DE29703143U1 - Schaltung zur Betätigung eines Magnetankers eines Elektromagneten - Google Patents
Schaltung zur Betätigung eines Magnetankers eines ElektromagnetenInfo
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Description
HERION-WERKE GmbH & Co. KG,
Stuttgarter Str. 120, 70736 Fellbach
Schaltung zur Betätigung eines Magnetankers eines
Elektromagneten
Die Erfindung betrifft eine Schaltung zur Betätigung eines Magnetankers eines Elektromagneten, insbesondere
für Gleichstrommagnetventile, mit einer durch eine Steuerschaltung mit Strom beaufschlagbaren Magnetspule,
durch die der Magnetanker betätigbar ist.
Elektromagneten kommen auf den unterschiedlichsten technischen Gebieten zum Einsatz. Sie finden sich
beispielsweise in Gleichstrommagneten oder auch in Schaltrelais u.dgl.
In allen diesen Fällen sind Schaltungen zur Betätigung des Magnetankers derartiger Elektromagneten vorgesehen,
welche die Magnetspule mit einem Strom beaufschlagen, so daß der Magnetanker durch das auf diese Weise
entstehende Magnetfeld angezogen wird. Durch den Magnetanker wird beispielsweise ein Magnetventil
geöffnet oder im Falle eines Relais beispielsweise ein Stromkreis geschlossen.
Der Anzugsstrom, d.h. der an der Magnetspule anliegende Strom, um den Magnetanker anzuziehen, und der Abfallstrom,
d.h. der an der Magnetspule anliegende Strom, der zur Verhinderung eines Abfalls des Magnetankers
notwendig ist, differieren nun sehr stark. Der Abfallstrom beträgt etwa nur 10 bis 15 % des Anzugstroms. Es
ist mit anderen Worten ein wesentlich höherer Anzugsstrom zum Betätigen des Magnetankers erforderlich als
zum Halten des Magnetankers in der angezogenen Position.
Bei bekannten Schaltungen zur Betätigung eines Magnetankers eines Elektromagneten wird nun die Magnetspule
durch die Steuerschaltung mit einem konstanten Strom beaufschlagt, der im wesentlichen dem Anzugsstrom des
Elektromagneten entspricht. Dieser Strom wird so lange beibehalten, bis beispielsweise ein Magnetventil je
nach Ausführungsform wieder geöffnet oder geschlossen
werden soll oder der Stromkreis eines Relais wieder geöffnet oder geschlossen werden soll.
Unvorteilhaft bei einer derartigen bekannten Schaltung
ist nun, daß in der Phase, in der der Magnetanker bereits angezogen ist und lediglich sein Abfallen
verhindert werden soll, ein größerer Strom an der Spule anliegt als es erforderlich ist, was einen höheren
Energieverbrauch der gesamten Schaltung nach sich zieht.
Darüber hinaus sind verhältnismäßig große Spulen erforderlich, um die zum Anziehen des Magnetankers
erforderliche Feldstärke zu erzeugen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schaltung zur Betätigung eines Magnetankers eines Elektromagneten
der gattungsgemäßen Art derart zu verbessern, daß bei möglichst geringem Energieverbrauch der
Schaltung der Magnetanker zuverlässig angezogen und in seiner angezogenen Position gehalten werden kann.
Diese Aufgabe wird bei einer Schaltung zur Betätigung eines Magnetankers eines Elektromagneten der eingangs
beschriebenen Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Magnetspule zwei Teilspulen umfaßt, die mittels der
Steuerschaltung für einen vorgegebenen Zeitraum zunächst parallel und im Anschluß daran hintereinander
schaltbar sind.
Die Aufteilung der Magnetspule in zwei Teilspulen, die mittels der Steuerschaltung für eine vorgegebene Zeit
zunächst parallel und im Anschluß daran hintereinander schaltbar sind, ermöglicht auf besonders vorteilhafte
Weise, daß zum Anziehen des Magnetankers ein wesentlich höherer Magnetstrom und damit ein höheres Magnetfeld
zur Verfügung steht als zum Halten des Magnetankers in der angezogenen Position. Durch die Parallelschaltung
der beiden Teilspulen für einen vorgegebenen Zeitraum wird nämlich zunächst ein verhältnismäßig hoher
Anzugstrom sichergestellt. Durch die anschließende Hintereinanderschaltung der beiden Teilspulen wird
daraufhin nur noch der Abfallstrom, d.h. der Strom, der verhindert, daß der Magnetanker in seinem angezogenen
Zustand abfallen kann, zur Verfügung gestellt.
Besonders vorteilhaft bei dieser Schaltung ist es insbesondere auch, daß die die beiden Teilspulen
umfassende Spule wesentlich kleiner ausgelegt werden kann, als es bei herkömmlichen Magnetspulen, die in
Elektromagneten für Gleichstrommagnetventile oder Relais zum Einsatz kommen, der Fall ist.
Hinsichtlich der Ausbildung der beiden Teilspulen sind die unterschiedlichsten Ausführungen denkbar. Beispielsweise
ist vorgesehen, daß beide Teilspulen die gleiche Induktivität aufweisen. In diesem Falle
entspricht der Abfallstrom und damit die Abfallfeldstärke, d.h. der Strom und die Feldstärke, die vorhanden
sind, wenn die beiden Teilspulen hintereinander geschaltet sind, etwa einem Viertel des Anzugsstroms
und der Anzugsfeldstärke, d.h. etwa einem Viertel des Stromes und der Feldstärke, die vorhanden sind, wenn
die beiden Teilspulen parallel geschaltet sind. Es hat sich gezeigt, daß dieses Verhältnis der beiden Ströme
und Feldstärken bei den meisten Elektromagneten sehr vorteilhaft ist.
Alternativ hierzu können die beiden Teilspulen aber auch unterschiedliche Induktivität aufweisen. Hierdurch
kann jedes Verhältnis von Anzugsstrom und damit Anzugsfeldstärke und Abfallstrom und damit Abfallfeldstärke
eingestellt werden.
Rein prinzipiell können die beiden Teilspulen auf die unterschiedlichste Art und Weise hergestellt sein. Eine
vorteilhafte Ausführungsform sieht vor, daß die beiden
Teilspulen ineinander gewickelt sind. Dies ermöglicht insbesondere eine sehr vorteilhafte, da besonders
schnelle und kostengünstige simultane Herstellung der
beiden Teilspulen durch simultanes Ineinanderwickeln des Spulendrahts der beiden Teilspulen. Möglich ist es
aber auch, daß die beiden Teilspulen hintereinander gewickelt sind. Auch in diesem Falle können die beiden
Teilspulen simultan hergestellt werden.
Hinsichtlich der Steuerschaltung wurden bislang keine näheren Angaben gemacht. Rein prinzipiell können zur
Ansteuerung der beiden Teilspulen die unterschiedlichsten Schaltungen in Frage kommen. Beispielsweise wäre
die Ansteuerung durch eine mikrocomputergesteuerte Schaltung möglich. Zum Einsatz könnte auch eine
speicherprogrammierbare Schaltung gelangen. Ein vorteilhaftes, da einfach herzustellendes und besonders
kostengünstiges Ausführungsbeispiel sieht vor, daß die Steuerschaltung eine Transistorschaltung mit zwei
Transistoren umfaßt, deren Basis über jeweils ein RC-Glied
ansteuerbar ist und in deren Kollektorkreise jeweils die beiden Teilspulen, miteinander über eine
Diode verbunden, angeordnet sind.
Eine derartige Transistorschaltung ermöglicht auf einfache Weise ein Parallelschalten der beiden Teilspulen
für eine vorgegebene, von den RC-Gliedern bestimmte Zeitspanne und ein anschließendes Hintereinanderschalten
der beiden Teilspulen über die Diode.
Um einen Verpolungsschutz zu ermöglichen, ist vorzugsweise vorgesehen, daß eine Diode in Reihe zu der
Transistorschaltung geschaltet ist.
Um die Schaltung gegen Überspannung zu sichern, ist darüber hinaus vorteilhafterweise vorgesehen, daß eine
weitere Diode parallel zu der Transistorschaltung geschaltet ist.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung sind Gegenstand der nachfolgenden Beschreibung sowie der
zeichnerischen Darstellung eines Ausführungsbeispiels.
In der Zeichnung zeigen:
Fig. 1 ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Schaltung zur Betätigung eines
Magnetankers eines Elektromagneten,-
Fig. 2 schematisch eine durch die in Fig. 1 dargestellte Schaltung herbeiführbare Reihenschaltung
der beiden Teilspulen und
Fig. 3 den Verlauf des Stromes über der Zeit der in den beiden in Fig. 1 dargestellten Teilspulen
fließt für den Fall gleicher Induktivität der beiden Teilspulen.
Ein Ausführungsbeispiel einer Schaltung zur Betätigung eines Magnetankers eines Elektromagneten für ein
Gleichstrommagnetventil MV, dargestellt in Fig. 1,
umfaßt eine Spule mit zwei Teilspulen Ll, L2 und eine Transistorschaltung mit zwei Transistoren Tl und T2.
Die Basis des Transistors Tl ist über ein RC-Glied, das
aus einem Widerstand Rl und einem Kondensator Cl gebildet ist, ansteuerbar.
Die Basis des Transistors T2 ist ebenfalls über ein RC-Glied,
das aus einem Widerstand R2 und einem Kondensator C2 gebildet ist, ansteuerbar.
Im Kollektorkreis des als PNP-Transistor ausgebildeten Transistors Tl ist die erste Teilspule Ll angeordnet,
wohingegen im Kollektorkreis des als NPN-Transistor ausgebildeten Transistors T2 die zweite Teilspule L2
geschaltet ist. Durch die beiden Teilspulen Ll und L2 ist über einen gemeinsamen Magnetkern das Magnetventil
MV ansteuerbar. Die beiden Kollektorkreise der Transistoren Tl und T2 und damit die beiden Teilspulen Ll und
L2 sind über eine Diode Dl miteinander verbunden.
Als Verpolungsschutz ist in Reihe zu der Transistorschaltung eine Diode D2 geschaltet, ferner ist, um
einen Überspannungsschutz zu gewährleisten, parallel zu der Transistorschaltung eine Diode D3 in Sperrichtung
geschaltet.
Wenn an die in Fig. 1 dargestellte Schaltung eine Spannung angelegt wird, so liegen die beiden Teilspulen
Ll und L2 zunächst über die durchgesteuerten Transistoren Tl und T2 parallel. Nach Ablauf einer vorgegebenen
Zeitspanne, in der sich die beiden Kondensatoren Cl und C2 über die Widerstände Rl und R2 so weit aufgeladen
haben, daß der Steuerstrom der Transistoren Tl und T2 gegen Null geht, diese also sperren, werden die
Spulenhälften über die Diode Dl in Reihe geschaltet, wie es in Fig. 2 schematisch dargestellt ist. Die
aufgenommene Leistung und somit auch der magnetische Fluß sinken dabei auf einen Wert, der durch das
Verhältnis der beiden Teilspulen Ll und L2 bestimmt ist. Sofern beide Teilspulen Ll und L2 die gleiche
Induktivität aufweisen, beträgt die aufgenommene Leistung und der magnetische Fluß etwa ein Viertel des
Einschaltwertes.
Der Stromverlauf über der Zeit ist in Fig. 3 schematisch dargestellt. Die erforderliche Zeitspanne zum
Anziehen des Magnetankers At ist in der Regel sehr kurz, in den meisten Fällen kurzer als 10 ms. Die RC-Glieder,
bestehend aus den Widerständen Rl, R2 und den Kondensatoren Cl, C2, werden daher so gewählt, daß die
Transistoren erst dann sperren, wenn sichergestellt ist, daß der Magnetanker auch durch die beiden Spulen
Ll und L2 auch angezogen wurde. Die Größe der Widerstände Rl und R2 und der Kondensatoren Cl und C2 werden
daher so festgelegt, daß die Zeitspanne, in der die beiden Teilspulen Ll und L2 parallel geschaltet sind,
etwa 0,1 bis 0,2 see beträgt.
Die Leistungsaufnahme und das Verhältnis der beiden Teilspulen Ll und L2 wird so festgelegt, daß die
Feldstärke, die vorhanden ist, wenn die beiden Teilspulen Ll und L2 hintereinander geschaltet sind, noch
ausreicht, um den Magneten in der angezogenen Position zu halten. In den meisten Fällen werden die Teilspulen
Ll und L2 so gewählt, daß sie die gleiche Induktivität aufweisen.
Der Strom, der bei Hintereinanderschaltung durch die beiden Spulen Ll und L2 fließt, wird dabei so festgelegt
bzw. eingestellt, daß die resultierende Feldstärke der beiden Stromspulen Ll und L2 ausreicht, um den
Magnetanker in seiner angezogenen Position zu halten {Abfallstrom).
Es wird daher vorteilhafterweise eher ein höherer
Anzugsstrom, d.h. der Strom, der fließt, wenn die beiden Teilspulen Ll und L2 parallel geschaltet sind,
in Kauf genommen, da dieser nur über einen kurzen Zeitraum von etwa 0,1 bis 0,2 see anliegt und sodann
auf den Abfallstrom absinkt (vgl. Fig. 3).
Die beiden Teilspulen Ll und L2 können beispielsweise durch simultanes Ineinanderwickeln zweier Spulendrähte
ausgebildet sein, sie können auch durch simultanes paralleles Aufwickeln zweier Spulendrähte hergestellt
sein.
Der Vorteil der beschriebenen Schaltung liegt darin, daß ein hoher Anzugsstrom lediglich dann anliegt, wenn
tatsächlich auch der Magnetanker angezogen wird, jedoch nicht mehr, wenn sich der Magnetanker bereits in seiner
angezogenen Position befindet. Die obenbeschriebene Schaltung ermöglicht so auch auf besonders vorteilhafte
Weise eine beträchtliche Energieeinsparung.
Claims (8)
1. Schaltung zur Betätigung eines Magnetankers eines Elektromagneten, insbesondere für Gleichstrommagnetventile
(MV) , mit einer durch eine Steuerschaltung mit einem Strom beaufschlagbaren Magnetspule,
durch die der Magnetanker betätigbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Magnetspule zwei
Teilspulen (Ll, L2) umfaßt, die mittels der Steuerschaltung für eine vorgegebene Zeitspanne
(At) zunächst parallel und im Anschluß daran hintereinander schaltbar sind.
2. Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß die beiden Teilspulen (Ll, L2) die gleiche Induktivität aufweisen.
. Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Teilspulen (Ll, L2) unterschiedliche
Induktivitäten aufweisen.
4. Schaltung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Teilspulen (Ll, L2)
ineinander gewickelt sind.
1 &igr;
5. Schaltung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Teilspulen (Ll, L2)
hintereinander gewickelt sind.
. Schaltung nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerschaltung
eine Transistorschaltung mit zwei Transistoren (Tl, T2) umfaßt, deren Basis über jeweils ein RC-Glied
{Rl, Cl; R2, C2) ansteuerbar ist und in deren Kollektorkreise jeweils die beiden Teilspulen
(Ll, L2) miteinander über eine Diode (Dl) verbunden angeordnet sind.
7. Schaltung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet,
daß eine Diode (D2) in Reihe zu der Transistorschaltung geschaltet ist.
8. Schaltung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß eine Diode (D3) parallel zu der
Transistorschaltung in Sperrichtung geschaltet ist.
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Country Status (1)
Country | Link |
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Effective date: 19970619 |
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R150 | Utility model maintained after payment of first maintenance fee after three years |
Effective date: 20000310 |
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R151 | Utility model maintained after payment of second maintenance fee after six years |
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R152 | Utility model maintained after payment of third maintenance fee after eight years |
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R071 | Expiry of right |