DE69022798T2 - Vorrichtung zur automatischen Wiederherstellung des Normalbetriebes eines verriegelbaren Relais. - Google Patents

Vorrichtung zur automatischen Wiederherstellung des Normalbetriebes eines verriegelbaren Relais.

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Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft im allgemeinen eine Vorrichtung, die automatisch den Normalbetrieb eines verriegelbaren (oder Stütz-) Relais wiederherstellt, und speziell eine solche Vorrichtung, die eine automatische Rückstellfunktion aufweist, bei der ein verriegelbares Relais in der Lage ist, in einen Normalzustand zurückzukehren, wenn ein Relaisanker zufällig auf einen darauf angewandten äußeren Einfluß oder dgl. ansprechend von der EIN-Stellung zur AUS-Stellung schaltet.
  • Es ist bekannt in der Technik, daß ein verriegelbares Relais seine Kontakte in der zuletzt eingenommenen Position beläßt, selbst ohne Erregung der Spule. Ein Relaisanker, der einen Teil eines verriegelbaren Relais bildet, schaltet auf eine an das Relais angelegte rasch ansteigende Spannung ansprechend in die EIN-Stellung. Wenn im Gegensatz dazu das Relais betriebsunfähig gemacht werden soll, wird die entgegengesetzte Polarität der rasch wechselnden Spannung an das Relais angelegt, womit der Relaisanker in dessen AUS-Stellung zurückschaltet. Ein Relaisanker enthält einen beweglichen, elektrisch leitenden Arm.
  • Für den Fall, daß ein verriegelbares oder Stütz-Relais zufällig seine Kontakte unterbricht, nachdem es betä tigt wurde, ist es notwendig, noch einmal die Betätigungsenergie anzulegen, um so seine Kontakte herzustellen. Solch unerwartete Kontaktunterbrechung tritt gewöhnlich mit einem Stütztyp-Relais auf.
  • Eine der üblichen wiedererregenden Verschaltungstechniken für die Verwendung in einer Stützrelaisschaltung wurde in dem US-Patent Nr. 4,907,122 (entsprechend EP-A-0 298 718) offenbart, das demselben Wesen wie die gegenwartige Anmeldung zugewiesen ist.
  • Dieser bekannte Stand der Technik weist einen Pulsfolgeoszillator, eine Ausgangsspannung abtastende und Oszillator sperrende Schaltung, usw. auf. Der Ausgang der Relaisschaltung wird ständig von der Ausgangsspannung abtastenden und Oszillator sperrenden Schaltung überwacht. Für den Fall, daß ein Relaisanker zufällig auf einen äußeren Einfluß oder dgl. ansprechend in dessen AUS-Stellung schaltet, wird ein abrupter Potentialabfall an dem Ausgang der Relaisschaltung erfaßt, was den Betrieb des Pulsoszillators einleitet. Deshalb wird das Relais wieder mit einer schnell ansteigenden Spannung versorgt, und daher stellt der Relaisanker dessen EIN-Stellung wieder her. Die Ausgang abtastende und Oszillator sperrende Vorrichtung erfaßt eine normale Ausgabe der Relaisschaltung und beendet den Betrieb des Oszillators.
  • Dieser Stand der Technik erfordert jedoch von Natur aus genauso den Pulsoszillator, wie die Vorrichtung zum Einleiten oder Sperren des Betriebes des Oszillators in Abhängigkeit von der Ausgabe der Relaisschaltung. Diese bekannte Technik ist folglich dadurch auf ein Problem gestoßen, daß die Schaltungsvorrichtung komplex und sperrig ist.
  • Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine verriegelbare Relaisschaltung zur Verfügung zu stellen, die eine einfache Vorrichtung zum Wiederherstellen des normalen Relaisbetriebes für den Fall, daß das Relais wegen eines äußeren Einflusses oder dgl. betriebsunfähig gemacht ist, aufweist.
  • Kurz gesagt, die obigen Merkmale werden durch eine zu beschreibende Vorrichtung zum automatischen Wiederherstellen einer normalen Schaltstellung eines Relaisankers nach einem zufälligen AUS-Schalten, das durch einen äußeren Einfluß oder dgl. hervorgerufen wurde, erreicht. Der Ausgang des Relais wird überwacht und an einen Differenzierer angelegt. Ein Komparator ist vorgesehen, um EIN- und AUS-Betätigungen eines Hauptschalters widerzuspiegeln. Für den Fall, daß der Ausgang des Relais schnell abfällt, gibt der Differenzierer einen Impuls zu einer Wellenformungsschaltung (z.B. Schmitt- Trigger) aus. Ein Gatter wird mit den Ausgaben der Wellenformungsschaltung und des Komparators versorgt. Der Ausgang des Gatters erlaubt dem Relaistreiber kurz als Antwort auf die unerwünschten Änderungen im Relaisstatus das Relais auszulösen, worauf der Relaisanker die EIN-schaltende Stellung wieder einnimmt.
  • In einer im folgenden beschriebenen Vorrichtung gibt es eine Relaisschaltung, die aufweist: einen Schalter, der Schalter verbunden mit einer Gleichspannungsquelle; ein verriegelbares Relais, das verriegelbare Relais mit einem Relaisanker und einer Kontaktsteuerungseinrichtung, wobei der Relaisanker zwischen der EIN- und AUS-Stellung schaltbar ist als Antwort auf Spannungsänderungen, die durch den Schalter hervorgerufen und an die Kontaktsteuerungseinrichtung angelegt werden; Ausgangsspannung-Abtasteinrichtung, wobei die Ausgangsspannung-Abtasteinrichtung auf einen abrupten Potentialabfall am Ausgang des verriegelbaren Relais wegen des Schaltens von der EIN-Stellung zur AUS-Stellung des Relaisankers antwortet und ein Steuersignal erzeugt, das den abrupten Potentialabfall darstellt; und Relaissteuereinrichtung, wobei die Relaissteuereinrichtung mit dem Schalter verbunden ist, und verbunden ist, um das Steuersignal von der Ausgangsspannung-Abtasteinrichtung zu empfangen, wobei die Relaissteuereinrichtung auf das Steuersignal, das den abrupten Potentialabfall anzeigt, antwortet, zum Wechseln des Relaisankers von der AUS-Stellung in die EIN-Stellung für den Fall, daß der Schalter geschlossen bleibt.
  • Eine andere zu beschreibende Vorrichtung mit einer Relaisschaltung weist auf: einen Schalter, wobei der Schalter mit einer Gleichspannungsquelle verbunden ist; ein verriegelbares Relais, das verriegelbare Relais mit einem Relaisanker und einer Kontaktsteuerungseinrichtung, wobei der Relaisanker zwischen der EIN und AUS-Stellung schaltbar ist als Antwort auf Spannungsänderungen, die durch den Schalter hervorgerufen und an die Kontaktsteuerungseinrichtung angelegt werden, wobei der Relaisanker in dem Fall, daß der Schalter geschlossen bleibt, zurückgestellt wird; ein erstes Gatter, wobei das erste Gatter mit ersten und zweiten Eingängen versehen ist, wobei der erste Eingang mit dem Ausgang des verriegelbaren Relais verbunden ist und der zweite Eingang mit einer festgelegten Spannung beaufschlagt ist, das erste Gatter als Antwort auf einen abrupten Potentialabfall an der Ausgabe des verriegelbaren Relais ein erstes Signal ausgibt; einen Differenzierer, wobei der Differenzierer mit dem Gatter verbunden ist, und als Antwort auf das erste Signal ein Steuersignal erzeugt, das den abrupten Potentialabfall anzeigt; ein Komparator, wobei der Komparator mit dem Schalter verbunden ist und als Antwort auf ein Schließen und Öffnen des Schalters Signale mit jeweilig vorgegebenen Pegeln selektiv ausgibt; eine Wellenformungsschaltung, wobei die Wellenformungsschaltung mit dem Differenzierer verbunden ist und als Antwort auf das den abrupten Potentialabfall anzeigende Steuersignal einen Rechteckimpuls erzeugt; ein zweites Gatter, wobei das zweite Gatter mit der Wellenformungsschaltung und mit dem Komparator verbunden ist und ein zweites Signal erzeugt, dessen Spannungspegel sich als Antwort auf den Rechteckimpuls verändert; und ein Relaistreiber, wobei der Relaistreiber mit dem Gatter verbunden ist und die EIN-Stellung des Relaisankers wiederherstellt, wobei der Relaistreiber durch die Kontaktsteuerungseinrichtung als Antwort auf das zweite Signal wirkt.
  • Die folgende Beschreibung und Zeichnungen offenbaren mittels Beispielen die Erfindung, die in den beigefügten Ansprüchen gekennzeichnet ist, deren Inhalt den Bereich des hierbei verliehenen Schutzes bestimmen. In den Zeichnungen ist:
  • Fig. 1 ein Blockschaltplan, der eine Ausführungsform dieser Erfindung zeigt,
  • Fig. 2 ein Zeitdiagramm zum Beschreiben des Betriebes der Vorrichtung nach Fig. 1.
  • Fig. 3 ein Blockschaltplan, der eine Variante der in Fig. 1 gezeigten Ausführungsform zeigt, und
  • Fig. 4 ein Zeitdiagramm zum Beschreiben des Betriebes der Vorrichtung nach Fig. 3.
  • Es wird nun auf Fig. 1 verwiesen, worin eine Ausführungsform dieser Erfindung in Blockschaltplanform gezeigt ist. Die Vorrichtung nach Fig. 1 weist im allgemeinen ein verriegelbares Relais 10, eine Gleichspannungsquelle (DC) 20, einen Schalter 22, einen Komparator 24, eine Wellenformungsschaltung 30, und einen Differenzierer 32, usw. auf.
  • Das Relais 10 ist mit einer Kontaktsteuerschaltung 12, EIN- und AUS-Stellungskontakten 14 und 16, und einem Relaisanker 18 versehen. Ein Ende der Kontaktsteuerschaltung 12 ist mit der Gleichspannungsquelle 20 verbunden. In gleicher Weise ist der EIN-Stellungskontakt 14 mit der Gleichspannungsquelle 20 verbunden.
  • Wie in dem Anfangsteil der vorliegenden Beschreibung angedeutet, behält das verriegelbare Relais 10 auch ohne Spulenerregung seine Kontakte in der zuletzt eingenommenen Stellung bei. Genauer gesagt schaltet der Relaisanker 18 auf eine von der Gleichspannungsquelle 20 angelegte rasch ansteigende Spannung zu dem EIN-Stellungskontakt 14 und verbleibt in seiner Stellung. Wenn im Gegensatz dazu das Relais 10 betriebsunfähig gemacht wird, wird die entgegengesetzte Polarität der rasch ändernden Spannung (nämlich eine abrupte Abwärtsspannungsänderung) an die Kontaktsteuerschaltung 12 angelegt und deshalb schaltet der Relaisanker 18 zu dem AUS- Stellungskontakt 16 zurück.
  • Der Schalter 22 ist zwischen der Gleichspannungsquelle 20 und einem Eingabeanschlußpunkt 24a des Komparators 24 vorgesehen. Eine Referenzspannung Vref ist an den anderen Eingabeanschlußpunkt 24b des Komparators 24 angelegt. Die Referenzspannung Vref ist als geringer als ein Spannungspegel einer Spannung Va festgelegt, wenn der Schalter 22 geschlossen ist. Der Komparator gibt eine Spannung Vb aus, die in Abhängigkeit von den Eingangsspannungen Va und Vref einen niedrigen oder hohen Pegel einnimmt. Eine Parallelschaltung, die aus einem Widerstand 26 und einer Kapazität 28 besteht, ist zur Aufnahme unerwünschter Spannungsschwankungen, welche durch ein sogenanntes "Prellen" des sich schließenden Schalters 12 hervorgerufen werden, vorgesehen.
  • Die Wellenformungsschaltung 30 nimmt in dieser besonderen Ausführungsform die Form eines Schmitt-Triggers ein. Wie bekannt ist, erzeugt ein Schmitt-Trigger Impulsformung durch Einführen von positiver Rückkopplung, um hohe Verstärkung und Hysterese zu erzielen. Ein Schmitt-Trigger erzeugt eine Ausgabe, wenn eine Eingabe einen bestimmten Einschaltpegel überschreitet, während die Ausgabe des Schmitt-Triggers bestehen bleibt, bis der Eingang unter einen bestimmten Ausschaltpegel fällt. Wie gezeigt weist der Schmitt-Trigger 30 einen Operationsverstärker 34 und zwei Widerstände 36, 38 auf. Der Operationsverstärker 34 hat einen invertierenden Eingang 34a, an den eine Spannung Vc angelegt ist, während ein nichtinvertierender Eingang 34b über den positiven Rückkoppelwiderstand 36 mit dem Ausgang des Verstärkers 34 verbunden ist. Eine Hysterese-Weite wird durch die Widerstände 36, 38 bestimmt. Die Wellenformungsschaltung 30 gibt eine Spannung Vd mit einer rechteckigen Wellenform aus.
  • Ein UND-Gatter 40, dem der Komparator 24 und die Wellenformungsschaltung 30 vorausgehen, erzeugt eine Ausgangsspannung Ve. Ein Relais-treibender Transistor 42 wird leitend gemacht, nachdem der Gatterausgang Ve einen hohen Pegel einnimmt, und betriebsunfähig, wenn Ve einen niedrigen Pegel einnimmt. Deshalb versorgt der treibende Transistor 42 die Kontaktsteuerschaltung 12 mit rasch ansteigenden und abfallenden Spannungen, um dabei das Relais 10 betriebsfähig bzw. betriebsunfähig zu machen.
  • Das Relais 10 ist über einen Ausgabeanschlußpunkt 44 mit einer äußeren Schaltung (nicht gezeigt) verbunden, um dort die Ausgabe V&sub0; anzulegen, und ist ebenfalls mit einem UND-Gatter 46 verbunden, um dort die Ausgabe V&sub0; an einen Eingang 46a anzulegen. Der andere Eingang 46b des UND-Gatters 46 ist verbunden, um eine Versorgungsspannung Vcc zu empfangen. Der Ausgang des UND-Gatters 46 ist mit dem Differenzierer 32 verbunden, der eine Kapazität 50 und einen Widerstand 52 enthält, und der eine Ausgangsspannung Vf erzeugt. Wie gezeigt ist die Verbindung zwischen der Kapazität 50 und dem Widerstand 52 über eine Diode 54 mit dem Eingang 34a der Wellenformungsschaltung 30 verbunden, während ein Anschlußpunkt des Widerstands 52 mit einem Anschlußpunkt von einem Widerstand 56 und der Versorgungsspannung Vcc verbunden ist. Der Widerstand 56 ist so angeordnet, um normalerweise eine Spannung mit hohem Pegel an den Eingang 34a der Wellenformungsschaltung 30 anzulegen.
  • Der Betrieb der Vorrichtung nach Fig. 1 wird in bezug auf Fig. 2 beschrieben, in der eine Wellenform von jeder der oben erwähnten Spannungen Va, Vb, Vc, Vd, Ve, V&sub0; und Vf gezeigt ist. Es ist zu erwähnen, daß Eigenlaufzeiten zwischen den Ereignissen der Spannungen lediglich aus Gründen der Vereinfachung in Fig. 2 nicht gezeigt sind. Ferner bezeichnen die in Klammern gesetzten Buchstaben "H" und "L" in Fig. 2 hohe und niedrige Pegel der jeweiligen entsprechenden Spannung.
  • Bevor der Schalter 22 zu einer Zeit T1 geschlossen wird, nimmt Va und deshalb der Ausgang Vb des Komparators 24 einen niedrigen Pegel an. Andererseits empfangen sowohl der Eingabeanschlußpunkt 34a als auch der Differenzierer 32 die Konstantspannung Vcc und dementsprechend nehmen sowohl Vc als auch Vf einen hohen Pegel an. Das bedeutet, daß der Ausgang Vd der Wellenformungsschaltung (Schmitt-Trigger) 30 vor T1 einen hohen Pegel annimmt. Da somit der Ausgang Ve des UND-Gatters 40 unter solchen Bedingungen einen niedrigen Pegel annimmt, bleibt das Relais 10 betriebsunfähig. Deshalb nimmt der Ausgang Vo des Relais 10 einen niedrigen Pegel ein.
  • Wenn der Schalter 22 zu einem Zeitpunkt T1 geschlossen wird, veranlaßt ein rasch ansteigendes Potential Va den Ausgang Vb des Komparators einen hohen Pegel anzunehmen, wobei das UND-Gatter 40 einen hohen logischen Pegel Ve erzeugt. Dies wiederum führt herbei, daß der Relais-treibende Transistor 42 leitfähig gemacht wird. Als Folge schaltet der Relaisanker 18 hin zu dem EIN-Stellungskontakt 14. Darauf folgend nimmt der Ausgang Vo des Relais 10 einen hohen Pegel an. Diese Bedingungen werden solange, wie der Relaisanker 18 in dessen EIN-Stellung bleibt aufrechterhalten. Die Folge der Ereignisse der Spannungen Va, Vb, Vc und V&sub0; wird sowohl zum Zeitpunkt T1 als auch während einer kurzen Zeitdauer danach durch gewellte durchgezogene Linien (a) bis (c) bezeichnet.
  • Es wird angenommen, daß der Relaisanker 18 wegen eines außen angelegten Einflusses oder dgl. zu einem Zeitpunkt T2 gewaltsam zu dem AUS-Stellungskontakt 16 getrieben wird. Wenn dies eintritt, fällt die Ausgabe V&sub0; des Relais 10 plötzlich ab und deshalb wechselt der Ausgang Vf des Differenzierers 32 (ebenso Vc), wie in Fig. 2 dargestellt. Als Antwort auf den abrupten Abfall der Relaisausgabe V&sub0; gibt der Schmitt-Trigger 30 einen Impuls aus (bezeichnet durch die Referenzzahl 58 in Fig. 2) wobei der Ausgang Ve des UND- Gatters 40 rasch abfällt und danach rasch ansteigt. Der Transistor 42 ist deshalb für ein kurzes Zeitintervall zeitweilig nichtleitend gemacht. Als Antwort auf die ansteigende Flanke von Ve wird erneut eine rasch ansteigende Spannung an die Kontaktsteuerschaltung 12 angelegt und somit wird der Relaisanker 18 erneut dazu veranlaßt, zu dem EIN-Stellungskontakt 14 zu schalten. Die Folge der Ereignisse der Spannungen V&sub0;, Vf, Vc und Vd wird sowohl zur Zeit T2 als auch während einer kurzen Zeitdauer danach durch gewellte durchgezogene Linien (d) bis (g) bezeichnet.
  • Wenn danach der Schalter 22 zur Zeit T3 offen ist, bewirkt ein rasch fallendes Potential der Spannung Va, daß der Ausgang Vb des Komparators einen niedrigen Pegel annimmt, wobei das UND-Gatter 40 einen niedrigen logischen Pegel Ve erzeugt. Dieses veranlaßt den Relais-treibenden Transistor 42 nichtleitend zu werden und endet damit, daß der Relaisanker 18 zu dem AUS-Stellungskontakt 16 umschaltet. Als eine Folge wird der Ausgang V&sub0; des Relais 10 zu Null (nämlich niedriger Pegel). Es sollte erwähnt werden, daß, obwohl sich jede der Spannungen Vc, Vd und Vf wie dargestellt auf den schnellen Abfall von Va ansprechend ändert, diese Phänomene von dieser Erfindung nicht betroffen sind.
  • Es wird nun auf Fig. 3 verwiesen, worin eine Variante der in Fig. 1 gezeigten Ausführungsform in Blockschaltform dargestellt ist.
  • Die Vorrichtung der Fig. 3 unterscheidet sich von der von Fig. 1 wie folgt:
  • (a) Die Kontaktsteuerschaltung 12 ist über einen Widerstand 60 mit der Gleichspannungsquelle 20 verbunden, (b) ein Kollektor des Relais-treibenden Transistors 42 ist zu einer Verbindung zwischen der Steuerschaltung 12 und dem Widerstand 60 verbunden, (c) ein NICHT-UND-Gatter 40' ist anstelle des UND-Gatters von Fig. 1 vorgesehen, und (d) der Ausgang des NICHT-UND-Gatters 40' ist durch Ve, bezeichnet. Die übrigen Teile der Vorrichtung nach Fig. 3 sind mit den entsprechenden Teilen von Fig. 1 identisch und deshalb wird auf deren weitere Beschreibung aus Gründen der Kürze verzichtet.
  • Das Relais 10 der Fig. 3 ist ebenso durch eine rasch ansteigende Spannung erregt und wird durch eine rasch abfallende Spannung betriebsunfähig gemacht, wobei beides unter der Kontrolle des Schalters 22 von der Gleichspannungsquelle 20 an die Kontaktsteuerschaltung 12 angelegt ist.
  • Fig. 4 ist ein Zeitdiagramm, das eine Wellenform von jeder der Spannungen Va, Vb, Vc, Vd, Ve', V&sub0; und Vf zeigt. Es ist zu erwähnen, daß die Spannungspegel von Vei verglichen mit Ve (Fig. 2) invertiert sind. Abgesehen davon ist der Betrieb genau der gleiche wie in Fig. 2 gezeigt. Der Betrieb der in Fig. 3 gezeigten Vorrichtung wird in bezug auf die Vorrichtung von Fig. 1 aus der vorhergehenden Beschreibung klar verständlich und deshalb werden weitere Diskussionen der Figuren 3 und 4 als für den Fachmann unnötig betrachtet.
  • Da die vorhergehende Beschreibung eine Ausführungsform bezüglich der vorliegenden Erfindung und eine Variante davon beschreibt, werden die zahlreichen Alternativen und Abänderungen, die möglich sind, ohne vom Umfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen, welcher nur durch die beigefügten Ansprüche beschränkt ist, für den Fachmann offensichtlich sein.

Claims (4)

1. Relaisschaltung mit einem Schalter (22), verbunden mit einer Gleichspannungsquelle (20), einem verriegelbaren Relais (10) mit Relaisanker (18) und Kontaktsteuerungseinrichtung (12), wobei der Relaisanker zwischen der EIN- (14) und AUS- (16) Stellung schaltbar ist als Antwort auf Spannungsänderungen, die durch den Schalter (22) hervorgerufen und an die Kontaktsteuerungseinrichtung (12) angelegt werden, der Relaisanker (18) in dem Fall, daß der Schalter geschlossen bleibt, zurückgestellt wird, einem ersten Gatter (46) mit einem ersten und zweiten Eingang, wobei der erste Eingang mit dem Ausgang des verriegelbaren Relais (10) verbunden ist und der zweite Eingang mit einer festgelegten Spannung beaufschlagt ist, das erste Gatter (46) als Antwort auf einen abrupten Potentialabfall an der Ausgabe des verriegelbaren Relais (10) ein erstes Signal ausgibt, dadurch gekennzeichnet, daß vorgesehen sind ein mit dem ersten Gatter (46) verbundener Differenzierer (32), welcher als Antwort auf das erste Signal ein Steuersignal erzeugt, das den abrupten Potentialabfall anzeigt, ein mit dem Schalter (22) verbundener Komparator (24), der als Antwort auf ein Schließen und Öffnen des Schalters (22) Signale mit jeweilig vorgegebenem Pegel selektiv ausgibt, eine Wellenformungsschaltung (30), die mit dem Ausgang des Differenzierers (32) verbunden ist und als Antwort auf das den abrupten Potentialabfall anzeigende Steuersignal einen Rechteckimpuls erzeugt, ein zweites Gatter (40 oder 40'), das mit der Wellenformungsschaltung (30) und mit dem Komparator (24) verbunden ist, um ein zweites Signal zu erzeugen, dessen Spannungspegel sich als Antwort auf den Rechteckimpuls verändert, und ein Relaistreiber (42), der mit dem Ausgang des zweiten Gatters (40 oder 40') verbunden ist und die EIN-Stellung des Relaisankers (18) wiederherstellt, wobei der Relaistreiber (42) durch die Kontaktsteuerungseinrichtung (12) als Antwort auf das zweite Signal wirkt.
2. Relaisschaltung nach Anspruch 1, wobei das erste Gatter (46) ein UND-Gatter ist.
3. Relaisschaltung nach Anspruch 1, wobei die Wellenformungsschaltung (30) ein Schmitt-Trigger und das zweite Gatter (40) ein UND-Gatter ist.
4. Relaisschaltung nach Anspruch 1, wobei die Wellenformungsschaltung (30) ein Schmitt-Trigger und das zweite Gatter (40') ein NICHT-UND-Gatter ist.
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