DE3701985A1 - Vorschaltelektronik fuer ein gleichspannungserregbares geraet - Google Patents

Vorschaltelektronik fuer ein gleichspannungserregbares geraet

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DE3701985A1
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resistor
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DE19873701985
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Joachim Dipl Ing Rau
Waldemar Schrul
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Knorr Bremse AG
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Knorr Bremse AG
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    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03K—PULSE TECHNIQUE
    • H03K17/00—Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking
    • H03K17/30—Modifications for providing a predetermined threshold before switching
    • H03K17/302—Modifications for providing a predetermined threshold before switching in field-effect transistor switches
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F7/00—Magnets
    • H01F7/06—Electromagnets; Actuators including electromagnets
    • H01F7/08—Electromagnets; Actuators including electromagnets with armatures
    • H01F7/18—Circuit arrangements for obtaining desired operating characteristics, e.g. for slow operation, for sequential energisation of windings, for high-speed energisation of windings
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H47/00—Circuit arrangements not adapted to a particular application of the relay and designed to obtain desired operating characteristics or to provide energising current
    • H01H47/22—Circuit arrangements not adapted to a particular application of the relay and designed to obtain desired operating characteristics or to provide energising current for supplying energising current for relay coil
    • H01H47/32—Energising current supplied by semiconductor device
    • H01H47/325—Energising current supplied by semiconductor device by switching regulator

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorschaltelektronik für eine gleichspannungserregbare Wicklung eines Gerätes, insbesondere eines Magnetventils.
Derartige Geräte, insbesondere Magnetventile, bedürfen einer bestimmten Spannung bzw. eines bestimmten Anzugstromes, damit sie zu Betätigungsbeginn anziehen. Bei Unterschreiten der hierzu wesentlich niedrigeren Haltespannung bzw. des Haltestroms fallen sie wieder ab. Dies hat angesichts der vielen unterschiedlichen, in Anwendung befindlichen Betriebsspannungen zur Folge, daß eine Vielfalt von spannungszugeordneten Geräten, insbesondere Magnetventilen, benötigt werden, die darüber hinaus bei Überspannung unnötig thermisch belastet werden. Zu beachten ist zudem, daß die Geräte auch bei Unterspannung noch ausreichend erregt werden bzw. anziehen müssen. Die oftmals geforderte Spannungstoleranz von 30% kann von manchen Wicklungen bzw. Magnettypen nicht erfüllt werden.
Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, eine Vorschaltelektronik der eingangs genannten Art zu schaffen, die mit möglichst kleinem Aufwand dafür sorgt, daß eine Wicklung bzw. ein Magnettyp für Magnetventile mit einer wenigstens ihre bzw. seine Nennspannung, gegebenenfalls jedoch auch eine wesentlich höhere Spannung aufweisenden Spannungsquelle betreibbar ist; bei einer Nennspannung von beispielsweise 24 Volt soll die Spannungsquelle zwischen 30 Volt bis beispielsweise über 160 Volt aufweisen können. Diese Aufgabe wird nach der Erfindung dadurch gelöst, daß die von einer entgegen der Stromflußrichtung unter Erregungsspannung öffnenden Freilaufdiode überbrückte Wicklung in Serie zu einem schnellen Leistungsschalter (MOSFET) und einen Shuntwiderstand an eine zur arbeitsrichtigen Erregung der Wicklung zumindest ausreichend dimensionierte Spannungsquelle angeschlossen ist und daß eine aus der Spannungsquelle versorgte Steuerelektronik vorgesehen ist, die, von der am Shuntwiderstand anstehenden Steuerspannung gesteuert, den schnellen Leistungsschalter bei Erreichen eines vorgegebenen Schwellenwertes der Steuerspannung kurzzeitig öffnet.
Durch eine derartige Vorschaltelektronik wird erreicht, daß die Wicklung aus einer Spannungsquelle mit in sehr weiten Grenzen wechselnder Betriebsspannung betreibbar ist, wobei keine Überlastung, insbesondere Überhitzung der Wicklung auftritt. Die Vorschaltelektronik ermöglicht somit, ein eine relativ niedrige Nennspannung aufweisendes Gerät bei vielen unterschiedlichen, höheren Nennspannungen zu nutzen und somit die bisher erforderliche Vielfalt an Geräteausführungen wesentlich zu mindern.
Die nach der weiteren Erfindung zweckmäßige Ausgestaltung der Vorschaltelektronik kann den Unteransprüchen entnommen werden. Um beim Einschalten eines Gerätes ein rasches, vollständiges Erregen der Wicklung und sodann ein Erregthalten mit wesentlich vermindertem Stromfluß zu erreichen, wie es bei einem Magnetventil zum anfangs raschen Durchschalten und dann Halten mit ca. 50% des Nennstroms vorteilhaft ist, ist eine Ausbildung der Vorschaltelektronik nach Unteranspruch 4 und gegebenenfalls den auf diesen rückbezogenen, weiteren Unteransprüchen zweckmäßig.
In den Zeichnungen ist ein Ausführungsbeispiel für eine nach der Erfindung ausgebildete Vorschaltelektronik dargestellt, und zwar zeigt
Fig. 1 ein Blockschaltbild und
Fig. 2 einen mehr ins Einzelne gehenden Schaltplan.
Im Schaltplan sind die Anschlüsse der Operationsverstärker mit den hierfür üblichen Ziffern und die Anschlüsse des schnellen Leistungsschalters mit den üblichen Buchstaben bezeichnet.
Gemäß den Zeichnungen ist eine im weiteren nicht dargestellte Betriebsspannungsquelle durch die Anschlüsse +U B und -OV angedeutet; die Betriebsspannungsquelle liefert, ausgehend von OV an ihrem Minus-Anschluß eine Betriebsspannung +U B , die gemäß zu beschreibendem Ausführungsbeispiel beispielsweise zwischen 30 V bis über 160 V liegen kann.
Gemäß Fig. 1 sind zwischen den Plus-Anschluß +U B und den Minus-Anschluß -OV zueinander parallel drei Anordnungen eingeschaltet, deren erste in Serie zueinander eine Wicklung, insbesondere die Magnetspule 10 eines Magnetventils, einen schnellen Leistungsschalter 11 und einen Shuntwiderstand 12 aufweist; die Magnetspule 10 ist dabei von einer entgegen der Betriebsspannung öffnenden Freilaufdiode 13 überbrückt. Die zweite Anordnung umfaßt dabei in Serie zueinander eine Konstantstromquelle 14 und eine Steuerelektronik 15, welcher eine an einem Abgriff zwischen dem schnellen Leistungsschalter 11 und dem Shuntwiderstand 12 abgegriffene Steuerspannung durch eine Verbindung 16 zugeleitet wird und welche ihrerseits durch eine Verbindung 17 den schnellen Leistungsschalter 11 schaltet. Die dritte Anordnung besteht aus einem möglichst nahe der Spannungsquelle angeordneten Varistor 18, welcher die Vorschaltelektronik gegen Transients, also Spannungsspitzen schützt; nach dem Ausführungsbeispiel vermag der Varistor 18 die Vorschaltelektronik gegen Transients bis zu 1,5 kV- 2 Joule zu schützen.
Durch den Shuntwiderstand 12 wird in die Verbindung 16 eine dem Stromfluß durch die Magnetspule 10 entsprechende Steuerspannung eingespeist. Sobald diese Steuerspannung nach einem Schließen des schnellen Leistungsschalters 11 einen bestimmten Schwellenwert erreicht, öffnet die Steuerelektronik 15 über die Verbindung 17 den schnellen Leistungsschalter 11. Die Magnetspule 10 wird damit von der Spannungsquelle abgetrennt, es fließt jedoch infolge der Anordnung der Freilaufdiode 13 weiterhin ein Strom, welcher durch den Abbau der in der Magnetspule 10 gespeicherten, magnetischen Energie bedingt ist. Die Steuerelektronik 15 schließt den schnellen Leistungsschalter 11 alsbald wieder, so daß die Magnetspule 10 wieder an die Spannungsquelle angeschlossen und ihr Magnetfeld wieder voll aufgebaut wird. Bei Erreichen dieses Zustandes wird auch in die Verbindung 16 wieder eine einem Schwellenwert erreichende Steuerspannung eingespeist, welche die Steuerelektronik 15 zum sofortigen Öffnen des schnellen Leistungsschalters 11 veranlaßt. Dieser Vorgänge wiederholen sich ständig, in der Magnetspule 10 fließt somit ein mittlerer Strom, der von der Höhe der Betriebsspannung U B unabhängig ist, wenn diese nur wenigstens die Nennspannung der Magnetspule 10 erreicht. Die Anordnung wird dabei zweckmäßig derart getroffen, daß der schnelle Leistungsschalter 11 mit einer Frequenz von ca. 500-1000 Hz geschaltet wird.
Mittels der Vorschaltelektronik ist es also möglich, bei einer Nennspannung der Magnetspule 10 von beispielsweise 24 Volt eine Betriebsspannung U B zwischen insbesondere 30 und 160 Volt, also beispielsweise 110 Volt vorzusehen. Die Magnetspule 10 wird bei dieser überhöhten Betriebsspannung U B nicht überlastet, sie wird nicht heiß.
Die Steuerelektronik 15 wird dabei zweckmäßig derart ausgebildet, daß beim Anlegen der Betriebsspannung U B die Magnetspule 1 für vorzugsweise etwa 10 sec insbesondere pulsierend mit Pulsdauern von bis zu ca. 0,15 sec mit dem 1,2fachen Nennstrom, also 1,2×I nenn erregt wird, woraufhin nach dem erstmaligen Öffnen des schnellen Leistungsschalters 11 die Erregung der Magnetspule 10 auf die Hälfte ihres Nennstroms, also auf 0,5×I nenn reduziert wird und während der weiteren, durchgehenden Betriebszeit der Magnetspule 10 reduziert bleibt.
Nach Fig. 2 ist an dem Plus-Anschluß +UB über eine Sicherung 19 eine Stromschiene 20 angeschlossen, welche mit dem Varistor 18, zwei Widerstände R 1 und R 2, der Magnetspule 10 und der Freilaufdiode 13 in Verbindung steht. Der Widerstand R 1 führt zum Kollektor eines Transistors T 1 und der Widerstand R 2 zur Basis des Transistors T 1 und weiter über eine zwei Dioden D 1 und D 2 aufweisende Dioden-Reihenschaltung zu einer Versorgungsschiene 21. Der Emitter des Transistors T 1 ist über einen Widerstand R 3 mit dem Kollektor und über einen weiteren Widerstand R 4 mit der Versorgungsschiene 21 verbunden. Eine mit dem Minus-Anschluß -OV verbundene Minus-Schiene 22 mit dem Varistor 18 in Verbindung. Zwischen die Versorgungsschiene 21 und die Minus-Schiene 22 sind eine Zenerdiode 23 und ein Kondensator C 1 eingeordnet. Eine Serienschaltung von vier Widerständen R 5 bis R 8 zwischen der Versorgungsschiene 21 und der Minusschiene 22 bildet einen Spannungsleiter mit drei Teilerabgriffen 24, 25 und 26. Der erste Teilerabgriff 24 mit niedrigster Spannungsführung führt über einen Widerstand R 12 zum Minus-Eingang 6 eines ersten Operationsverstärkers IC 1-2, der über einen Kondensator C 3 an die Minus-Schiene 22 angeschlossen ist. Die das Steuersignal führende Verbindung 16 ist an den Plus-Eingang 5 des ersten Operationsverstärkers IC 1-2 angeschlossen. Der Ausgang 7 des ersten Operationsverstärkers IC 1-2 ist über einen von einer Diode D 7 überbrückten Widerstand Rk 15 mit dem Minus-Eingang 2 eines zweiten Operationsverstärkers IC 1-1 verbunden. Der zweite, mittlere Teilerabgriff 25 ist an den Plus-Eingang 3 des zweiten Operationsverstärkers IC 1-1 angeschlossen. Zu seiner Stromversorgung ist der zweite Operationsverstärker IC 1-1 mit seinem Anschluß 8 an die Versorgungsschiene 21 und seinem Anschluß 4 an die Minus-Schiene 22 angeschlossen. Vom Ausgang 1 des zweiten Operationsverstärkers IC 1-1 führt die Verbindung 17 zum Steueranschluß G des schnellen Leistungsschalters 11. Der Anschluß D des schnellen Leistungsschalters 11 steht mit der in Fig. 2 gestrichelt dargestellten, lösbar anzuschließenden Magnetspule 10 sowie der Freilaufdiode 13 und der Anschluß S mit der Verbindung 16 und dem Shuntwiderstand 12 in Verbindung.
Die astabile Kippstufe wird von einem dritten Operationsverstärker IC 1-2 gebildet, dessen Ausgang 1 über einen Widerstand R 10 mit seinem Plus-Eingang 3, über einen Widerstand R 11 mit seinem Minus-Eingang 2 und über eine Diode D 5 sowie einen in Serie hierzu geschalteten Widerstand R 13 mit dem Minus-Eingang 6 des ersten Operationsverstärkers IC 1-2 verbunden ist. Der Plus-Eingang 3 des dritten Operationsverstärkers IC 2-1 ist des weiteren über einen Widerstand R 9 an den mittleren Teilerabgriff 25 und der Minus-Eingang 2 ist über eine Diode D 3 an die Versorgungsschiene 21 und einen Kondensator C 2 die Minus-Schiene 22 angeschlossen.
Als Zeitglied ist ein vierter Operationsverstärker IC 2-2 vorgesehen, der zu seiner Stromversorgung mit seinem Anschluß 8 an die Versorgungsschiene 21 und seinem Anschluß 4 an die Minus-Schiene 22 angeschlossen ist. Der die höchste Spannung führende, dritte Teilerabgriff 26 ist an den Minus-Eingang 6 des vierten Operationsverstärkers IC 2-2 angeschlossen. Der Plus-Eingang 5 des vierten Operationsverstärkers IC 2-2 steht über einen von einer Diode D 4 überbrückten Widerstand R 14 mit der Versorgungsschiene 21 und über einen Kondensator C 4 mit der Minus-Schiene 22 in Verbindung. Der Ausgang 7 des vierten Operationsverstärkers IC 2-2 ist über eine Diode 9 an den Minus-Eingang 2 des dritten Operationsverstärkers IC 2-1 angeschlossen.
Von der Minus-Schiene 22 führt eine Schutzdiode D 8 zum Steuereingang G des schnellen Leistungsschalters 11 und eine weitere Schutzdiode D 6 führt dort zur Versorgungsschiene 21. Weiterhin ist ein Kondensator C 1 zwischen die Versorgungsschiene D 21 und die Minus-Schiene 22 eingeschaltet.
Der erste Operationsverstärker IC 1-2 und der dritte Operationsverstärker IC 2-1 sind in nicht dargestellter Weise stromversorgt, sie können wie die beiden anderen Operationsverstärker IC 1-1 und IC 2-2 hierzu an die Versorgungsschiene 21 und die Minus-Schiene 22 angeschlossen sein.
Die Vorschaltelektronik kann vorteilhaft aus Teilen mit folgenden Werten bzw. Handelsbezeichnungen aufgebaut sein:
Die Vorschalteletronik nach Fig. 2 ist an eine ausreichend hohe Betriebsspannung U B von beispielsweise 30 V bis 160 V anzuschließen. Der Varistor 18 baut von der Spannungsquelle eingeleitete Transients von bis zu 1,5 KV bzw. 2 Joule ab. Die aus dem Transistor T 1, den Widerständen R 1 bis R 4 und den Dioden D 1 und D 2 gebildete Konstantstromquelle liefert einen Strom von ca. 1 mA, der unabhängig von der Höhe der Betriebsspannung ist. Die Zenerdiode 23 begrenzt die zwischen der Versorgungsschiene 21 und der Minus-Schiene 22 anstehende Spannung auf maximal ca. 12 V. Der die Widerstände R 5 bis R 8 umfassende Spannungsteiler ist derart abgestimmt, daß am Teilerabgriff 24 etwa 0,45 V, am Teilerabgriff 25 ca. 4 V und am Teilerabgriff 26 ca. 10 V anstehen.
Während des Betriebes der Vorschaltelektronik, nach Abklingen einer später zu beschreibenden Eingangsphase, herrscht am Minus-Eingang 6 des ersten Operationsverstärker IC 1-2 im wesentlichen die Spannung des Teilerabgriffes 24; die Diode D 5 schließt eine nennenswerte Verfälschung dieser Spannung gegen den eine niedrigere Spannung führenden Ausgang 1 des dritten Operationsverstärkers IC 2-1 aus. Es sei angenommen, der schnelle Leistungsschalter 11 habe gerade geschlossen, so daß ein Stromfluß durch die Magnetspule 10 zu fließen beginnt; die Induktivität der Magnetspule 10 bewirkt dabei einen zeitlich verzögerten Stromflußaufbau. Durch den Shuntwiderstand 12 bedingt setzt daher in der Verbindung 16 und damit am Plus-Eingang 5 des ersten Operationsverstärkers IC 1-2 ein von OV beginnender Spannungsaufbau ein. Bis zu diesem Zeitpunkt, an welchem die am Plus-Eingang 5 des ersten Operationsverstärkers IC 1-2 anstehende, ansteigende Spannung die am Minus-Eingang 6 anliegende Spannung erreicht, hält der erste Operationsverstärker IC 1-2 seinen Ausgang 7 spannungslos, wodurch auch am Minus-Eingang 2 des zweiten Operationsverstärkers IC 1-1 keine, an dessen Plus-Eingang 3 jedoch die Spannung des zweiten Teilerabgriffes 25 ansteht. Der zweite Operationsverstärker IC 1-1 hält daher bis zum angegebenen Zeitpunkt seinen Ausgang 1 spannungsführend, wodurch auch der Steuereingang G des schnellen Leistungsschalters 11 spannungsführend ist und der schnelle Leistungsschalter 11 für diese Zeitspanne in seinem geschlossenen Zustand gehalten wird. Sobald die am Plus-Eingang 5 des ersten Operationsverstärkers IC 1-2 anstehende Spannung diejenige des Minus-Eingangs 6 übersteigt, schaltet der erste Operationsverstärker IC 1-2 um, wodurch sein Ausgang 7 spannungsführend wird. Durch die Diode D 7 wird unter rascher Aufladung des Kondensators C 5 der Minus-Eingang 2 des zweiten Operationsverstärkers IC 1-1 ebenfalls sofort spannungsführend mit einer seinen Plus-Eingang 3 übersteigenden Spannung, wodurch der zweite Operationsverstärker IC 1-1 seinen Ausgang 1 spannungsfrei schaltet. Die hierdurch bewirkte Spannungswegnahme vom Steuereingang G des schnellen Leistungsschalters 11 veranlaßt letzteren zu sperren, wodurch der Stromfluß von der Stromschiene 20 durch die Magnetspule 10 zur Minus-Schiene 22 rasch unterbrochen wird und damit die Steuerspannung in der Verbindung 16 und am Plus-Eingang 5 des ersten Operationsverstärkers IC 1-2 sofort zu OV wird. An der Magnetspule 10 induziert das zuvor aufgebaute, nun zusammenbrechende Magnetfeld einen Stromfluß durch die Freilaufdiode 13, die Magnetspule 10 wird also von einem sich abschwächenden Stromfluß durchsetzt. Der erwähnte Spannungsabfall am Plus-Eingang 5 des ersten Operationsverstärkers IC 1-2 bewirkt dessen sofortige Rückschaltung, wobei sein Ausgang 7 spannungslos wird. Der Kondensator C 5 beginnt sich nun über den Widerstand R 15 zu entladen, wobei die am Minus-Einganng 2 des zweiten Operationsverstärkers IC 1-1 anstehende Spannung absinkt. Sobald die am Minus-Eingang 2 des zweiten Operationsverstärkers IC 1-1 anstehende Spannung die an seinem Plus-Eingang 3 anstehende Spannung unterschreitet, schaltet der zweite Operationsverstärker IC 1-1 seinen Ausgang 1 wieder spannungsführend, wodurch der schnelle Leistungsschalter 11 wieder schließt. Damit setzt wieder ein ansteigender Stromfluß von der Stromschiene 20 durch die Magnetspule 10 zur Minus-Schiene 22 mit entsprechendem Steuerspannungsaufbau in der Verbindung 16 ein. Die geschilderten Vorgänge wiederholen sich periodisch mit einer von der vorhandenen Betriebsspannung U B abhängigen Frequenz von ca. 500-1000 Hz. Die Magnetspule 10 wird dabei von einem abwechselnd ansteigenden und abfallenden Stromfluß durchsetzt, wobei sie im Mittel mit etwa der Hälfte ihres Nennstromes durchsetzt wird, was ausreicht, um einen bereits angezogenen Anker angezogen zu halten.
Zum Anziehen der Magnetspule 10 beim Einschalten der Vorschaltelektronik ist die bereits erwähnte Einschaltphase vorgesehen, während welcher die Magnetspule 10 von einem erhöhten Stromfluß der beispielsweise den etwa 1,2fachen Wert ihres Nennstromes aufweisen kann, durchsetzt wird. Beim Einschalten der Vorschaltelektronik beginnt sich der zuvor entladene Kondensator C 4 über den Widerstand R 14 allmählich aufzuladen. Solange die am Plus-Eingang 5 des vierten Operationsverstärkers IC 2-2 anstehende Spannung die am Minus-Eingang 6 herrschende Spannung des dritten Teilerabgriffes 26 unterschreitet, hält der vierte Operationsverstärker IC 2-2 seinen Ausgang 7 auf niedriger Spannung. Der dritte Operationsverstärker IC 2-1 kann während dieser Zeitspanne im Zusammenwirken mit dem Kondensator C 2 und den Widerständen R 9, R 10 und R 11 als astabile Kippstufe mit eine Einschaltzeit von ca. 0,15 sec als eine erste Zeitspanne und einer Auszeit von ca. 3 sec arbeiten. Immer dann, wenn der Ausgang 1 des dritten Operationsverstärkers IC 2-1 während der ersten Zeitspanne spannungsführend ist, wird über die Diode D 5 und den Widerstand R 13 die am Minus-Eingang 6 des ersten OperationsverstärkerS IC 1-2 anstehende Spannung über den Wert der am ersten Teilerabgriff 24 anstehenden Spannung angehoben, wodurch das Öffnen des schnellen Leistungsschalters 11 erst bei entsprechend erhöhter Steuerspannung in der Verbindung 16 und damit erhöhtem Stromfluß durch die Magnetspule 10 erfolgt. Während der nachfolgenden Auszeit des dritten Operationsverstärkers IC 2-1 während der nachfolgenden Zeitspanne von ca. 3 sec sinkt die Spannung am Minus-Eingang 6 des ersten Operationsverstärkers IC 1-2, wieder ab, so daß durch entsprechend verringerte Schließzeiten des schnellen Leistungsschalters 11 auch der mittlere Erregungsstrom für die Magnetspule 10 absinkt. Mit einer Periodendauer von ca. 3 sec wiederholen sich diese Vorgänge. Sobald der Kondensator C 4 ausreichend aufgeladen ist, was nach einer zweiten Zeitspanne von ca. 10 sec nach dem Einschalten der Vorschaltelektronik der Fall ist, schaltet der vierte Operationsverstärker IC 2-2 seinen Ausgang 7 auf Spannung, wodurch der Minus-Eingang 2 des dritten Operationsverstärkers IC 2-1 durch die Diode D 9 derart spannungsführend wird, daß dieser dritte Operationsverstärker IC 2-1 für die restliche Einschaltzeit der Vorschaltelektronik abgeschaltet bleibt und am Minus-Eingang 6 des ersten Operationsverstärkers IC 1-2 somit keine Spannungsüberhöhung mehr auftreten kann. Während der Einschaltphase wird also die Magnetspule 10 mit überhöhten Stromimpulsen erregt, wodurch ein sicheres Anziehen gewährleistet ist.
Durch Änderungen am Spannungsteiler R 5 bis R 8 bzw. an Shuntwiderstand 12 können die am Minus-Eingang 6 des ersten Operationsverstärkers IC 1-2 anstehende Referenzspannung des ersten Teilerabgriffes 24 bzw. der Aufbau der Steuerspannung geändert werden, wodurch der Stromfluß durch die Magnetspule 10 den jeweils bestehenden Erfordernissen anpaßbar ist. Die Länge der Einschaltphase ist durch entsprechende Änderung des ein Zeitglied darstellenden Kondensators C 4 mit Widerstand R 14 justierbar und die erste sowie zweite Zeitspanne können durch entsprechende Änderungen an der astabilen Kippstufe sowie die Spannungsüberhöhung durch Ändern der Lage des zweiten Teilerabgriffes 25 eingestellt werden. Durch Änderung am Kondensator C 5 und/oder Widerstand R 15 ist die Öffnungszeit für den schnellen Leistungsschalter 11 justierbar. Bei einem Schaden begrenzt die Sicherung 19 die Belastung der Magnetspule 10, so daß letztere nicht durchbrennen kann.
  • Bezugszeichenliste AnschlußU B Betriebsspannung10Magnetspule11schneller Leistungsschalter12Shuntwiderstand13Freilaufdiode14Konstantstromquelle15Steuerelektronik16Verbindung17Verbindung18Varistor19Sicherung20Stromschiene21Versorgungsschiene22Minus-Schiene23Zenerdiode24Teilerabgriff25Teilerabgriff26TeilerabgriffIC 1-2OperationsverstärkerIC 1-1OperationsverstärkerIC 2-1OperationsverstärkerIC 2-2Operationsverstärker

Claims (18)

1. Vorschaltelektronik für eine gleichspannungserregbare Wicklung (10) eines Gerätes, insbesondere eines Magentventils, dadurch gekennzeichnet, daß die von einer entgegen der Stromflußrichtung unter Erregungsspannung öffnenden Freilaufdiode (13) überbrückte Wicklung (10) in Serie zu einem schnellen Leistungsschalter (11) und einen Shuntwiderstand (12) an eine zur arbeitsrichtigen Erregung der Wicklung (10) zumindest ausreichend dimensionierte Spannungsquelle (U B ) angeschlossen ist und daß eine aus der Spannungsquelle (U B ) versorgte Steuerelektronik (15) vorgesehen ist, die von der am Shuntwiderstand (12) anstehenden Steuerspannung gesteuert den schnellen Leistungsschalter (11) bei Erreichen eines vorgegebenen Schwellenwertes der Steuerspannung kurzzeitig öffnet.
2. Vorschaltelektronik nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerelektronik (15) den schnellen Leistungsschalter (11) nach seinem Öffnen für eine vorgegebene Zeitspanne geöffnet hält.
3. Vorschaltelektronik nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Schwellenwert und die Zeitspanne derart vorgegeben sind, daß der schnelle Leistungsschalter (11) mit einer Frequenz von ca. 500 bis 1000 Hz geschaltet wird.
4. Vorschaltelektronik nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß beim Einschalten des Gerätes der Schwellenwert für eine bestimmte, erste Zeitspanne erhöht wird, so daß die Wicklung (10) von einem ihren Nennstrom übersteigenden Stromfluß durchsetzt wird, und daß anschließend durch entsprechendes Abstimmen der Schließ- und Öffnungsphasen des schnellen Leistungsschalters (11) ein mittlerer Stromfluß von etwa der Hälfte des Nennstromes erfolgt.
5. Vorschaltelektronik nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Erhöhung des Schwellwertes periodisch wiederholt wird und daß diese Wiederholung nach einer zweiten, im Vergleich zur ersten langen Zeitspanne nach dem Einschalten der Vorschaltelektronik abgebrochen wird, so daß nach der zweiten Zeitspanne nur noch der Haltestrom fließt.
6. Vorschaltelektronik nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Zeitspanne ca. 0,15 sec, die zweite Zeitspanne ca. 10 sec beträgt und daß die Erhöhung des Schwellenwertes innerhalb der zweiten Zeitspanne periodisch etwa alle 3 sec erfolgt.
7. Vorschaltelektronik nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerelektronik (15) durch eine Konstantstromquelle (14) gespeist wird.
8. Vorschaltelektronik nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß parallell zur Konstantstromquelle (14) und Steuerelektronik (15) an die Spannungsquelle U B ein Varistor (18) angeschlossen ist.
9. Vorschaltelektronik nach Anspruch 5, gekennzeichnet durch einen der Konstantstromquelle (14) nachgeschalteten Spannungsteiler (R 5 bis R 8) zum Vorgeben des Schwellenwertes.
10. Vorschaltelektronik nach den Ansprüchen 1 bis 5 und 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Spannungsteiler (R 5 bis R 8) wenigstens zwei in Serie zueinander angeordnete Widerstände (R 5 bis R 7 und R 8) aufweist, daß ein erster Teilerabgriff (24) zwischen den Widerständen (R 5 bis R 7 und R 8) mit einem ersten Eingang (6) eines ersten Operationsverstärkers (IC 1-2) verbunden ist, an dessen zweiten Eingang (5) die Steuerspannung ansteht und dessen Ausgang (7) über einen zweiten Operationsverstärker (IC 1-1) den schnellen Leistungsschalter (11) steuert, und daß dem ersten Eingang (6) des ersten Operationsverstärkers (IC 1-1) eine von einer Einschaltelektronik gesteuerte Überlagerungsspannung zum Erhöhen des Schwellenwertes aufprägbar ist.
11. Vorschaltelektronik nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den ersten Teilerabgriff (24) und den ersten Eingang (6) des ersten Operationsverstärkers (IC 1-2) ein Widerstand (R 12) und zwischen den ersten Eingang (6) und ein O-Potential (O-Schiene 22) ein Kondensator (C 3) eingeschaltet sind.
12. Vorschaltelektronik nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausgang (7) des ersten Operationsverstärkers (IC 1-2) über eine von einem Widerstand (R 15) überbrückte Diode (D 7) mit einem über einen Kondensator (C 5) an das O-Potentional (O-Schiene 22) angeschlossenen, ersten Eingang (2) des zweiten Operationsverstärkers (IC 1-1) verbunden ist, daß ein zweiter Teilerabgriff (25) des Spannungsleiter R 5 bis R 8) mit höherer Spannung als der erste Teilerabgriff (24) an den zweiten Eingang (3) des zweiten Operationsverstärkers (IC 1-1) angeschlossen ist und daß der Ausgang (1) des zweiten Operationsverstärkers (IC 1-1) mit dem Steuereingang (G) des schnellen Leistungsschalters (11) in Verbindung steht.
13. Vorschaltelektronik nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die auf ca. 1 mA eingestellte Konstantstromquelle (14) zwischen den Pluspol (+UB) der Spannungsquelle und eine ca. +12 V führende Versorgungsschiene (21) eingeordnet ist.
14. Vorschaltelektronik nach Anspruch 6 und 10, dadurch gekennzeichnet, daß eine Einschaltelektronik (IC 2-1 und IC 2-2) mit einer astabilen Kippstufe (IC 2-1) vorgesehen ist, deren Einschaltzeit der ersten Zeitspanne entspricht und deren Ausschaltzeit ca. 3 sec beträgt und deren Ausgang (1 des IC 2-1) über eine Diode (D 5) und einen Widerstand (R 13) an den ersten Eingang (6) des ersten Operationsverstärkers (IC 1-2) angeschlossen ist, und daß ein Zeitglied (IC 2-2) vorgesehen ist, welches beim Einschalten der Vorschaltelektronik gestartet wird und bei Ablauf der zweiten Zeitspanne die astabile Kippstufe (IC 2-2) stillsetzt.
15. Vorschaltelektronik nach den vorstehenden Ansprüchen 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Einschaltelektronik als astabile Kippstufe einen dritten Operationsverstärker (IC 2-1) aufweist, dessen ersten Eingang (2) über eine Diode (D 3) an die Versorgungsschiene (21) und einen Kondensator (C 2) an das O-Potential (O-Schiene 22) und einen Widerstand (R 11) an den Ausgang (1) des dritten Operationsverstärkers (IC 2-1), dessen zweiter Eingang (3) ebenfalls über einen Widerstand (R 10) an den genannten Ausgang (1) und über einen weiteren Widerstand (R 9) an den zweiten Teilerabgriff (25) und dessen genannten Ausgang (1) über eine Diode (D 5) und einen Widerstand (R 13) an den ersten Eingang (6) des ersten Operationsverstärkers (IC 1-2) angeschlossen ist.
16. Vorschaltelektronik nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Einschaltelektronik als Zeitglied einen vierten Operationsverstärker (IC 2-2) aufweist, dessen erster Eingang (6) an einen dritten Teilerabgriff (26) des Spannungsteilers (R 5 bis R 8) mit höherer Spannung als der zweite Teilerabgriff (25), dessen zweiter Eingang (5) über einen Widerstand (R 14) und eine Diode (D 4) an die Versorgungsschiene (12) sowie einen Kondensator (C 4) an das O-Potential (O-Schiene 22) und dessen Ausgang (7) über eine Diode (D 9) an den ersten Eingang (2) des dritten Operationsverstärkers (IC 2-1) angeschlossen ist.
17. Vorschaltelektronik nach den vorstehenden Ansprüchen 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen die Versorgungsschiene (21) und das O-Potential (O-Schiene 22) zueinander parallel ein Kondensator (C 1) und eine Zenerdiode (23) eingeschaltet sind und daß der Steuereingang (G) des schnellen Leistungschalters (11) über Schutzdioden (D 6, D 8) mit der Versorgungsschiene (21) und dem O-Potential (O-Schiene 22) verbunden ist.
18. Vorschaltelektronik nach den vorstehenden Ansprüchen 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Konstantstromquelle (14) einen Transistor (T 1) aufweist, dessen Basis über einen Widerstand (R 2) an die Betriebsspannung (+UB) und über eine Diodenreihenschaltung (D 1, D 2) an die Versorgungsschiene (21) und dessen durch einen Widerstand (R 3) verbundene Kollektor und Emitter über weitere Widerstände (R 1, R 4) an die Betriebsspannung (+U B ) und die Versorgungsschiene (21) angeschlossen sind.
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