DE3331678C2 - - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung mit elektronischen Baugruppen zur Ansteuerung mehrerer, wahlweise parallel betreibbarer Relais, deren Wicklungen mittels Halbleiterschalter für die Dauer von Anzugs- und Halte-Impulsen an die Betriebsspannung gelegt werden.

Bei Relais-Schaltungen besteht bekanntlich das Problem, daß für das Ansprechen, d. h. Anziehen des Ankers des Relais eine verhältnismäßig große Stromstärke, d. h. starke elektromagnetische Erregung erforderlich ist, dieser Strom aber im Dauerbetrieb zu unzulässiger Erwärmung der Wicklung und evtl. weiterer Teile des Relais, d. h. auch zu unter Umständen weitaus unzulässigem Energieverbrauch führt. Wesentlich ist hierbei, daß eben eine erheblich höhere elektische Leistung aufgebracht werden muß, als lediglich für die Aufrechterhaltung des erregten Zustandes für die Arbeitslage der Kontaktfedern erforderlich wäre.

Bekanntlich kann man den vorbeschriebenen Energieaufwand durch die Verwendung von Remanenzrelais und deren Erregung durch einen kurzen Stromimpuls vermeiden, wobei die Arbeitslage durch Remanenz deren Magnetkern aufrechterhalten wird, aber durch einen entgegengesetzten Stromimpuls durch die Spulenwicklung das Permanent- Magnetfeld kurzzeitig aufheben und so den Anker abfallen lassen. Diese Einrichtung hat also den Nachteil, daß ein zusätzlicher Schaltungsaufwand getrieben werden muß.

In einem anderen Fall wird eine Verminderung des Leistungsverbrauchs erreicht, indem die Relaiswicklung zunächst über einen kurzgeschlossenen Vorwiderstand an die Stromquelle angeschlossen, nach Erreichen der Ansprechzeit des Relais, d. h. der Betriebslage seiner Kontaktanordnung mit Haltewirkung das Relais kurzzeitig mit einer größeren elektrischen Leistung erregt und dann durch Aufhebung der Überbrückung der Strom so weit abgesenkt wird, daß ohne Abfallen des Relais und ohne Überlastung der Relaiswicklung der Haltezustand aufrechterhalten wird. Im Interesse einer Verminderung des Stromverbrauchs im Haltebetrieb ist auch die zeitweise Hintereinander-Schaltung von Stromquellen vorgeschlagen worden, von denen im Haltebetrieb nur die eine verwendet wird.

Da mit solchen bekannten Betriebsarten eine wirksame Energieeinsparung ohne zusätzlichen Aufwand nicht erreichbar war, geht die vorliegende Erfindung von dem Stand der DE-OS 20 53 767 aus, worin eine Betriebsschaltung beschrieben wird, wobei die Anzugs- und Halteerregung zunächst durch einen Anzugsimpuls aus einem gemeinsamen Verstärker erregt und nach Beendigung der Anzugsphase durch Einzelimpulse aus einem Multivibrator mit bestimmtem Tastverhältnis aufrechterhalten wird, dessen Mittelwert dem geforderten Haltestrom entspricht. Dieser Anordnung liegt die technische Erkenntnis zugrunde, daß nach dem Ansprechen des Relais auch bei weichmagnetischem Werkstoff üblicher Art die Abfallzeit größer ist als die Ansprechzeit, zumal, wenn die Spulenwicklung durch ein parallel-geschaltetes nicht-induktives Bauelement der dann erzeugte Reststrom infolge der natürlichen magnetischen Haftwirkung so unterstützt wird, daß ein relativ kurzer Stromimpuls genügt, um das magnetische Feld wieder herzustellen; der Leistungsanteil für den mechanischen Teil des Anzugsvorgangs braucht dann nicht nochmal aufgebracht zu werden.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schaltungsanordnung für Relais mit weichmagnetischem Kern gemäß des Merkmals des Oberbegriffs von Anspruch 1 (für wahlweise kombinierbare Anwendungsfälle) zu schaffen, der verbesserten Art, daß die Einleitung des Anzugs- und die Aufrechterhaltung des Halte- Erregungszustandes herbeigeführt werden kann, ohne daß der Energieaufwand im Falle einer Kombination unzulässig überschritten wird, wobei für die gesamte Dauer des Aktivierungszustandes des Relais nur eine einmalige Einschaltung durch Taster- bzw. Schalterbetätigung erforderlich ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit Hilfe einer Schaltungsanordnung mit den Merkmalen des kennzeichnenden Teils von Anspruch 1 gelöst. Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstände der Unteransprüche. Im folgenden ist ein Ausführungsbeispiel anhand der Zeichnung näher erläutert; es stellen dar:

Fig. 1:

• a) das logische Blockschaltbild einer Ansteuer-Anordnung für ein Relais mit Ein- und Ausschaltung durch einen Taster;
• b) die Impulsdiagramme einzelner Stromkreise von Fig. 1a;

Fig. 2 das logische Blockschaltbild für die Stromkreise von Fig. 1a;

Fig. 3 die Impulsdiagramme einzelner Stromkreise von seriell angesteuerten Relais, im vorliegenden Fall für drei Relais ". . 1 . .", ". . 2 . .", ". . n", d. h. hier ". . 3", mit zeitlich versetzter Ein- und Ausschaltung durch drei zugehörige Taster.

In Fig. 1 liegt das Relais mit parallelgeschalteter Diode 2 - die Schaltungsgruppe - im Kollektorelektrodenzweig des PNP-Transistors 3, dessen Emitterelektrode 4 an dem einen Pol 5 der Stromquelle angeschlossen ist, während der der Kollektorelektrode 6 entgegegengesetzte Anschluß 7 der Spulenwicklung des Relais 1 an dem anderen Pol der Stromquelle liegt. Die Basiselektrode 9 ist über den Widerstand 10 an den Ausgang 11 des NAND-Gliedes 12 angeschlossen, dessen einer Eingang 13 mit dem bei Betätigung des Tasters 47 erzeugten Speiseimpuls A der Fig. 1b beaufschlagt und mit dem Eingang 14 der als monostabiler Multivibrator (MONO-FLOP) 15 wirkenden Gruppe aus NOR-Gliedern 16, 17, die über das RC-Glied aus Kondensator 18 im Längszweig zwischen Ausgang 19 des NOR-Gliedes 16 und den Eingängen 20 des anderen und dem einstellbaren Widerstand 21 im Querzweig zwischen dem Knotenpunkt 22 zwischen Kondensator 18 und Leitung 23 zum einen Pol 5 der Stromquelle gekoppelt sind, und dem anderen Eingang 24 mit dem Signal am Ausgang 25 des OR-Gliedes 26 verbunden ist.

Der erste Eingang 27 des OR-Gliedes 26 ist mit dem Ausgang 28 des NOR-Gliedes 17 verbunden, während der zweite Eingang 29 durch das Signal am Ausgang 30 des monostabilen Multivibrators 31 aus rückgekoppelten NOR- Gliedern 32, 33 mit Kondensator 34 in einen Rückkopplungszweig 34 beaufschlagt wird, wobei der einstellbare Widerstand 36 zwischen Ausgang 30 und Leitung 22 der Wahl des Tastverhältnisses der Impulse im Ausgang 30 dient. An einen Eingang 37 des monostabilen Multivibrators 31 liegt der Ausgang 38 des als Oszillator dienenden astabilen Multivibrators 39 aus NOR-Gliedern 40, 41, die über den Widerstand 42 und den Kondensator 43 zwischen Ausgang 38 und ersten Eingang 44 des astabilen Multivibrators 39 rückgekoppelt sind. Der an die Leitung 5 über den Taster 47 angeschlossene andere Eingang 45 liegt über den Widerstand 46, welcher bei geöffnetem Taster 47 zur Herstellung einer definierten Spannung am Eingang 14 des NAND-Glieds 16 zwischen dem Eingang 14 und dem einen Pol 5 der Stromquelle dient, am anderen Pol 8 der Stromquelle.

Die Funktion der Schaltung läßt sich zweckmäßigerweise anhand der Impuls-Diagramme der Fig. 1b erläutern. Darin stellt "A" das Spannungsdiagramm bei Betätigung des Tasters 47 am Eingang 14 des NOR-Glieds 16 mit der Signaldauer 48 dar. Am Ausgang 19 des NOR-Glieds 16 tritt die Spannungsfunktion gemäß Diagramm "B" der Fig. 1b auf, am Eingang des NOR-Glieds 17 die Spannungsfunktion "C" und am Ausgang des Multivibrators (FLIP- FLOP) 15, d. h. des zu seiner Gruppe gehörenden NOR-Glieds 17 die Spannungsfunktion "D", d. h. ein gegenüber dem Signal der Tasten-Betätigung um so viel verkürzter Impuls auf, daß seine Dauer 49 für die Erregung im Anzugs-Abschnitt des Relais ausreicht, d. h. größer ist als dieser, d. h. die Ansprechzeit.

Dieser verkürzte Impuls beaufschlagt den ersten Eingang 27 des OR-Glieds 26, dessen zweiter Eingang 29 von dem Ausgangssignal "E" des MONO-FLOP (monostabilen Multivibrators) 31 angesteuert wird, so daß an seinem Ausgang 25 und damit dem zweiten Eingang 24 des NAND- Gliedes 12 das Signal des Diagramms "F", d. h. die Summe der Impulse gemäß "D" und "E" anliegt. Die Ausgangssignale des Diagramms "E" sind periodisch gemäß dem Ausgangssignal des astabilen Multivibrators 39, der als Oszillator praktisch Mäander-Signale liefert. Die Dauer der Signale des Signals "E" wird so kurz eingestellt, daß ihre elektrische Energie ausreicht, um die magnetische Erregung des Relais 1 so wiederherzustellen, daß die Abfallzeit größer ist als der Abstand dieser Impulse. Am Ausgang 25 des OR-Glieds 26 steht somit, wie am Eingang 24 des NAND-Glieds die Signalfolge des Diagramms "E" an.

Der PNP-Transistor 3 wird infolgedessen durch die Impulsfolge des Diagramms "G" ausgesteuert, so daß das Relais durch den Kurzimpuls des Diagramms "D" zum Anzug gebracht und in seiner Arbeitslage durch die während des Tastenimpulses auftretenden Kurz- bzw. Wiederholungs- Impulse immer wieder nacherregt, d. h. in seiner Halte-Erregung aufrechterhalten wird. Die Haltezeit 50 ist dabei etwas länger als die Dauer 48 der Tastenbetätigung ("A"), nämlich um die Differenz der Zeit zwischen Ende des letzten durch das NAND-Glied 12 freigegebenen Wiederholungs-Impulses der periodischen Impulsfolge (Diagramm "E") und der Abfallzeit 51.

In Fig. 2 sind mehrere, d. h. n Ansteuer-Stromkreise, hier für drei Relais 101.1, 101.2 . . ., 101.n, d. h. 101.3 mit getrennt unterschiedlich frei wählbarer Haltezeit der Relais, und einer gemeinsamen Ansteuer-Einrichtung 102 dargestellt, die Ansteuerkreise 103.1, 103.2, 103.n bzw. 103.3 sind links vor der zwischen den jeweiligen Ausgängen 104.1, 104.2, 104.3 - Impulsfolgen etwa entsprechend dem Diagramm - "G" in Fig. 1b und den von ihnen in entsprechender Weise wie in Fig. 1a, beaufschlagten Basiselektroden 105.1, 105.2 und 105.3 strichpunktiert gezeichneten Linie 106 angeordnet. Bei dieser kombinierten Mehrfach-Schaltungsanordnung wird die Besonderheit, daß zwischen den periodischen Wiederholungs-Impulsen der Impulsfolge "E" gemäß Fig. 1b freie Zeitintervalle liegen, vorteilhaft verwertet, indem diese Wiederholungsimpulse für die Ansteuerkreise 103.1, 103.2, 103.n, d. h. hier 103.3, zeitlich gegeneinander versetzt sind, wobei die Anzahl n der durch die Ansteuereinrichtung bedienbaren Ansteuerkreise 103. . . . dadurch begrenzt ist, daß die Summe insgesamt der n bzw. drei Impulsdauern der periodischen Impulsreihe ("E" in Fig. 1b) innerhalb einer Periodendauer liegen, d. h. in der Größenordnung der Abstände dieser Wiederholungsimpulse sein soll, wenn die Betriebssicherheit optimal bleiben soll.

Gegenüber dem Ausführungsbeispiel der Fig. 1a unterscheidet sich dasjenige der Fig. 2 dadurch, daß die periodischen Impulsfolgen (entsprechend "E" in Fig. 1b) von einem Zähler-/Teiler-Schaltkreis 107, z. B. der Gattung der handelsüblichen (CD 4017) dekadischen Zähler-Teiler der Bauart in integrierter Halbleitertechnologie, z. B. an den Ausgangsanschlüssen "3", "2" . . . "7" geliefert werden, der von einem Multivibrator 108 als Oszillator angesteuert wird.

Die sowohl infolge verschiedener Dauer der Kontaktbetätigung als auch der zeitlichen Versetzung der periodischen Impulsfolgen zustande kommenden Unterschiede lassen sich an dem Betriebsfall-Beispiel der Fig. 3 übersichtlich ablesen. Da die Impulsdiagramme von Fig. 1b und Fig. 3 sich grundsätzlich entsprechen, weshalb die Bezeichnung "A" bis "G" übernommen worden sind, erübrigt es sich, auf alle Besonderheiten der Einzeldiagramme nochmals einzugehen. Hervorzuheben sind lediglich die zeitlichen Versetzungen der Betätigungen 121.1 . . . 121.n bzw. 121.3 des Tasters, der Ansprech- bzw. Anzugs-Erregungs-Impulse-Impulse 122.1 . . . 122.n bzw. 122.3 und vor allem der periodischen Wiederholungsimpulse "E" und "F", was durch Linien 123.1 . . . 123.n bzw. 123.3 angezeigt wird. Die Relais-Einschaltdauer ist jeweils durch die Striche 124.1 . . . 124.n bzw. 124.3 angegeben.

Claims (5)

1. Schaltungsanordnung mit elektronischen Baugruppen zur Ansteuerung mehrerer, wahlweise parallel betreibbarer Relais, deren Wicklungen mittels Halbleiterschalter für die Dauer von Anzugs- und Halte-Impulsfolgen an die Betriebsspannung gelegt werden, dadurch gekennzeichnet, daß die Baugruppen in der Folge von zeitlich unabhängig voneinander wählbaren Anzugsimpulsen (D) zeitlich versetzte Steuersignale für periodische Halte-Impulsfolgen (E) erzeugen.

2. Schaltungsanordnung zur Ansteuerung mehrerer Relais nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen Generator für die Erzeugung der Halteimpulsfolgen mit einem PNP-Transistor (3), der als Freigabegatter ein NAND-Glied (12), d. h. erste Verknüpfungseinheit, in seinem Eingang (9) für zwei vorgeschaltete Stromzweige aufweist, einer direkten Verbindung des ersten Eingangs (13) mit dem zu betätigenden Tastschalter (47) zur zeitlichen Begrenzung der Impulsfolgen und einem zweiten Stromzweig (24) für den Ausgang (25) eines OR-Gliedes (26) (als zweiter Verknüpfungseinheit), dessen erster Eingang (29) über eine Serienschaltung aus einer astabilen Multivibrator-Einheit (39) und einer MONO-FLOP-Einheit (31) zur Erzeugung der Halteimpulse (E) und dessen anderer (27) über eine MONO-FLOP-Einheit (15) unabhängig davon für die Erzeugung von Anzugsimpulsen (MONO-FLOP) (D) mit dem zu betätigenden Tastschalter (47) verbunden sind.

3. Schaltungsanordnung zur Ansteuerung mehrerer Relais nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die astabile Multivibrator- Einheit (39) und entsprechend (39 a, 39 b, . . .) und/oder MONO-FLOP-Einheit (31) und entsprechend (31 a, 31 b, . . .) zu einer Halbleiterbaustein-Einheit zusammengefaßt ist (sind).

4. Schaltungsanordnung zur Ansteuerung mehrerer Relais nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Dauer der Taktpausen des Ansteuersignals einer beliebigen der Relais-Schaltgruppen größer ist, als die Summe der Impulsdauer der Ansteuersignale der übrigen Ansteuergruppen, gemessen über die Periodendauer der erstgenannten Wiederholungs- Impulse.

5. Schaltungsanordnung zur Ansteuerung mehrerer Relais nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Ansteuerkreise des Mehrfach- Impulsgenerators (103.1 . . . 103.n) bzw. die Taktkreise mindestens teilweise in einem insbesondere hochintegrierten Halbleiter-Baustein (107) der Gattung der codiert ansteuerbaren Zählerbausteine mit seriell versetzten Ausgangssignalen bzw. Mehrfach-"OR"-Baugruppen od. dgl. zusammengefaßt sind.