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Schaltglied mit Reed(Schutzrohr)-Kontakt
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Die Erfindung betrifft ein Schaltglied für einen Reed(Schutzrohr)-Kontakt
nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Der Einsatz von Reed-Kontakten in der Praxis stößt trotz ihrer an
sich vorhandenen Vorteile auf Schwierigkeiten, da Reed-Kontakte besonders empfindlich
gegenüber Überspannungen, Spannungsspitzen, Oberströmen oder dgl. sind, die zu einem
Verschweißen der Kontakt-Zungen führen können.
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Derartige Schwierigkeiten treten insbesondere auf bei Reed-Kontakten
in einem für sich bekannten magnetischen Näherungs-Schalter (vgl. deutsche Patentanmeldung
P 29 06 522.3-34 der Anmelderin), der besonders rauhen Bedingungen ausgesetzt ist,
nämlich z. B. in Kraftfahrzeug-Waschanlagen, Betonmischanlagen und Aufzügen eingebaut
wird.
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Es ist daher Aufgabe der Erfindung, ein Schaltglied der eingangs genannten
Art zu schaffen, bei dem der Reed-Kontakt vor (in das Netz eingekoppelten) Überspannungen,
Uberströmen od. dgl. geschützt ist.
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Die erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe erfolgt durch die Lehre
nach dem Kennzeichen des Anspruchs 1.
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Bei Auftreten von Uberspannungen am Reed-Kontakt wirkt also der erfindungsgemäß
vorgesehene Triac als Nebenschluß zum Reed-Kontakt, so daß der Reed-Kontakt vor
Überströmen und damit Verschweißen seiner Kontakt-Zungen gesichert ist.
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Vorteilhafterweise wird dabei eine Phasenanschnittsteuerung des Triacs
vermieden.
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Andere bzw. zusätzliche Nebenschlüsse des Reed-Kontakts sind in den
Ansprüchen 2 bis 4 angegeben.
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Auf diese Weise kann neben dem Reed-Kontakt auch der Triac vor übermäßigen
Belastungen wie Überspannungen, Uber-Spannungssteilheiten, Überströmen od. dgl.
geschützt werden.
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Die Ansprüche 5 bis 7 betreffen eine zweckmäßige Anzeige, die die
Fehlersuche bei Ausfall der elektrischen Anlage, in die das Schaltglied eingebaut
ist, erleichtert.
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Dabei gestattet die Anzeige nach dem Anspruch 7 ein Aufleuchten der
Leuchtdiode, wenn der Triac durchgesteuert ist.
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Anhand der Zeichnung wird die Erfindung beispielsweise näher erläutert.
Es zeigen: Fig. 1 das Schaltbild eines Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen
Schaltglieds mit Reed-Kontakt, das über eine Last an eine Wechselspannungsquelle
angeschlossen ist, und Fig. 2 den Spannungsverlauf an verschiedenen Schaltungspunkten
des Schaltglieds von Fig. 1, wobei der Index der einzelnen Spannungen "U" jeweils
die Schaltungspunkte bzw. die Bauelemente des Schaltglieds andeutet, an denen die
jeweilige Spannung "U" auftritt.
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Eine Wechselspannungsquelle WSp mit Polen 1 und 2 ist über eine Last
LA, z. B. einen Elektromotor, an ein Schaltglied S mit Anschlüssen 1a und 2a angeschlossen,
nämlich einerseits unmittelbar vom Pol 1 zum Anschluß 1a und andererseits über die
Last LA vom Pol 2 zum Anschluß 2a.
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Das Schaltglied S besitzt einen Reed(Schutzrohr)-Kontakt RK, der in
für sich bekannter Weise mittels seiner Kontakt-Zungen zwischen einer Offen-Stellung
(gezeigt) und einer Schließ-Stellung (nicht gezeigt) hin- und herbeweglich ist.
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Beim bekannten Stand der Technik ist (in Abweichung von der Zeichnung)
der Anschluß 12 des Reed-Kontakts RK u n m i t -t e 1 b a r mit dem Anschluß 2a
verbunden, so daß je nach Stellung des Reed-Kontakts RK von der Wechselspannungsquelle
WSp Strom durch die Last LA geleitet wird oder nicht.
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Dieser äußerst einfache Aufbau des Schaltglieds S, nämlich nur mit
dem Reed-Kontakt RK, ist jedoch in der Praxis Störungen ausgesetzt, nämlich Überspannungen,
z. B. Induktionsspitzen von bis zu 3 kV mit entsprechender Spannungssteilheit dU/dt,
d.h. sehr starkem hochfrequenten Anteil, vgl.
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z. B. in F i g . 2 d , die die Spannung ULA an der Last LA zeigt,
eine derartige Induktionsspitze ULA , und damit Überströmen, die beim Auftreten-in
der Schließ-Stellung des Reed-Kontakts RK so stark sein können, daß die Kontakt-Zungen
des Reed-Kontakts RK miteinander verschweißt werden, so daß dann unbeabsichtigt
ein Dauer strom von der Wechselspannungsquelle WSp durch die Last LA fließt.
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Ein derartiger Ausfall des Reed-Kontakts RK und damit des gesamten
Schaltglieds S wird erfindungsgemäß in mehrfacher Hinsicht vermieden.
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Ausweislich F i g . 1 ist ein Triac Tr mit seinen Anoden A1 und A2
mit den Anschlüssen 1a bzw. 2a des Schaltglieds S verbunden (die außerdem gezeigte
Anzeige Az, auf die später eingegangen werden wird, ist nur wahlweise im Schaltglied
S vorhanden). Dae Gate (Gatter) G des Triacs Tr ist über einen Schaltleistungs-begrenzenden
Vorwiderstand R1 an den Anschluß 12 des Reed-Kontakts RK angeschlossen.
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Es sei jetzt der Betrieb des insoweit beschriebenen Schaltglieds S
erläutert: F i g . 2 a zeigt den Verlauf der Spannung U zwischen den Anschlüssen
1a und 2a, d.h. die Spannung U1a -2a' bei offenem Reed-Kontakt RK.
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Wenn dann der Reed-Kontakt RK in Schließ-Stellung übergeht aus der
gezeigten Offen-Stellung, wird der Reed-Kontakt RK mit im wesentlichen der Nennspannung
der Wechselspannungsquelle WSp bzw. dem Nennstrom beaufschlagt. Es wird
durch
den Reed-Kontakt RK Strom über den Vorwiderstand R1 zum Gate G des Triacs Tr geführt,
d.h. es fließt ein Steuerstrom in das Gate G, so daß der Triac Tr gezündet wird,
also Strom von der Wechselspannungsquelle WSp .über seine Anoden A1 und A2 durch
die Last LA leitet. Die Spannung Ula-2a nimmt dann den Verlauf gemäß F i g . 2 b
an mit einer maximalen positiven Spannung'von nur 5 V, so daß es ersichtlich wegen
einer entsprechenden Auslegung des Reed-Kontakts RK nicht zu einem Verschweißen
seiner Kontakt-Zungen kommen kann.
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Sollte jedoch eine Überspannung am Reed-Kontakt RK in dessen Schließ-Stellung
auftreten, vgl. z. B. die Induktionsspitze ULA in F i g . 2 d , so würde dieser
auch den Triac Tr beaufschlagen und ihn zünden, sofern die Überspannung die Durchbruchspannung
des Triacs überschreitet, ohne daß zunächst ein Steuerstrom vom Reed-Kontakt RK
in das Gate des Triacs Tr gelangte, so daß ein überstrom dann eben nicht durch den
Reed-Kontakt RK, sondern sogleich durch den Triac Tr fließen würde.
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Ein Zünden des Triacs Tr ohne Steuerstrom in das Gate G kann im übrigen
auch auftreten, wenn die Spannungssteilheit, d.h. der Differentialquotient der Spannung
nach der Zeit ( dU/dt), einen kritischen Wert überschreitet, vgl. ebenfalls z. B.
die Induktionsspitze ULA in F i g . 2 d , so daß auch in diesem Fall der Reed-Kontakt
RK vor einem Uberstrom geschützt wird, indem der Triac Tr ihn von vornherein nebenschließt.
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Ein derartiger Nebenschluß des Reed-Kontakts RK kann auch bei einem
Wert oberhalb der kritischen Spannungssteilheit des Triacs erfolgen, um auch den
Triac Tr zu schützen, indem vorzugsweise gemäß F i g . 1 ein RC-Glied aus einem
ohm'schen Widerstand R und einem Kondensator C vorgesehen ist. Eine größere Spannungssteilheit
entspricht nämlich
(nach der Fourier-Analyse) einem größeren Anteil
von höherfrequenten Wechselspannungskomponenten, für die der Scheinwiderstand des
RC-Glieds besonders gering ist, da bekanntlich der Blindwiderstand eines Kondensators
umgekehrt proportional zur Wechselstromfrequenz ist.
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F i g . 2 e zeigt den Verlauf der Spannung ULA an der Last LA bei
wirksamem RC-Glied, das die Induktionsspitze ULA verbreitert und begrenzt, also
praktisch vom hochfrequenten Anteil befreit, so daß anstelle der Induktionsspitze
Uk der Spannungsimpuls U** auftritt.
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LA LA Ebenfalls kann als Nebenschluß des Reed-Kontakts RK wirken
ein wahlweise vorgesehener spannungsabhängiger Widerstand VR, hier ein Varistor,
dessen Widerstandswert praktisch auf Null fällt, wenn die an ihm anliegende Spannung
seine Durchschaltspannung VVR, vgl. Fig. 2e, überschreitet, die zwischen der Durchbruchspannung
des Triacs Tr und der Wechselspannungsamplitude von der Wechselspannungsquelle WSp
liegt, um so auch den Triac Tr vor übermäßigen Überspannungen zu schützen, vgl.
F i g . 2 f Schließlich ist gemäß F i g . 1 wahlweise vorgesehen eine Anzeige Az
mit einer Leuchtdiode LED, die bei Stromfluß durch die Last LA aufleuchtet. Die
Anzeige Az besitzt in zwei Zweigen parallel zur Leuchtdiode LED antiparallel eine
erste Diode D1 bzw. parallel eine zweite und eine dritte Diode D2 bzw. D3. Auf diese
Weise ist gesichert, vgl. auch F i g 2 c , daß bei der Wechselspannungshalbwelle,
während der die Dioden D2 und D3 leiten, die Leuchtdiode LED aufleuchtet (bei einer
Spannung UAz von 1,4 V), während bei der anderen Halbwelle, während der die Diode
Dl leitet und die Leuchtdiode LED gesperrt ist, eine inverse Spannung von nur 0,7
V an der Leuchtdiode ansteht, was weit unter dem maximal zulässigen Wert der Leuchtdiode
liegt. Falls eine Störung in der das Schaltglied S verwendenden elektrischen Anlage
auftritt,
ist eine vereinfachte Fehlersuche möglich, da man direkt am Schaltglied S den jeweiligen
Schaltzustand optisch feststellen kann.
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Als besonders zweckmäßig hat sich bei der praktischen Erprobung des
erfindungsgemäßen Schaltglieds die folgende Auslegung der Bauelemente erwiesen bei
einer Spannung der Wechselspannungsquelle WSp von UMAX = 311 V bzw. von Ueff = 220
V: Triac Tr = TXD 10 K 60 der Fa. Siemens mit einer Durchbruchspannung ("höchsten
periodischen Spitzensperrspannung") von 600 V, einem oberen Zündstrom von 50 mA
und einer kritischen Spannungssteilheit in beiden Richtungen von 20 V/S; R1 = 150
Q (1/4 W), dadurch kann der Strom durch den Reed-Kontakt RK auf ca. 2 - 2,5 mA begrenzt
werden; R = 150 Q (1/4 W), C = 0,022 ßF; VR = V 250 LA der Fa. General Electric,
Durchschaltspannung ca. 350 V; D1, D2, D3 = 3 x 1 N 4007 der Fa. Siemens.
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