DE4109922A1 - Ansteuereinrichtung fuer den anker eines batteriebetriebenen geraets - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zur Ansteue­ rung des Ankers eines batteriebetriebenen Antriebs, wie zum Beispiel des Ankers einer elektrischen Heftmaschine, einer elektrischen Nagelmaschine oder anderen motorisch betriebe­ nen Werkzeugen zur Abgabe von Klammern. Die Erfindung be­ zieht sich insbesondere auf eine Ansteuereinrichtung, die in schneller Aufeinanderfolge arbeitet, einen minimalen Betrag externer Leistung benötigt und innerhalb einer vorgegebenen Zeitgrenze automatisch in eine Ruhebetriebsart zurückkehrt, wenn sie betriebsbereit gemacht wird, ohne anschließend ak­ tiviert zu werden.

Elektrisch betriebene Heftmaschinen, die einen Solenoid-An­ ker oder andere elektromechanische Einrichtungen zum Auswurf von Klammern verwenden, werden typischerweise mit Wechsel­ strom versorgt. Derartige mit Wechselstrom versorgte Heftma­ schinen sind mit Problemen behaftet, die auf Spannungs­ schwankungen in den Wechselstrom-Versorgungsleitungen zu­ rückzuführen sind und Leistungsprobleme zur Folge haben, wie zum Beispiel ein "doppeltes Klammern" und/oder ein unvoll­ ständiges Klammern. Um das Auftreten derartiger Probleme zu minimieren, werden verschiedenartige Spannungsregelungs- und Steuerungseinrichtungen verwendet, die Voll- oder Halbwel­ lengleichrichter, Zenerdioden und Thyristoren aufweisen.

Gleichstrombetriebene Heftmaschinen, die ähnliche Solenoid- Anker verwenden, leiden gewöhnlich nicht an Problemen, die auf eine schwankende Eingangsspannung zurückzuführen sind, wie dies beispielsweise bei den wechselstrombetriebenen Heftmaschinen der Fall ist. Gleichstrombetriebene Heftma­ schinen basieren jedoch auf einer Stromversorgung durch Bat­ terien, so daß der Energieverbrauch zu einem Problem wird. Folglich müssen derartige Heftmaschinen so ausgelegt sein, daß die von ihnen verbrauchte Energie minimal wird, um da­ durch die effektive Betriebsdauer der Batterie zu erhöhen. Eine optimal wirksame Auslegung müßte sowohl die zum Ausstoß einer jeweiligen Klammer benötigte Leistung als auch dieje­ nige Leistung minimieren, die verbraucht wird, während die Heftmaschine auf den Ausstoß einer nachfolgenden Klammer wartet. Dieses Ziel konnte bei herkömmlichen gleichstrombe­ triebenen Heftmaschinen bislang nicht erreicht werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Ansteuerein­ richtung für den Anker von batteriebetriebenen Geräten, wie insbesondere elektrischen Heftmaschinen, derart weiterzubil­ den, daß unter Ausschaltung der vorgenannten Probleme ein minimaler Energieverbrauch gewährleistet ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den im Anspruch 1 bzw. 14 angegebenen Maßnahmen gelöst.

Demgemäß schlägt die Erfindung eine Festkörperschaltung zur Ansteuerung des Ankers einer batteriebetriebenen elektri­ schen Heftmaschine vor, die automatisch in eine Niedriglei­ stungs-Betriebsart zurückschaltet, wenn sie nicht in Ge­ brauch ist. Darüberhinaus wird mit der erfindungsgemäßen An­ steuerschaltung eine sehr schnelle Ansprechzeit zwischen der Betätigung eines Klammer-Auslösers und der Ansteuerung des Ankers bei minimaler Zeitverzögerung zwischen aufeinander­ folgenden Ansteuervorgängen des Ankers erreicht.

Bei der erfindungsgemäßen Ansteuereinrichtung ist eine Steu­ erschaltung an eine Energiequelle angeschlossen, um die An­ steuereinrichtung so lange in einer Niedrigleistungs- bzw. Niedrigenergie-Wartebetriebsart zu halten, bis der Auslöser betätigt wird, woraufhin eine Ladeschaltung aktiviert wird, die mittels der von der Energiequelle zugeführten Energie eine Energie-Speichereinrichtung auflädt, welche derart an den Anker angeschlossen ist, daß dieser bei Freigabe der ge­ speicherten Energie angesteuert bzw. betätigt wird. Die von der Energie-Speichereinrichtung abgegebene Energie wird wie­ der nachgeladen, um eine nachfolgende Ansteuerung des Ankers zu ermöglichen.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der Beschreibung von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnung nä­ her erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 anhand eines schematischen Schaltplans ein er­ stes Ausführungsbeispiel; und

Fig. 2 anhand eines schematischen Schaltplans ein zwei­ tes Ausführungsbeispiel.

Gemäß Fig. 1 weist die Ansteuereinrichtung Multivibratoren 85 und 66, einen Transformator 94, eine Energie-Speicherein­ richtung 98, eine Leistungsreduzierungsschaltung 104, ein Gatter 114 und einen Zeitgeber 132 auf. Der Multivibrator 58 besitzt zwei invertierende, über Kreuz gekoppelte UND-Gatter 62 und 64 in Schmitt-Trigger-Ausführung mit je zwei Eingän­ gen, die als Rücksetz- bzw. als Setz-Gatter arbeiten. Inver­ tierende UND-Gatter in Schmitt-Trigger-Ausführung werden deshalb bevorzugt verwendet, weil sie Schwingungen unter­ drücken, die aufgrund von gestörten oder unregelmäßigen Ein­ gangsspannungen am Hysteresepunkt auftreten könnten. Die aus integrierten Schaltungen bestehenden Gatter sind vorzugs­ weise komplementäre Metalloxid-Halbleiter-(CMOS-)Gatter, die im Ruhezustand nur eine minimale Leistung benötigen. Ein Eingang des Rücksetz-Gatters 62 ist über einen Widerstand 67 und den Zeitgeber 132 mit einem Eingangsanschluß 50 gekop­ pelt, der an eine Batterie oder eine andere Energiequelle angeschlossen ist, um die gezeigte Schaltung mit einer ge­ eigneten Betriebsspannung zu versorgen. Diese Gleichstrom- Eingangsspannung kann in der Größenordnung von ungefähr 7,2 Volt liegen. Das Setz-Gatter 64 weist einen Eingang auf, der an einen manuell betätigten Schalter 60 angeschlossen ist, der diesem Eingang im offenen Zustand über den Eingangsan­ schluß 50 eine relativ hohe Spannung zuführt, während er ihm im geschlossenen Zustand eine relativ niedrige Spannung zu­ führt.

Der Ausgang des Setz-Gatters 64 ist mit einem Freigabe-Ein­ gang des Multivibrators 66 gekoppelt, der ein invertierendes UND-Gatter 68 in Schmitt-Trigger-Ausführung mit zwei Eingän­ gen sowie ein invertierendes ODER-Gatter 70 mit zwei Eingän­ gen aufweist, wobei diese beiden Gatter über Kreuz bzw. quer verbunden sind. Dieser Multivibrator kann durch andere, dem Fachmann bekannte Schwingschaltungen ersetzt werden. Ein Eingang des invertierenden ODER-Gatters 70 ist mit dem Aus­ gang des Rücksetz-Gatters 62 verbunden und die Ausgänge der Gatter 68 und 70 sind über eine jeweilige Verzögerungsschal­ tung 78 bzw. 80 an invertierende ODER-Gatter 82 und 84 ange­ schlossen, welche Teil der später noch zu beschreibenden Leistungsreduzierungsschaltung 104 sind. Die Gatter 82 und 84 sind jeweils zur Ansteuerung von Transistoren vorgesehen, nämlich zur Ansteuerung der parallel geschalteten Gegentakt- Ansteuertransistoren 86 und 88 bzw. 90 und 92. Für diese Transistoren werden vorzugsweise N-Kanal MOSFET-Transistoren des Anreicherungstyps verwendet, die bei einer Nullspannung am Gate im wesentlichen keinen Stromfluß gestatten, wodurch die Stromentnahme der Batterie minimiert und der Wirkungs­ grad maximiert wird. Die Gates dieser Transistoren sind wie gezeigt an die invertierenden ODER-Gatter 82 und 84 ange­ schlossen. Die Ausgänge jedes Transistorpaares sind an die Primärwicklungen eines Gegentakt-Aufwärtstransformators 94 angeschlossen, dessen Sekundärwicklungen über einen Vollwel­ lengleichrichter 96 an die Energie-Speichereinrichtung 98 angeschlossen sind. Im Ausführungsbeispiel ist die Energie- Speichereinrichtung 98 ein Kondensator, der einem Anker 99 einer Heftmaschine, der zum Ausstoß einer jeweiligen Klammer aus der Heftmaschine dient, parallel geschaltet ist.

Die Energie-Speichereinrichtung 98 in Form des Kondensators ist an eine Schwellwert-Leitungsvorrichtung oder Spannungs­ fühlerschaltung 100 angeschlossen, die eine Zenerdiode (oder eine andere mit dem Lawinendurchbruch-Effekt arbeitende Ein­ richtung) aufweist und den Energie- bzw. Spannungspegel der Energie-Speichereinrichtung 98 abfühlt bzw. erfaßt. Die Spannungsfühlerschaltung 100 ist an die Leistungsreduzie­ rungsschaltung 104 angeschlossen, welche den invertierenden ODER-Gattern 82 und 84 ein Sperrsignal zuführen und dadurch die von der gezeigten Ansteuerschaltung während einer Be­ reitschafts- oder Ruhebetriebsart benötigte Gesamtleistung herabsetzen kann. Die Leistungsreduzierungsschaltung weist ein invertierendes UND-Gatter 106 in Schmitt-Trigger-Ausfüh­ rung mit zwei Eingängen auf, dessen Ausgang an die Basis ei­ nes PNP-Transistors 110 angeschlossen ist. Der Kollektor des Transistors 110 ist mit beiden invertierenden ODER-Gattern 82 und 84 sowie mit dem Eingang des Gatters 106 verbunden, wodurch eine positive Rückkoppelung zum Gatter 106 bewirkt wird.

Das Gatter 114 weist einen mit dem Schalter 60 verbundenen Eingang auf und ist in der Lage, sowohl einen Transistor 126 anzusteuern als auch den Zeitgeber 132 freizugeben bzw. zu starten, wenn der Schalter 60 manuell betätigt wird. Wie aus Fig. 1 zu erkennen ist, wird bei geöffnetem Schalter 60 ei­ nem Eingang des Gatters 114 über einen Widerstand 116 eine relativ hohe Spannung zugeführt, während dieser Eingang bei geschlossenem Schalter 60 über einen Kondensator 113 aus dem Schalter mit einer relativ niedrigen Spannung versorgt wird. Ein weiterer Eingang des Gatters 114 ist an den Ausgang des Gatters 106 sowie, über eine Diode 120, an den Ausgang des Rücksetz-Gatters 62 angeschlossen. Der Ausgang des Gatters 114 ist an die Basis eines Emitterfolger-Transistors 126 an­ geschlossen, der ein gepuffertes Ausgangssignal zum Triggern bzw. Zünden eines Thyristors 130 liefert, welcher in Reihe an den Anker 99 angeschlossen ist.

Der Ausgang des Gatters 114 ist ferner über eine Diode 134 mit dem Zeitgeber 132 verbunden, der nach seiner Freigabe bzw. seinem Start abläuft und dadurch den Multivibrator 58 rücksetzt, bei dem der Ausgang des Rücksetz-Gatters 62 un­ mittelbar mit dem invertierenden ODER-Gatter 70 des Multivi­ brators 66 und über eine Diode 122 mit den invertierenden ODER-Gattern 82 und 84 verbunden ist.

Der Ausgang des Setz-Gatters 64 ist darüberhinaus an eine Bereitschaftsanzeige 140 angeschlossen, die eine entspre­ chende Anzeige erzeugt, wenn der Energie- bzw. Spannungspe­ gel der Energie-Speichereinrichtung 98 einen Pegel aufweist, der ausreichend zur Ansteuerung des Ankers 99 ist. Die Be­ reitschaftsanzeige 140, bei der es sich um eine Leuchtdiode handeln kann, ist an den Ausgang des Gatters 106 angeschlos­ sen.

Die verbleibenden Schaltungskomponenten, die keine Bezugsz­ eichen aufweisen, sind, wie in Fig. 1 gezeigt, verdrahtet und werden nicht näher erläutert, da die jeweiligen Verbin­ dungen und Werte für einen Fachmann offensichtlich sind und zum Verständnis der Erfindung nicht benötigt werden.

Das vorstehend erläuterte Ausführungsbeispiel der Ansteuer­ einrichtung arbeitet wie folgt:

Über ein standardisiertes Nickel-Cadmium-Batteriemodul oder eine andere geeignete Energiequelle wird dem Eingangsan­ schluß 50 eine Eingangs-Gleichspannung zugeführt, wodurch der Multivibrator 58 über den Kondensator 52 zurückgesetzt wird. Diese Rücksetz-Betriebsart liefert den invertierenden ODER-Gattern 82 und 84 aus dem Gatter 62 ein logisches Hoch­ pegelsignal, wodurch sichergestellt ist, daß den Transisto­ ren 86, 88, 90 und 92 ein logisches Niedrigpegelsignal ge­ liefert wird. Dadurch befinden sich diese Transistoren in einem Ruhezustand mit niedriger Leistungsaufnahme. In der Rücksetz-Betriebsart wird ferner dem invertierenden ODER- Gatter 70 des Multivibrators 66 ein logisches Hochpegelsi­ gnal geliefert, wodurch der Multivibrator gesperrt und in einen Niedrigleistungs-Ruhezustand versetzt wird. In der Rücksetz-Betriebsart wird weiterhin dem Gatter 114 ein logi­ sches Hochpegelsignal geliefert, welches ferner aus dem Ein­ gangsanschluß 50 ein logisches Hochpegelsignal erhält. Diese logischen Hochpegelsignale führen dazu, daß der Basis des Emitterfolger-Transistors 126 ein logisches Niedrigpegelsi­ gnal zugeführt wird, so daß er nichtleitend ist.

Die gezeigte Schaltung gelangt daher bei geöffnetem Schalter 60 in einen Bereitschaftszustand mit niedrigem Leistungsbe­ darf. Die Stromaufnahme in diesem Zustand ist minimal (bei­ spielsweise ungefähr 5 Mikroampere), wodurch eine lange Le­ bensdauer der Batterie selbst dann sichergestellt ist, wenn die Batterie im jeweiligen Gerät über einen langen Zeitraum verbleibt.

Auf das Schließen des Auslöseschalters 60 hin wird dem Setz- Gatter 64 ein logisches Niedrigpegelsignal zugeführt, wo­ durch der Multivibrator 58 in seine Setz-Betriebsart ge­ bracht wird, so daß sein Setz-Gatter 64 ein logisches Hoch­ pegelsignal und sein Rücksetz-Gatter 62 ein logisches Nied­ rigpegelsignal abgibt. Dadurch werden die invertierenden ODER-Gatter 70, 82 und 84 freigegeben. Der Multivibrator 76 ist ein astabiler Multivibrator, der durch das logische Hochpegelsignal aus dem Setz-Gatter 64 freigegeben bzw. in Gang gesetzt wird, um zwei phasenverschobene Rechtecksignale (mit einer Frequenz von ungefähr 15 Kilohertz) zu erzeugen, die über die Verzögerungsschaltungen 78 und 80, mittels denen der Übergangs- bzw. Flankenbereich jedes Rechteckssi­ gnals verzögert wird, den invertierenden ODER-Gattern 82 und 84 zugeführt werden. Die genannte Verzögerung führt zu einem Zeitraum (von ungefähr 10%), bei dem die invertierenden ODER-Gatter den Transistoren 86, 88, 90 und 92 kein Rechtecksignal zuführen. Die Verzögerung im Flankenbereich jedes Rechtecksignals und damit das Fehlen jeglicher Quer­ leitung stellt in vorteilhafter Weise sicher, daß sich die den Transistoren zugeführten Signale nicht überlappen, wo­ durch der Gesamtwirkungsgrad der Schaltung verbessert wird.

Die Transistoren 86, 88, 90 und 92 steuern den Gegentakt- Aufwärtstransformator 94 an, der die Gleichstrom-Versor­ gungsspannung (von ungefähr 7,2 Volt) in eine am Ausgang seiner Sekundärwicklungen anliegende Wechselspannung mit ho­ hem Pegel (von ungefähr 300 Volt Spitzenspannung) umsetzt. Die Gegentakt-Anordnung wird bevorzugt, da sie bei vorgege­ bener Kerngröße eine große Leistungsumsetzung ermöglicht. Die an der Sekundärwicklung des Transformators 94 anliegende Ausgangsspannung liegt über den Vollwellen-Gleichrichter 96 am Kondensator 98 an, wodurch dieser Kondensator geladen wird. Wenn die Spannung am Kondensator 98 eine einem vorge­ gebenen Ladepegel entsprechende Spannung erreicht, d. h. wenn die am Kondensator 98 anliegende Spannung ungefähr 150 Volt erreicht, setzt der Lawinendurchbruch der Spannungsfühler­ schaltung 100 ein, woraufhin Strom durch das Widerstands­ netzwerk 102 fließt. In einer bevorzugten Ausführungsform weist die Spannungsfühlerschaltung 100 eine Zenerdiode auf, welche eine Durchbruch- oder Schwellenspannung von ungefähr 150 Volt hat. Während sich der Kondensator 98 weiterhin auf­ lädt, erreicht die am Widerstandsnetzwerk 102 anliegende Spannung die Schaltschwelle des invertierenden UND-Gatters 106, wodurch dieses getriggert bzw. ausgelöst wird und ein logisches Niedrigpegelsignal erzeugt. Dies wiederum versetzt das invertierende ODER-Gatter 114 in die Lage, auf den Schalter 60 anzusprechen, und aktiviert ferner die Bereit­ schaftsanzeige 140, deren Leuchtdiode infolge des Setz-Zu­ stands des Multivibrators 58 ein logisches Hochpegelsignal zugeführt wird. Wenn die Bereitschaftsanzeige 140 aktiviert ist, wird eine jeweilige Bedienungsperson darüber infor­ miert, daß das Gerät zum Ausstoß einer Klammer bereit ist. In diesem Zustand ist der Kondensator 98 genügend weit auf­ geladen und damit in der Lage, den Anker 99 anzusteuern bzw. mit Strom zu versorgen.

Das im Ansprechen auf die Spannungsfühlerschaltung 100 vom Gatter 106 erzeugte logische Niedrigpegelsignal aktiviert den PNP-Transistor 110, wodurch dieser den invertierenden ODER-Gattern 82 und 84 aus seinem Kollektor ein logisches Hochpegelsignal zuführt. Als Folge davon schaltet ein logi­ sches Niedrigpegelsignal aus den invertierenden ODER-Gattern 82 und 84 die Transistoren 86, 88, 90 und 92 ab, die darauf­ hin in ihren Ruhezustand zurückkehren. Das logische Niedrig­ pegelsignal aus dem Gatter 106 führt ferner dem invertieren­ den ODER-Gatter 114 ein Freigabesignal zu, wodurch es einem nachfolgenden Impuls, der vom Schalter 60 ausgelöst wird, ermöglicht wird, durch das Gatter 114 zu gelangen.

Auf ein nachfolgendes Schließen des Schalters 60 hin wird dem invertierenden ODER-Gatter 114 ein negativer Impuls mit einer vorgegebenen Zeitdauer zugeführt, deren Länge durch die Werte des Kondensators 113 und des Widerstands 116 fest­ gelegt wird (und beispielsweise in der Größenordnung von 10 ms liegt). Da das invertierende ODER-Gatter 114 zuvor mit­ tels des Gatters 106 freigegeben wurde, erzeugt dieser Im­ puls einen logischen Hochpegel-Ausgangsimpuls, der durch den Emitterfolger-Transistor 126 hindurch zur Gate-Elektrode des Thyristors 130 gelangt. Als Folge davon entlädt sich der Kondensator 98 über den Anker 99 unter den Thyristor 130, wodurch der Anker 99 angesteuert wird.

Während seiner Entladung sinkt die Spannung am Kondensator 98 sehr rasch unter den durch die Schwellenspannung der Spannungsfühlerschaltung 100 vorgegebenen Grenzwert. Darauf­ hin leitet die Spannungsfühlerschaltung 100 nicht mehr län­ ger, wodurch dem invertierenden UND-Gatter 106 ein logisches Niedrigpegelsignal zugeführt wird, um ein logisches Hochpe­ gelsignal zu erzeugen, welches den Transistor 110 abschal­ tet, was wiederum dazu führt, daß dessen Kollektor als Aus­ gangssignal ein logisches Niedrigpegelsignal erzeugt, das als Freigabesignal den invertierenden ODER-Gattern 82 und 84 zugeführt wird. Dieses Freigabesignal ermöglicht die Zufuhr der Rechtecksignale aus dem Multivibrator 66 zum Transforma­ tor 94, um dadurch den Kondensator 98 in der zuvor beschrie­ benen Weise rasch aufzuladen. Als Folge davon kann der Anker 99 weitere Male in der Größenordnung von jeder halben Se­ kunde angesteuert werden.

Der logische Hochpegelimpuls aus dem Ausgang des invertie­ renden ODER-Gatters 114, der die Entladung des Kondensators 98 bewirkt, gelangt ferner durch die Diode 134, wodurch der Kondensator 52 entladen und damit der Zeitgeber 132 zurück­ gesetzt wird. Sobald der Kondensator 52 entladen ist, be­ ginnt er sich über den Widerstand 138 und das am Ausgang des Rücksetzgatters 62 des Multivibrators 58 anliegende logische Niedrigpegelsignal wiederaufzuladen. Wenn der Schalter 60 innerhalb einer vorgegebenen Zeitspanne, welche durch die jeweiligen Werte des Kondensators 52 und des Widerstands 138 festgelegt wird und in der Größenordnung von ungefähr 5 bis 15 Sekunden liegt, nicht erneut geschlossen wird, lädt sich der Kondensator 52 schließlich soweit auf, bis er einen Spannungspegel erreicht, welcher den Multivibrator 58 zu­ rücksetzt, wodurch der Multivibrator 66 abgeschaltet wird, die invertierenden ODER-Gatter 82 und 84 gesperrt und die Transistoren 86, 88, 90 und 92 in den Niedrigleistungs-Be­ reitschaftszustand gebracht werden, und zwar auf die vorste­ hend beschriebene Weise.

Das erste Betätigen bzw. Schließen des Schalters 60 wird folglich dazu verwendet, um das Gerät in einen "Bereit­ schafts"-Zustand zu versetzen. Ein zweites Schließen des Schalters 60 erzeugt am Ausgang des Gatters 114 ein logi­ sches Hochpegelsignal zur Ansteuerung des Ankers 99, wobei alle darauffolgenden Schließvorgänge bzw. Betätigungen des Schalters den Anker 99 auf gleiche Weise ansteuern, wenn sie innerhalb der vorstehend erwähnten, durch den Zeitgeber 132 vorgegebenen zeitlichen Schranke auftreten. Andernfalls kehrt das Gerät in die Bereitschafts-Betriebsart zurück, bei der zwei Betätigungen des Schalters benötigt werden, um den Anker 99 erneut anzusteuern.

An einem nicht gezeigten Transistor-Kühlkörper, an dem die Transistoren 86, 88, 90 und 92 befestigt sind, ist ein Ther­ mostat 56 angebracht, welches gemäß der Darstellung in Fig. 1 mit der Stromversorgung elektrisch in Reihe geschaltet ist. Das Befestigungsmaterial zwischen dem Thermostat 56 und dem Kühlkörper gewährleistet eine gute thermische Leitfähig­ keit zwischen beiden, so daß die Temperatur des Kühlkörpers ein Indikator bzw. ein Maß für die Transistortemperatur ist. Sobald die Transistoren 86, 88, 90 oder 92 eine vorgegebene, unerlaubt hohe Temperatur erreichen, öffnet das Thermostat 56, wodurch die Stromzufuhr zu der gezeigten Schaltung un­ terbrochen wird.

Fig. 2 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der Ansteuer­ einrichtung, die mit Ausnahme der nachstehend beschriebenen Unterschiede eine ähnliche Schaltung aufweist und in ähnli­ cher Weise arbeitet wie die in Fig. 1 gezeigte Einrichtung. Elemente, die denjenigen der in der Fig. 1 gezeigten Ein­ richtung entsprechen, weisen in Fig. 2 die gleichen Bezugsz­ eichen auf.

Ein invertierendes UND-Gatter 106, das Teil einer Leistungs­ reduzierungsschaltung 104 ist, weist einen an eine Span­ nungsfühlerschaltung 100 angeschlossenen Eingang auf und fühlt den Energie- bzw. Spannungspegel einer Energie-Spei­ chereinrichtung 98 ab. Wie auch bei dem ersten Ausführungs­ beispiel der Fig. 1 werden bevorzugt invertierende UND-Gat­ ter in Schmitt-Trigger-Ausführung verwendet. Das Gatter 106 weist weiter einen Eingang auf, der über eine Verzögerungs­ schaltung 214 an den Ausgang eines Setz-Gatters 64 ange­ schlossen ist; dieses Gatter 106 kann erfassen, ob sich der Multivibrator 58 in dem Setz-Zustand befindet. Der Ausgang des Gatters 106 ist mit einem invertierenden UND-Gatter 68 in einem Multivibrator 66′, einer Anzeige 140 und einem Gat­ ter-Schaltkreis 114′ verbunden. Der Gatter-Schaltkreis 114′ ist dem Gatter 114 der Fig. 1 ähnlich und führt im wesentli­ chen dieselbe Funktion wie dieses aus. Der Gatter-Schalt­ kreis 114′ weist drei Gatter auf, die parallel geschaltet sind und deren Ausgänge über einen Strombegrenzungswider­ stand an das Gate eines Thyristors 130 angeschlossen sind. Ein jeweiliger zweiter Eingang dieser Gatter ist über einen Kondensator 113 an einen Schalter 60 angeschlossen.

Ein Multivibrator 66′ arbeitet auf ähnliche Weise wie der zuvor beschriebene Multivibrator 66, weist jedoch weiterhin einen Dioden-Schaltkreis 216 auf, mittels dem die Zeitkon­ stante der Schaltung unsymmetrisch gemacht wird. Das heißt, das Tastverhältnis der Ausgangsschwingung des Multivibrators weicht vom Wert 50% ab und beträgt vorzugsweise weniger als 50%. Ein Ausgangssignal aus dem invertierenden UND-Gatter 68 wird über Inverter 200 und 202 einem jeweiligen Gate-An­ schluß eines Transistors 204 bzw. 206 zugeführt. Bei diesen Transistoren handelt es sich vorzugsweise um Feldeffekttran­ sistoren, deren Drain-Anschlüsse mit einem Aufwärtstransfor­ mator 94′ gekoppelt sind, welcher über seine Sekundärwick­ lung an einen Kondensator 98 eine Spannung anlegt.

Alle übrigen Komponenten der Schaltung sind in gleicher Weise verbunden, wie dies vorstehend unter Bezugnahme auf Fig. 1 erläutert wurde. Ebenso werden Komponenten, die keine Bezugszeichen aufweisen, nicht näher erläutert, da deren je­ weilige Bedeutung anhand der Zeichnung für den Fachmann ohne weiteres zu erkennen ist.

Wie bereits vorstehend erwähnt, arbeitet die in Fig. 2 ge­ zeigte Ansteuereinrichtung mit Ausnahme der nachstehenden Unterschiede auf ähnliche Weise wie das anhand in Fig. 1 er­ läuterte Ausführungsbeispiel.

Das Anlegen einer Gleichspannung an den Eingangsanschluß 50, indem beispielsweise eine Batterie an diesen angeschlossen wird, setzt den Multivibrator 58 zurück, wodurch dem inver­ tierenden ODER-Gatter 70 ein logisches Hochpegelsignal zuge­ führt und der Multivibrator 66′ gesperrt wird. Auf das Schließen des Schalters 60 hin führt das Setz-Gatter 64 dem Gatter 106 ein verzögertes logisches Hochpegelsignal zu, wo­ rauf das Gatter 106 dem Multivibrator 66′ weiterhin ein lo­ gisches Hochpegelsignal zuführt, da die Spannungsfühler­ schaltung 100 ermittelt, daß der Kondensator 98 nicht gela­ den ist. Das Betätigen bzw. Schließen des Schalters 60 hat am Ausgang des Rücksetz-Gatters 62 ein logisches Niedrigpe­ gelsignal zur Folge, welches dem invertierenden ODER-Gatter 70 im Multivibrator 66′ zugeführt wird. Hierdurch wird der Multivibrator 66′ freigegeben und führt den Invertern 200 und 202 ein Schwingungssignal zu, das sich jeweils aus einem negativen Impuls mit einer Zeitdauer von ungefähr zehn Mil­ lisekunden sowie aus einem diesem folgenden positiven Impuls mit einer Zeitdauer von ungefähr drei Millisekunden zusam­ mensetzt; die Inverter 200 und 202 puffern diese Impulse, invertieren sie und führen sie schließlich gleichzeitig den Transistoren 204 und 206 zu. Die Transistoren 204 und 206 steuern den Transformator 94′ an, welcher an den Kondensator 98 Spannung anlegt, wodurch sich dieser auflädt. Wenn die Spannung am Kondensator 98 einen vorgegebenen Ladungspegel (von beispielsweise ungefähr 215 Volt Gleichspannung) er­ reicht, setzt der Lawinendurchbruch des Fühlerelements 100 ein, wodurch Strom durch das Netzwerk 102 fließt.

Im Ansprechen auf das Ausgangssignal der Spannungsfühler­ schaltung 100 sowie auf ein verzögertes logisches Hochpegel­ signal aus dem Setz-Gatter 64 (welches nach dem Schließen des Schalters 60 erzeugt wird) erzeugt das Gatter 106 ein logisches Niedrigpegelsignal, das den Gatter-Schalterkreis 114′ freigibt, die Bereitschaftsanzeige 140 aktiviert und den Multivibrator 66′ außer Betrieb setzt, um die Transisto­ ren 204 und 206 zu sperren. Auf eine nachfolgende Schalter­ betätigung hin empfängt der nunmehr freigegebene Gatter- Schaltkreis 114′ über den Kondensator 113 einen negativen Impuls und führt dadurch dem Thyristor 130 bzw. dessen Gate ein logisches Hochpegelsignal zu, wodurch der Kondensator 98 entladen und der Anker 99 angesteuert wird.

Die Sekundärwicklung des Transformators 94′ ist derart in Phase gebracht bzw. abgestimmt, daß die Diode 208 rückwärts gespannt wird. Auf das Sperren der Transistoren 204 und 206 hin wird die im Transformator 94′ gespeicherte Energie dem Kondensator 98 zugeführt.

Ein (nicht gezeigtes) Thermostat kann auf ähnliche Weise verwendet werden, wie dies vorstehend anhand der Fig. 1 er­ läutert wurde.

Auf das Anlegen einer Gleichspannung an den Anschluß 50 hin wird der Multivibrator 58 zurückgesetzt, wodurch der Multi­ vibrator 66′ gesperrt und ferner verhindert wird, daß dem Gatter-Schaltkreis 114′ ein Freigabesignal zugeführt wird, wodurch sichergestellt ist, daß die Leistung des Schaltkrei­ ses in einen "sicheren Zustand" gebracht wird. Weiterhin ist anzumerken, daß ein erstes Betätigen des Schalters 60 die Ansteuereinrichtung der Fig. 2 in gleicher Weise wie die der Fig. 1 in einen Bereitschaftszustand versetzt, worauf ein weiteres Betätigen des Schalters, sofern dieses innerhalb einer mittels des Zeitgebers 132 eingestellten, vorgegebenen Zeitspanne auftritt, am Ausgang des Gatter-Schaltkreises 114′ ein logisches Hochpegelsignal hervorruft, durch welches der Anker 99 angesteuert wird.

Claims (17)

1. Einrichtung zur Ansteuerung des Ankers eines batterie­ betriebenen Geräts, mit:
einer Energie-Speichereinrichtung (98), die an den An­ ker (99) angeschlossen und derart ansteuerbar ist, daß sie sich durch den Anker (99) hindurch entlädt und die­ sen dadurch ansteuert;
einer Ladeeinrichtung (90 bis 94, 204, 206, 94′), die an die Energie-Speichereinrichtung (98) angeschlossen ist, um dieser aus der Batterie Energie zuzuführen;
einer Steuereinrichtung (62, 64), die derart mit der Ladeeinrichtung gekoppelt ist, daß diese im Normalbe­ trieb in einen Niedrigleistungs-Ruhezustand versetzt ist, um ein Aufladen der Energie-Speichereinrichtung (98) mit Energie zu verhindern;
einer manuell betätigbaren Auslöseeinrichtung (60), mittels der die Steuereinrichtung derart betätigbar ist, daß diese die Ladeeinrichtung in einen Zustand re­ lativ hoher Leistung versetzt, um der Energie-Speicher­ einrichtung (98) Energie zuzuführen;
einer mit der Auslöseeinrichtung (60) gekoppelten Ent­ ladeeinrichtung (114, 130; 114′, 130), die im Ansprechen auf eine nachfolgende Betätigung der Auslöseeinrichtung (60) ein Einleitsignal erzeugt, um die Energie-Spei­ chereinrichtung (98) durch den Anker (99) hindurch zu entladen; und
einer Zeitgebereinrichtung (67) zum Betrieb der Steuer­ einrichtung, welche die Energie-Speichereinrichtung (98) an einer Aufladung mit Energie hindert, wenn die Auslöseeinrichtung (60) nachfolgend nicht innerhalb einer vorgegebenen Zeitspanne nach der Energiezufuhr zu der Energie-Speichereinrichtung (98) betätigt wird, so daß die Ladeeinrichtung in den Niedrigleistungs-Ruhezu­ stand versetzt ist.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ladeeinrichtung eine Fühlereinrichtung (102) aufweist, welche abfühlt, ob Energie in der Energie- Speichereinrichtung (98) gespeichert ist, um die Ener­ giezufuhr aus der Batterie zu der Energie-Speicherein­ richtung (98) zu unterbrechen.

3. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Fühlereinrichtung (102) eine Zenerdiode (100) aufweist.

4. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Energie-Speichereinrichtung ein Kondensator (98) ist.

5. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Entladeeinrichtung einen Thyri­ stor (130) aufweist.

6. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Zeitgebereinrichtung an die Auslöseeinrichtung angeschlossen ist und auf das Ein­ leitsignal anspricht, um im Anschluß an die vorgegebene Zeitspanne ein Zeitablauf-Signal zu erzeugen.

7. Einrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Zeitgebereinrichtung eine Widerstands-Kondensa­ tor-Schaltung (67, 136) aufweist, die der Steuerein­ richtung das Zeitablaufsignal zuführt, wodurch ein Auf­ laden der Energie-Speichereinrichtung (98) mit Energie verhindert ist.

8. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Ladeeinrichtung eine Schwin­ gungs-Erzeugungseinrichtung (66; 66′) zur Erzeugung von Ansteuersignalen sowie eine Transformatoreinrichtung (94; 94′) aufweist, die an die Schwingungs-Erzeugungs­ einrichtung angeschlossen ist, um der Energie-Speicher­ einrichtung (98) eine diesen Ansteuersignalen entspre­ chende Energie zuzuführen.

9. Einrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Transformatoreinrichtung einen Aufwärtstrans­ formator (94; 94′) sowie eine an diesen angeschlossene Gleichrichterschaltung (96; 208) aufweist, um der Ener­ gie-Speichereinrichtung (98) Gleichstrom zuzuführen.

10. Einrichtung nach Anspruch 8 oder 9, gekennzeichnet durch eine Leistungsreduzierungs-Einrichtung, die zwi­ schen die Schwingungs-Erzeugungseinrichtung (66; 66′) und die Transformatoreinrichtung (94; 94′) geschaltet ist, um eine Zufuhr der Ansteuersignale zu der Trans­ formatoreinrichtung zu verhindern, sowie durch eine Fühlereinrichtung (102), die zur Betätigung der Lei­ stungsreduzierungs-Einrichtung und der zu entsprechen­ den Reduzierung der aus der Batterie zugeführten Ener­ gie abfühlt, ob Energie in der Energie-Speichereinrich­ tung (98) gespeichert ist.

11. Einrichtung nach Anspruch 10, gekennzeichnet durch eine auf die Leistungsreduzierungs-Einrichtung ansprechende Anzeigeeinrichtung (140), die bei Aktivierung der Lei­ stungsreduzierungs-Einrichtung ein Anzeigesignal er­ zeugt, um anzuzeigen, daß Energie in der Energie-Spei­ chereinrichtung (98) gespeichert ist.

12. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Ladeeinrichtung, die Steuerein­ richtung und die Zeitgebereinrichtung CMOS-Festkörper­ bausteine zur Minimierung des Energieverbrauchs aufwei­ sen.

13. Einrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 12, gekenn­ zeichnet durch ein zwischen die Batterie und die Lade­ einrichtung geschaltetes Thermostat (56), das auf eine vorbestimmte Temperatur der Ladeeinrichtung zur Unter­ brechung der Leistungszufuhr zu der Transformatorein­ richtung (94; 94′) anspricht.

14. Einrichtung zur Ansteuerung eines batteriebetriebenen elektromagnetischen Geräts, mit:
einer Energie-Speichereinrichtung (98), die an das elektromagnetische Gerät (99) angeschlossen und zu ihrer Entladung durch das elektromagnetische Gerät hin­ durch ansteuerbar ist, um dieses zu betätigen;
einer Ladeeinrichtung (90 bis 94; 204, 206, 94′), die an die Energie-Speichereinrichtung (98) angeschlossen und anfänglich gesperrt ist, um sich in einem Nied­ rigleistungs-Ruhezustand zu befinden, wobei die Lade­ einrichtung bei ihrer Aktivierung der Energie-Speicher­ einrichtung (98) aus der Batterie Energie zuführt;
einer Auslöseeinrichtung (60) zur Aktivierung der Lade­ einrichtung in einen Zustand relativ hoher Leistung; und
einer Entladeeinrichtung (114, 130; 114′, 130), die mit der Auslöseeinrichtung gekoppelt ist und auf eine nach­ folgende Betätigung der Auslöseeinrichtung anspricht, um die Energie-Speichereinrichtung (98) durch das elek­ tromagnetische Gerät (99) hindurch zu entladen, wobei die Entladeeinrichtung die Ladeeinrichtung desaktiviert und dadurch bewirkt, daß die Ladeeinrichtung in den Niedrigleistungs-Ruhezustand zurückkehrt, wenn eine nachfolgende Betätigung der Auslöseeinrichtung (60) nicht innerhalb einer vorgegebenen Zeitspanne auftritt.

15. Einrichtung nach Anspruch 14, gekennzeichnet durch eine Fühlereinrichtung (102) zum Abfühlen des Pegels der von der Energie-Speichereinrichtung (98) gespeicherten Energie sowie durch eine Sperreinrichtung, die ein Ent­ laden der Energie-Speichereinrichtung (98) durch das elektromagnetische Gerät (99) hindurch verhindert, wenn der Pegel der in dieser gespeicherten Energie unterhalb eines Schwellenwert-Pegels liegt.

16. Einrichtung nach Anspruch 14, gekennzeichnet durch eine Fühlereinrichtung (102) zum Abfühlen des Pegels der in der Energie-Speichereinrichtung gespeicherten Energie sowie durch eine Freigabeeinrichtung, die im Ansprechen auf die Auslöseeinrichtung (60) ein Entladen der Ener­ gie-Speichereinrichtung (98) durch das elektromagneti­ sche Gerät (99) hindurch ermöglicht, wenn der Pegel der gespeicherten Energie einen Schwellenwert-Pegel über­ steigt.

17. Batteriebetriebenes Gerät zum Ausstoß eines Projektils mit:
einer Batterie-Anschlußeinrichtung;
einer Sicherheits-Inbetriebnahmeeinrichtung (102), die einen unbeabsichtigten Ausstoß eines Projektils verhin­ dert, nachdem eine Batterie mit der Batterie-Anschluß­ einrichtung verbunden ist;
einer Niedrigleistungs-Aufrechterhaltungseinrichtung, die das Gerät in einem Zustand relativ geringer Lei­ stung hält, wenn es nach dem Verbinden der Batterie mit der Batterie-Anschlußeinrichtung nicht in Verwendung ist;
einer Auslöseeinrichtung (94; 94′) zur Leistungszufuhr zu dem Gerät aus der Batterie, um dadurch das Gerät be­ triebsbereit zu machen; und
einer Ansteuereinrichtung, die zum Ausstoß eines Pro­ jektils auf die Auslöseeinrichtung anspricht, wenn das Gerät betriebsbereit ist.