DE4335415C2 - Schaltungsanordnung und Verfahren zum Ansteuern eines Verbrauchers, vorzugsweise einer Relaiseinrichtung, mit einem Zweidrahtschalter - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung und ein Verfahren zum Ansteuern eines Verbrauchers, vor­ zugsweise einer Relaiseinrichtung, mit einem elektroni­ schen Zweidrahtschalter gemäß den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruches 1.

Solche Schaltungsanordnungen und Verfahren sind allgemein bekannt und werden beispielsweise in der Füllstandsmeßtechnik zur Signalisierung diskreter Füll­ höhen angewandt. Hierbei dienen elektronische Zwei­ drahtschalter, die in Reihe mit einem Verbraucher an eine Spannungsquelle geschaltet sind, zur Übertragung eines Schaltbefehles an den Verbraucher bei gleichzeiti­ ger Speisung des den Schaltbefehl erzeugenden Sen­ sors. Der Betriebsstrom für die im Zweidrahtschalter vorgesehene Schaltstufe bzw. das darin enthaltene Sen­ sorelement fließt hierbei ausgehend von der Span­ nungsquelle über den Verbraucher d. h. über die zu schaltende Last, so daß diese auch im abgeschalteten Zustand nicht völlig stromlos wird.

Für eine Vielzahl von als Verbraucher geschalteten Relaiseinrichtungen ist dieser den Zweidrahtschalter versorgende Betriebsstrom so gering, daß er die Funk­ tion der entsprechenden Relaiseinrichtung nicht beein­ trächtigt Probleme ergeben sich jedoch insbesondere bei als Verbraucher geschalteten Relaiseinrichtungen mit einem Haltestrom, der unter diesem durch den Zweidrahtschalter bedingten Betriebsstrom liegt. Als besonders problematisch haben sich hierbei elektrome­ chanische Hilfsschütze erwiesen, da diese im Zuge der technischen Weiterentwicklung nur noch geringste Hal­ teströme aufweisen. Die Folge ist, daß trotz gesperrtem Zweidrahtschalter der Ankerkreis einer solchen Relais­ einrichtung aufgrund des zum Zweidrahtschalter flie­ ßenden Betriebsstromes nicht öffnet und diese somit ungewollt im erregten Zustand verbleibt.

Eine Möglichkeit zur Lösung dieses Problemes liegt in der Senkung des Stromverbrauches des Zweidraht­ schalters und zwar auf einen Wert, der unterhalb des Haltestromes der verwendeten Relaiseinrichtung liegt. Dies erfordert jedoch oft teuere Spezialbauteile im Zweidrahtschalter bzw. der Sensorelektronik und ist da­ her, wenn überhaupt, technisch nur aufwendig zu reali­ sieren. Darüber hinaus ist eine Absenkung des Strom­ verbrauches des Zweidrahtschalters bei bestimmten Ty­ pen von Sensoren, wie z. B. Vibrationsgrenzstanddetek­ toren zur Schüttgutdetektion, unmöglich, da deren Sen­ sorelemente einen bestimmten Betrag mechanischer Arbeit verrichten müssen, um eine einwandfreie Funk­ tion des Sensorelementes sicherzustellen und folglich ein bestimmter Betriebsstrom gewährleistet sein muß.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Schaltungsanordnung und ein Verfahren zum Ansteu­ ern von solchen Relaiseinrichtungen mit einem Zwei­ drahtschalter anzugeben, deren Haltestrom geringer als die Eigenstromaufnahme des Zweidrahtschalters ist.

Diese Aufgabe wird für das Verfahren durch die Merkmale des Anspruches 1 und für die Schaltungsan­ ordnung durch die Merkmale des Anspruches 9 gelöst.

Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

Die Erfindung beruht also im wesentlichen darauf, zum Abschalten des Verbrauchers und vorzugsweise einer Relaiseinrichtung den durch den Verbraucher bzw. durch die Magnetwicklung und damit den durch den Zweidrahtschalter fließenden Strom für eine zum sicheren Abschalten ausreichende Zeitspanne unter den durch die Relaiseinrichtung vorgegebenen Haltestrom abzusenken. Während dieses Absenkens des Stromes wird der Betriebsstrom für den Zweidrahtschalter aus einer zuvor aufgeladenen Energiespeichereinrichtung entnommen. Vorzugsweise wird zum Abschalten des Verbrauchers der durch den Verbraucher fließende Strom zeitweise auf mindestens annähernd Null abge­ senkt, d. h. der durch den Verbraucher fließende Strom wird temporär unterbrochen.

Ziel und wesentlicher Vorteil dieses Verfahrens ist das sichere Abschalten eines Verbrauchers, vorzugswei­ se einer Relaiseinrichtung, indem für eine bestimmte Zeitspanne durch den Verbraucher bzw. die Magnet­ wicklung kein oder lediglich ein derart geringer Strom fließt, daß z. B. ein Relaisanker sicher abfallen muß. Wird der Stromfluß durch den Verbraucher für eine ausreichende Zeitdauer völlig unterbrochen, so ist ge­ währleistet, daß z. B. Relaiseinrichtungen auch mit ge­ ringsten Halteströmen sicher abfallen. Während dieser Zeitspanne wird erfindungsgemäß der Zweidrahtschal­ ter aus einer zuvor aufgeladenen Energiespeicherein­ richtung versorgt, so daß während dieses Zeitraumes die Funktionsfähigkeit des Zweidrahtschalters und da­ mit eines gegebenenfalls im Zweidrahtschalter vorgese­ henen Sensorelementes sichergestellt bleibt. Anzumer­ ken ist in diesem Zusammenhang, daß der Betriebss­ trom für den Zweidrahtschalter selbstverständlich klei­ ner als der beispielsweise zum Einschalten der vorgese­ henen Relaiseinrichtung notwendige Anzugsstrom ge­ wählt sein muß.

Um zu gewährleisten, daß die Energiespeicherein­ richtung, im einfachsten Fall ein über eine Gleichrich­ terstufe aufladbarer Pufferkondensator, ausreichend Energie gespeichert hat, um in der vorgenannten Zeit­ spanne der Verbraucherstromabsenkung den Zwei­ drahtschalter mit ausreichend Energie versorgen zu können, wird dieser im gesperrten. Zustand des Zwei­ drahtschalters und vorteilhafterweise auch im geschlos­ senen Zustand auf- bzw. nachgeladen. Im geschlossenen Zustand des Zweidrahtschalters erfolgt dies dadurch, daß eine erste Schalteinrichtung des Zweidrahtschalters in periodisch wiederkehrenden kurzen Zeitintervallen gesperrt und der Verbraucherstrom während dieser Zeitintervalle über eine zweite Schalteinrichtung zur Nachladung des Pufferkondensators verwendet wird, so daß die Relaiseinrichtung durchgehend eingeschaltet bleibt.

Durch dieses Aufladen der Energiespeichereinrich­ tung auch im geschlossenen Zustand des Zweidraht­ schalters wird während den genannten Zeitintervallen ein kurzzeitiges Nachladen der Energiespeichereinrich­ tung durchgeführt. Dies gewährleistet stets eine ausrei­ chende Energiespeicherung innerhalb der Energiespei­ chereinrichtung, so daß eine permanente Betriebs­ stromversorgung des Zweidrahtschalters zur Verfü­ gung steht.

In einer bevorzugten Ausführung der Erfindung ist das Abschalten des in Serie geschalteten Verbrauchers nach Maßgabe eines Sensorsignales aktivierbar. Dieses Sensorsignal kann beispielsweise ein Füllstandssensor­ signal sein, das aus einem Sensorelement mit gekoppel­ ter Sensorauswerteeinrichtung gewonnen wird Das Sensorelement kann beispielsweise ein Schwingstab, ei­ ne Schwinggabel, eine kapazitive oder konduktive Elek­ trode sein.

Das Sensorsignal kann daher auch aus einem Vibra­ tionsgrenzstandgeber gewonnen werden, dessen Sen­ sorelemente für eine einwandfreie Funktion einen be­ stimmten Betrag mechanischer Arbeit verrichten müs­ sen und dazu einen ausreichend hohen Strom benötigen.

Eine Schaltungsanordnung zum Durchführen des vorgenannten Verfahrens sieht im wesentlichen eine an Klemmen einer Spannungsquelle anschließbare Reihen­ schaltung eines elektronischen Zweidrahtschalters mit einem Verbraucher, vorzugsweise einer Magnetwick­ lung einer Relaiseinrichtung, vor. Der Zweidrahtschal­ ter weist eine erste Schalteinrichtung zum Öffnen oder Schließen der zwei Schaltklemmen des Zweidrahtschal­ ters auf sowie eine zweite Schalteinrichtung zum Ab­ senken des durch den Verbraucher bzw. die Magnet­ wicklung fließenden Stromes bei gesperrter erster Schalteinrichtung. Eine Steuerstufe innerhalb des Zwei­ drahtschalters dient zum Ansteuern dieser beiden Schalteinrichtungen nach Maßgabe eines vorzugsweise von einem Sensor gewonnenen Steuersignales derart, daß die zweite Schalteinrichtung bei geöffneter ersten Schalteinrichtung für eine zum sicheren Abschalten des Verbrauchers ausreichende Zeitspanne öffnet. Eine Energiespeichereinrichtung, beispielsweise in Form des bereits erwähnten Pufferkondensators, ist schließlich zur Stromversorgung des Zweidrahtschalters bei der Absenkung bzw. Abschaltung des durch den Verbrau­ cher bzw. die Magnetwicklung fließenden Stromes vor­ gesehen. Diese Energiespeichereinrichtung wird im An­ schluß an eine Teilentladung in geeigneter Weise nach­ geladen.

Diese Schaltungsanordnung zeichnet sich durch einen äußerst einfachen Aufbau aus, wobei die in Zweidraht­ schaltern ohnehin notwendigen Schaltungskomponen­ ten, die bereits andere Funktionen ausführen, zugleich mitgenutzt werden. Wie im Zusammenhang mit der nachfolgenden Figurenbeschreibung noch eingehend erläutert wird, ist lediglich eine geringe Anzahl zusätzli­ cher Schaltungsteile notwendig, um die erfindungsge­ mäße Schaltungsanordnung zu realisieren.

Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, daß die erste Schalteinrichtung parallel zu den zwei Schaltklem­ men des Zweidrahtschalters angeordnet und vorzugs­ weise ein Brückengleichrichter zwischen diese erste Schalteinrichtung und die Schaltklemmen des Zwei­ drahtschalters geschaltet ist. Der Brückengleichrichter sorgt, unabhängig von der Polarität der an seinem Ein­ gang liegenden Spannung, dafür, daß die Schaltelemen­ te des Zweidrahtschalters stets mit einer geeignet ge­ polten Spannung versorgt werden. Darüber hinaus sorgt der Brückengleichrichter für das Bereitstellen ei­ ner Gleichspannung, wenn als Verbraucher ein Wech­ selstromrelais bzw. Wechselstromschütz eingesetzt und eine Wechselspannung an der Reihenschaltung von Wechselstromrelaiseinrichtung und Zweidrahtschalter anliegt.

Die zweite Schalteinrichtung ist gemäß einer bevor­ zugten Ausführung der Erfindung in Reihe zur Energie­ speichereinrichtung und diese Reihenschaltung parallel zur ersten Schalteinrichtung geschaltet. Zur Vermei­ dung einer ungewollten Entladung der Energiespeicher­ einrichtung bei Kurzschluß der beiden Schaltklemmen des Zweidrahtschalters infolge eingeschalteter erster Schalteinrichtung, ist eine Gleichrichterstufe, im ein­ fachsten Fall eine Diode, zwischen erster und zweiter Schalteinrichtung angeordnet. Die beiden Schalteinrich­ tungen sind vorzugsweise als Transistoreinrichtungen ausgebildet.

Die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung eignet sich insbesondere als Bestandteil von Füllstandsdetek­ toren zum Ansteuern von Relaiseinrichtungen und Hilfsschützen in der Eigenschaft eines Zweidrahtschal­ ters, dessen Betriebsstrom größer als der Haltestrom, jedoch kleiner als der Anzugsstrom der Relaiseinrich­ tung ist.

Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus dem im nachfolgenden noch zu erläuternden Ausführungsbei­ spiel, das unter Bezugnahme auf die Figuren näher er­ läutert wird. Es zeigt

Fig. 1 ein Blockschaltbild einer erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung zum Ansteuern einer Relaisein­ richtung mit in Reihe geschaltetem Zweidrahtschalter,

Fig. 2 ein zu Fig. 1 detaillierteres Blockschaltbild ei­ nes erfindungsgemäßen Ausführungsbeispieles für eine Schaltungsanordnung zum Ansteuern einer Relaisein­ richtung und

Fig. 3 mögliche Signalverläufe zur Schaltungsanord­ nung von Fig. 2.

Das in Fig. 1 dargestellte Blockschaltbild einer erfin­ dungsgemäßen Schaltungsanordnung zum Ansteuern einer Relaiseinrichtung über einen Zweidrahtschalter sieht eine an Klemmen 25, 26 einer Spannungsquelle anschließbare Reihenschaltung eines Zweidrahtschal­ ters 2 mit einer Magnetwicklung 1a einer Relaiseinrich­ tung 1 vor. Die von der nicht dargestellten Spannungs­ quelle an den Klemmen 25, 26 zur Verfügung gestellte Spannung ist mit dem Bezugszeichen U angegeben. Die Relaiseinrichtung 1 weist neben der Magnetwicklung 1a einen Schalter 1b auf, der mit Relaisschaltkontakten 1c und 1d verbunden ist und über die Magnetwicklung 1a geöffnet oder geschlossen werden kann.

Der Zweidrahtschalter 2 verfügt über zwei interne Schaltklemmen 19, 20, von denen die erste Schaltklem­ me 19 auf Bezugspotential 21 liegt und mit der Klemme 26 der Spannungsquelle verbunden ist. Die zweite Schaltklemme 20 ist an den nicht mit der Klemme 25 verbundenen Anschluß der Magnetwicklung 1a ange­ schlossen. Zwischen diesen beiden Schaltklemmen 19, 20 ist eine erste Schalteinrichtung 4 zum Öffnen oder Schließen der beiden Schaltklemmen 19, 20 geschaltet Darüber hinaus ist eine Steuerstufe 30 mit zwei Versor­ gungsanschlüssen 35, 36 vorgesehen. Der erste Versor­ gungsanschluß 35 ist über eine Diode 5 und eine zweite Schaltungeinrichtung 6 mit der Schaltklemme 20 und der Versorgungsanschluß 36 mit Bezugspotential 21 in Verbindung. Die Diode 5 ist mit ihrem Anodenanschluß an die Schaltklemme 20 und mit ihrem Kathodenan­ schluß an eine Klemme der zweiten Schalteinrichtung 6 geschaltet Die andere Klemme der Schalteinrichtung 6 ist mit dem Versorgungsanschluß 35 der Steuerstufe 30 in Verbindung. Parallel zu den beiden Versorgungsan­ schlüssen 35; 36 der Steuerstufe 30 ist eine Energiespei­ chereinrichtung 7, hier ein Pufferkondensator, geschal­ tet.

Die Steuerstufe 30 wird an ihren Versorgungsan­ schlüssen mit einem Betriebsstrom 11 versorgt und steuert die erste Schalteinrichtung 4 sowie die zweite Schalteinrichtung 6 nach Maßgabe eines noch zu erläu­ ternden Steuersignales 31. Hierfür ist die Steuerstufe 30 über Steuerleitungen 16, 24 mit den ersten und zweiten Schalteinrichtungen 4, 66 in Verbindung.

Zur Erläuterung der Funktionsweise der in Fig. 1 dar­ gestellten Schaltungsanordnung und damit der An­ steuerung der Relaiseinrichtung 1 wird zunächst davon ausgegangen, daß die Energiespeichereinrichtung 7 auf­ geladen und die ersten und zweiten Schalteinrichtungen 4, 6 jeweils geschlossen sind Hierdurch zieht der Anker der Relaiseinrichtung 1 durch den durch die Magnet­ wicklung 1a fließenden Strom an und schließt im Falle der dargestellten Relaiseinrichtung 1 den Schalter 1b. In der umgekehrten Schaltfunktion wird die Steuerstufe 30 nach Maßgabe des Steuersignales 31 zunächst die erste Schalteinrichtung 4 öffnen, um den Schalter 1b der Re­ laiseinrichtung 1 wieder zu öffnen. Erfindungsgemäß wird über die Steuerstufe 30 auch die zweite Schaltein­ richtung 6 geöffnet und damit der durch die Magnet­ wicklung 1a der Relaiseinrichtung 1 und folglich der zum Zweidrahtschalter 2 fließende Strom für eine vor­ gegebene Zeitspanne unterbrochen. Während dieses Unterbrechens des Stromflusses wird der Betriebsstrom 11 für den Zweidrahtschalter 2 aus der zuvor aufgela­ denen Energiespeichereinrichtung 7 entnommen. Damit sinkt der durch die Magnetwicklung 1a der Relaisein­ richtung 1 fließende Strom auf Null, zumindest aber unter den Haltestrom der Relaiseinrichtung 1. Der Schalter 1b der Relaiseinrichtung 1 öffnet somit zuver­ lässig. Anschließend wird die zweite Schalteinrichtung 6 wieder über die Steuerstufe 30 geschlossen, um für ein Nachladen der Energiespeichereinrichtung 7 zu sorgen.

In Fig. 2 ist ein konkreteres Schaltbild der in Fig. 1 dargestellten Schaltungsanordnung gezeigt. Die bereits bekannten Bezugszeichen werden, falls nicht anderwei­ tig angegeben, für gleiche Teile mit der gleichen Bedeu­ tung weiterverwendet.

Wie aus der Darstellung von Fig. 2 zu erkennen ist, werden als erste Schalteinrichtung 4 und zweite Schalt­ einrichtung 6 jetzt Transistorschalter vorgesehen, wo­ bei zwischen den Schaltklemmen 15 und 20 und der ersten Schalteinrichtung 4 ein Brückengleichrichter 3 geschaltet ist. Die Schaltklemme 19 liegt somit nicht auf Bezugspotential Im übrigen unterscheidet sich die Dar­ stellung von Fig. 2 durch konkrete Angabe über den Aufbau der Steuerstufe 30.

Die Steuerstufe 30 des Zweidrahtschalters 2 weist eine über die Versorgungsanschlüsse 35, 36 vom Be­ triebsstrom 11 des Zweidrahtschalters 2 versorgbare Sensorauswerteeinrichtung 14 auf, welche mit einem Sensorelement 15 gekoppelt ist, das das bereits erwähn­ te Steuersignal 31 bereitstellt.

Zwischen diese Sensorauswerteeinrichtung 14 und die Energiespeichereinrichtung 7 und damit die Versor­ gungsanschlüsse 35, 36 ist ein Längsregler 10 zur Span­ nungsstabilisierung geschaltet. Dieser Längsregler 10 verfügt über eine Eingangsklemme 22, die mit dem Ver­ sorgungsanschluß 35 verbunden ist und eine mit der Sensorauswerteeinrichtung 14 verbundene Ausgangs­ klemme 23. Darüber hinaus liegt eine weitere Klemme 28 dieses Längsreglers 10 auf Bezugspotential 21.

Des weiteren ist ein Schaltregler 13 vorgesehen, der eingangsseitig über eine Leitung 18 mit einem Ausgang der Sensorauswerteeinrichtung 14 und der Eingangs­ klemme 22 und der Ausgangsklemme 23 des Längsreg­ lers 10 verbunden ist. Ausgangsseitig ist dieser Schalt­ regler 13 mit einem Steueranschluß der ersten Schalt­ einrichtung 4 über eine Leitung 16 in Verbindung.

Eine Spannungsvervielfachereinrichtung 12, vorzugs­ weise eine Spannungsverdopplerschaltung, ist parallel zur Sensorauswerteeinrichtung 14 geschaltet und wird daher mit der gleichen Spannung wie die Sensoraus­ werteeinrichtuag 14 versorgt. Ausgangsseitig ist diese Spannungsvervielfacherschaltung 12 über eine ohmsche Einrichtung 9, in diesem Ausführungsbeispiel ein einzel­ ner ohmscher Widerstand, über eine Steuerleitung 24 mit einem Steueranschluß der zweiten Schalteinrich­ tung 6 in Verbindung. Schließlich ist der Ausgang der Sensorauswerteeinrichtung 14 über eine kapazitive Ein­ richtung 8, hier ein Kondensator, sowie vorzugsweise eine Verzögerungseinrichtung 11 mit dem Steueran­ schluß der zweiten Schalteinrichtung 6 verbunden. Die Leitung zwischen der kapazitiven Einrichtung 8 und der Verzögerungseinrichtung 11 ist mit dem Bezugszeichen 17 versehen.

Darüber hinaus sind die Verbindungsleitungen zwi­ schen der Eingangsklemme 22 und dem Schaltregler 13 sowie der Ausgangsklemme 23 und dem Schaltregler 13 mit den Bezugszeichen 25 bzw. 26 gekennzeichnet.

Die an den Schaltklemmen 19, 20 des Zweidrahtschal­ ters 2 anliegende Spannung wird mittels des Brücken­ gleichrichters 3 gleichgerichtet und lädt über die Gleich­ richterstufe 5 und die zweite Schalteinrichtung 6 den Pufferkondensator der Energiespeichereinrichtung 7. Deren Spannung U7 wird dem Längsregler 10 zuge­ führt, welcher an seiner Ausgangsklemme 23 eine stabi­ lisierte Spannung erzeugt. Mit Hilfe der Spannungsver­ vielfachereinrichtung 12 wird diese Spannung verdop­ pelt und zur Ansteuerung der zweiten Schalteinrichtung 6 über die ohmsche Einrichtung 9 eingesetzt. Auf diese Weise stabilisiert sich die Spannung an der Eingangs­ klemme 22 des Längsreglers 10 auf einen Wert, der deutlich über dem Wert der an der Ausgangsklemme 23 des Längsreglers 10 befindlichen Spannung liegt. Die Spannung an der Ausgangsklemme 23 des Längsreglers 10 dient im wesentlichen zur Speisung der Sensoraus­ werteeinrichtung 14, welche mit dem Sensorelement 15 gekoppelt ist. Das Sensorelement 15 kann beispielswei­ se als Schwingstab, Schwinggabel, kapazitive oder kon­ duktive Elektrode ausgebildet sein.

Die Funktionsweise der in Fig. 2 dargestellten Schal­ tung wird im Zusammenhang mit der Darstellung von Signalverläufen innerhalb des Zweidrahtschalters 2 ein­ gehend erläutert. Zu diesem Zweck sind in Fig. 2 noch die Bezugszeichen a, b und c eingefügt. Diese Bezugs­ zeichen a, b, c kennzeichnen die auf den Leitungen 18, 17 sowie 16 auftretenden Signale. Mit a ist die Spannung auf der Leitung 18 bezeichnet, die das Meßergebnis der Sensorauswerteeinrichtung 14 darstellt.

Das Bezugszeichen b stellt die Spannung auf der Lei­ stung 17 dar, die die Ausgangsspannung der Verzöge­ rungseinrichtung 11 ist Das Bezugszeichen c steht für die Spannung auf der Steuerleitung 16, die die Aus­ gangsspannung des Schaltreglers 13 darstellt.

Zusätzlich zu diesen Signalen a, b und c sind in Fig. 3 noch die Spannung U1 über der Energiespeichereinrich­ tung 7, also des Pufferkondensators, sowie der Strom I durch die Magnetwicklung 1a der Relaiseinrichtung und damit durch die zu schaltende Last dargestellt.

Zunächst wird im Zusammenhang mit den Fig. 2 und 3 das Einschalten der ersten Schalteinrichtung 4 und damit das Einschalten der Relaiseinrichtung 1 erläuterst. Zum Zeitpunkt t1 erzeugt die Sensorauswerteeinrich­ tung 14 nach Maßgabe des vom Sensorelement 15 kom­ menden Steuersignales 31 einen Einschaltbefehl, indem das Potential der Leitung 18 angehoben wird Dies akti­ viert den Schaltregler 13, welcher über die Steuerlei­ tung 16 die erste Schalteinrichtung 4 einschaltet. Hier­ durch werden die Schaltklemmen 19 und 20 des Zwei­ drahtschalters kurzgeschlossen, so daß ein maximal möglicher Strom I durch die Magnetwicklung 1a der Relaiseinrichtung 1 fließt. Die Relaiseinrichtung 1 wird dadurch eingeschaltet. Bei Wechselstromrelais bzw. Wechselstromschützen stellt sich hierbei die in Fig. 3 unten dargestellte übliche Einschaltstromspitze ein, bis sich der Ankerkreis der Relaiseinrichtung 1 geschlossen hat. Da die Spannung über den Schaltklemmen 19, 20 durch das Kurzschließen der ersten Schalteinrichtung 4 zusammengebrochen ist, erfolgt die Stromversorgung des Zweidrahtschalters 2 aus der in der Energiespei­ chereinrichtung 7, also dem Pufferkondensator, gespei­ cherten Energie, wobei die Diode der Gleichrichterstufe 5 eine Entladung über die eingeschalteten Schalteinrich­ tungen 4 und 6 verhindert.

Es sei angenommen, daß die Verzögerungsstufe 11 das Signal a der Sensorauswerteeinrichtung 14 bis zum Zeitpunkt t2 verzögert. Dieses verzögerte Signal ist in der Darstellung von Fig. 3 als zweiter Signalverlauf von oben dargestellt.

Zum Zeitpunkt t3 hat sich die Spannung U7 über der Energiespeichereinrichtung 7 fast auf das an der Aus­ gangsklemme 23 des Längsreglers 10 anstehende Po­ tential entladen, so daß der Längsregler 10 nur noch über eine geringe Regelreserve verfügt. Dies wird vom Schaltregler 13 über die beiden Leitungen 25, 26 detek­ tiert, welcher daraufhin die erste Schalteinrichtung 4 kurzzeitig durch das Signal c auf der Steuerleitung 16 sperrt, um den Pufferkondensator der Energiespeicher­ einrichtung 7 über die Diode der Gleichrichterstufe 5 und die zweite Schalteinrichtung 6 um eine geringe Po­ tentialdifferenz nachzuladen. Da aufgrund des gesunke­ nen Potentials an der Eingangsklemme 22 des Längs­ reglers 10 die Spannung an der Steuerleitung 24 der zweiten Schalteinrichtung 6 nun deutlich höher als jene an der Klemme 22 ist, wird die zweite Schalteinrichtung 6 voll durchgesteuert, so daß beim Öffnen der ersten Schalteinrichtung 4 der durch die Magnetwicklung 1a eingeprägte Stromfluß praktisch unverändert weiterbe­ steht und der Kondensator der Energiespeichereinrich­ tung 7 mit dem vollen Wert dieses eingeprägten Last­ stroms nachgeladen wird Es stellt sich auf diese Weise periodisch taktweise ein Nachladevorgang ein, der in Fig. 3 anhand der Signalverläufe von c und U7 deutlich wird.

Zum Ausschalten der Relaiseinrichtung 1 erzeugt die Sensorauswerteeinrichtung 14 zum Zeitpunkt t4 einen Ausschaltbefehl auf der Leitung 18, wodurch das Poten­ tial auf dieser Leitung 18 wieder abfällt. Der Schaltreg­ ler 13 sperrt daraufhin die erste Schalteinrichtung 4 dau­ erhaft, so daß der Kondensator der Energiespeicherein­ richtung 7 wieder so weit aufgeladen wird, bis die Poten­ tialdifferenz zwischen der Eingangsklemme 22 des Längsreglers 10 und der Leitung 24 auf einen Wert ge­ sunken ist, der die zweite Schalteinrichtung 6 derart gegenkoppelt, daß nur noch der für den Betrieb des Zweidrahtschalters 2 notwendige Betriebsstrom über diesen fließt. Die zweite Schalteinrichtung 6 ist für die­ sen Zweck als Transistoreinrichtung ausgebildet Der Strom I durch die Magnetwicklung 1a fällt daher auf einen Wert, der durch die Eigensensoraufnahme des Zweidrahtschalters 2 gegeben ist. Da sich bei diesem Wert Kleinrelais oder Kleinschütze mit sehr geringem Haltestrom weiterhin im erregten Zustand befinden können und damit nicht abschalten, wird zum Zeitpunkt 15 erfindungsgemäß eine weitere Stromabsenkung durchgeführt.

Hierzu schaltet die Verzögerungseinrichtung 11 das Signal b zum Zeitpunkt t5 von hohem Potential auf niedriges Potential. Dieser Potentialsprung überträgt sich über die Kondensatoreinrichtung 8 auf die Steuer­ leitung 24 der zweiten Schalteinrichtung 6. Zugleich be­ ginnt sich die Kondensatoreinrichtung 8 über die ohm­ sche Einrichtung 9 wieder zu entladen. Durch den sich dabei einstellenden Spannungsabfall an der ohmschen Einrichtung 9 sinkt das Potential auf der Steuerleitung 24 so weit, daß der Transistor der zweiten Schalteinrich­ tung 6 völlig sperrt. Der Stromfluß durch die Magnet­ wicklung 1a sinkt hierdurch auf annähernd Null bzw. Null, so daß eine eventuell noch erregte Relaiseinrich­ tung 1 zwangsläufig ihren Anker öffnet und in den nicht aktivierten Zustand übergeht. Die Stromversorgung des Zweidrahtschalters 2 erfolgt während dieser Zeit aus der Energiespeichereinrichtung 7, deren Spannung U7 daher aufgrund der Belastung erneut fällt.

Zum Zeitpunkt t6 haben sind der Pufferkondensator der Energiespeichereinrichtung 7 und der Kondensator der Kondensatoreinrichtung 8 so weit entladen, daß die zweite Schalteinrichtung 6 wieder durchgesteuert wird und eine Nachladung des Pufferkondensators der Ener­ giespeichereinrichtung 7 erfolgt. Der Strom durch die Magnetwicklung 1a steigt hierdurch kontinuierlich wie­ der etwas an und erreicht kurzzeitig einen Wert, der etwas über dem Betriebsstrom des Zweidrahtschalters 2 liegt (vgl. den zwischen den Zeitpunkten t6 und t7 lie­ genden Zeitabschnitt). Danach pendelt sich jedoch der durch die Magnetwicklung 1a fließende Strom I zum Zeitpunkt t7 dauerhaft bis zum nächsten Schaltbefehl auf den Grundstromwert des Zweidrahtschalters 2 ein. Da sich der Ankerkreis der Relaiseinrichtung 1 nun si­ cher im geöffneten Zustand befindet, ist dessen Erre­ gung nicht mehr möglich, weil hierfür erst der sehr viel höhere Anzugsstrom überschritten werden muß.

Obwohl in der Darstellung von Fig. 2 die Verzöge­ rungseinrichtung 11 vorgesehen ist, kann diese auch ent­ fallen, da die prinzipielle Funktion der erfindungsgemä­ ßen Schaltung dadurch noch gegeben ist. Da jedoch das Zeitintervall t4 bis t5 bei Wegfall der Verzögerungsstufe 11 ebenfalls fortfällt, wird die Energiespeichereinrich­ tung 7 anschließend unter das Potential der Ausgangs­ klemme 23 des Längsreglers 10 entladen, wodurch die­ ses Potential kurzzeitig einbricht. Dies ist dann zulässig, wenn die Sensorauswerteeinrichtung 14 und das Sen­ sorelement 15 dadurch in ihrer Funktion nicht beein­ trächtigt werden.

Bezugszeichenliste

1

Relaiseinrichtung

2

Zweidrahtschalter

3

Brückengleichrichter

4

erste Schalteinrichtung

5

Gleichrichterstufe

6

zweite Schalteinrichtung

7

Energiespeichereinrichtung

8

Kondensator

9

ohmsche Einrichtung

10

Längsregler

11

Verzögerungseinrichtung

12

Spannungsvervielfacher

13

Schaltregler

14

Sensorauswerteeinrichtung

15

Sensorelement

16

Steuerleitung

11

Leitung

18

Leitung

19

Schaltklemme

20

Schaltklemme

21

Bezugspotential

22

Eingangsklemme

23

Ausgangsklemme

24

Steuerleitung

25

Leitung

26

Leitung

28

Klemme

30

Steuerstufe

31

Steuersignal

35

Versorgungsanschluß

36

Versorgungsanschluß

1

a Magnetwicklung

1

b Schalter

1

c Relaisschaltkontakt

1

d Relaisschaltkontakt
I1 Betriebsstrom
I2 Abschaltstrom
I Strom
U Spannung
a erstes Signal
b zweites Signal
c drittes Signal
U7 Spannung über der Energiespeichereinrichtung
T Zeitintervall
t Zeit
t1-t7 Zeitpunkte

Claims (19)

1. Verfahren zum Ansteuern eines Verbrauchers mittels eines in Reihe zum Verbraucher geschalteten Zweidrahtschalters, dem ein Betriebsstrom aus einer Spannungsquelle über den Verbraucher zugeführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß zum Abschalten des Verbrauchers ein durch den Verbraucher und damit zum Zwei­ drahtschalter (2) fließender Strom (I) für eine zum sicheren Abschalten ausreichende Zeitspanne unter einen vorgegebenen Abschaltstrom des Verbrauchers abgesenkt und der Betriebsstrom (11) für den Zweidrahtschalter (2) während dieses Absenkens des Stromes (I) aus einer zuvor über den Verbraucher aufge­ ladenen Energiespeichereinrichtung (7) entnommen wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß als Verbraucher eine Relaiseinrich­ tung (1) mit einer zum Zweidrahtschalter (2) in Rei­ he geschalteten Magnetwicklung (1a) eingesetzt wird und der Abschaltstrom ein von der Relaisein­ richtung vorgegebener Abfallstrom ist.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der durch die Magnetwicklung (1a) der Relaiseinrichtung (1) fließende Strom (I) nur so lange abgesenkt wird, bis die Relaiseinrichtung (1) sicher abschaltet und anschließend der Betriebs­ strom (I1) für den Zweidrahtschalter (2) wieder über die Magnetwicklung (1a) der Relaiseinrichtung (1) entnommen wird, wobei der Betriebsstrom (I1) kleiner als ein zum Einschalten der Relaiseinrich­ tung (1) notwendiger Anzugsstrom gewählt ist.

4. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch ge­ kennzeichnet, daß zum Abschalten der Relaisein­ richtung (1) der durch die Magnetwicklung (1a) flie­ ßende Strom unterbrochen wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Energiespeicher­ einrichtung (7) im gesperrten Zustand des Zwei­ drahtschalters (2) aufgeladen wird.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Energiespeicher­ einrichtung (7) im geschlossenen Zustand des Zwei­ drahtschalters (2) aufgeladen wird, indem eine erste Schalteinrichtung (4) des Zweidrahtschalters (2) in kurzen Zeitintervallen (T) geöffnet wird, wobei die Relaiseinrichtung (1) über eine zweite Schaltein­ richtung (6) eingeschaltet bleibt.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Abschalten des Verbrauchers bzw. der Relaiseinrichtung (1) nach Maßgabe eines Sensorsignales (31), insbesondere eines Füllstandsensorsignales, aktiviert wird.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Sensorsignal (31) aus einem Vi­ brationsgrenzstandgeber gewonnen wird.

9. Schaltungsanordnung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 8, gekennzeichnet durch eine an Klemmen (25, 26) einer Spannungsquelle anschließbare Rei­ henschaltung eines Zweidrahtschalters (2) mit einem Verbrau­ cher, vorzugsweise einer Magnetwicklung (1a) einer Relaisein­ richtung (1), wobei der Zweidrahtschalter (2) eine erste Schalteinrichtung (4) zum Öffnen oder Schließen von zwei Schaltklemmen (19, 20) des Zweidrahtschalters (2), eine zweite Schalteinrichtung (6) zum Absenken des durch die Magnetwick­ lung (1a) fließenden Stromes (I) bei geöffneter erster Schalt­ einrichtung (4), eine Steuerstufe (30) zum Ansteuern der er­ sten und zweiten Schalteinrichtung (4, 6) nach Maßgabe eines Steuersignales (31) derart, daß die zweite Schalteinrichtung (6) bei geöffneter erster Schalteinrichtung (4) für eine zum sicheren Abschalten des Verbrauchers ausreichende Zeitspanne öffnet, und eine nachladbare Energiespeichereinrichtung (7) zur Stromversorgung des Zweidrahtschalters (2) bei Absenkung des durch den Verbraucher bzw. die Magnetwicklung (1a) flie­ ßenden Stromes (I) aufweist.

10. Schaltungsanordnung nach Anspruch 9, da­ durch gekennzeichnet, daß die zweite Schaltein­ richtung (6) zum Unterbrechen des durch den Ver­ braucher bzw. die Magnetwicklung (1a) fließenden Stromes (I) vorgesehen ist.

11. Schaltungsanordnung nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Schaltein­ richtung (4) parallel zu, den zwei Schaltklemmen (19, 20) des Zweidrahtschalters (2) angeordnet ist.

12. Schaltungsanordnung nach Anspruch 11, da­ durch gekennzeichnet, daß zwischen die Schalt­ klemmen (19, 20) des Zweidrahtschalters (2) und die erste Schalteinrichtung (4) ein Brückengleichrich­ ter 3) geschaltet ist.

13. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprü­ che 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die zwei­ te Schalteinrichtung (6) in Reihe zur Energiespei­ chereinrichtung (7) und diese Reihenschaltung par­ allel zur ersten Schalteinrichtung (4) geschaltet ist, wobei eine Gleichrichterstufe (5) zur Vermeidung einer ungewollten Entladung der Energiespeicher­ einrichtung vorgesehen ist.

14. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprü­ che 9 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Steu­ erstufe (30) eine vom Betriebsstrom (11) des Zwei­ drahtschalters (2) versorgbare Sensorauswerteein­ richtung (14) aufweist, welche mit, einem das Steu­ ersignal (31) bereitstellenden Sensorelement (15) gekoppelt ist.

15. Schaltungsanordnung nach Anspruch 14, da­ durch gekennzeichnet, daß der Zweidrahtschalter (2) weiter aufweist:

• 1. - einen zwischen die Energiespeichereinrich­ tung (7) und die Sensorauswerteeinrichtung (14) geschalteten Längsregler (10) zur Span­ nungsstabilisierung;
• 2. - einen Schaltregler (13), dem eingangsseitig ein Ausgangssignal (a) der Sensorauswerteein­ richtung (14) sowie ein Eingangs- und Aus­ gangssignal des Längsreglers (10) zuführbar ist und der ausgangsseitig mit einem Steueran­ schluß der ersten Schalteinrichtung (4) verbun­ den ist;
• 3. - eine Spannungsvervielfachereinrichtung (12) die parallel zur Sensorauswerteeinrich­ tung (14) geschaltet ist und über eine ohmsche Einrichtung (9) mit einem Steueranschluß der zweiten Schalteinrichtung (6) verbunden ist; und
• 4. - eine kapazitive Einrichtung (8), über die das Ausgangssignal (a) der Sensorauswerteein­ richtung (14) dem Steueranschluß der zweiten Schalteinrichtung (6) zuführbar ist.

16. Schaltungsanordnung nach Anspruch 15, da­ durch gekennzeichnet, daß das Ausgangssignal (a) der Sensorauswerteeinrichtung (14) über eine Ver­ zögerungseinrichtung (11) der kapazitiven Einrich­ tung (8) zuführbar ist.

17. Schaltungsanordnung nach Anspruch 16, da­ durch gekennzeichnet, daß die Spannungsvervielfa­ chereinrichtung (12) ein Spannungsverdoppler ist.

18. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprü­ che 9 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Ener­ giespeichereinrichtung (7) ein Kondensator ist.

19. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprü­ che 9 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß die er­ sten und zweiten Schalteinrichtungen (4, 6) Transi­ storen aufweisen.