DE3741619A1 - Steuerschaltungsanordnung fuer magnetventile - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Steuerschaltungsanordnung für Magnetventile, mit einem während eines vorgebbaren Zeit­ intervalls ab dem Beginn eines Schaltsignals für das Magnet­ ventil dieses mit einem höheren Anzugsstrom beaufschlagenden Zeitglied, wobei nach Ablauf des Zeitintervalls ein geringe­ rer Haltestrom bis zum Ende des Schaltsignals fließt.

Zur Verhinderung der Erwärmung von Magnetventilen und zur Reduzierung des Stromverbrauchs ist es bekannt, Magnet­ ventile zunächst mit einem hohen Anzugsstrom zu beaufschla­ gen, der ein sicheres Anziehen des Magnetventils gewähr­ leistet und danach auf einen deutlich geringeren Haltestrom umzuschalten, der die Aufrechterhaltung des angezogenen Zustands des Magnetventils gewährleistet. Beispielsweise wird ein bestimmtes Magnetventil während einer Zeitdauer von 20 msec mit einem Anzugsstrom von 220 mA beaufschlagt, wonach der Strom dann auf 17 mA reduziert wird. Schaltungen zur Realisierung einer derartigen Funktion sind vor allem in analoger Realisierung bekannt. Um reproduzierbare Verhält­ nisse zu erreichen, müssen die Steuerspannungen sehr exakt vorgegeben werden. Darüber hinaus sind große Steuerleistungen erforderlich. Auch der Integrierbarkeit und Anordnung auf engstem Raum sind systematische Grenzen gesetzt, insbe­ sondere hinsichtlich der erforderlichen Kondensatoren.

Eine Aufgabe der Erfindung besteht daher darin, eine Steuer­ schaltungsanordnung für Magnetventile der eingangs ange­ gebenen Gattung zu schaffen, die bei geringer Steuerleistung einen größeren Steuerspannungsbereich zuläßt und eine Anord­ nung auf engstem Raum ermöglicht.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß ein den Stromfluß auf das Magnetventil schaltender Halb­ leiterschalter vorgesehen ist, dem eine logische Gatter­ anordnung vorgeschaltet ist, wobei an diese das Ausgangs­ signal des durch das Schaltsignal triggerbaren Zeitglieds sowie das Ausgangssignal eines Taktgenerators angelegt ist.

Die angegebene digitale Schaltungsanordnung benötigt eine so geringe Steuerleistung, daß sie durch TTL- und HCMOS- Schaltungen steuerbar ist. Der Steuerspannungsbereich kann durch einfache Maßnahmen in weiten Grenzen variierbar ausge­ staltet werden. Für die Gatteranordnung können handels­ übliche Mehrfach-Schaltkreise eingesetzt werden, die die Anordnung einfach im Aufbau und kostengünstig herstellbar machen. Dabei ist der Platzbedarf so gering, daß vorzugs­ weise die Anordnung in einem Verbindungsstecker oder einer Verbindungskupplung zum Magnetventil möglich wird.

Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im Anspruch 1 angegebenen Steuerschaltungsanordnung möglich.

Ein besonders einfaches Zeitglied in Verbindung mit der erforderlichen Gatteranordnung besteht aus einem über einen Widerstand aufladbaren Kondensator. Dabei ist der Widerstand vorzugsweise durch eine den Kondensator bei Spannungsaus­ fall entladende Diode überbrückt. Dies hat den Vorteil, daß der Kondensator beim Wiedereinschalten der Spannung zunächst wieder geladen werden muß, so daß während der Ladezeit wieder der erhöhte Anzugsstrom fließen kann.

Durch die Verwendung eines negierenden Gatters der Gatter­ anordnung als einziges aktives Bauelement eines als Takt­ generator eingesetzten astabilen Multivibrators wird nicht nur ein sehr einfacher und kostengünstiger Multivibrator geschaffen, sondern dieses Gatter erfüllt darüber hinaus als weitere Funktion die einer Gatteranordnung bzw. eines Teils dieser Gatteranordnung. Dabei enthält die Gatter­ anordnung zweckmäßigerweise nur einen Gattertyp, um kosten­ günstig und platzsparende Mehrfach-Gatter verwenden zu können, die in einem einzigen Bauteil integriert sind. Der verwendete Gattertyp ist bei einer Ausführung in posi­ tiver Logik ein NAND-Gatter und in negativer Logik ein NOR-Gatter. Auf diese Weise läßt sich die Schaltungsanordnung durch einfaches Austauschen des oder der Gatter durch den anderen Gattertyp, durch umgekehrte Polung verwendeter Dioden und durch Ersetzen des Halbleiterschalters durch einen vom entgegengesetzten Leitfähigkeitstyp schnell und kostengünstig von positiver Logik auf negative Logik oder umgekehrt umstellen. Dies bedeutet, daß beispielsweise eine einzige gedruckte und mit passiven Bauelementen be­ stückte Platine für beide Logik-Arten verwendbar ist, wobei jeweils nur die aktiven Bauelemente ersetzt oder umgedreht werden müssen.

Eine besonders einfache Schaltungsausführung ergibt sich dadurch, daß das Gatter im Multivibrator das einzige Gatter der Gatteranordnung ist und ausgangsseitig mit dem Steuer­ eingang des Halbleiterschalters verbunden ist, wobei das Schaltsignal auch direkt dem nicht mit dem Halbleiterschalter verbundenen Anschluß des Magnetventils zugeführt ist. Da ein derartiges Gatter üblicherweise als Vierfach- oder Sechsfach-Gatter in einem integrierten Bauelement erhältlich ist, können vier bzw. sechs derartiger Schaltungsanordnungen mit Hilfe eines einzigen IC realisiert werden, der bei der Umstellung auf eine andere Art der Logik lediglich ausgetauscht zu werden braucht. Die Umstellung kann daher besonders einfach und kostengünstig erfolgen, so daß eine vielseitige Anwendbarkeit gegeben ist.

Liegt nur ein schwaches Schaltsignal vor, das zur direkten Steuerung des Magnetventils nicht ausreicht, so wird das Gatter im Multivibrator über ein zweites identisches Gatter mit dem Steuereingang des Halbleiterschalters verbunden, wobei das Schaltsignal für das Magnetventil über eine aus identischen weiteren Gattern bestehende Verstärkerschaltung einem Eingang des weiteren Gatters zugeführt ist. Bei dieser Ausführung können Schaltsignale sehr geringer Leistung verwendet werden, wobei eine Festspannungsquelle zur Er­ regung des Magnetventils über den Halbleiterschalter vorge­ sehen ist.

Eine weitere zweckmäßige alternative Ausführung besteht darin, daß dem Zeitglied eine invertierende, insbesondere als Schmitt-Trigger ausgebildete Schwellwertstufe nachge­ schaltet ist, deren Ausgang sowie der des Taktgenerators mit einem zur Gatteranordnung gehörenden ersten Gatter eingangsseitig verbunden sind, dessen Ausgang sowie das Schaltsignal an einem zweiten Gatter anliegen. Bei einer Ausführung in positiver Logik ist das erste Gatter als ODER-Gatter und das zweite Gatter als UND-Gatter ausgebildet, wobei bei einer Ausführung in negativer Logik die Reihen­ folge umgekehrt ist. Hier kann somit durch Vertauschen der beiden Gatter, durch umgekehrte Polung der verwendeten Dioden und durch Ersetzen des Halbleiterschalters durch einen vom entgegengesetzten Leitfähigkeitstyp eine schnelle Umstellung der Logik-Ausführung erfolgen. Die insbesondere als gedruckte Platine ausgebildete Platine selbst bleibt dabei unverändert und kann für beide Ausführungen in iden­ tischer Weise verwendet werden, wie dies vorstehend bereits ausgeführt wurde.

Zur Entkoppelung sind das Potential des Schaltsignals auf das zweite Gatter sowie auf das Zeitglied übertragene Dioden mit einer durch dieses Schaltsignal beaufschlagbaren Eingangsklemme verbunden, die über einen Widerstand am Null-Potential liegt. Auch bei dieser Anordnung können Schaltsignale sehr geringer Leistung verwendet werden, wobei die Spannung des Schaltsignals in weiten Grenzen sehr variabel sein kann, indem diese Dioden eine Einspeisung von hohen Spannungen in die Schaltungsanordnung verhindern.

Eine einfache Überwachung des Schaltsignals oder von diesem abgeleiteten Signalen erfolgt zweckmäßigerweise durch eine Leuchtdiode, die in Reihe zu einem Strombegrenzungswider­ stand geschaltet an der zu überwachenden Stelle angeordnet ist.

Die Anordnung der Schaltungsanordnung in einem Verbindungs­ stecker oder einer Verbindungskupplung zum Magnetventil wird durch den geringen Platzbedarf dieser Schaltungsanord­ nung ermöglicht. Dabei können auch Vielfachstecker oder Vielfachkupplungen für mehrere Magnetventile vorgesehen sein, wobei durch die Verwendung von Mehrfach-Gattern die Zahl der benötigten integrierten Bausteine geringer als die der anzusteuernden Magnetventile ist. Durch die Unter­ bringung in einem Stecker bleibt auch beim Austausch eines oder mehrerer Magnetventile die Einschaltfunktion erhalten.

Die Versorgungsspannung für verwendete Halbleiter-Bauelemente wird zweckmäßigerweise aus dem Schaltsignal abgeleitet, sofern dieses genügend leistungsstark für die Ansteuerung des Magnetventils ist. In diesem Falle werden nur zwei Zuleitungen benötigt.

Bei leistungsschwachen Schaltsignalen ist eine zusätzliche Schaltspannungsleitung für das Magnetventil erforderlich, aus der wiederum die Versorgungsspannung für verwendete Halbleiter-Bauelemente in der Schaltungsanordnung selbst abgeleitet werden kann. In beiden Fällen genügt hierzu eine Z-Diode, die über einen Widerstand mit dem Schalt­ signal oder der Schaltspannung für das Magnetventil verbunden ist. Der Spannungswert sowohl des Schaltsignals als auch der der Schaltspannung kann somit in weiten Grenzen vari­ ieren und für verschiedene Arten von Magnetventilen ausgelegt werden, ohne daß dies die Funktion und die Arbeitsfähigkeit der Logik-Bauelemente beeinträchtigt.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 ein erstes Ausführungsbeispiel einer derartigen Schaltungsanordnung für leistungsstarke Schalt­ signale mit einem einzigen Gatter,

Fig. 2 ein zweites Ausführungsbeispiel für leistungs­ schwache Schaltsignale mit einer Verstärkeranord­ nung,

Fig. 3 ein Signaldiagramm zur Erläuterung der Wirkungs­ weise des in Fig. 2 dargestellten Ausführungs­ beispiels,

Fig. 4 ein drittes Ausführungsbeispiel, das im wesent­ lichen dem zweiten Ausführungsbeispiel entspricht, jedoch in negativer Logik ausgeführt ist,

Fig. 5 ein viertes Ausführungsbeispiel mit einem inver­ tierenden Schmitt-Trigger und

Fig. 6 ein fünftes, weitgehend dem vierten Ausführungs­ beispiel entsprechendes Ausführungsbeispiel, jedoch in negativer Logik ausgeführt.

Bei dem in Fig. 1 dargestellten ersten Ausführungsbeispiel wird ein Magnetventil 10 mittels eines Schaltsignals ge­ steuert, das an zwei Klemmen 11, 12 angelegt wird. Die Klemme 12 stellt dabei das Null- bzw. Masse-Potential dar. Das Magnetventil 10 ist vereinfacht als Wicklung darge­ stellt, die über zwei Klemmen 13, 14 mit der Schaltungs­ anordnung verbunden ist. Diese Schaltungsanordnung kann beispielsweise in einem Verbindungsstecker 15 eingebaut sein, wobei die Klemmen 13, 14 dann die Steckerstifte bzw. -kupplungen darstellen, während an den Klemmen 11, 12 ein Zuführungskabel befestigt ist.

Zur Bildung der für integrierte Bauelemente, insbesondere Logik-Bauelemente, erforderlichen Betriebsspannung U von gewöhnlich 5 Volt sind die Klemmen 11, 12 miteinander über die Reihenschaltung eines Widerstands 16 mit einer Z-Diode 17 verbunden. Die Z-Diode 17 weist in diesem Falle eine Z-Spannung von 5 Volt auf, wobei die an der Z-Diode 17 anliegende Spannung einer Betriebsspannungsklemme 18 zuge­ führt ist. Ein aus der Reihenschaltung eines Widerstands 19 mit einem Kondensator 20 bestehendes Zeitglied ist zwi­ schen die Betriebsspannungsklemme 18 und die Klemme 12 geschaltet. Die Kondensatorspannung des Kondensators 20 ist einem astabilen Multivibrator zugeführt, der aus einem NAND-Gatter 21, zwei Widerständen 22, 23, einer Diode 24 sowie einem Kondensator 25 besteht. Dabei ist die Konden­ satorspannung des Kondensators 20 einem Eingang des NAND- Gatters 21 zugeführt, dessen Ausgang über den einen Wider­ stand 22 mit seinem zweiten Eingang verbunden ist. Parallel zum Widerstand 22 ist die Reihenschaltung des anderen Wider­ stands 23 mit der Diode 24 geschaltet, wobei deren Anode an den Ausgang des NAND-Gatters 21 angeschlossen ist. Weiter­ hin ist der zweite Eingang dieses NAND-Gatters 21 über den Kondensator 25 an die Klemme 12 gelegt.

Der Ausgang des NAND-Gatters 21, der auch den Ausgang des astabilen Multivibrators darstellt, ist über einen Wider­ stand 26 mit der Basis eines npn-Leistungstransistors 27 verbunden, dessen Emitter an die Klemme 12 und dessen Kollek­ tor an die Klemme 14 angeschlossen ist. Die beiden Klemmen 13, 14 sind über eine Freilaufdiode 28 für das Magnetventil 10 miteinander verbunden.

Die Reihenschaltung eines Widerstands 29 mit einer Leucht­ diode 30 ist zwischen die Klemmen 18 und 12 geschaltet.

Liegt kein Schaltsignal an den Klemmen 11, 12 an, so kann auch keine Betriebsspannung erzeugt werden, wodurch die Kondensatoren 20, 25 entladen sind und das Magnetventil 10 nicht erregt werden kann.

Tritt nun ein Schaltsignal auf, so liegt an der Betriebs­ spannungsklemme 18 die Betriebsspannung U an, durch die über den Widerstand 19 ein Ladevorgang für den Kondensator 20 beginnt. Gleichzeitig wird die Leuchtdiode 30 einge­ schaltet, die dadurch das Vorhandensein des Schaltsignals anzeigt.

Zu Beginn des Ladevorgangs des Kondensators 20 liegt an dem damit verbundenen Eingang des NAND-Gatters 21 ein logi­ sches Null-Signal, durch das der Ausgang mit einem logischen Eins-Signal beaufschlagt wird. Durch dieses wird über die Diode 24 und den Widerstand 23 sowie über den Widerstand 22 der Kondensator 25 ebenfalls geladen. Weiterhin bewirkt das Eins-Signal am Ausgang des NAND-Gatters 21 ein Leitend­ werden des Transistors 27 und damit ein Schalten des Magnet­ ventils 10. Der durch dieses Magnetventil zu diesem Zeitpunkt fließende Strom ist ein sehr hoher Anzugsstrom, der das sichere Schalten gewährleistet.

Überschreitet infolge der fortschreitenden Ladung die Konden­ satorspannung des Kondensators 20 einen Wert, der vom NAND- Gatter 21 als Eins-Signal interpretiert wird, so wechselt das Signal am Ausgang dieses NAND-Gatters 21 infolge des zu diesem Zeitpunkt ebenfalls geladenen Kondensators 25 von einem Eins-Signal zu einem Null-Signal. Der Transistor 27 wird dadurch gesperrt. Der Kondensator 25 entlädt sich über den Widerstand 22, bis seine Kondensatorspannung vom NAND-Gatter 21 als Null-Signal interpretiert wird, worauf dessen Ausgangssignal wiederum zu einem Eins-Signal wird, das den Transistor 27 wieder stromleitend schaltet. Der Multivibrator 21 bis 25 erzeugt dadurch eine Signalfolge hoher Frequenz, die von den Werten der Widerstände 22, 23 und vom Wert des Kondensators 25 abhängt. Diese Frequenz beträgt beispielsweise 20 kHz, um außerhalb des Hörbereichs zu bleiben, so daß ein Abfallen des Magnetventils 10 durch diese schnellen Signalwechsel nicht möglich ist. Das Tast­ verhältnis wird ebenfalls durch die Werte der Widerstände 22, 23 vorgegeben und bestimmt den effektiven Strom durch das Magnetventil 10. Dieser Strom ist gegenüber dem anfäng­ lichen Anzugsstrom deutlich reduziert, beispielsweise auf 1/10 bis 1/20 seines ursprünglichen Wertes. Dieser geringe Haltestrom reicht aus, das Magnetventil 10 im angezogenen Zustand zu halten. Erst bei Wegfall des Schaltsignals fällt das Magnetventil 10 wieder in seinen ursprünglichen Zustand zurück, und die Kondensatoren 20-25 können sich vollständig entladen.

Das in Fig. 2 dargestellte zweite Ausführungsbeispiel ent­ spricht prinzipiell dem ersten Ausführungsbeispiel, wobei sich entsprechende Bauteile mit denselben Bezugszeichen versehen sind. Im Unterschied zum ersten Ausführungsbeispiel ist die nunmehr beschriebene Schaltungsanordnung für Schalt­ signale geeignet, die zu leistungsschwach sind, um das Magnetventil 10 zu schalten oder um die Betriebsspannung für die elektronischen Bauelemente daraus abzuleiten. Aus diesem Grunde wird über eine weitere Klemme 31 eine Ver­ sorgungsspannung von 24 Volt als Schaltspannung für das Magnetventil 10 der Klemme 31 zugeführt. Die Klemme 31 ist zur Erzeugung der Betriebsspannung an der Klemme 18 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel mit dem Widerstand 16 und der Z-Diode 17 verbunden, so daß an der Klemme 18 wiederum die erforderliche Betriebsspannung von 5 Volt anliegt.

Die Klemme 11 ist über einen Widerstand 32 mit der das Null-Potential führenden Klemme 12 verbunden. Weiterhin ist diese Klemme 11 mit den Kathoden zweier Dioden 33, 34 verbunden, wobei die Anode der Diode 34 mit den beiden Eingängen eines NAND-Gatters 35 sowie mit dem Verknüpfungs­ punkt zwischen dem Widerstand 19 und dem Kondensator 20 verbunden ist. Die Anode der Diode 33 ist über einen Wider­ stand 36 an die Klemme 18 sowie an einen Eingang eines weiteren NAND-Gatters 37 angeschlossen, dessen zweiter Eingang mit dem Ausgang des NAND-Gatters 35 verbunden ist. Der Ausgang dieses NAND-Gatters 37 ist über ein weiteres NAND-Gatter 38 mit dem Widerstand 26 verbunden, über den gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel die Steuerung des Transistors 27 erfolgt.

Das Zeitglied 19, 20 sowie der astabile Multivibrator 21-25 entsprechen dem ersten Ausführungsbeispiel, wobei nunmehr der Ausgang dieses astabilen Multivibrators an den zweiten Eingang des NAND-Gatters 38 angeschlossen ist. Die Diode 24 im astabilen Multivibrator ist gegenüber dem ersten Ausführungsbeispiel umgekehrt gepolt, wodurch der Widerstand 23 nunmehr einen zusätzlichen Entladewiderstand für den Kondensator 25 darstellt, während er gemäß dem ersten Aus­ führungsbeispiel als zusätzlicher Ladewiderstand geschaltet war. Auch auf diese Weise läßt sich die Einstellung der gewünschten Frequenz des astabilen Multivibrators zusätz­ lich beeinflussen.

Die in Reihe zum Widerstand 29 geschaltete Leuchtdiode 30 ist nunmehr zwischen die Klemme 18 und den Ausgang des NAND-Gatters 35 geschaltet.

Die Zuleitung zu der in Fig. 2 dargestellten Schaltungs­ anordnung erfolgt nunmehr über ein mindestens drei-adriges Kabel, das an die Klemmen 11, 12, 31 anzuschließen ist. Auch diese Schaltungsanordnung kann wiederum in einem Ver­ bindungsstecker angeordnet sein.

Die Wirkungsweise des in Fig. 2 dargestellten zweiten Aus­ führungsbeispiels soll im folgenden anhand des in Fig. 3 dargestellten Signaldiagramms erläutert werden. Dabei bezeichnet die jeweilige Ziffer hinter dem Spannungssymbol U die Zuordnung des dargestellten Signals zum entsprechenden Bauelement, wobei bei den Gattern das jeweilige Ausgangs­ signal gemeint ist.

Unabhängig davon, ob ein Schaltsignal U ₁₁ an der Klemme 11 anliegt oder nicht, ist die Klemme 31 ständig mit der Versorgungsspannung beaufschlagt, so daß auch an der Klemme 18 ständig die Betriebsspannung anliegt. Wird nun ein Schalt­ signal U ₁₁ an die Klemme 11 angelegt, so werden die Dioden 33, 34 gesperrt, die als Schutzdioden gegen eine falsche Polarität des Schaltsignals und gegen zu hohe Spannungen dienen. Durch den nun beginnenden Ladevorgang des Konden­ sators 20 baut sich die Spannung U ₂₀ auf. An den beiden Eingängen des NAND-Gatters 37 liegen nunmehr Eins-Signale, so daß an dessen Ausgang nunmehr ein Null-Signal erzeugt wird, das wiederum ein Eins-Signal am Ausgang des NAND- Gatters 38 erzeugt. Dieses schaltet den Transistor 27 strom­ leitend, so daß das Magnetventil 10 schaltet.

Dieser Zustand wird so lange aufrechterhalten, bis die Kondensatorspannung U ₂₀ einen Wert überschreitet, der von den NAND-Gattern 21, 35 als Eins-Signal interpretiert wird. Daraufhin schalten die Ausgänge der NAND-Gatter 21, 35, 37 auf das jeweils entgegengesetzte logische Potential um. Am Ausgang des NAND-Gatters 38 erfolgt zunächst kein Potentialwechsel, da der Ausgang des NAND-Gatters 21 auf ein Null-Signal umgeschaltet hat. Allerdings beginnt nunmehr der astabile Multivibrator in der bereits beschriebenen Weise zu takten, wie dies durch die Signalfolge U ₂₁ darge­ stellt ist. Als Folge davon entsteht am Ausgang des NAND- Gatters 38 eine inverse Taktfolge, durch die der Transistor 27 entsprechend getaktet wird, so daß in der bereits be­ schriebenen Weise ein stark reduzierter effektiver Halte­ strom für das Magnetventil 10 erzeugt wird.

Die Leuchtdiode 30 wird erst dann eingeschaltet, wenn am Ausgang des NAND-Gatters 35 ein Null-Signal liegt, also wenn der Multivibrator zu takten begonnen hat.

Die dargestellte Anordnung stellt de facto eine Verstärker­ anordnung für das sehr leistungsschwache Schaltsignal U ₁₁ dar, wobei dieses nicht nur sehr leistungsschwach sein darf, sondern auch sehr variable Spannungswerte aufweisen kann. Ebenso kann zur Anpassung an verschiedene Ventil­ typen die Versorgungsspannung an der Klemme 31 zwischen 5 Volt und einem hohen Wert, der auch über 24 Volt liegen kann, variiert werden. Bei leistungsstarken Schaltsignalen können die Klemmen 11 und 31 miteinander verbunden werden, so daß eine zusätzliche Versorgungsspannung entfallen kann.

Das in Fig. 4 dargestellte dritte Ausführungsbeispiel weist einen dem in Fig. 2 dargestellten zweiten Ausführungsbeispiel entsprechenden Schaltungsaufbau mit folgenden Unterschieden auf: Die vier NAND-Gatter 21, 35, 37, 38 sind durch vier NOR-Gatter 41, 45, 47, 48 ersetzt. Der npn-Transistor 27 ist durch einen pnp-Transistor 40 ersetzt. Die Dioden 17, 24, 28, 30, 33, 34 sind umgekehrt gepolt. Anstelle einer positiven Versorgungsspannung von 24 Volt liegt nunmehr eine negative Versorgungsspannung von -24 Volt an der Klemme 31 an.

Die in Fig. 4 dargestellte Schaltungsanordnung arbeitet somit in sogenannter "negativer Logik", bei der der gesamte Spannungsbereich unterhalb des Null-Potentials liegt, im Gegensatz zur "positiven Logik", bei der dies umgekehrt der Fall ist. Die in den Fig. 1 und 2 dargestellten Aus­ führungsbeispiele arbeiten in positiver Logik.

Die Wirkungsweise entspricht dem in Fig. 2 dargestellten zweiten Ausführungsbeispiel, so daß auf eine nochmalige Beschreibung verzichtet werden kann. Die Polaritäten der auftretenden Spannungen weisen selbstverständlich jeweils inverse Polaritäten auf.

Der Vergleich der Fig. 2 und 4 läßt einen wesentlichen Vorteil dieser Schaltungen erkennen. Für beide Schaltungs­ anordnungen kann nämlich dieselbe gedruckte Platine ver­ wendet werden, die mit denselben passiven Bauelementen bestückt ist. Die so bestückte Platine kann somit für beide Arten der Logik einheitlich hergestellt werden, wobei zur Umstellung auf die jeweils andere Logik lediglich die Polari­ täten der Dioden vertauscht und der Transistor und die Gatter durch andere ersetzt werden müssen. Derartige Gatter sind als Vierfach-Gatter im Handel erhältlich, das heißt, vier identische Gatter sind in einem IC vereint. So kann beispielsweise für die vier NAND-Gatter das Bauteil HC 132 und für die vier NOR-Gatter das Bauteil HC 7002 einge­ setzt werden. Durch Austausch eines einzigen Bauteils kann somit der Austausch sämtlicher Gatter durchgeführt werden.

Bei dem in Fig. 5 dargestellten dritten Ausführungsbeispiel sind wiederum gleiche oder gleich wirkende Bauteile mit denselben Bezugszeichen versehen und nicht nochmals be­ schrieben. So ist beispielsweise die mit der Klemme 11 verbundene Eingangsbeschaltung und das Zeitglied entsprechend Fig. 2 ausgebildet. Die Erzeugung der Betriebsspannung an der Klemme 18 aus der an der Klemme 31 anliegenden Ver­ sorgungsspannung von 24 Volt kann ebenfalls gemäß den vor­ stehend beschriebenen Ausführungsbeispielen erfolgen, oder diese Betriebsspannung wird aus dem Schaltsignal abgeleitet. Dies ist zur Vereinfachung nicht nochmals im Detail darge­ stellt.

Der Widerstand 19 des Zeitglieds 19, 20 ist durch eine Entladediode 50 zur schnellen Entladung des Kondensators 20 bei einem Spannungsausfall überbrückt. Dieser Kondensator 20 ist weiterhin mit dem Eingang eines invertierenden Schmitt- Triggers 51 verbunden, dessen Ausgang an einem Eingang eines ODER-Gatters 52 angeschlossen ist. Anstelle des Schmitt- Triggers 51 kann prinzipiell auch eine andere invertierende Schwellwertstufe treten. Ein schematisch dargestellter Taktgenerator 53 ist mit dem zweiten Eingang des ODER-Gatters 52 verbunden, dessen Ausgang an einem Eingang eines UND- Gatters 54 liegt, dessen zweiter Eingang mit der Anode der Diode 33 verbunden ist. Als Taktgenerator 53 kann bei­ spielsweise der in den vorstehenden Ausführungsbeispielen näher beschriebene astabile Multivibrator eingesetzt werden. Schließlich ist der Ausgang des UND-Gatters über den Wider­ stand 26 mit der Basis des Transistors 27 verbunden.

Die Reihenschaltung der Leuchtdiode 30 mit dem Widerstand 29 ist zwischen die Klemme 18 und den Ausgang des Schmitt- Triggers 51 geschaltet.

Ist die Klemme 11 mit einem Null-Signal beaufschlagt, also liegt kein Schaltsignal vor, so ist das UND-Gatter 54 ge­ sperrt, obwohl am Ausgang des invertierenden Schmitt-Triggers 51 und damit am Ausgang des ODER-Gatters 52 ein Eins-Signal vorliegt. Wird nun ein Schaltsignal an die Klemme 11 ange­ legt, so beginnt der Ladevorgang des Kondensators 20 über den Widerstand 19. Bei Erreichen der Schaltschwelle des Schmitt-Triggers 51 wechselt dessen Ausgang von einem Eins- Signal zu einem Null-Signal, wodurch nunmehr die Taktsignal­ folge des Taktgenerators 53 am UND-Gatter 54 wirksam wird und dieses jeweils in diesem Takt umschaltet. Gleichzeitig wird die Leuchtdiode 30 eingeschaltet. Entsprechend diesem Takt wird auch der Transistor 27 getaktet, so daß - wie in den vorstehenden Ausführungsbeispielen - der zunächst hohe Anzugsstrom auf einen geringeren Haltestrom reduziert wird.

Auch bei einem kurzzeitigen Spannungsausfall wird der Konden­ sator 20 über die Entladediode 50 sehr schnell entladen, so daß beim Wiedereinschalten der Spannung zunächst wieder ein Ladevorgang dieses Kondensators 20 erfolgen muß, der den hohen Anzugsstrom für das Magnetventil gewährleistet. Ohne diese Entladediode 50 würde die Gefahr bestehen, daß bei kurzzeitigem Spannungsausfall zwar das Magnetventil abfällt, der Kondensator 20 dagegen nicht unter die Schalt­ schwelle des Schmitt-Triggers 51 entladen wird, so daß beim Wiederauftreten der Versorgungsspannung bzw. Betriebs­ spannung der Transistor 27 sofort in den taktenden Betrieb übergehen würde. Der resultierende geringe Haltestrom wäre dann zu gering, um das Magnetventil zu betätigen.

Das in Fig. 6 dargestellte fünfte Ausführungsbeispiel ent­ spricht weitgehend dem vorstehend beschriebenen vierten Ausführungsbeispiel und ist im Gegensatz zu diesem für negative Logik ausgebildet. Um die in Fig. 5 dargestellte Schaltungsanordnung für positive Logik in die in Fig. 6 dargestellte Schaltungsanordnung für negative Logik über­ zuführen, sind folgende Maßnahmen erforderlich: Die beiden Gatter 52, 54 werden untereinander vertauscht, der Transistor 27 wird durch den Transistor 40 ersetzt, die Dioden 28, 30, 33, 34, 50 werden entgegengesetzt gepolt, und der Takt­ generator 53 wird an die negative Taktfolge angepaßt, z.B. gemäß den vorstehenden Ausführungsbeispielen. Hierbei kann auch eine Anpassung der die Frequenz bestimmenden Wider­ stände erforderlich sein. Die Wirkungsweise entspricht wiederum dem in Fig. 5 dargestellten vierten Ausführungs­ beispiel, wobei die auftretenden Signale und Spannungen jeweils umgekehrte Polarität aufweisen.

Der Schmitt-Trigger 51 ist beispielsweise in sechsfacher Ausführung als integriertes Bauteil HC 14, das ODER-Gatter 52 als Vierfach-Gatter als Bauteil HC 32 und das UND-Gatter 54 als Vierfach-Gatter als Bauteil HC 08 im Handel erhält­ lich. Somit können jeweils vier bzw. sechs der beschriebe­ nen Schaltungsanordnungen mit jeweils einem dieser Bauteile bestückt werden, was zu einer Verbilligung, Vereinfachung und Verkleinerung des Volumens führt. Derartige Mehrfach­ ausführungen dieser Schaltungsanordnungen können beispiels­ weise in Mehrfachsteckern oder Steckerleisten zur Steuerung und Stromversorgung mehrerer Magnetventile eingesetzt werden.

Dies trifft selbstverständlich auch für die vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele, insbesondere für das erste Ausführungsbeispiel, zu. Es sei an dieser Stelle noch festgehalten, daß selbstverständlich auch das in Fig. 1 dargestellte erste Ausführungsbeispiel durch entsprechende Maßnahmen in einer Ausführung für negative Logik realisiert werden kann.

Claims (19)

1. Steuerschaltungsanordnung für Magnetventile, mit einem während eines vorgebbaren Zeitintervalls ab dem Beginn eines Schaltsignals für das Magnetventil dieses mit einem höheren Anzugsstrom beaufschlagenden Zeitglied, wobei nach Ablauf des Zeitintervalls ein geringerer Haltestrom bis zum Ende des Schaltsignals fließt, dadurch gekennzeichnet, daß ein den Stromfluß durch das Magnetventil (10) schalten­ der Halbleiterschalter (27; 40) vorgesehen ist, dem eine logische Gatter-Anordnung (21, 38; 41, 48; 52, 54) vorge­ schaltet ist, wobei an diese das Ausgangssignal des durch das Schaltsignal triggerbaren Zeitglieds (19, 20) sowie das Ausgangssignal eines Taktgenerators (53) angelegt ist.

2. Steuerschaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Zeitglied (19, 20) aus einem über einen Widerstand (19) aufladbaren Kondensator (20) besteht, der mit einem Eingang der Gatter-Anordnung verbunden ist.

3. Steuerschaltungsanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Widerstand (19) durch eine den Kondensator (20) bei Spannungsausfall entladende Diode (50) überbrückt ist.

4. Steuerschaltungsanordnung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein negierendes Gatter (21; 41) der Gatter-Anordnung das einzige aktive Bauelement des als Taktgenerator (53) eingesetzten astabilen Multi­ vibrators bildet, wobei in der Gatter-Anordnung nur ein Gattertyp enthalten ist.

5. Steuerschaltungsanordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Gattertyp bei positiver Versorgungs­ spannung hinsichtlich des Null-Potentials (positive Logik) ein NAND-Gatter und bei negativer Versorgungsspannung hin­ sichtlich des Null-Potentials (negative Logik) ein NOR- Gatter ist.

6. Steuerschaltungsanordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Taktgenerator (53) aus dem Gatter (21; 41) und einem an einem Eingang dieses Gatters (21; 41) liegenden Kondensator (25) besteht, der über Lade- und Entladestrecken (22, 23, 24) mit dem Ausgang des Gatters (21; 41) verbunden ist.

7. Steuerschaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Gatter (21; 41) im Taktgenerator (53) das einzige Gatter der Gatter-Anordnung ist und ausgangsseitig mit dem Steuereingang des Halbleiter­ schalters (27; 40) verbunden ist, wobei das Schaltsignal auch direkt dem nicht mit dem Halbleiterschalter (27; 40) verbundenen Anschluß des Magnetventils (10) zugeführt ist.

8. Steuerschaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Gatter (21; 41) im Taktgenerator (53) über ein zweites, identisches Gatter (38; 48) mit dem Steuereingang des Halbleiterschalters (27; 40) verbunden ist, wobei das Schaltsignal für das Magnetventil (10) über eine aus identischen, weiteren Gat­ tern (35, 37; 45, 47) bestehende Verstärkerschaltung einem Eingang des weiteren Gatters (38; 48) zugeführt ist.

9. Steuerschaltungsanordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Verstärkerschaltung aus zwei in Reihe geschalteten Gattern (35, 37; 45, 47) besteht, von denen jeweils ein Eingang über das Potential des Schalt­ signals auf diese Eingänge übertragende Dioden (33, 34) mit einer durch dieses Schaltsignal beaufschlagbaren Eingangs­ klemme (11) verbunden sind, die über einen Widerstand (32) am Null-Potential liegt, und daß die Kondensatorspannung des Zeitglieds (19, 20) zusätzlich dem vorgeschalteten Gatter (35; 45) der Reihe zugeführt ist, wobei das Schalt­ signal nur nach dem vorgebbaren Zeitintervall am Ausgang der Verstärkerschaltung anliegt.

10. Steuerschaltungsanordnung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß dem Zeitglied (19, 20) eine invertierende, insbesondere als Schmitt-Trigger ausgebildete Schwellwertstufe (51) nachgeschaltet ist, deren Ausgang sowie der des Taktgenerators (53) mit einem zur Gatter-Anord­ nung gehörenden ersten Gatter (52; 54) eingangsseitig ver­ bunden sind, dessen Ausgang sowie das Schaltsignal an einem zweiten Gatter (54; 52) anliegen.

11. Steuerschaltungsanordnung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß bei positiver Versorgungsspannung hin­ sichtlich des Null-Potentials (positive Logik) das erste Gatter als ODER-Gatter (52) und das zweite Gatter als UND- Gatter (54) ausgebildet sind, und daß bei negativer Ver­ sorgungsspannung hinsichtlich des Null-Potentials (negative Logik) die Reihenfolge umgekehrt ist.

12. Steuerschaltungsanordnung nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Potential des Schaltsignals auf das zweite Gatter (54; 52) sowie auf das Zeitglied (19, 20) übertragende Dioden (33, 34) mit einer durch dieses Schaltsignal beaufschlagbaren Eingangsklemme (11) verbunden sind, die über einen Widerstand (32) am Null-Potential liegt.

13. Steuerschaltungsanordnung nach einem der vorhergehen­ den Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine beim Auf­ treten des Schaltsignals oder nach Ablauf des vorgebbaren Zeitintervalls einschaltende Leuchtdiode (30) vorgesehen ist, die in Reihe zu einem Strombegrenzungswiderstand (29) geschaltet ist.

14. Steuerschaltungsanordnung nach einem der vorhergehen­ den Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß für alle gleich­ artigen Gatter einer Schaltungsanordnung und/oder für die gleichartigen Gatter von mehrere Magnetventile (10) steuern­ den Schaltungsanordnungen mehrere Einzelgatter enthaltende integrierte Bauelemente vorgesehen sind.

15. Steuerschaltungsanordnung nach einem der vorhergehen­ den Ansprüche, gekennzeichnet durch die Unterbringung in einem Verbindungsstecker (15) oder einer Verbindungskupp­ lung zum Magnetventil (10).

16. Steuerschaltungsanordnung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß Vielfachstecker oder Vielfachkupplungen für mehrere Magnetventile (10) vorgesehen sind.

17. Steuerschaltungsanordnung nach einem der vorhergehen­ den Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Versorgungs­ spannung für verwendete Halbleiter-Bauelemente aus dem Schaltsignal abgeleitet ist.

18. Steuerschaltungsanordnung nach einem der vorhergehen­ den Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Versorgungs­ spannung für verwendete Halbleiter-Bauelemente aus der Schaltspannung für das Magnetventil (10) abgeleitet ist.

19. Steuerschaltungsanordnung nach Anspruch 17 oder 18, dadurch gekennzeichnet, daß eine die Versorgungsspannung für verwendete Halbleiter-Bauelemente bildende Z-Diode (17) vorgesehen ist, die über einen Widerstand (16) mit dem Schaltsignal oder der Schaltspannung für das Magnet­ ventil beaufschlagt ist.