DE2854587A1

DE2854587A1 - Steuerschaltung fuer einen kontaktgeber

Info

Publication number: DE2854587A1
Application number: DE19782854587
Authority: DE
Inventors: Norman Harold George Palmer
Original assignee: Towmotor Corp
Current assignee: Caterpillar Industrial Inc
Priority date: 1977-12-23
Filing date: 1978-12-18
Publication date: 1979-06-28
Also published as: FR2412933B1; GB1579086A; ES470365A1; FR2412933A1; CA1100220A

Description

München, den ~.\-'C i ^s · " 78-S-3114

TOWMOTOR CORPORATION

Steuerschaltung für einen Kontaktgeber

Die Erfindung bezieht sich auf eine Steuerschaltung für einen elektromagnetisch betätigbaren Kontaktgeber, der ein oder mehrere Paare von Kontakten und einen Elektromagneten aufweist ι welcher durch Gleichstrom erregt wird, um das Schließen der Kontakte zu bewirken.

Derartige Kontaktgeber sind derart konstruiert, daß sie eine nominelle Ärbeitsspannung für die Elektromagnetspule besitzen, aber bei einer etwas niedrigeren angelegten Spannung anziehen. Wenn die an die Spule angelegte Spannung nach dem Anziehen des Kontaktgebers reduziert wird, so bleiben die Kontakte geschlossen, bis die angelegte Spannung eine Abfallspannung erreicht, die merklich niedriger liegt als die Anziehspannung.

Ein derartiger Kontaktgeber kann dazu verwendet werden, die von einer Batterie kommende Versorgung an einen Elektromotor anzuschalten, wie beispielsweise einem Motor zum Antrieb einer hydraulischen Pumpe in einem batteriebetätigten Fahrzeug, wie beispielsweise einem Gabelstapler.

Viele elektrisch betriebene Gabelstapler besitzen Hydrauliksysteme zum Anheben und Absenken der Gabeln und zum Kippen der Maske bezüglich des Tragrahmens. Der hydraulische Strömungsmitteldruck wird dabei durch eine solche Hydraulik-

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pumpe erzeugt. Der Antriebsmotor wird durch Schließen und Öffnen von Mikroschaltern gestartet und gestoppt, wobei die Mikroschalter durch das öffnen und Schließen eines hydraulischen Steuerventils gesteuert werden. Diese Schalter erregen den Kontaktgeber. Das hydraulische Steuerventil weist normalerweise eine FederZentrieranordnung auf, um den Ventilschieber in seine Neutralstellung dann zurückzubringen, wenn der Steuerhebel in einer Betriebsposition freigegeben wird.

Eines der Probleme bei dieser Anordnung besteht darin, daß die Steuerventile eine Tendenz besitzen hinreichend weit darüber hinaus zu laufen, um zu bewirken, daß die Schalterkontakte und somit der Leistungskontaktgeber sich für einen Sekundenbruchteil schließen und sich dann wieder öffnen. Typischerweise nehmen Gleichstrommotoren einen hohen Spitzenstrom während des anfänglichen Startens auf, und die Wiederöffnung des Kontaktgebers erfolgt während einer Zeit, wo der Spitzenstrom durch die Kontaktgeberkontakte fließt. Dies ruft eine intensive Bogenbildung hervor, was ein schnelles Verbrennen der Kontakte zur Folge hat. Ein schnelles öffnen und Schließen der Schalterkontakte wird häufig auch durch den Fahrer hervorgerufen, der das Steuerventil mit schnellen kurzen Hebelbewegungen betätigt, um die Gabel oder den Mast in kleinen Inkrementen oder Abschnitten für eine genaue Positionierung zu bewegen.

Ein weiteres Problem besteht darin, daß dann, wenn die Batterie während des normalen Fahrzeuggebrauchs entladen wird, die Batterie-Klemmenspannung abnimmt, wobei dann, wenn eine hohe Strombeanspruchung an der Batterie auftritt, beispielsweise beim Starten des Motors unter hohen Lastbedingungen, die Klemmenspannung auf einen sehr niedrigen Wert abfallen kann.

Da die Kontaktgeberspulenversorgung ebenfalls von der Batterie abgenommen wird, kann diese, niedrige Klemmenspannung

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bei starker Belastung nicht ausreichend sein, um den Kontaktgeber zu halten. Wenn somit die Last angelegt wird, so fängt der Kontaktgeber an abzufallen, wobei aber dann, wenn sich die Kontakte öffnen, die Last von der Batterie entfernt wird und die Klemmenspannung augenblicklich ansteigt. Dies ruft wiederum das Anziehen des Kontaktgebers hervor, wodurch wiederum die Last an die Batterie angelegt wird. Diese Wirkung wiederholt sich fortlaufend. Wenn die Kontakte das Öffnen und Schließen bei starker Gleichstrombelastung auf diese Weise fortsetzen, so können zwei außerordentlich ernste Situationen eintreten. Die Kontakte können sich miteinander verschweißen, wodurch der Motor nicht mehr steuerbar wird. Wenn andererseits die Kontakte das zyklische öffnen und Schließen fortsetzen, so verbrennen sie infolge der auftretenden Bogenbildung,und eine Zerstörung des Kontaktgebers kann sich ergeben.

Es ist daher erwünscht, das unerwünschte Öffnen und Schließen der Kontakte eines gleichstrombetatigten elektromagnetischen Kontaktgebers zu vermeiden.

Zusammenfassung der Erfindung. Die Erfindung hat sich zum Ziel gesetzt, eines oder mehrere der obengenannten Probleme zu lösen.

Erfindungsgemäß ist eine Steuerschaltung für einen Kontaktgeber vorgesehen, der mindestens ein Paar von Kontakten aufweist und eine Betätigungsvorrichtung, die durch Gleichstrom unter der Steuerung eines Schalters erregbar ist, um das Schließen der Kontakte zu bewirken. Die Steuerschaltung weist eine Schaltvorrichtung auf, um die Betätigungsvorrichtungsspule in Serie mit der Schaltvorrichtung und parallel zu den Kontakten zu schalten. Eine erste Zeitsteuervorrichtung betätigt die Schaltvorrichtung zur Erregung der Betät gungsvorrichtung zu einer vorbestimmten Zeit nach dem Schließen des Schalters. Eine zweite Zeitsteuervorrichtung verhindert einen zweiten Betrieb der Schaltvorrichtung bis zu einem Zeitpunkt nach dem Verstreichen einer weiteren vorbestimmten Zeitperiode.

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Weitere Vorteile, Ziele und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich insbesondere aus den Ansprüchen sowie der Beschreibung eines Ausführungsbeispiels anhand der Zeichnung, welche schematisch die erfindungsgemäße Steuerschaltung darstellt -.

Wie in der Zeichnung dargestellt ist, weist ein Kontaktgeber eine Elektromagnetspule 1 sowie Kontakte 2 und 3 auf, die durch Erregung der Spule 1 schließbar sind. Ein Pumpenmotor 4 liegt zwischen einer positiven Batterieleitung 5 und einem Ende einer Sicherung 6. Das andere Ende der Sicherung 6 ist über Kontakte 7 und 8 eines Schalters 9 mit dem Kontakt 2 verbunden. Parallel zu den Kontakten 7 und 8 ist ein Shunt-Widerstand 10 geschaltet. Der Kontakt 3 schließlich ist mit der negativen Batterieleitung 11 verbunden.

Die Spannung zwischen den Leitungen 5 und 11 ist normalerweise irgendeine für den Motor 4 geeignete Spannung, beispielsweise eine ausgewählte Nominal- oder Nennspannung zwischen 36 und 80 Volt.

Eine Leitung 12 ist vorzugsweise mit einem Abgriff an der Batterie oder mit der Leitung 5 verbunden, so daß sich die Leitung 12 auf einer Spannung von beispielsweise +36 Volt gegenüber Leitung 11 befindet. Die Leitung 12 ist mit einem Kontakt 13 eines Schalters 14 verbunden, der ein Mikroschalter sein kann und gleichzeitig mit dem öffnen und Schließen eines nicht-gezeigten hydraulischen Steuerventils betätigbar ist. Der andere Kontakt 15 des Schalters 14 ist mit einer Klemme 16 der Elektromagnetspule 1 verbunden.

Innerhalb des gestrichelten Rechtecks 17 ist eine gemäß der Erfindung ausgebildete Steuerschaltung gezeigt. Die Schaltung weist Schaltmittel, wie beispielsweise einen Thyristor 18 auf, wobei die Anode desselben über eine Diode 19 mit der anderen Klemme 20 der Spule 1 verbunden ist. Die Kathode des Thyristors 18 liegt an einer Leitung 21, die über eine Diode 22 mit der Leitung 11 in Verbindung steht. Der Ver-

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bindungspunkt zwischen der Anode der Diode 19 und der Klemme 20 der Spule 1 liegt über eine Diode 23 am Kontakt 2. Eine Umpolungsschaltung (Freilaufschaltung) aus einer Serienschaltung aus einer Diode 24 und einem Widerstand 25 liegt an der Spule 1, um den steuerbaren Zusammenbruch jedes elektromagnetischen Feldes zu gestatten.

Die Tor-Treiberschaltung für den Thyristor 18 umfaßt einen Kondensator 26, dessen eines Ende mit dem Thyristortor über eine Diode 27 verbunden ist, während das andere Ende an Leitung 21 liegt, der Verbindungspunkt zwischen dem Kondensator 26 und der Anode der Diode 27 liegt über einen Widerstand 28 und eine Diode 29 am Kontakt 15 des Schalters 14.

Die Kollektor-Emitter-Schaltung eines Transistors 30 liegt am Kondensator 26. Ein Netzwerk aus einem Widerstand 31 in Serie geschaltet mit einer Parallelschaltung aus einem Kondensator 32 und einem Widerstand 33 liegt mit einem Ende am Verbindungspunkt von Diode 29 und Widerstand 28, und mit dem anderen Ende an Leitung 21. Die Basis des Transistors 30 liegt am Verbindungspunkt von Widerstand 31 und der Parallelschaltung aus Kapazität 32 und Widerstand 33.

Eine Einschaltvorgangs-ünterdrückungsschaltung aus einem Kondensator 34 mit parallelgeschaltetem Widerstand 35 liegt zwischen dem Tor und der Kathode von Thyristor 18.

Im Betrieb ist der Schalter 14 anfangs offen, so daß kein Strom durch die Spule 1 fließt und die Schaltung des Transistors 30 ist ebenfalls nicht erregt. Wenn ein (nicht gezeigter) mit dem Schalter 14 gekuppelter Ventilhebel betätigt wird, so daß sich der Schalter 14 schließt, lädt sich der Kondensator 26 von der Gleichstromleitung 12 über die Diode 29 und den Widerstand 28 auf, und der Kondensator 32 lädt sich über die Diode 29 und den Widerstand 31 auf.

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Nach einer vorbestimmten Zeit von beispielsweise 10 Millisekunden - bestimmt durch die Werte von Kondensator 26 und Widerstand 28 - wird die Spannung am Kondensator 26, die an das Thyristortor angelegt ist, das Zündpotential des Thyristors 18 erreichen. Der Thyristor wird somit leiten, was den Elektromagneten 1 veranlasst, die Kontakte 2 und 3 zu schließen. Die zum Erreichen des Zündpotentials erforderliche Zeit kann dadurch vergrößert werden, daß man die Größe des Kondensators 26 oder des Widerstands 28 erhöht, und eine Verkleinerung kann erreicht werden durch Verringerung des Wertes von Kondensator 26 oder Widerstand 28.

Die Verzögerung vor dem Zünden des Thyristors ist derart vorgesehen, daß jedwedes innewohnendes Prellen (Springen) des Schalters 14 beendet ist, bevor der Elektromagnetstrom seinen Fluß durch die Kontakte 13 und 15 beginnt. Dadurch wird die schädliche Bogenbildung eliminiert, die dann an den Kontakten auftreten würde, wenn sie sich schnell bei fließendem Elektromagnetstrom öffnen und schließen könnten. Es werden dadurch auch Spannungseinschaltvorgänge eliminiert, die in der Spule 1 dann induziert würden, wenn wiederholte Unterbrechungen des Spulenstroms infolge Kontaktprellens auftreten könnten.

Das Schließen der Kontakte 2 und 3 erfordert eine merkliche Zeit von beispielsweise 50 Millisekunden, nachdem der Thyristor 18 gezündet hat. Das Schließen dieser Kontakte senkt die Spannung am Thyristor 18 auf einen Pegel ab, der durch die Vorwärtsspannung der Diode 23 und den Spannungsabfall an den geschlossenen Kontakten bestimmt ist. Der Thyristor schaltet sich daher ab, weil diese niedrige Spannung nicht ausreicht, um den Thyristor eingeschaltet zu halten.

Die Werte der Widerstände 31 und 33 und des Kondensators sind derart gewählt, daß sich der Kondensator 32 langsamer auflädt als der Kondensator 26. Durch diese Konstruktion lädt sich der Kondensator 26 auf und zündet den Thyristor bevor der Kondensator 32 sich auflädt und den Transistor ein-

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schaltet, und den Thyristor ausschaltet. Nach einer vorbestimmten Zeit von beispielsweise 25 Millisekunden erreicht die Spannung am Kondensator 32 einen Pegel, der ausreicht, um das Leiten des Transistors 30 hervorzurufen. Die Werte der Widerstände 28 und 31 sind derart gewählt, daß das Potential des Kollektors von Transistor 30 auf beispielsweise 0,2 Volt dann abfällt, wenn der Transistor voll leitend ist. Dies legt das Tor des Thyristors 18 fest, so daß dann, wenn die Kontakte 2 und 3 sich unmittelbar nach dem Schließen wieder öffnen, der Thyristor 18 nicht leiten kann, um sie wiederum zum Schließen zu veranlassen. Diese Festlegung (Klemmung) bleibt am Thyristor-Gate oder -Tor solange, bis der Schalter 14 geöffnet ist und eine hinreichende Zeitspanne von beispielsweise 50 Millisekunden danach vergangen ist, damit sich der Kondensator 32 über den Widerstand 33 auf einen Spannungspegel entladen kann, bei welchem der Transistor 30 ausschaltet.

Es sei nunmehr der Betrieb der Schaltung für den Fall einer stark entladenen Batterie betrachtet. Das Schließen der Kontakte 2 und 3, wodurch der Motor 4 mit der Batterie verbunden wird, bewirkt den Abfall der Batteriespannung auf einen niedrigen Pegel. Wenn dieser Pegel so niedrig ist, daß die Spannung auf Leitung 12 geringer ist als die Abfallspannung des Kontaktgebers, so öffnen sich die Kontakte 2 und 3 und unterbrechen die Schaltung der Kontaktgeberspule 1. Die Festlegung liegt bereits am Tor des Transistors 18, so daß selbst dann, wenn die Leitung 12 auf Null Volt beim Schließen der Kontakte 2 und 3 abfällt, der Thyristor nicht wieder beim erneuten öffnen der Kontakte leiten kann.

Zusammenfassend weist die oben beschriebene Steuerschaltung eine Anzahl von Vorteilen gegenüber bekannten Kontaktgebersteuerschaltungen auf. Die Bogenbildung des Kontaktgeberkontakts wird verhindert, ein Zustand, der dann auftreten würde, wenn sich die Kontakte schnell bei einer starken Gleichstrombelastung schließen und öffnen würden. Die Zeitkonstante des Kondensators 26 und der zugehörigen Komponenten

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verhindert das Zünden des Thyristors bis zu einem vorbestimmten Zeitpunkt, nachdem der Schalter geschlossen ist, und somit wird verhindert, daß der Elektromagnetstrom durch die Kontakte 13 und 15 fließt, bis jedwedes Prellen dieser Kontakte während des Schließens beendet ist. Die Bogenbildung der Kontakte während des Schließens des Schalters 14 wird daher begrenzt und das wiederholte Öffnen und Schließen der Kontakte 2 und 3 wird verhindert.

Zusammenfassend sieht die Erfindung somit eine Steuerschaltung für einen Kontaktgeber vor, der ein Paar von Kontakten 2 und und eine Betätigungsvorriehtungsspule 1 aufweist, die unter der Steuerung eines Schalters 14 betätigbar ist, um das Schließen der Kontakte zu bewirken. Die Steuerschaltung sieht einen temporären Pfad zur Erregung der Spule 1 und einen permanenten Pfad durch die Kontakte 2, 3 vor. Die Steuerschaltung verzögert die Erregung der Spule für eine vorgewählte Zeit, um die Beendigung des Prellen des Schalterkontakts 13, 15 zu gestatten. Die Steuerschaltung verhindert einen Wiederaufbau des temporären Pfads für eine vorgewählte Zeitspanne nach dem Schließen der Kontakte 2, 3.

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Claims

PATENTANSPRÜCHE

Steuerschaltung für einen Kontaktgeber mit mindens einem Paar von Kontakten (2,3) und einer Betätigungsspule (1), die durch Gleichstrom unter der Steuerung eines Schalters (14) erregbar ist, um das Schließen der Kontakte (2,3) zu bewirken, gekennzeichnet durch Schaltmittel (18) zum Koppeln der Betätigungsspule (1) in Serie mit den Schaltmitteln (18)parallel mit den Kontakten (2,3),

erste Zeitsteuermittel (26) zur Betätigung der Schaltmittel und Erregung der Betätigungsspule (1) eine vorbestimmte Zeitspanne nach dem Schließen des Schalters (14) und zur steuerbaren Kopplung der Betätigungsspule (1) in Serie mit den Kontakten (2,3) und

zweite Zeitsteuermittel (3O) zur Verhinderung einer zweiten Betätigung der Schaltmittel (18) bis nach Ablauf einer weiteren vorbestimmten Zeitperiode.
2. Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltmittel einen Thyristor (18) mit einem Tor aufweisen.
3. Schaltung nach Anspruch 1 und/oder 2, dadurch gekt eichnet, daß die ersten Zeitsteuermittel (26) Mittel aufweisen, um ein Triggersignal an das Tor des Thyristors (18) anzulegen, und wobei die zweiten Zeitsteuermittel (30) Mittel aufweisen, um das Triggersignal nach einer Zeit zu entfernen, die ausreicht, um das Zünden des Thyristors (18) bewirkt zu haben.
4. Schaltung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, insbesondere Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die ersten Zeitsteuermittel (26) einen ersten Kondensator (26) aufweisen, der sich darauffolgend auf das Schließen des Schalters (14) auflädt, wobei die Spannung am ersten Kondensator (26) als das Triggersignal für das Tor des Thyristors (18) wirkt.

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ORIGINAL INSPECTED
5. Schaltung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, insbesondere Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die zweiten Zeitsteuermittel (30) eine Halbleiterschaltvorrichtung (30) aufweisen, die zum Kurzschließen des ersten Kondensators (26) und zur Entfernung des Triggersignals betätigbar ist.
6. Schaltung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, insbesondere Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Halbleiterschaltvorrichtung ein Transistor (30) ist mit einer Basis und einer Kollektor-Emitter-Schaltung, welch letztere am ersten Kondensator (26) liegt, und wobei die zweiten Zeitsteuermittel einen zweiten Kondensator (32) aufweisen, der sich darauffolgend auf das Schließen des Schalters (14) auflädt und die Basisspannung des Transistors(30) steuert.
7. In einer Steuerschaltung mit einer Leistungsversorgung mit ersten und zweiten Klemmen (5,11), einem Schalter (14) mit ersten und zweiten Klemmen (13,1^r>, wobei die erste Klemme (13) mit der ersten Klemme {■-■} der Leistungsversorgung verbunden ist, und mit einem Kontaktgeber mit einer Betätigungsspule (1) und ersten und zweiten Kontakten (2,3), wobei ein erstes Ende (16) der Spule (1) der zweiten Klemme (15) des Schalters (14) verbunden ist und ein zweites Ende (20) der Spule mit dem ersten Kontakt (2) gekoppelt ist, und wobei schließlich der zweite Kontakt (3) mit der zweiten Klemme (11) der Leistungsversorgung in Verbindung steht, gekennzeichnet durch einen Thyristor (18) mit einer Anode, Kathode und einem Tor, und zwar in Serienschaltung mit der Spule und parallel zu den Kontakten (2,3) , ersten Mitteln (26) verbunden mit dem Tor zum automatischen steuerbaren Zünden des Thyristors (18) und zur Erregung der Spule (1) und zum Schließen der Kontakt (2,3) zu einer vorgewählten Zeit nach dem Schließen des Schalters (14), zweiten Mitteln (23) zum Ausschalten des Thyristors (18) infolge des Schließens der Kontakte (2,3) und dritten Mitteln (30)' zum Festlegen des Tors und zum Verhindern eines zweiten Zündens des Thyristors (18) für eine

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vorgewählte Zeitspanne nach dem anfänglichen Zünden.
8. Steuerschaltung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die ersten Mittel einen Kondensator (26) aufweisen, gekoppelt mit dem Schalter (14)und Tor, wobei die Aufladung des Kondensators (26) dem Schließen des Schalters

(14) folgt und ein Spannungssignal daran entwickelt wird, und wobei der Thyristor (18) zündet dann, wenn das Tor das Spannungssignal empfängt und dieses eine vorgewählte Größe erreicht.
9. Schaltung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die zweiten Mittel eine Diode (23) mit einer Anode und einer Kathode aufweisen, wobei die Anode mit dem zweiten Ende ar Spule (1) und die Kathode mit dem ersten Kontakt

(2) verbunden ist.
10. Schaltung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die dritten Mittel einen Transistor (30) mit Emitter, Basis und Kollektor aufweisen, wobei Emitter oder Kollektor mit dem Tor gekoppelt ist und der Transistor (30) das Thyristor-Tor-Potential auf einen Spannungspegel festlegt oder festklemmt unterhalb des Zündspannungspegels des Thyristors (18) dann wenn der Transistor (30) eingeschaltet ist.
11. Schaltung nach Anspruch 9, gekennzeichnet durch einen Kondensator (32) gekoppelt an einem Ende mit der Basis des Transistors und der zweiten Klemme (15) des Schalters (14) und ferner gekoppelt am anderen Ende mit der zweiten Klemme

(11) der LeistungsVersorgung, wobei der Kondensator (32) sich beim Schließen des Schalters (14) auflädt und daran ein Spannungssignal entsteht, wobei der Transistor (30) infolge dieses Spannungssignals dann eingeschaltet wird, wenn dieses eine vorgewählte Größe erreicht.

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