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Ansteuereinrichtung für eine Magnetspule - Dokument DE10244522B4
 
PatentDe  


Dokumentenidentifikation DE10244522B4 30.06.2005
Titel Ansteuereinrichtung für eine Magnetspule
Anmelder Karl Dungs GmbH & Co. KG, 73660 Urbach, DE
Erfinder Sinner, Alfred, 73655 Plüderhausen, DE
Vertreter Rüger und Kollegen, 73728 Esslingen
DE-Anmeldedatum 25.09.2002
DE-Aktenzeichen 10244522
Offenlegungstag 15.04.2004
Veröffentlichungstag der Patenterteilung 30.06.2005
Veröffentlichungstag im Patentblatt 30.06.2005
IPC-Hauptklasse H01F 7/18
IPC-Nebenklasse H03K 17/64   

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft eine Ansteuereinrichtung für eine Magnetspule sowie ein Verfahren zum Versorgen einer Magnetspule mit Strom.

Spulen, insbesondere Magnetspulen, magnetische Antriebe, wie beispielsweise die Magnetspulen von Ventilantrieben, müssen häufig mit einem Betriebsstrom versorgt werden, der einerseits die thermische Belastung der Spule in erträglichen Grenzen hält und andererseits ausreichend ist, damit der von der Spule erregte Magnetkreis die geforderte Kraft erzeugt. Wird eine Spule eines Magnetkreises an eine Wechselspannungsquelle angeschlossen, wird der sich einstellende Spulenstrom von der Spuleninduktivität und deren Ohmschen Widerstand begrenzt. Wird die Spule hingegen mit gleichgerichteter Wechselspannung, d.h. pulsierender Gleichspannung, betrieben wird der Spulenstrom in erster Linie von dem Ohmschen Widerstand der Spule begrenzt. In beiden Fällen ist der Spulenstrom stark von der anliegenden Spannung, beispielsweise der anliegenden Netzspannung, abhängig. Sollen keine besonderen Spannungsstabilisierungsmaßnahmen getroffen werden, die häufig unverhältnismäßig wären, muss die Spule soweit überdimensioniert werden, dass sie auch die größten vorkommenden Spulenströme erträgt. Dies wird häufig abgelehnt.

Wird die Spule jedoch über eine Strombegrenzungsschaltung betrieben, etwa derart, dass der Spule eine Freilaufdiode parallel geschaltet ist und der Strom jeweils bei Erreichen eines Spitzenwerts abgeschaltet wird, ergeben sich bei unterschiedlichen Netzspannungen erhebliche Stromdifferenzen an der Spule. Eine solche an sich bekannte Schaltung ist in 7 veranschaulicht. Die Magnetspule L ist mit ihrer Freilaufdiode D an eine Gleichrichterbrücke G angeschlossen, die aus einer Netzspannung UN eine wellige Gleichspannung erzeugt. Zu der Spule L sind ein Transistor T und ein Stromfühlerwiderstand R in Reihe geschaltet. Der Transistor T wird von einer Steuerschaltung S derart gesteuert, dass der Strom durch die Spule L abgeschaltet wird wenn er seinen Spitzenwert erreicht hat. Wieder eingeschaltet wird der Strom, wenn die Betriebsspannung ihren Nulldurchgang durchlaufen hat. Das Endladen der Spule L erfolgt über die Diode D während das Aufladen durch den Transistor T erfolgt. Der sich ergebende Spulenstrom I1 ist 2 und 3 zu entnehmen. 2 veranschaulicht die wellige Spannung U bei niedriger Netzspannung. Der Schalter T wird von der Steuerschaltung S immer kurz nach dem Netznulldurchgang zum Zeitpunkt t0, t1 eingeschaltet und zwar so lange bis der Strom seinen Maximalwert Imax erreicht hat. Gemäß der in 2 dargestellten oberen Kurve I1 steigt der Strom bis zu seinem Maximalwert an. Der Schalter T wird nun von der Steuerschaltung S abgeschaltet, wonach er wieder abklingt, wie der gestrichelte Teil der Kurve I1 zeigt. Der sich ergebende Effektivwert ist Ieff1. 3 veranschaulicht den gleichen Prozess bei größerer Eingangsspannung U2. Der sich ergebende Strom wird durch die Kurve I2 symbolisiert. Das Ansteigen des Stroms ist aufgrund der höheren Netzspannung viel steiler als in 2 veranschaulicht. Der Maximalwert Imax wird entsprechend früher erreicht. Das Abschalten des Transistors T erfolgt somit früher, wonach der Strom, wie der gestrichelte Teil der Kurve I2 veranschaulicht, als Freilaufstrom durch die Diode D wieder abklingt. Die Abklingzeit ist bei größerer Netzspannung gemäß U2 in 3 wesentlich größer als bei geringerer Netzspannung U1 in 2. Der sich ergebende Effektivwert Ieff2 des Stroms ist somit geringer. Dies bedeutet, dass die Schaltung gemäß 7 bei wechselnden Eingangsspannungen wechselnde Spulenströme liefert.

Aus der DE 41 40 586 C2 ist ein Verfahren zur Steuerung des Stroms durch eine Magnetspule eines Magnetventils bekannt, bei dem der Strom durch die Magnetspule anhand der an einem mit der Magnetspule in Reihe geschalteten Messwiderstand abfallenden Spannung gemessen und die Magnetspule dementsprechend alternierend ein- und ausgeschaltet wird. Dabei wird der Strom jeweils zu einem Zeitpunkt gemessen, zu dem die Magnetspule für einen Zeitraum von 5 &tgr; durchgehend eingeschaltet war. Die Einschaltzeiten werden in Abhängigkeit von der aktuellen Spannung und dem zuletzt bestimmten Ohmschen Widerstand der Magnetspule bemessen. Durch die Bestimmung des Ohmschen Anteils des Spulenwiderstands eignet sich die Schaltung zur Ansteuerung von Magnetspulen mit unterschiedlichen Ohmschen Widerständen. Eine automatische Anpassung an schwankende Betriebsspannungen findet jedoch nicht statt.

Aus der DE 197 11 768 A1 ist ein elektromagnetischer Stellantrieb bekannt, bei dem die Spule eines Elektromagneten eines Proportionalventils pulsbreitenmoduliert angesteuert wird. Damit sollen unterschiedliche Spulenströme problemlos einstellbar und in einem breiten Bereich variierbar sein.

Aus der DE 38 32 817 A1 ist schließlich eine eigensichere Steuerschaltung für ein Gas-Magnetventil bekannt, das den Mittelwert des impulsweise durch die Erregerwicklung des Ventils fließenden Stroms mit einem Sollwert vergleicht und dementsprechend das Tastverhältnis der Speisestromimpulse nachführt.

Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Ansteuereinrichtung sowie ein Verfahren zur Strombelieferung einer Spule vorzuschlagen, mit dem sich bei wechselnden Eingangsspannungen wenigstens näherungsweise konstante Spulenströme erreichen lassen.

Diese Aufgabe wird mit der Ansteuereinrichtung nach Anspruch 1 sowie dem Verfahren nach Anspruch 10 gelöst: Die erfindungsgemäße Ansteuereinrichtung enthält einen gesteuerten Schalter über den die Magnetspule periodisch mit einer Spannungsquelle verbunden wird. Eine Stromerfassungseinrichtung dient dabei dazu, den von der Spannungsquelle in die Magnetspule gelieferten Strom, d.h. den Spulenladestrom, zu erfassen. Sobald der Spulenstrom einen Schwellwert, der geringer ist als der gewünschte Stromspitzenwert, erreicht, wird die Zeitschaltung gestartet. Bei einer vereinfachten Bauform wird die Zeitschaltung schon mit dem Einschalten des Stroms gestartet. Diese schaltet den Schalter, über den die Magnetspule mit Strom versorgt wird, nun nach einer Zeitverzögerung ab, die ihrerseits von der Größe der Eingangsspannung abhängt. Damit gelingt es bei größeren Eingangsspannungen kleinere Spulenladezeiten und bei kleineren Eingangsspannungen größere Spulenladezeiten festzulegen. Jedoch weicht der Zusammenhang zwischen Spulenladezeit und Eingangsspannung von dem sich bei einer Schaltung nach 7 ergebenden Zusammenhang signifikant ab. Es wird nun die Möglichkeit geschaffen, die Zeitverzögerung nach dem Erreichen des Schwellwerts gerade so einzustellen, dass auch bei unterschiedlichen Eingangsspannungen gleiche Stromeffektivwerte an der Magnetspule entstehen.

Dies bedeutet, dass bei unterschiedlichen Eingangsspannungen unterschiedliche Stromspitzenwerte erreicht werden. Ist die Spannung niedriger, liegen die erreichten Stromspitzenwerte tendenziell niedriger als bei höherer Eingangsspannung. Eine äquivalente Alternative zur Festlegung unterschiedlicher Ladezeiten ist die spannungsabhängige Festlegung von Stromspitzenwerten, bei denen die Abschaltung erfolgt. In beiden Fällen wird eine Erhöhung des Effektivwerts des Spulenstroms bei einer Erniedrigung der Eingangsspannung, wie es bei einer Schaltung nach 7 der Fall ist, vermieden. Dadurch können Magnetspulen auch an Netzen mit unterschiedlich schwankenden Eingangsspannungen sicher betrieben werden. Eine Überdimensionierung der Spulen ist nicht erforderlich. Die Eingangsspannungen können z.B. im Bereich von 100 V bis 250 V schwanken. Dies ermöglicht sogar den Betrieb ein- und derselben Ansteuereinrichtung sowie ein- und derselben Magnetspule an ganz unterschiedlichen öffentlichen Netzen, z.B. 60 Hz/110 V und 50 Hz/230 V.

Prinzipiell ist es möglich, unterschiedliche Stromerfassungseinrichtungen vorzusehen. Im einfachsten Fall wird jedoch ein Stromfühlerwiderstand (Shunt) bevorzugt.

Bei der vorliegenden Erfindung wird die Ladezeit der Spule so in Abhängigkeit von der pulsierenden Gleichspannung (Betriebsspannung) gesteuert, dass die Lade- und Entladekurve des Spulenstroms bei allen anliegenden Betriebsspannungswerten ein konstantes Zeitintegral aufweist. Dies kann auch ohne Stromerfassung erreicht werden, wenn die Zeitschaltung jeweils mit dem Einschalten des Spulenstroms gestartet wird. Als Alternative ist es außerdem möglich, auf eine Zeitschaltung zu verzichten, wie beispielsweise Anspruch 12 festlegt. Bei dieser Variante erfolgt die Einschaltung des Ladestroms, wie bei den vorigen Beispielen auch, synchron zu den jeweils ankommenden Spannungsminima. Die Abschaltung erfolgt jedoch nicht nach festgelegter (betriebsspannungsabhängiger) Ladezeit sondern bei Erreichen eines Maximalstroms. Jedoch wird der Wert des Maximalstroms, der den Abschaltstrom kennzeichnet, wiederum spannungsabhängig festgelegt. Bei geeignetem Zusammenhang zwischen dem als Abschaltgrenze dienende Strom Imax und der Betriebsspannung ergibt sich wiederum ein konstantes Stromzeitintegral.

Einzelheiten vorteilhafter Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich aus den 1 bis 6 der Zeichnung, der zugehörigen Beschreibung sowie Unteransprüchen.

In der Zeichnung zeigen:

1 die erfindungsgemäße Ansteuereinrichtung als Übersichtsbild,

2 und 3 Strom- und Spannungsverläufe der erfindungsgemäßen Ansteuereinrichtung,

4 die Ansteuereinrichtung nach 1 in einem detaillierteren Blockschaltbild,

5 einen Prinzipschaltplan der Ansteuereinrichtung nach 1 und 4,

6 den Zusammenhang zwischen Netzspannung und Zeitverzögerung einer zu der Ansteuereinrichtung gemäß 1, 4 und 5 gehörigen Zeitschaltung und

7 eine Ansteuereinrichtung nach dem Stand der Technik.

In 1 sind eine Magnetspule L und deren Ansteuereinrichtung 1 gemäß der Erfindung veranschaulicht. Die Magnetspule L ist beispielsweise die Magnetspule eines Zugantriebs zum Öffnen und Schließen eines Ventils oder eines anderweitigen Stellantriebs. Die Ansteuereinrichtung 1 dient dazu, die Magnetspule L mit einem definierten Spulenstrom zu beaufschlagen wenn eine Netzspannung UN vorliegt. An die Netzspannung UN ist eine Gleichrichterbrücke G angeschlossen, die aus der anliegenden Sinus-Wechselspannung eine pulsierende Gleichspannung U1 macht. Der Zeitverlauf derselben ist beispielsweise in 2 veranschaulicht.

Die Gleichrichterbrücke G ist mit einem Ende der Magnetspule L verbunden, deren anderes Ende über einen gesteuerten Schalter 3 in Form eines Transistors T und einen Stromfühlerwiderstand R wiederum mit der Gleichrichterbrücke G verbunden ist. Der Transistor T ist von einer Ansteuerschaltung 4 gesteuert, die einen Stromfühlereingang 5 und einen Spannungsfühlereingang 6 aufweist. Die Steuerschaltung 4 ist so beschaffen, dass sie den Transistor T jeweils kurz nach Passieren eines Nulldurchgangs der Betriebsspannung UN einschaltet und in besonderer Weise wieder ausschaltet. Dazu überwacht die Steuerschaltung 4 die an dem Stromfühlerwiderstand R abfallende Spannung, die den Spulenladestrom kennzeichnet. Es wird dazu auf 2 und insbesondere die Kurve für den Spulenstrom I2 verwiesen. Zu einem Zeitpunkt t0 kurz nach dem Nulldurchgang der Spannung U1 erfasst die Steuerschaltung 4 an dem Spannungsfühlereingang 6 eine Spannung, die ein Einschalten des Transistors T auslöst. Ab diesem Zeitpunkt überwacht die Steuerschaltung mit dem Stromfühlereingang 5 den zunehmenden Spulenstrom I2. Sobald dieser einen Schwellwert IS erreicht hat, der deutlich kleiner ist als der gewünschte Spitzenwert, startet die Steuerschaltung 4 eine Zeitschaltung (Timer), die eine Zeitverzögerung &Dgr;t1 festlegt. Nach Ablauf dieser Zeitverzögerung &Dgr;t1 wird der Transistor T abgeschaltet. Der Strom I2 erreicht in diesem Zeitpunkt seinen Spitzenwert.

Nach Abschalten des Transistors T kommutiert der Strom auf die Diode D, die der Magnetspule L parallel geschaltet ist. Er klingt hier wieder ab wie durch den gestrichelten Ast der Kurve I2 in 2 veranschaulicht ist. Sobald ein nächster Spannungsnulldurchgang erfolgt ist und die Spannung wieder auf ihren ausreichenden Mindestwert angestiegen ist, schaltet die Steuerschaltung 4 den Transistor T zu einem Zeitpunkt t1 wieder ein. Das oben beschriebene Spiel wiederholt sich von Neuem.

Es wird somit ein Effektivwert Ieff2 für den Spulenstrom erhalten, der sich aus den anschwellenden, durch den Transistor T fließenden Ästen und den abfallenden, durch die Diode D fließenden Ästen ergibt.

3 veranschaulicht die Verhältnisse bei einer wesentlich größeren Eingangsspannung. Wiederum zu einem Zeitpunkt t0, bei dem die Eingangsspannung UN den gleichen Wert wie in 2 erreicht hat, schaltet die Steuerschaltung 4 den Transistor T ein. Der Stromanstieg, der hier durch die Kurve I2 (3) veranschaulicht ist, ist wesentlich steiler als in 2. Der Schwellwert IS wird somit schon nach relativ kurzer Zeit erreicht. Aufgrund der nun schneller ansteigenden Spannung UN legt die Steuerschaltung bzw. deren Zeitschaltung nun eine wesentliche kürzere Einschaltzeit &Dgr;t2 fest. Der Strom erreicht dabei seinen Spitzenwert Imax. Mit Ablauf der Zeitverzögerung &Dgr;t2 wird der Transistor T abgeschaltet und der Strom kommutiert auf die Diode D. Es ergibt sich der abfallende gestrichelte Ast der Kurve I2 in 3. Der Effektivwert Ieff2 stimmt mit dem Effektivwert Ieff1 überein, wenn die Zeitverzögerung &Dgr;t2 ausreichend kurz gewählt worden ist.

Zum besseren Verständnis der Funktion der Zeitverzögerung &Dgr;t1 bzw. &Dgr;t2 wird nochmals auf 7 verwiesen. Die dort veranschaulichte Steuerschaltung S schaltet den Spulenstrom jeweils immer dann ab, wenn der Maximalwert Imax erreicht ist. Im Falle der hohen Eingangsspannung nach 3 ergibt sich dabei ein niedriger Stromeffektivwert Ieff1 der gleich dem Stromwert ist, den die Schaltung nach 1 liefert. Sinkt jedoch die Eingangsspannung, wie 2 veranschaulicht, sind nach dem Erreichen des Stromwerts Imax (Kurve I1 in 2) jeweils nur kurze Zeiten für das Abklingen des Stroms vorhanden, so dass sich insgesamt ein erhöhter Effektivwert Eeff1 ergibt. Dies vermeidet die erfindungsgemäße Schaltung nach 1.

Zur weiteren Erläuterung, insbesondere der Steuerschaltung 4, wird auf die 4 und 5 verwiesen. 4 veranschaulicht die Steuerschaltung 4 als Blockschaltbild. Es enthält einen Schaltungsblock 7 zur direkten Ansteuerung des Transistors T. der Schaltungsblock 7 weist einen Eingang 8 zum Einschalten des Transistors T und einen Eingang 9 zum Ausschalten des Transistors T auf. Sein Ausgang 11 ist mit dem Transistor T verbunden. Dem Eingang 8 ist eine Komparator- oder Triggerschaltung 12 vorgeschaltet, deren Eingang den Spannungsfühlereingang 6 der Steuerschaltung 4 bildet. Wenn die hier erfasste Eingangsspannung einen Mindestwert übersteigt, erhält der Schaltungsblock 7 einen Einschaltimpuls.

An den Stromfühlereingang 5 ist ebenfalls eine Triggerschaltung 14 angeschlossen, die an ihrem Ausgang einen Impuls liefert, wenn die von dem Stromfühlerwiderstand R erzeugte Spannung größer als ein Schwellwert ist. An die Triggerschaltung 14 ist eine Zeitschaltung 15 angeschlossen, die eine festgelegte Verzögerungszeit ablaufen lässt bis sie das an dem Eingang erhaltene Signal an ihren Ausgang überträgt, der mit dem Eingang 9 verbunden ist. Die Zeitschaltung 15 weist einen Steuereingang 16 auf, der mit dem Spannungsfühlereingang 6 verbunden ist. Die an dem Steuereingang 16 anliegende Spannung bestimmt die Verzögerungszeit der Zeitschaltung 15 in der in 6 veranschaulichten Weise. Je größer die anliegende Spannung ist desto kleiner ist die von der Zeitschaltung 15 festgelegte Verzögerungszeit. Der Zusammenhang kann, wie 6 veranschaulicht, linear sein. Die Triggerschaltungen 12, 14 bilden gemeinsam eine Einschalteinrichtung für den Transistor T und die Zeitschaltung 15. Die Triggerschaltung 14 ist die Einschalteinrichtung für die Zeitschaltung 15.

5 zeigt die schaltungstechnische Realisierung des Schaltungsblocks 7 der Triggerschaltungen 12, 14 und der Zeitschaltung 15. Im Einzelnen:

Der Schaltungsblock 7 wird durch ein RS-Flipflop gebildet, dessen Setzeingang E (Eingang 8) mit dem Ausgang eines Operationsverstärkers verbunden ist, der zu der Triggerschaltung 12 gehört. Der invertierende Eingang desselben greift über einen Spannungsteiler R1, R2 eine Referenzspannung ab. Diese vergleicht er mit einer aus der Spannung UN über einen Spannungsteiler R3, R4 abgeleiteten Spannung, die an seinem nicht invertierenden Eingang anliegt. Sobald die Spannung an dem nicht invertierenden Eingang die Spannung an dem invertierenden Eingang unterschreitet wird der Ausgang des Operationsverstärkers Masse oder negativ und es wird ein Setzsignal an den Eingang 8 des Schaltungsblocks 7 geliefert. Auf diese Weise wird in der Nähe des Nulldurchgangs der Spannung UN ein Signal erzeugt, das an dem Ausgang 11 positiv ansteht und den Transistor T aufsteuert.

Der Stromfühlereingang 5 wird durch den nicht invertierenden Eingang eines weiteren Operationsverstärkers gebildet, der den Kern der Triggerschaltung 14 bildet. Sein negativer Eingang liegt an dem Spannungsteilerpunkt des aus den Widerständen R1, R2 gebildeten Spannungsteilers. Sein positiver Eingang ist mit dem Widerstand R verbunden und bildet den Stromfühlereingang. Sobald die Spannung an dem Widerstand R größer ist als die an dem Spannungsteilerpunkt wird der Ausgang des Operationsverstärkers positiv.

Die Zeitschaltung 15 wird durch einen Kondensator C gebildet, der über einen Widerstand RZ mit der Spannung UN verbunden ist. Eine in Flussrichtung gepolte Diode D1 verbindet den Verbindungspunkt zwischen dem Widerstand RZ und dem Kondensator C mit dem Ausgang des Operationsverstärkers der Triggerschaltung 14. Außerdem ist hier ein Triggerblock 17 angeschlossen, dessen Ausgang den Ausgang der Zeitschaltung 15 bildet und mit dem Eingang 9 verbunden ist.

Ist der Strom durch den Widerstand R gering, so dass der Spannungsabfall kleiner als das Potential an dem Spannungsteilerpunkt des Spannungsteilers R1/R2 ist, fließt der über den Widerstand RZ kommende Strom über die Diode D1 in den Ausgang der Triggerschaltung 14. Sobald die Spannung an dem Stromfühlerwiderstand R jedoch größer wird als an dem Spannungsteilerpunkt R1/R2 wird der Ausgang der Triggerschaltung 14 positiv und die Diode D1 sperrt. Es wird nun der Kondensator geladen. Nach einer Ladezeit, die von der Größe des durch den Widerstand RZ fließenden Ladestrom abhängt, wird eine Spannung erreicht, die den nachfolgenden Triggerblock 17 kippen lässt und über den Schaltungsblock 7 den Transistor T abschaltet. Je größer die Spannung UN ist desto schneller wird der Kondensator C aufgeladen, d.h. desto kürzer wird die von der Zeitschaltung 15 vorgegebene Zeit &Dgr;t1 bzw. &Dgr;t2.

Eine abgewandelte Bauform der Steuerschaltung 4 ist insoweit möglich, als diese ohne Stromerfassungseinrichtung auskommen kann. Beispielsweise kann die Zeitschaltung von dem Einschaltimpuls des RS-Flipflops gestartet werden, wodurch dann die Ladezeit der Spule L vollständig und allein von der Zeitschaltung 15 festgelegt wird. Ebenso ist in einer weiteren Abwandlung der Steuerschaltung gemäß 1 die Möglichkeit vorgesehen, ohne Zeitschaltung auszukommen. Dies wird erreicht, indem der Schwellwert den die Triggerschaltung 14 erhält und der normalerweise den Strom festlegt, bei dem die Zeitschaltung 15 gestartet werden soll, betriebsspannungsabhängig variabel festgelegt wird. Dies kann erfolgen, indem der invertierende Eingang der Triggerschaltung 14 an einen Spannungsteiler angeschlossen wird, der an den Ausgang der Gleichrichterschaltung G angeschlossen ist. Dadurch kann der Stromspitzenwert, bei dem die Abschaltung des Transistors T erfolgt, proportional zur Spannung festgelegt werden, um somit ein Abfallen des Spulenstroms bei höheren Spannungen bzw. eine zu große Zunahme des Spulenstroms bei niedrigeren Spannungen zu vermeiden.

Eine Ansteuereinrichtung für eine Magnetspule weist eine Ansteuerschaltung auf, die sowohl den Augenblickswert der Spannung, mit der die Spule beaufschlagt wird, als auch den Augenblickswert des Spulenladestroms überwacht. Erreicht dieser einen Schwellwert wird eine Zeitschaltung 15 gestartet, deren Zeitverzögerung von der anliegenden Spannung UN beeinflusst wird. Je größer die Spannung ist desto geringer ist die Zeitverzögerung der Zeitschaltung 15. Die Steuerschaltung 4 schaltet den Spulenladestrom ab sobald die von der Zeitschaltung vorgegebene Verzögerungszeit abgelaufen ist. Der Spulenstrom kommutiert nun auf eine Freilaufdiode. Die Steuerschaltung 4 schaltet den Spulenladestrom über den Transistor T erst in der Nähe des Nulldurchgangs der Versorgungsspannung wieder ein. Durch geeignete Abstimmung der Abhängigkeit der Zeitverzögerung von der Versorgungsspannung lässt sich erreichen, dass die Magnetspule in äußerst weiten Grenzen der Versorgungsspannung mit einem immer gleichen Strom, insbesondere mit einem konstanten Effektivwert beaufschlagt wird.


Anspruch[de]
  1. Ansteuereinrichtung für eine Magnetspule (L),

    mit einer Spannungsquelle, an die die Magnetspule (L) angeschlossen ist,

    mit einem gesteuerten Schalter (3), der die Magnetspule (L) mit der Spannungsquelle verbindet,

    mit einer Einschalteinrichtung (12, 14), die ein Startsignal erzeugt und den gesteuerten Schalter (3) einschaltet,

    mit einer Zeitschaltung (15), die mit der Einschalteinrichtung (14) verbunden ist und den Schalter (3) steuert und die eine Zeitverzögerung (&Dgr;t1) zwischen Empfang des Startsignals und der Signalweitergabe zu dem Schalter (3) festlegt, um diesen wieder abzuschalten, wobei die Zeitverzögerung (&Dgr;t1) von der Größe der von der Spannungsquelle gelieferten Spannung abhängig ist und wobei das Startsignal durch das Erreichen eines Stromschwellwertes Is vorgegeben ist.
  2. Ansteuereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Einschalteinrichtung (12, 14) mit einer Stromerfassungseinrichtung (R) verbunden ist, die mit der Magnetspule (L) verbunden ist und die ein Signal erzeugt, das den von der Spannungsquelle in die Magnetspule (L) gelieferten Strom kennzeichnet.
  3. Ansteuereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Einschalteinrichtung (12, 14) einen Schwellwertschalter (14) aufweist, der mit der Stromerfassungseinrichtung (R) verbunden ist, um ein Startsignal zu liefern, wenn der erfasste Strom einen Schwellwert (Is) übersteigt.
  4. Ansteuereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Spannungsquelle eine pulsierende Gleichspannung liefert.
  5. Ansteuereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Magnetspule (L) eine Freilaufdiode (D) parallel geschaltet ist.
  6. Ansteuereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Stromerfassungseinrichtung (R) durch einen Stromfühlerwiderstand gebildet ist, der zu der Magnetspule (L) in Reihe liegt.
  7. Ansteuereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass dem gesteuerten Schalter (3) eine Ansteuerschaltung (7) zugeordnet ist, um diesen zu definierten Zeitpunkten ein- und auszuschalten.
  8. Ansteuereinrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Ansteuerschaltung (4) eine Spannungsfühlerschaltung (12) enthält, um ein Einschaltsignal an den gesteuerten Schalter (3) zu liefern, sobald die wellige Spannung der Spannungsquelle einen Schwellwert übersteigt.
  9. Ansteuereinrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Zeitschaltung (15) mit der Ansteuerschaltung (7) verbunden ist, um ein Abschaltsignal an diese zu liefern.
  10. Ansteuereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Spannungsabhängigkeit der Zeitschaltung so festgelegt ist, dass die Zunahme der Spannung eine Abnahme der Zeitverzögerung derart bewirkt, dass der Effektivwert des Spulenstroms konstant bleibt.
  11. Ansteuereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Zunahme der Spannung der Abnahme der Zeitverzögerung proportional ist.
  12. Ansteuereinrichtung für eine Magnetspule (L),

    mit einer Spannungsquelle, an die die Magnetspule (L) angeschlossen ist und die eine pulsierende Gleichspannung mit regelmäßigen Spannungsminima abgibt,

    mit einem gesteuerten Schalter (3), der die Magnetspule (L) mit der Spannungsquelle verbindet,

    mit einer Stromerfassungseinrichtung (R), die mit der Magnetspule (L) verbunden ist und die ein Signal erzeugt, das den von der Spannungsquelle in die Magnetspule (L) gelieferten Strom kennzeichnet,

    mit einer Steuereinrichtung (4), die den gesteuerten Schalter (3) synchron zu den Spannungsminima einschaltet und die den gesteuerten Schalter (3) ausschaltet, wenn das von der Stromerfassungseinrichtung (R) gelieferte Signal einen Maximalwert (Imax) überschreitet, wobei der Maximalwert (Imax) von der Größe der von der Spannungsquelle gelieferten Spannung abhängig ist.
  13. Verfahren zum Versorgen einer Magnetspule mit Strom, bei dem die Magnetspule über einen gesteuerten Schalter mit Spannung beaufschlagt wird und bei dem eine Verzögerungsschaltung eine von der Ladespannung abhängige Zeitverzögerung ab dem Überschreiten eines Stromschwellwerts Is bestimmt, nach deren Ablauf der Spulenladestrom abgeschaltet wird.
Es folgen 3 Blatt Zeichnungen






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