einen zweiten Transistor (74) gesperrt hält, der eine an dessen Emitter-Kollektorkreis liegende erste Transistor-Treiberschaltung (80) für eine Betriebssicherheit anzeigende erste Signalvorrichtung (84) durchschaltet, daß am Emitter-Kollektorkreis des Ausgangstransistors (104) der ersten Transistor-Treiberschaltung eine zweite Transistor-Treiberschaltung (82) liegt, die durch infolge zu geringer Batteriespannung und/oder zu geringen Wicklungsstroms verursachtes Sperren des ersten Transistors (62), folglich Durchschalten des zweiten Transistors (74) und damit Sperren der ersten Transistor-Treiberschaltung (80), durchgeschaltet wird und eine Betriebsunsicherheit anzeigende zweite Signalvorrichtung (86) betätigt.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Einstellung des Schaltzustandes des ersten Transistors (62) dessen Basis-Vorspannung über Potentiometer (50,58) einstellbar ist.