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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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:
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Fig. 1 ein Blockschaltplan, der eine Ausführungsform
dieser Erfindung zeigt,
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Fig. 2 ein Zeitdiagramm zum Beschreiben des Betriebes
der Vorrichtung nach Fig. 1.
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Fig. 3 ein Blockschaltplan, der eine Variante der in
Fig. 1 gezeigten Ausführungsform zeigt, und
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Fig. 4 ein Zeitdiagramm zum Beschreiben des Betriebes
der Vorrichtung nach Fig. 3.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Es wird nun auf Fig. 3 verwiesen, worin eine Variante
der in Fig. 1 gezeigten Ausführungsform in Blockschaltform
dargestellt ist.
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Die Vorrichtung der Fig. 3 unterscheidet sich von der
von Fig. 1 wie folgt:
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(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.
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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.
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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.
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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.