WO1999010975A1 - Verfahren und schaltungsanordnung zum betrieb einer elektromagnetisch betätigbaren, mechanischen bremse eines elektromotors - Google Patents

Verfahren und schaltungsanordnung zum betrieb einer elektromagnetisch betätigbaren, mechanischen bremse eines elektromotors Download PDF

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Jörg ROTH-STIELOW
Josef Schmidt
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SEW Eurodrive GmbH and Co KG
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    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P3/00—Arrangements for stopping or slowing electric motors, generators, or dynamo-electric converters
    • H02P3/02—Details of stopping control
    • H02P3/04—Means for stopping or slowing by a separate brake, e.g. friction brake or eddy-current brake

Definitions

  • the invention relates to a method and a circuit arrangement for operating an electromagnetically actuated, mechanical brake of an electric motor, in particular a geared motor.
  • the invention is based on the object of developing a method and a circuit arrangement for operating an electromagnetically actuable, mechanical brake of an electric motor, in particular a geared motor, in such a way that the same type of excitation coil is operated on alternating or three-phase networks with different voltages can.
  • the invention therefore relates to a method for operating an electromagnetically actuable, mechanical brake of an electric motor, in particular a geared motor, with an excitation coil for actuating, in particular for releasing the brake, and with an AC voltage network which emits a mains voltage with an alternating period, whereby the excitation coil has a time constant corresponding to a quotient of a coil inductance and an ohmic coil resistance.
  • a unipolar voltage that changes over a period of time is generated by a voltage source.
  • the unipolar voltage is positive and different from zero in a first time period of the time period and has a maximum value in this first time period and is zero or at least approaches zero in a second time period of the time period.
  • a current path for an excitation current from the voltage source to the excitation coil is released essentially at the beginning of the first period.
  • the current path is blocked again at a specific point in time within the first time segment, the specific point in time being selected such that the excitation current does not exceed a predetermined maximum value.
  • the enabling and disabling of the current path is repeated every time period.
  • the unipolar voltage by a DC ⁇ will rectifier unit in the voltage source consists of a single-phase mains voltage of the AC voltage system generated such that the first time period substantially covers the entire alternation period, so that the second section is very short, whereby the time period of half the alternation period corresponds.
  • the first and the second section can each correspond to half the time period and half the change period.
  • the current path is preferably released via main current electrodes of an electronic one-way valve, which can be switched on and off via a control path, by switching on the one-way valve and blocked by switching off the one-way valve, wherein when the one-way valve is switched off, a discharge current from the excitation coil through a free path lying parallel to the excitation coil with a decay -Time course is carried out, which essentially corresponds to the time constant of the excitation coil.
  • the current path is released when the unipolar voltage, starting from zero, first reaches a positive threshold value that is significantly lower than the maximum value.
  • the excitation current is measured and the current path is blocked when the excitation current reaches a predetermined first threshold maximum value for the first time after a previous release of the current path coming from lower excitation current values.
  • the unipolar voltage is measured and an integral value of the unipolar voltage starting from zero is formed over the first time period, the current path being blocked when the integral value reaches a predetermined second threshold maximum value for the first time after a previous release of the current path from coming from lower integral values reached, the second threshold high value being predetermined such that the excitation current does not exceed a predetermined maximum value.
  • the unipolar voltage is measured and a first weighted measured value of the unipolar voltage is formed via a delay element of the first order, the current path being blocked when the first weighted measured value reaches a predetermined third threshold maximum value for the first time after a previous release of the current path from lower weighted measured values originating reached, e ne time constant of the delay element being set essentially in accordance with the duration of the first time segment and the third high threshold value being predetermined such that the excitation current does not exceed a predetermined maximum value.
  • a voltage present along the excitation coil is measured and a weighted second measured value of this voltage is formed via a delay element of the first order, the current path being blocked when the second measured value reaches a predetermined fourth threshold maximum value for the first time after a previous release of the current path achieved from smaller values, with a time constant of
  • Verzogtechnischsglieds first order substantially entspre ⁇ the time constant of the exciting coil is selected accordingly, and preferably at least twice as long as the time period of the unipolar voltage, and wherein the fourth threshold austwert set so that the excitation current does not exceed a predetermined Hochstwert. It becomes the current flowing through the excitation coil, so to speak "Mapped" so that a direct current measurement is not necessary. This reduces the circuitry.
  • the current flowing through the excitation coil is set to a value which corresponds to the requirements of the brake.
  • the predetermined maximum threshold value is changed as a function of an operating state of the brake, in particular as a function of release and holding in the released state, so that the operating state of the brake (release / hold) is taken into account.
  • the predetermined maximum threshold value at the start of an initial energization when the brake is released is set to a higher value for an increase time interval than when the brake is stopped, so that the release is accelerated.
  • the increase time interval is preferably greater than or equal to the time constant of the excitation coil or at least twice as long as the time period of the unipolar voltage.
  • the one-way valve When using the one-way valve to protect against transient overvoltages, the one-way valve is always switched on regardless of other control specifications when one
  • the voltage between its main current electrodes in the transient overvoltage exceeds an overvoltage limit that is greater than the maximum value of the unipolar voltage that is intended for operation, so that the overvoltage is reduced via the excitation coil.
  • the one-way valve is switched on when a positive voltage is present on the control path and then switched off when a negative voltage or a voltage of zero is present at the control path, the unipolar voltage being supplied to the control path to switch on the one-way valve via at least one ohmic resistor and the positive control voltage is preferably limited via a two-pole connection.
  • control path for switching off the one-way valve is short-circuited via at least one ohmic resistor and an electronic switch.
  • the increase time interval is controlled by a timing element in such a way that the increase time interval begins when the unipolar voltage first reaches a predetermined threshold value when the brake is released by switching on the mains voltage of the AC voltage network when the brake is released Maximum value.
  • the integral value is reset to zero during the second period.
  • the delay element of the first order is activated during a release of the
  • the invention revolves around a circuit arrangement for operating an electromechanically actuable, mechanical brake of an electric motor, in particular especially of a geared motor at mains voltages of a wide voltage range, comprehensive
  • an excitation coil with connecting terminals which has a time constant corresponding to a quotient of a coil inductance and an ohmic coil resistance, for actuating, in particular for releasing the brake;
  • a voltage source for generating a unipolar voltage which changes with a time period and which is positive and non-zero in a first time period of the time period and one in this first time period
  • an electronic one-way valve with main current electrodes, via which the current path leads to the release and blocking of the current path and with a control path for switching the one-way valve on and off;
  • control circuit which is connected to the control path and is designed such that the one-way valve for releasing the current path is switched on essentially at the beginning of the first period and is switched off at a specific point in time within the first period for blocking the current path, wherein the control circuit is further configured so that the excitation current does not exceed a predetermined maximum value and during a period in which the excitation coil is permanently or should be excited, the on / off switching of the one-way valve to release and block the current path in each Time period is repeated.
  • the voltage source is preferably connected on the input side to a single-phase mains voltage of the AC voltage network and comprises a diode bridge circuit, so that the first time period essentially covers the entire change period, so that the second time period is very short and the time period essentially corresponds to half the change period .
  • the voltage source comprises a diode center circuit, so that the first and the second period correspond to half the time period and half the alternating period.
  • a free-wheeling path with a circuit arrangement for discharging the excitation coil after blocking the current path with a discharge time constant corresponding to the time constant of the excitation coil is preferably connected in parallel with the connection terminals of the excitation coil.
  • a voltage measuring device for sensing the unipolar voltage and a threshold value element for specifying a positive threshold value are preferably provided, the control device then switching on the one-way valve to release the current path when the unipolar voltage is switched off. from zero for the first time reaches the positive threshold, which is significantly lower than the maximum value.
  • a first embodiment of the invention comprises a current measuring device for generating a current signal corresponding to the excitation current, a threshold value element for specifying a first threshold high value, the control circuit switching off the one-way valve for blocking the current path when the current signal first passes the first threshold high value after one previous release of the current path from lower current signals reached.
  • a second embodiment of the invention comprises an integrating device for forming an integral value of the unipolar voltage starting from zero over the first time period and a threshold value element for specifying a second maximum threshold value which is set so that the excitation current does not exceed a predetermined maximum value.
  • the control circuit is supplied with the integral value and the second maximum threshold value for switching off the one-way valve and for blocking the current path when the integral value reaches the second maximum threshold value for the first time and after a previous release of the current path coming from lower integral values.
  • a third embodiment of the invention comprises a voltage measuring device for sampling the unipolar voltage and for outputting a voltage measured value corresponding to the unipolar voltage, a delay element of the first order with a time constant which essentially corresponds to the duration of the first time segment, for generating a weighted measured value from the voltage measured value, a threshold value element for specifying a third threshold maximum value, which is set so that the excitation current does not exceed a predetermined maximum value, the control circuit then switching off the one-way valve to block the current path when the weighted measured value first hits the third threshold maximum value after one previous release of the current path from a lower weighted measured value.
  • a fourth embodiment of the invention comprises a voltage measuring device for sampling a voltage at the connecting terminals of the excitation coil and for outputting a corresponding terminal voltage measured value, a delay element of the first order with a time constant which essentially corresponds to the time constant of the excitation coil and is preferably at least twice as long as the time period the unipolar voltage, for generating a weighted second measured value from the terminal voltage measured value, a threshold value element for setting a fourth maximum threshold value, which is set such that the excitation current does not exceed a predetermined maximum value, the control circuit then switching off the one-way valve to block the current path when the weighted second measured value reaches the fourth threshold maximum value for the first time after a previous release of the current path coming from smaller values.
  • a “model” of the excitation current is simulated using a voltage measurement.
  • control circuit preferably has devices for changing the threshold maximum value as a function of an operating state of the O 99/10975
  • the control circuit has a timing element in order to set the maximum threshold value at the beginning of a first flow when the brake is released for a rise time interval to a higher value than when holding it in the released state. This improves the dynamic behavior of the brake and reduces heating.
  • An overvoltage protection device which senses a voltage between the main current electrodes and switches on the one-way valve to protect it against transient voltages whenever the voltage temporarily exceeds an overvoltage limit value which is greater than the operationally provided maximum value of the unipolar voltage.
  • the circuit device comprises a protective device which switches the one-way valve on when a positive voltage is present on the control path and switches it off when a negative voltage or zero voltage is present on the control path.
  • the circuit arrangement comprises at least one ohmic resistor for connecting the control path to the unipolar voltage for switching on the one-way valve and a limiter two-pole circuit which is connected in parallel with the control path to limit a positive control voltage.
  • At least one ohmic resistor and an electronic switch are preferably provided for short-circuiting the control path when the one-way valve is switched off.
  • the timing element comprises at least one ohmic resistor for supplying voltage from the unipolar voltage.
  • the second embodiment comprises at least one ohmic resistor and a capacitor for forming the integrating device, at least one ohmic resistor for connecting the integrating device to the unipolar voltage during the first time period, an electronic switch and an ohmic resistor for resetting the integrating device to the value zero in the second period.
  • the first-order delay element comprises at least one ohmic resistor and a capacitor and is connected to the unipolar voltage via at least one ohmic resistor.
  • the fourth embodiment comprises at least one ohmic resistor and a capacitor for forming the first-order delay element, at least one ohmic resistor for connecting the first-order delay element to the unipolar voltage when the current path is released, and an electronic switch for short-circuiting the first-order delay element on the input side - voltage with blocked current path.
  • the valve is preferably a switching transistor, preferably an IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor).
  • IGBT Insulated Gate Bipolar Transistor
  • An IGBT is able to switch high currents at high operating voltages and can be controlled with simple means. Exemplary embodiments are described below with the aid of illustrations in order to explain the invention. However, the invention is not restricted to these exemplary embodiments.
  • FIG. 1 shows the basic circuit diagram of a first exemplary embodiment of the circuit arrangement according to the invention
  • FIG. 3 shows the circuit diagram of an exemplary embodiment with a comparator circuit
  • Fig. 4 is a diagram of an exemplary embodiment with egg ⁇ ner thyristor circuit
  • 5 is a diagram showing the time profile of a unipolar voltage and the excitation current
  • FIG. 6 shows the basic circuit diagram of a further embodiment ⁇ example of the circuit arrangement according to the invention
  • FIG. 7 shows the circuit diagram of an arrangement providing a unipolar voltage
  • 8 is a diagram showing the time profile of a unipolar voltage that comes from the circuit according to FIG. 7,
  • FIG. 10 is a diagram illustrating the time profile of the unipolar voltage from the circuit according to FIG. 9,
  • FIG. 11 shows the basic circuit diagram of a further exemplary embodiment of the circuit arrangement according to the invention.
  • FIG. 15 shows the circuit diagram of another embodiment of the arrangement according to FIG. 14,
  • 16 is a partial circuit diagram to illustrate a delay element of the first order
  • 17 shows a circuit diagram of an exemplary embodiment in which the current path is blocked as a function of the voltage at the excitation coil
  • 19 shows the circuit diagram of another arrangement for realizing a switch-on increase.
  • the reference number 1 denotes an AC or three-phase network, which is led to a voltage source 2, the rectified, unipolar output voltage U G of which is used to operate the excitation coil 3.
  • a current path 15 for the excitation current connects the output terminals of the voltage source 2 to one another.
  • the excitation coil 3 there are the excitation coil 3, a valve 4, which is designed as a one-way valve, and a current sensor 5, all connected in series with one another.
  • the control circuit 6 is also coupled to the output terminals of the voltage source 2, by means of which the valve 4 can be blocked as a function of a measured variable supplied by the current sensor 5.
  • the excitation coil 3 is connected in parallel with a free-wheeling diode 7 through which the excitation current can flow when the valve 4 is switched off due to the inductance of the excitation coil 3. Extreme switching peaks can thus be avoided.
  • Circuit arrangement is produced either without or with the excitation coil 3 as a structural unit.
  • the circuit arrangement shown in FIG. 2 has two further components.
  • the excitation coil 3 is a series circuit consisting of the freewheeling diode 7 and a varistor 8 connected in parallel, with the varistor 8 again having a switching contact 9 connected in parallel.
  • the varistor 8 In order to shorten the brake application time, ie for the rapid actuation of an electromagnetically actuated, mechanical brake, not only is the AC or three-phase network disconnected from the voltage source 2, but the excitation coil 3 is additionally switched off directly by the switch contact 9.
  • the varistor 8 is connected in parallel.
  • the threshold voltage of the varistor 8 is preferably such that it is somewhat larger than the peak value of the unipolar voltage U G.
  • FIG. 5 An embodiment of the method according to the invention for setting the excitation current of an excitation coil will now be described with reference to FIG. 5. Reference is also made to the basic circuit diagram of FIG. 1 by way of example.
  • the (AC) supply voltage is switched on at an earlier point in time (not shown in FIG. 5), ie a secondary unipolar voltage U G , which changes periodically over time, is present at the output terminals of the voltage source 2 from this point in time.
  • the control circuit 6 sets the valve 4 in an electrically conductive state, so that part of the unipolar voltage U G , which is determined by the internal resistance of the excitation coil 3 and the further resistances along the current path 15 is applied to the excitation coil. Damped by the inductance of the excitation coil 3, the excitation current increases I E with the unipolar voltage U G initially. Depending on the dimensioning of the components of the circuit arrangement 10, the excitation current I E can continue to rise even after the peak of the unipolar voltage U G has been exceeded. After a few periods at the latest, the excitation current I E has risen to such an extent that its value averaged over a period remains approximately constant.
  • the excitation current I E reaches the highest value I ma ⁇ . In the case shown in FIG. 5, this occurs at time t1. This event is determined by the control circuit 6 on the basis of the measurement variable transmitted by the current sensor 5. The control circuit 6 then switches the valve 4 off, as a result of which the current path 15 is blocked.
  • the excitation current I E then commutated into the freewheeling diode 7 and falls off due to the ⁇ . This process continues until the beginning of the next period of the unipolar voltage U G. Then, at time t2, the control circuit 6 switches the valve 4 on again, so that the current path 15 is released and the excitation current I can rise again. Therefore, the time average of the exciting current I E is at least slightly lower than the Hochstwert I max - The time t2 is preferably followed in kur possible ⁇ ZEM distance to the time when the unipolar voltage Ü G assumes its minimum value (U Gltl ⁇ n).
  • the valve 4 it is also possible in this case for the valve 4 to be temporarily blocked, namely within a short time interval in which the unipolar voltage U G almost disappears. However, this time interval is generally considerably shorter than the period of the unipolar voltage U G.
  • the exemplary embodiment of a circuit arrangement according to the invention shown in FIG. 3 has a control circuit 6 with a comparator circuit 53.
  • the control circuit 6 also has a control resistor 162 and a
  • Zener diode 163 on.
  • the Zener diode 163 is connected in parallel to the control path of an IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor) 41 and thus prevents an inadmissibly high voltage stress on this control path.
  • the Zener diode 163 is dimensioned so that the control path can be switched through safely.
  • the comparator circuit 53 has an operational amplifier 642 which drives a bipolar transistor 643, the collector of which is connected to one terminal of the voltage source 2 via the control resistor 162 and the emitter of which is connected to the other terminal of the voltage source 2.
  • the control resistor 162 is dimensioned so small that the control path of the IGBT 41 is already switched through safely when the unipolar voltage U G has a small value, which is preferably at least one order of magnitude (factor 0.1) smaller than the peak value of the unipolar voltage U G . With a unipolar voltage U G that changes periodically over time, the IGBT 41 is therefore already closed Start of a period in the electrically conductive state.
  • the control circuit 6 is provided with the control voltage U ⁇ dropping across the sensor resistor 5 as the control variable. A part of the control voltage ⁇ is compared by the comparator circuit 53 with a reference voltage generated by a reference voltage source 12.
  • the reference voltage is a measure of the maximum value I max of the excitation current. If the excitation current I E reaches the maximum value I maxr, then the control voltage U ⁇ and the reference voltage match. Then the comparator circuit 53 flips, so that the bipolar transistor 643 becomes conductive and the IGBT 41 changes to the electrically blocking state. The excitation current I E then commutates m the
  • the reference voltage of the reference voltage source 12 is preferably adjustable from the outside, for example by an adjusting device (not shown) for controlling the braking behavior.
  • a hysteresis resistor 641 between the non-inverting input of the operational amplifier 642 and the connection point between the excitation coil 3 and the IGBT 41 prevents the comparator circuit 53 from tipping back as long as the unipolar voltage U G has not yet dropped again to a very small value, which is preferably is at least one order of magnitude smaller than the peak value of the unipolar voltage U G.
  • the control circuit 6 controls the IGBT 41.
  • the maximum value I max results here from the dimensioning of the elements of the control circuit 6, the IGBT 41 and the Sensor resistor 5.
  • the control resistor 162 connected with a thyristor 161 in series between the terminals of the voltage source 2 is dimensioned such that the control path of the IGBT 41 is switched through safely when the unipolar voltage Ü G has only assumed a small value, which is at least is an order of magnitude smaller than the peak value of the unipolar voltage U G.
  • the Zener diode 163 connected in parallel with the control path of the IGBT 41 is dimensioned such that on the one hand the control path of the IGBT 41 can be safely switched through, but on the other hand an inadmissibly high voltage stress on this control path is avoided.
  • the value of the sensor resistor 5 is selected such that the voltage U ⁇ dropping across it corresponds to the ignition voltage of the thyristor 161 when a current with the value of the maximum current I max flows through the sensor resistor 5. In this case, the thyristor 161 fires, ie it changes to an electrically conductive state, with the result that the connections of the control path of the IGBT 41 are short-circuited. Consequently, the IGBT 41 blocks the current path 15.
  • the thyristor 161 does not go out again until the unipolar voltage U G has dropped to the value 0.
  • the IGBT 41 is therefore only switched on again approximately at the beginning of a renewed rise in the unipolar voltage U G , ie the current path 15 is released.
  • the voltage and current profiles are shown in Fig. 8.
  • the diode 51 only allows the positive half-waves of the AC voltage to pass through, so that the unipolar voltage U G is only present between the time 0 and the time t A. There is no voltage during the period t A to T, that is to say during the second part of the AC voltage period 0-T.
  • a diagram further shows a lower threshold U G0 and the maximum value U Gmax of the unipolar voltage U G.
  • the excitation current I E increases from the time at which the unipolar voltage U G exceeds the lower threshold U G0 to a time tl at which the excitation current I E reaches a maximum value I max and then drops again until the unipolar Voltage U G reaches the lower threshold U G0 again in the next period T-2T.
  • the period of the excitation current curve thus corresponds to that of the unipolar voltage U G , but is somewhat shifted in time.
  • the unipolar voltage U G has the profile shown in FIG. 10, such as this in itself is known.
  • the excitation current I E also increases here at the point in time at which the unipolar voltage U G exceeds the lower threshold U G0 , the increase likewise continuing until the point in time tl at which the excitation current I E reaches the maximum value I max , and then to drop again until the time at which the second half-wave of the unipolar voltage U G exceeds the lower threshold U G0 .
  • the period is half as long as that in the exemplary embodiment shown above.
  • control circuit Various embodiments of the control circuit are explained below using block circuits.
  • the embodiment shown in FIG. 11 has a voltage sensor 54 which scans the unipolar voltage U G.
  • the sampled or measured value is fed to the input of an integrating device 52 and to the input of a reset switch 55, the output of which leads to a reset of the integrating device 52.
  • the reset switch 55 resets the value stored in the integrating device 52 to zero.
  • the output of the integrating device 52 is fed to a comparator 53, which compares the value of the integral of the unipolar voltage U G formed in the integrating device 52 over time with a predetermined maximum threshold value F max .
  • the comparison value is supplied via a control circuit 56 (corresponding to a Schmitt trigger), the output of which lies on the control path of the electronic outflow valve 4, exceeds the integer the maximum threshold value F max , the one-way valve 4 is switched off.
  • the reset switch 55 keeps the integral value in the integrating device 52 at zero. If the voltage now rises, the reset switch 55 releases the reset input of the integrating device 52, so that it integrates the voltage U G over time. The integral value is compared with the maximum threshold value F max . Then, when the integral value reaches the maximum threshold value, which is the case at the point in time designated tl in FIGS. 8 and 10, the valve 4 which was previously switched on is switched off, so that the current path 15 is now blocked. At the time t ⁇ , at which the unipolar voltage U G reaches the value zero, the integral value becomes in the integrating device
  • the embodiment of the invention shown in FIG. 12 differs from that of FIG. 11 in that, instead of the integrating device 52 with the reset switch 55, the unipolar voltage U G is weighted by means of a first order delay element 57 (low pass).
  • the current path 15 is opened by switching off the valve 4 when the weighted value of the unipolar voltage U G exceeds a maximum threshold value U max .
  • This threshold maximum value U max like the previously mentioned threshold Highest value F max set so that the time tl for switching is maintained when the maximum value of the excitation current Imax is reached.
  • the arrangement shown in FIG. 13 differs from that shown in FIG. 12 in that it is not the unipolar voltage U G but the voltage U E present at the terminals of the excitation coil 3 that is measured and fed to the delay element 57. Otherwise the function is the same. If the time constant of the first-order delay element 57 is selected as the time constant ⁇ E of the excitation coil 3, then the profile of the output voltage of the first-order delay element 57 at point S corresponds exactly to the excitation current I E , that is, it maps it.
  • the comparator 53, the control circuit 56 and the one-way valve 4 are implemented.
  • the point S shown in FIG. 14 can therefore be connected to the corresponding point S of the arrangement according to one of FIGS. 11 to 13, so that the assemblies 53 and 56 symbolically arranged there are realized by the circuit according to FIG. 14.
  • the point S is connected to a series circuit consisting of a zener diode 65 and a resistor 66.
  • the connection point between the Zener diode 65 and the resistor 66 lies on the gate of a thyristor 61, which forms a series circuit with a resistor 62, which is connected to the terminals of the voltage source 2.
  • the connection point between the thyristor 61 and the resistor 62 is led via a resistor 64 to the gate of a valve 41, which has its emitter via a Zener diode 63 and its colector via a series connection is connected from a Zener diode 67 and a diode 68.
  • the valve 41 corresponds to the valve 4 shown in FIGS. 11 to 13.
  • the valve 41 is then switched on when the unipolar voltage U G reaches the value U G o for the first time.
  • the valve 41 switches off when the signal at the input S (from the integrating device 52 or the first-order delay element 57) reaches the threshold value (U max or F raax ), which is given by the sum of the firing voltage of the thyristor 61 and the Zener voltage of the Zener diode 65.
  • U max or F raax the threshold value
  • the diode 68 and the Zener diode 67 provide overvoltage protection for the valve 41, since the Zener diode 67 allows current to pass through the valve 41 from a certain voltage.
  • the Zener diode 63 in turn protects the control path of the valve 41.
  • 14 thyristor 61 is provided. 15, which connects point S to the collector of valve 41 when the voltage at point S reaches the threshold value (Um a , F max ), which is increased by the Zener diode 65 plus the Base voltage of transistor 611 is defined. When this threshold is reached, transistor 611 turns on. So that the base voltage of the transistor 41st pulled down so that transistor 41 turns off. Then the collector is essentially at the unipolar voltage U G (if the voltage drop across the excitation coil 3 is initially not taken into account). Therefore, an additional one flows through the resistor 69 and the Zener diode 65
  • Control current for transistor 611 from the collector of transistor 41.
  • FIG. 16 comprises a series connection of a resistor 71 and a capacitor 73, which in turn is connected in parallel with a resistor 72.
  • the connection point between the resistor 71 and the capacitor 73 is designated as point S in FIG. 16.
  • This circuit forms a simple form of an integrating device 52, so that the point S can be connected to the likewise named point S of one of the circuits according to FIG. 14 or FIG. 15 to form a complete control circuit 6. If the capacitance of the capacitor 73 or the resistors 71 and 72 is dimensioned accordingly, a delay element with a time constant of approximately 10 ms is formed, which represents an approximate realization of an integrating device at the beginning of the voltage rise in each network period.
  • the variant of the invention shown in FIG. 17 is a circuit in which the current flowing through the excitation coil 3 is formed by a corresponding dimensioning of the first-order delay element from the resistor 71 and the capacitor 73 (with a resistor 72 connected in parallel ) is mapped and appears as voltage U E v at point S.
  • the valve 41 then switches on (and releases the current path 15) when the voltage U G is present at the excitation coil 3.
  • the voltage U EV (at the point S) follows with a delay.
  • the voltage U EV in turn follows with a delay.
  • the resistance 71 of the delay element of the first order shown in FIG. 17 must be much larger than the resistance 72. This in turn must be greater than the resistance 74.
  • the other circuit elements can be seen directly from FIG. 17.
  • a switch-on increase is realized, by means of which a higher excitation current I E flows through the excitation coil 3 during release than when the brake is held in the released state.
  • This is achieved in that the first-order delay element 57, by which the measured value of the voltage U G is weighted, is reduced during a time interval T E (during the release process), namely by switching on an auxiliary transistor 77, which acts as a self-conducting transistor is trained.
  • This transistor 77 forms, together with a resistor 76, a series circuit which lies in parallel with the capacitor 73 and the resistor 72.
  • FIG. 19 shows a circuit for generating the signal which controls the transistor 77 according to FIG. 18.
  • a stabilized DC voltage U H is generated with the Zener diode 93 shown in FIG. 19 and the capacitor 92.
  • the above-mentioned time interval T E is essentially determined by the capacitance of the capacitor 81 and the value of the resistor 82. At the beginning, the connection point of the capacitor 81 and the resistor 82 is almost at the level of U H. Current flows from the collector of transistor 84 to the base of collector 85 or to its collector. This causes transistors 84 and 85 to slide. The voltage U TE at point E thus becomes approximately zero, so that the transistor 77 (see Fig. 18) becomes conductive.

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Abstract

Elektromotoren, insbesondere Getriebemotoren werden oftmals mit elektromagnetisch betätigbaren, mechanischen Bremsen ausgerüstet. Um einen Betrieb einer Erregerspule (3) an Wechselspannungsnetzen verschieden hoher Spannungen zu gewährleisten, wird vorgeschlagen, eine sich mit einer Zeitperiode ändernde unipolare Spannung durch eine Spannungsquelle (2) zu erzeugen, deren Ausgangsspannung in einem ersten Zeitabschnitt der Zeitperiode positiv und von Null verschieden ist und in diesem ersten Zeitabschnitt einen Maximalwert aufweist und in einem zweiten Abschnitt der Zeitperiode Null ist oder gegen Null geht. Es ist ein Strompfad (15) für einen Erregerstrom von der Spannungsquelle (2) zur Erregerspule (3) vorgesehen, der im wesentlichen zu Beginn des ersten Zeitabschnitts freigegeben wird. Der Strompfad (15) wird zu einem bestimmten Zeitpunkt innerhalb des ersten Zeitabschnitts wieder gesperrt, wobei der bestimmte Zeitpunkt so gewählt ist, dass der Erregerstrom einen vorgegebenen Maximalwert nicht überschreitet. Während eines Zeitraums, in welchem die Erregerspule (3) dauerhaft erregt ist bzw. erregt werden soll, wird das Freigeben und Sperren des Strompfads in jeder Zeitperiode wiederholt.

Description

Verfahren und Schaltungsanordnung zum Betrieb einer elektromagnetisch betätigbaren, mechanischen Bremse eines Elektromotors
Beschreibung
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Schaltungsanordnung zum Betrieb einer elektromagnetisch betätigbaren, mechanischen Bremse eines Elektromotors, insbesondere eines Getriebemotors .
Elektrische Maschinen, insbesondere Elektromotoren lassen sich sehr gut in ihrer Drehzahl steuern. Um die an sich schon gute Steuerbarkeit zu verbessern, ist es bekannt, e- chanische Bremsen vorzusehen, die über eine Elektromagnet- Anordnung gelöst bzw. gelüftet werden können. Während des Betriebes des Elektromotors bestromt man eine Erregerspule der elektromagnetisch betätigten, mechanischen Bremse zusammen mit dem Elektromotor. Im unbestromten Zustand wird der Elektromotor aufgrund einer Federkraft, die auf die Bremse wirkt, festgehalten.
Weiterhin ist es bekannt, die Elektromotoren an einem Wechsel- bzw. Drehstromnetz zu betreiben. Bei Verwendung einer mit Gleichstrom zu betreibenden Erregerspule werden daher
Umrichter bzw. Gleichrichter eingesetzt. Wegen der weltweit unterschiedlichen Betriebsspannungen von Wechsel- bzw. Drehstromnetzen wird eine Vielzahl von Varianten mit Erre¬ gerspulen für unterschiedliche Betriebsspannungen herge- stellt und vertrieben. Aus dem gleichen Grund wird auch eine Vielzahl unterschiedlicher Gleichrichter- Schaltungsanordnungen produziert. Um durch größere Produktionszahlen zu einer Kostenreduktion zu kommen, gibt es be- reits Bestrebungen, eine unter mehreren weltweit üblichen Spannungsklassen betreibbare Gleichrichter- Schaltungsanordnung einzusetzen. Da sich aber die durch die Schaltungsanordnung erzeugte unipolare Spannung in ihrer Höhe nach der Höhe der Wechselspannung richtet, ist die Erregerspule der elektromagnetisch betätigbaren, mechanischen Bremse jeweils genau an die am Einsatzort verfügbare Netzspannung anzupassen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Schaltungsanordnung für den Betrieb einer elektromagnetisch betätigbaren, mechanischen Bremse eines Elektromotors, insbesondere eines Getriebemotors, dahingehend weiterzubilden, daß derselbe Typ einer Erregerspule an Wech- sei- bzw. Drehstromnetzen mit unterschiedlich hohen Spannungen betrieben werden kann.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren nach Anspruch 1 und eine Schaltungsanordnung nach Patentanspruch 21 gelöst. Weiterbildungen sind Gegenstand der jeweils abhängigen Ansprüche .
Bei der Erfindung dreht es sich also um ein Verfahren zum Betrieb einer elektromagnetisch betätigbaren, mechanischen Bremse eines Elektromotors, insbesondere Getriebemotors, mit einer Erregerspule zum Betätigen, insbesondere zum Lüften der Bremse, und mit einem Wechselspannungsnetz, das eine Netzspannung mit einer Wechselperiode abgibt, wobei die Erregerspule eine Zeitkonstante entsprechend einem Quotienten aus einer Spuleninduktivität und einem ohmschen Spulenwiderstand aufweist. Zum Betrieb der Bremse an Netzspannungen eines weiten Spannungsbereiches wird eine sich mit einer Zeitperiode ändernde unipolare Spannung durch eine Spannungsquelle erzeugt.
Die unipolare Spannung ist in einem ersten Zeitabschnitt der Zeitperiode positiv und von Null verschieden und weist in diesem ersten Zeitabschnitt einen Maximalwert auf und ist in einem zweiten Zeitabschnitt der Zeitperiode Null oder geht mindestens gegen Null.
Ein Strompfad für einen Erregerstrom von der Spannungsquelle zur Erregerspule wird im wesentlichen zu Beginn des ersten Zeitabschnittes freigegeben.
Der Strompfad wird zu einem bestimmten Zeitpunkt innerhalb des ersten Zeitabschnitts wieder gesperrt, wobei der bestimmte Zeitpunkt so gewählt wird, daß der Erregerstrom einen vorgegebenen Maximalwert nicht überschreitet.
Während eines Zeitraumes, in welchem die Erregerspule dauerhaft erregt ist bzw. erregt werden soll, wird das Freigeben und Sperren des Strompfades in jeder Zeitperiode wiederholt .
Vorzugsweise wird die unipolare Spannung durch eine Gleich¬ richtereinheit in der Spannungsquelle aus einer einphasigen Netzspannung des Wechselspannungsnetzes derart erzeugt, daß der erste Zeitabschnitt im wesentlichen die gesamte Wechselperiode überdeckt, so daß der zweite Abschnitt sehr kurz ist, wobei die Zeitperiode der halben Wechselperiode entspricht . Alternativ können der erste und der zweite Abschnitt jeweils der halben Zeitperiode sowie der halben Wechselperiode entsprechen.
Vorzugsweise wird der Strompfad über Hauptstromelektroden eines elektronischen, über eine Steuerstrecke ein- und ausschaltbaren Einwegventils durch Einschalten des Einwegventils freigegeben und durch Ausschalten des Einwegventils gesperrt, wobei bei ausgeschaltetem Einwegventil ein Entla- destrom aus der Erregerspule durch einen parallel zur Erregerspule liegenden Freipfad mit einem Abkling-Zeitverlauf geführt wird, welcher im wesentlichen der Zeitkonstante der Erregerspule entspricht.
Der Strompfad wird dann freigegeben, wenn die unipolare Spannung ausgehend von Null erstmals einen positiven Schwellenwert erreicht, der wesentlich niedriger ist als der Maximalwert.
Bei einer ersten Ausführungsform der Erfindung wird der Erregerstrom gemessen und der Strompfad dann gesperrt, wenn der Erregerstrom einen vorgegebenen ersten Schwellenhöchstwert erstmals nach einer vorausgegangenen Freigabe des Strompfades von niedrigeren Erregerstromwerten herkommend erreicht.
Bei einer zweiten Ausführungsform der Erfindung wird die unipolare Spannung gemessen und ein von Null ausgehender Integralwert der unipolaren Spannung über den ersten Zeit- abschnitt gebildet, wobei der Strompfad dann gesperrt wird, wenn der Integralwert einen vorgegebenen zweiten Schwellenhöchstwert erstmals nach einer vorausgegangenen Freigabe des Strompfades von niedrigeren Integralwerten herkommend erreicht, wobei der zweite Schwellenhochstwert derart vorgegeben wird, daß der Erregerstrom einen vorgegebenen Höchstwert nicht überschreitet.
Bei einer dritten Ausfuhrungsform der Erfindung wird die unipolare Spannung gemessen und über ein Verzogerungsglied erster Ordnung ein erster gewichteter Meßwert der unipolaren Spannung gebildet, wobei der Strompfad dann gesperrt wird, wenn der erste gewichtete Meßwert einen vorgegebenen dritten Schwellenhochstwert erstmals nach einer vorausgegangenen Freigabe des Stompfads von niedrigeren gewichteten Meßwerten herkommend erreicht, wobei e ne Zeitkonstante des Verzogerungsglieds im wesentlichen entsprechend der Dauer des ersten Zeitabschnitts eingestellt und der dritte Schwellenhochstwert so vorgegeben werden, daß der Erregerstrom einen vorgegebenen Höchstwert nicht überschreitet.
Bei einer vierten Ausfuhrungsform der Erfindung werden eine längs der Erregerspule anstehende Spannung gemessen und über ein Verzogerungsglied erster Ordnung ein gewichteter zweiter Meßwert dieser Spannung gebildet, wobei der Strompfad dann gesperrt wird, wenn der zweite Meßwert einen vorgegebenen vierten Schwellenhochstwert erstmals nach einer vorausgegangenen Freigabe des Strompfads von kleineren Werten herkommend erreicht, wobei eine Zeitkonstante des
Verzogerungsglieds erster Ordnung im wesentlichen entspre¬ chend der Zeitkonstante der Erregerspule gewählt wird und vorzugsweise mindestens doppelt so lang wie die Zeitperiode der unipolaren Spannung ist und wobei der vierte Schwellen- hochstwert derart vorgegeben wird, daß der Erregerstrom einen vorgegebenen Hochstwert nicht überschreitet. Es wird hier sozusagen der durch die Erregerspule fließende Strom „abgebildet", so daß eine direkte Strommessung nicht notwendig ist. Dies erniedrigt den Schaltungsaufwand.
Durch alle diese Ausfuhrungsformen wird der die Erregerspu- le durchfließende Strom auf einen Wert eingestellt, welcher den Anforderungen der Bremse entspricht.
Vorzugsweise wird bei den ersten bis vierten Ausfuhrungsformen der vorgegebene Schwellenhochstwert in Abhängigkeit von einem Betriebszustand der Bremse insbesondere m Abhängigkeit von einem Lüften und einem Halten im gelüfteten Zustand verändert, so daß der Betriebszustand der Bremse (Luften/Halten) berücksichtigt wird. Hierbei wird vorzugsweise der vorgegebene Schwellenhochstwert zu Beginn einer erstmaligen Bestromung beim Lüften der Bremse für ein Erho- hungszeitmtervall auf einen höheren Wert gesetzt wird als beim Halten, so daß das Lüften beschleunigt wird. Vorzugsweise ist dabei das Erhohungszeitmtervall großer oder gleich der Zeitkonstante der Erregerspule oder mindestens doppelt so lang wie die Zeitperiode der unipolaren Spannung.
Bei Verwendung des Einwegventils wird zum Schutz vor tran- sienten Überspannungen das Einwegventil unabhängig von an- deren Steuervorgaben immer dann eingeschaltet, wenn eine
Spannung zwischen seinen Hauptstromelektroαen bei der tran- sienten Überspannung einen Uberspannungsgrenzwert überschreitet, der großer ist als der betriebsmäßig vorgesehene Maximalwert der unipolaren Spannung, so daß die Uberspan- nung über die Erregerspule abgebaut wird.
Weiterhin wird das Einwegventil dann eingeschaltet, wenn an der Steuerstrecke eine positive Spannung anliegt und dann ausgeschaltet, wenn an der Steuerstrecke eine negative Spannung oder eine Spannung Null anliegt, wobei der Steuerstrecke zum Einschalten des Einwegventils die unipolare Spannung über mindestens einen ohmschern Widerstand zuge- führt und die positive Steuerspannung vorzugsweise über einen Zweipol begrenzt wird.
In beiden Fällen wird die Steuerstrecke zum Ausschalten des Einwegventils über mindestens einen ohmschern Widerstand und einen elektronischen Schalter kurzgeschlossen.
Bei der oben erwähnten höheren Bestromung beim Lüften der Bremse wird das Erhöhungszeitintervall durch ein Zeitglied derart gesteuert, daß das Erhöhungszeitintervall beginnt, wenn die unipolare Spannung erstmals durch Einschalten der Netzspannung des Wechselspannungsnetzes beim Lüften der Bremse einen vorgegebenen Schwellenwert erreicht, der wesentlich niedriger ist als der Maximalwert.
Bei der zweiten Ausführungsform der Erfindung wird der Integralwert während des zweiten Zeitabschnitts auf Null zurückgesetzt .
Bei der vierten Ausführungsform der Erfindung wird das Ver- zögerungsglied erster Ordnung während einer Freigabe des
Strompfads mit der längs der Erregerspule anstehenden Spannung verbunden und während eines Sperrens des Strompfads eingangsseitig über einen elektronischen Schalter kurzgeschlossen.
Vorrichtungsmäßig dreht es sich bei der Erfindung um eine Schaltungsanordnung zum Betrieb einer elektromechanisch betätigbaren, mechanischen Bremse eines Elektromotors, insbe- sondere eines Getriebemotors an Netzspannungen eines weiten Spannungsbereichs, umfasssend
eine Erregerspule mit Anschlußklemmen, die eine Zeitkon- stante entsprechend einem Quotienten aus einer Spuleninduktivität und einem ohmschern Spulenwiderstand aufweist, zum Betätigen, insbesondere zum Lüften der Bremse;
ein Wechselspannungsnetz, das eine Netzspannung mit einer Wechselperiode abgibt;
eine Spannungsquelle zum Erzeugen einer sich mit einer Zeitperiode ändernden unipolaren Spannung, die in einem ersten Zeitabschnitt der Zeitperiode positiv und von Null verschieden ist und in diesem ersten Zeitabschnitt einen
Maximalwert aufweist und in einem zweiten Zeitabschnitt der Zeitperiode Null ist oder mindestens gegen Null geht;
einen Strompfad für einen Erregerstrom, der von der Span- nungsquelle zur Erregerspule und zurück führt;
ein elektronisches Einwegventil mit Hauptstromelektroden, über die der Strompfad zum Freigeben und Sperren des Strompfads führt und mit einer Steuerstrecke zum Ein- und Ausschalten des Einwegventils;
eine Steuerschaltung, die mit der Steuerstrecke verbunden und derart ausgebildet ist, daß das Einwegventil zum Freigeben des Strompfads im wesentlichen zu Beginn des ersten Zeitabschnitts eingeschaltet und zu einem bestimmten Zeitpunkt innerhalb des ersten Zeitabschnittes zum Sperren des Strompfades ausgeschaltet wird, wobei die Steuerschaltung weiterhin so ausgebildet ist, daß der Erregerstrom einen vorgegebenen Maximalwert nicht überschreitet und während eines Zeitraums, in welchem die Erregerspule dauerhaft erregt ist bzw. erregt werden soll, das ein Ein- und Ausschalten des Einwegventils zum Freigeben und Sperren des Strompfads in jeder Zeitperiode widerholt wird.
Vorzugsweise ist die Spannungsquelle eingangsseitig mit ei- ner einphasigen Netzspannung des Wechselspannungsnetzes verbunden und umfaßt eine Dioden-Brückenschaltung, so daß der erste Zeitabschnitt im wesentlichen die gesamte Wechselperiode umfaßt, so daß der zweite Zeitabschnitt sehr kurz ist und die Zeitperiode im wesentlichen der halben Wechselperiode entspricht.
Alternativ umfaßt die Spannungsquelle eine Dioden- Mittelpunktschaltung, so daß der erste und der zweite Zeitabschnitt jeweils der halben Zeitperiode sowie der halben Wechselperiode entsprechen.
Zusätzlich ist vorzugsweise parallel zu den Anschlußklemmen der Erregerspule ein Freilaufpfad mit einer Schaltungsanordnung zum Entladen der Erregerspule nach Sperren des Strompfades mit einer Entladezeitkonstanten entsprechend der Zeitkonstanten der Erregerspule geschaltet.
Vorzugsweise ist eine Spannungsmeßeinrichtung zur Abtastung der unipolaren Spannung und ein Schwellenwertglied zum Vor- geben eines positiven Schwellenwerts vorgesehen, wobei die Steuereinrichtung das Einwegventil dann zum Freigeben des Strompfads einschaltet, wenn die unipolare Spannung ausge- hend von Null erstmals den positiven Schwellenwert erreicht, der wesentlich niedriger ist als der Maximalwert.
Eine erste Ausführungsform der Erfindung umfaßt eine Strom- meßeinrichtung zum Erzeugen eines dem Erregerstrom entsprechenden Stromsignals, ein Schwellenwertglied, zum Vorgeben eines ersten Schwellenhochstwerts, wobei die Steuerschaltung das Einwegventil zum Sperren des Strompfads dann ausschaltet, wenn das Stromsignal den ersten Schwellenhochst- wert erstmals nach einer vorausgegangenen Freigabe des Strompfads von niedrigeren Stromsignalen herkommend erreicht .
Eine zweite Ausfuhrungsform der Erfindung umfaßt eine Inte- griereinrichtung zum Bilden eines von Null ausgehenden Integralwerts der unipolaren Spannung über den ersten Zeitabschnitt und ein Schwellenwertglied, zum Vorgeben eines zweiten Schwellenhochstwerts, der so eingestellt ist, daß der Erregerstrom einen vorgegebenen Hochstwert nicht uber- schreitet, wobei der Steuerschaltung der Integralwert und der zweite Schwellenhochstwert zugeführt werden zum Ausschalten des Einwegventils und zum Sperren des Strompfads dann, wenn der Integralwert den zweiten Schwellenhochstwert erstmals und nach einer vorausgegangenen Freigabe des Strompfads von niedrigeren Integralwerten herkommend erreicht .
Eine dritte Ausführungsform der Erfindung umfaßt eine Span- nungsmeßemrichtung zum Abtasten der unipolaren Spannung und zum Abgeben eines Spannungsmeßwerts entsprechend der unipolaren Spannung, ein Verzogerungsglied erster Ordnung mit einer Zeitkonstanten, welche im wesentlichen der Dauer des ersten Zeitabschnitts entspricht, zum Erzeugen eines gewichteten Meßwerts aus dem Spannungsmeßwert, ein Schwellenwertglied zum Vorgeben eines dritten Schwellenhöchstwertes, der so eingestellt ist, daß der Erregerstrom einen vorgegebenen Höchstwert nicht überschreitet, wobei die Steuerschaltung das Einwegventil dann zum Sperren des Strompfads ausschaltet, wenn der gewichtete Meßwert den dritten Schwellenhochstwert erstmals nach einer vorausgegangenen Freigabe des Strompfads von einem niedrigeren gewichteten Meßwert herkommend erreicht.
Eine vierte Ausführungsform der Erfindung umfaßt eine Spannungsmeßeinrichtung zum Abtasten einer Spannung an den Anschlußklemmen der Erregerspule und zum Abgeben eines entsprechenden Klemmenspannungsmeßwerts, ein Verzögerungsglied erster Ordnung mit einer Zeitkonstante, die im wesentlichen der Zeitkonstanten der Erregerspule entspricht und vorzugsweise mindestens doppelt so lang ist wie die Zeitperiode der unipolaren Spannung, zum Erzeugen eines gewichteten zweiten Meßwerts aus dem Klemmenspannungsmeßwert, ein Schwellenwertglied zum Vorgeben eines vierten Schwellenhöchstwerts, der so eingestellt ist, daß der Erregerstrom einen vorgegebenen Höchstwert nicht überschreitet, wobei die Steuerschaltung das Einwegventil dann zum Sperren des Strompfads ausschaltet, wenn der gewichtete zweite Meßwert den vierten Schwellenhöchstwert erstmals nach einer vorausgegangenen Freigabe des Strompfads von kleineren Werten herkommend erreicht. Durch diese Ausgestaltung wird ein „Modell" des Erregerstroms über eine Spannungsmessung nachgebildet .
Vorzugsweise weist bei diesen vier Ausführungsformen die Steuerschaltung Einrichtungen zum Verändern des Schwellenhöchstwerts in Abhängigkeit von einem Betriebszustand der O 99/10975
12
Bremse bei einem Lüften und einem Halten in gelüftetem Zustand auf, um dem Betriebszustand der Bremse Rechnung zu tragen. Dabei weist die Steuerschaltung ein Zeitglied auf, um den Schwellenhöchstwert zu Beginn einer erstmaligen Be- Strömung beim Lüften der Bremse für ein Erhöhungszeitintervall auf einen höheren Wert zu setzen als beim Halten im gelüfteten Zustand. Damit werden das dynamische Verhalten der Bremse verbessert und die Erwärmung verringert.
Eine Überspannungsschutzeinrichtung ist vorgesehen, welche eine Spannung zwischen den Hauptstromelektroden abtastet und das Einwegventil zu dessen Schutz vor transienten Spannungen immer dann einschaltet, wenn die Spannung vorübergehend einen Überspannungsgrenzwert überschreitet, der größer ist als der betriebsmäßig vorgesehene Maximalwert der unipolaren Spannung.
Weiterhin umfaßt die Schaltungseinrichtung eine Schutzeinrichtung, die das Einwegventil dann einschaltet, wenn eine positive Spannung an der Steuerstrecke anliegt und dann ausschaltet, wenn eine negative Spannung oder eine Spannung Null an der Steuerstrecke anliegt. Hierbei umfaßt die Schaltungsanordnung mindestens einen ohmschen Widerstand zum Verbinden der Steuerstrecke mit der unipolaren Spannung zum Einschalten des Einwegventils und ein Begrenzerzweipol, das parallel zur Steuerstrecke zum Begrenzen einer positiven Steuerspannung geschaltet ist.
Vorzugsweise sind mindestens ein ohmscher Widerstand und ein elektronischer Schalter zum Kurzschließen der Steuerstrecke beim Ausschalten des Einwegventils vorgesehen. Das Zeitglied umfaßt mindestens einen ohmschen Widerstand zur Spannungsversorgung aus der unipolaren Spannung.
Die zweite Ausfuhrungsform umfaßt mindestens einen ohmschen Widerstand und einen Kondensator zur Bildung der Integriereinrichtung, mindestens einen ohmschen Widerstand zum Verbinden der Integriereinrichtung mit der unipolaren Spannung wahrend des ersten Zeitabschnitts, einen elektronischen Schalter und einen ohmschen Widerstand zum Zuruckset- zen der Integriereinrichtung auf den Wert Null im zweiten Zeitabschnitt .
Bei der dritten Ausfuhrungsform umfaßt das Verzogerungsglied erster Ordnung mindestens einen ohmschen Widerstand und einen Kondensator und ist über mindestens einen ohmschen Widerstand mit der unipolaren Spannung verbunden.
Die vierte Ausfuhrungsform umfaßt mindestens einen ohmschen Widerstand und einen Kondensator zur Bildung des Verzoge- rungsglieds erster Ordnung, mindestens einen ohmschen Widerstand zum Verbinden des Verzogerungsglieds erster Ordnung mit der unipolaren Spannung bei freigegebenem Strompfad und einen elektronischen Schalter zum emgangs- seitigen Kurzschließen des Verzogerungsglieds erster Ord- nung bei gesperrtem Strompfad.
Bevorzugtermaßen ist das Ventil ein Schalt-Transistor, vorzugsweise ein IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor) . Ein IGBT ist dazu m der Lage, bei hohen Betriebsspannungen ho- he Strome zu schalten und kann mit einfachen Mitteln angesteuert werden. Nachfolgend werden zur Erläuterung der Erfindung Ausführungsbeispiele anhand von Abbildungen beschrieben. Die Erfindung ist jedoch nicht auf diese Ausführungsbeispiele beschränkt .
Hierbei zeigen:
Fig. 1 das Prinzipschaltbild eines ersten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Schaltungsanord- nung,
Fig. 2 das Prinzipschaltbild eines zweiten Ausführungsbeispiels,
Fig. 3 das Schaltbild eines Ausführungsbeispiels mit einer Komparatorschaltung,
Fig. 4 das Schaltbild eines Ausführungsbeispiels mit ei¬ ner Thyristor-Schaltung
Fig. 5 ein Diagramm, das den zeitlichen Verlauf einer unipolaren Spannung und des Erregerstromes darstellt,
Fig. 6 das Prinzipschaltbild eines weiteren Ausführungs¬ beispiels der erfindungsgemäßen Schaltungsanord¬ nung,
Fig. 7 das Schaltbild einer Anordnung zur Verfügungstel- lung einer unipolaren Spannung, Fig. 8 ein Diagramm, das den zeitlichen Verlauf einer unipolaren Spannung zeigt, die aus der Schaltung nach Figur 7 kommt,
Fig. 9 das Schaltbild eines weiteren Ausfuhrungsbeispiels zur Erzeugung einer unipolaren Spannung,
Fig. 10 ein Diagramm, das den zeitlichen Verlauf der unipolaren Spannung aus der Schaltung nach Figur 9 darstellt,
Fig. 11 das Prinzipschaltbild eines weiteren Ausfuhrungsbeispiels der erfindungsgemaßen Schaltungsanordnung,
Fig. 12 das Prinzipschaltbild noch eines weiteren Ausfuhrungsbeispiels der erfindungsgemaßen Schaltungsanordnung,
Fig. 13 das Prinzipschaltbild eines letzten Ausfuhrungsbeispiels der erfindungsgemaßen Schaltungsanordnung,
Fig. 14 das Schaltbild eines Teils eines Ausfuhrungsbei- Spiels mit einem Uberspannungsschutz für das Einwegventil,
Fig. 15 das Schaltbild einer anderen Ausfuhrungsform der Anordnung gemäß Figur 14,
Fig. 16 ein Teil-Schaltbild zur Verdeutlichung eines Verzogerungsglieds erster Ordnung, Fig. 17 ein Schaltbild eines Ausführungsbeispiels, bei welchem der Strompfad in Abhängigkeit von der Spannung an der Erregerspule gesperrt wird,
Fig. 18 das Schaltbild einer Anordnung zur Erzeugung einer Einschaltüberhöhung und
Fig. 19 das Schaltbild einer anderen Anordnung zur Realisierung einer Einschaltüberhöhung.
In der nachfolgenden Beschreibung werden für gleiche und gleichwirkende Teile die selben Bezugsziffern verwendet.
Bei dem in Fig. 1 gezeigten Prinzipschaltbild ist mit der Bezugsziffer 1 ein Wechsel- oder Drehstromnetz bezeichnet, das auf eine Spannungsquelle 2 geführt ist, deren gleichgerichtete unipolare Ausgangsspannung UG zum Betrieb der Erregerspule 3 genutzt wird. Ein Strompfad 15 für den Erregerstrom verbindet die Ausgangsklemmen der Spannungsquelle 2 miteinander. Im Strompfad 15 befinden sich die Erregerspule 3, ein Ventil 4, das als Einwegventil ausgebildet ist, und ein Stromsensor 5, alle zueinander in Reihe geschaltet. Ebenfalls an die Ausgangsklemmen der Spannungsquelle 2 ist die Steuerschaltung 6 angekoppelt, durch die das Ventil 4 in Abhängigkeit einer durch den Stromsensor 5 gelieferten Meßgröße sperrbar ist. Der Erregerspule 3 ist eine Freilaufdiode 7 parallelgeschaltet, durch die der Erregerstrom bei abgeschaltetem Ventil 4 aufgrund der Induktivität der Erregerspule 3 fließen kann. Damit können ex- treme Schaltspitzen vermieden werden. Die so gebildete
Schaltungsanordnung wird entweder ohne oder mit der Erregerspule 3 als eine bautechnische Einheit hergestellt. Im Unterschied zu der Schaltungsanordnung nach Fig. 1 weist die in Fig. 2 gezeigte Schaltungsanordnung zwei weitere Bauelemente auf. Hierbei ist der Erregerspule 3 eine Reihenschaltung, bestehend aus der Freilaufdiode 7 und einem Varistor 8 parallelgeschaltet, wobei wiederum dem Varistor 8 ein Schaltkontakt 9 parallelgeschaltet ist. Zur Verkürzung der Bremseneinfallzeit, d. h. zur schnellen Betätigung einer elektromagnetisch betätigbaren, mechanischen Bremse, wird nicht nur das Wechsel- bzw. Drehstromnetz von der Spannungsquelle 2 getrennt, sondern wird zusätzlich die Erregerspule 3 durch den Schaltkontakt 9 direkt abgeschaltet. Zum Schutz des Schaltkontaktes 9 ist diesem der Varistor 8 parallelgeschaltet. Die Einsatzspannung des Varistors 8 ist vorzugsweise so bemessen, daß sie etwas größer als der Scheitelwert der unipolaren Spannung UG ist.
Anhand von Fig. 5 wird nun beispielhaft eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Einstellung des Erregerstromes einer Erregerspule beschrieben. Dabei wird weiterhin beispielhaft auf das Prinzipschaltbild von Fig. 1 bezug genommen. Zu einem früheren, in Fig. 5 nicht dargestellten Zeitpunkt wird die (Wechsel-) Versorgungsspannung eingeschaltet, d. h. an den Ausgangsklemmen der Spannungsquelle 2 liegt ab diesem Zeitpunkt eine sekundäre, sich im Zeitverlauf periodisch ändernde unipolare Spannung UG an.
Zu Beginn der ersten Periode der unipolaren Spannung UG versetzt die Steuerschaltung 6 das Ventil 4 in einen elektrisch leitenden Zustand, so daß ein Teil der unipolaren Spannung UG, der durch den Innenwiderstand der Erregerspule 3 und die weiteren Widerstände entlang des Strompfades 15 bestimmt ist, an der Erregerspule anliegt. Gedämpft durch die Induktivität der Erregerspule 3 steigt der Erregerstrom IE mit der unipolaren Spannung UG zunächst an. Abhangig von der Dimensionierung der Bauteile der Schaltungsanordnung 10 kann der Erregerstrom IE auch nach dem überschreiten des Scheitelpunktes der unipolaren Spannung UG noch weiter an- steigen. Spätestens nach dem Ablauf einiger Perioden ist der Erregerstrom IE so weit angestiegen, daß sein über eine Periode gemittelter Wert etwa konstant bleibt.
Insbesondere, wenn die Zeitkonstante τB, gebildet durch den Quotienten der Induktivität und des ohmschern Widerstandes RB der Erregerspule 3, die bevorzugt großer als die Periodendauer ist und wenn der zeitliche Mittelwert der an der Erregerspule 3 anliegenden Spannung großer als das Produkt des ohmschern Widerstandes RB der Erregerspule 3 und eines vorgegebenen Maximalwertes Imax des Erregerstromes I ist, erreicht der Erregerstrom IE den Hochstwert Imaχ. In dem in Fig. 5 gezeigten Fall tritt dies zum Zeitpunkt tl ein. Anhand der von dem Stromsensor 5 übermittelten Meßgroße wird dieses Ereignis von der Steuerschaltung 6 festgestellt. Daraufhin schaltet die Steuerschaltung 6 das Ventil 4 aus, wodurch der Strompfad 15 gesperrt wird. Der Erregerstrom IE kommutiert sodann in die Freilaufdiode 7 und fallt infolge¬ dessen ab. Dieser Vorgang setzt sich bis zum Beginn der nächstfolgenden Periode der unipolaren Spannung UG fort. Anschließend, zum Zeitpunkt t2, schaltet die Steuerschaltung 6 das Ventil 4 wieder ein, so daß der Strompfad 15 freigegeben wird und der Erregerstrom I wieder ansteigen kann. Der zeitliche Mittelwert des Erregerstromes IE liegt daher zumindest geringfügig niedriger als der Hochstwert Imax- Der Zeitpunkt t2 folgt vorzugsweise in möglichst kur¬ zem Abstand auf den Zeitpunkt, zu dem die unipolare Spannung ÜG ihren Minimalwert (UGltlιn) annimmt. Ist der Scheitelwert der unipolaren Spannung UG kleiner als das Produkt des ohmschern Widerstandes RB und des Höchstwertes Imaxr dann erreicht der Erregerstrom IE nicht den Höchstwert Imaχ. Bei bestimmten Ausgestaltungen der erfin- dungsgemäßen Schaltungsanordnung ist es jedoch auch in diesem Fall möglich, daß das Ventil 4 zeitweise gesperrt ist, nämlich innerhalb eines kurzen Zeitintervalls, in dem die unipolare Spannung UG annähernd verschwindet. Dieses Zeitintervall ist aber in der Regel wesentlich kürzer als die Periodendauer der unipolaren Spannung UG.
Das in Fig. 3 gezeigte Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung weist eine Steuerschaltung 6 mit einer Komparatorschaltung 53 auf. Die Steuerschaltung 6 weist weiterhin einen Steuerwiderstand 162 und eine
Zenerdiode 163 auf. Die Zenerdiode 163 ist parallel zu der Steuerstrecke eines IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor) 41 geschaltet und verhindert so eine unzulässig hohe Spannungsbeanspruchung dieser Steuerstrecke. Andererseits ist die Zenerdiode 163 so bemessen, daß die Steuerstrecke sicher durchgeschaltet werden kann. Als Schaltelement weist die Komparatorschaltung 53 einen Operationsverstärker 642 auf, der einen bipolaren Transistor 643 ansteuert, dessen Kollektor mit der einen Klemme der Spannungsquelle 2 über den Steuerwiderstand 162 verbunden ist und dessen Emitter mit der anderen Klemme der Spannungsquelle 2 verbunden ist. Der Steuerwiderstand 162 ist so klein bemessen, daß die Steuerstrecke des IGBT 41 schon dann sicher durchgeschaltet wird, wenn die unipolare Spannung UG einen kleinen Wert hat, der vorzugsweise mindestens eine Größenordnung (Faktor 0.1) kleiner als der Scheitelwert der unipolaren Spannung UG ist. Bei einer sich im Zeitverlauf periodisch ändernden unipolaren Spannung UG wird daher der IGBT 41 bereits zu Beginn einer Periode in den elektrisch leitenden Zustand versetzt.
Als Steuergroße wird der Steuerschaltung 6 die an dem Sen- sorwiderstand 5 abfallende Steuerspannung Uτ zur Verfugung gestellt. Ein Teil der Steuerspannung üτ wird durch die Komparatorschaltung 53 mit einer durch eine Referenzspannungsquelle 12 erzeugten Referenzspannung verglichen. Die Referenzspannung ist ein Maß für den Hochstwert Imax des Er- regerstromes . Erreicht der Erregerstrom IE den Hochstwert Imaxr dann stimmen die Steuerspannung Uτ und die Referenzspannung miteinander uberein. Dann kippt die Komparatorschaltung 53, so daß der bipolare Transistor 643 leitend wird und der IGBT 41 in den elektrisch sperrenden Zustand übergeht. Der Erregerstrom IE kommutiert sodann m die
Freilaufdiode 7. Vorzugsweise ist die Referenzspannung der Referenzspannungsquelle 12 von außen verstellbar, beispielsweise durch eine nicht gezeigte VerStelleinrichtung zur Steuerung des Bremsverhaltens.
Ein Hysteresewiderstand 641 zwischen dem nicht- mvertierenden Eingang des Operationsverstärkers 642 und dem Verbindungspunkt zwischen der Erregerspule 3 und dem IGBT 41 verhindert ein Zuruckkippen der Komparatorschaltung 53, so lange die unipolare Spannung UG noch nicht wieder auf einen sehr kleinen Wert abgefallen ist, der vorzugsweise mindestens eine Größenordnung kleiner als der Scheitel- wert der unipolaren Spannung UG ist.
Bei der in Fig. 4 gezeigten Schaltungsanordnung übernimmt die Steuerschaltung 6 die Ansteuerung des IGBT 41. Der Hochstwert Imax ergibt sich hierbei aus der Dimensionierung der Elemente der Steuerschaltung 6, des IGBT 41 und des Sensorwiderstandes 5. Der mit einem Thyristor 161 in Reihe zwischen die Anschlußklemmen der Spannungsquelle 2 geschaltete Steuerwiderstand 162 ist so bemessen, daß die Steuerstrecke des IGBT 41 schon dann sicher durchgeschaltet wird, wenn die unipolare Spannung ÜG erst einen kleinen Wert angenommen hat, welcher mindestens eine Größenordnung kleiner als der Scheitelwert der unipolaren Spannung UG ist. Die der Steuerstrecke des IGBT 41 parallelgeschaltete Zenerdiode 163 ist so bemessen, daß einerseits die Steuerstrecke des IGBT 41 sicher durchgeschaltet werden kann, andererseits aber eine unzulässig hohe Spannungsbeanspruchung dieser Steuerstrecke vermieden wird. Der Wert des Sensorwiderstandes 5 ist so gewählt, daß die an ihm abfallende Spannung Uτ der Zündspannung des Thyristors 161 entspricht, wenn durch den Sensorwiderstand 5 ein Strom mit dem Wert des Hochststromes Imax fließt. In diesem Fall zündet der Thyristor 161, d. h. er geht in einen elektrisch leitenden Zustand über, mit der Folge, daß die Anschlüsse der Steuerstrecke des IGBT 41 kurzgeschlossen sind. Folglich sperrt der IGBT 41 den Strompfad 15. Der Thyristor 161 verloscht erst dann wieder, wenn die unipolare Spannung UG auf den Wert 0 abgefallen ist. Der IGBT 41 wird daher erst wieder etwa zu Beginn eines erneuten Ansteigens der unipolaren Spannung UG eingeschaltet, d. h. der Strompfad 15 wird freigegeben.
Bei der m Fig. 6 gezeigten Prinzipschaltung ist im Gegensatz zu den Prinzipschaltungen nach den Fig. 1 und 2 kein Stromsensor vorgesehen. Dennoch wird die eingangs genannte Aufgabe auch bei dieser Schaltung gelost und zwar durch
Einstellung desjenigen Zeitabschnittes, über den der Erre- gerspule 3 Strom zugeführt wird. Dies wird m den nachfolgenden Beispielen naher erläutert. Zunächst wird auf die Fig. 7 und 8 Bezug genommen, welche eine Ausführungsform der Erfindung zeigen, bei welcher die Spannungsquelle 2 eine Diode 51 im Strompfad 15 aufweist, so daß eine Einweggleichrichtung der aus dem Wechselstromnetz 1 kommenden Wechselspannung bewerkstelligt wird. Zwischen die Klemmen des Wechselstromnetzes 1 ist ein Varistor 50 zum Schutz vor Überspannungen geschaltet.
Die Spannungs- und Stromverlaufe sind in Fig. 8 dargestellt. Die Diode 51 laßt lediglich die positiven Halbwellen der Wechselspannung durch, so daß nur zwischen dem Zeitpunkt 0 und dem Zeitpunkt tÄ die unipolare Spannung UG vorliegt. Wahrend des Zeitraumes tA bis T, also wahrend des zweiten Teils der Wechselspannungsperiode 0-T liegt keine Spannung vor. Im Diagramm nach Fig. 8 sind weiterhin eine untere Schwelle UG0 und der Maximalwert UGmax der unipolaren Spannung UG gezeigt.
Der Erregerstrom IE steigt von dem Zeitpunkt, zu welchem die unipolare Spannung UG die untere Schwelle UG0 überschreitet, bis zu einem Zeitpunkt tl an, zu welchem der Erregerstrom IE einen Maximalwert Imax erreicht und fallt dann wieder ab, bis die unipolare Spannung UG in der nächsten Periode T-2T die untere Schwelle UG0 wieder erreicht. Die Periodendauer des Erregerstromverlaufes entspricht also derjenigen der unipolaren Spannung UG, ist aber zeitlich etwas verschoben.
Bei der in Fig. 9 gezeigten Ausfuhrungsform der Spannungsquelle 2 sind vier Dioden 51, 51", 51"" und 51""" in Bruk- kenschaltung vorgesehen, so daß die unipolare Spannung UG den in Fig. 10 gezeigten Verlauf aufweist, wie dies an sich bekannt ist. Der Erregerstrom IE steigt auch hier zu dem Zeitpunkt an, zu welchem die unipolare Spannung UG die untere Schwelle UG0 überschreitet, wobei der Anstieg ebenfalls bis zum Zeitpunkt tl andauert, zu welchem der Erregerstrom IE den Hochstwert Imax erreicht, um dann wieder abzufallen bis zu dem Zeitpunkt, zu welchem die zweite Halbwelle der unipolaren Spannung UG die untere Schwelle UG0 überschreitet. Die Periodendauer ist m diesem Fall halb so lang wie die bei dem zuvor gezeigten Ausfuhrungsbeispiel .
Nachfolgend werden verschiedene Ausfuhrungsformen der Steuerschaltung anhand von Blockschaltungen erläutert.
Die in Fig. 11 dargestellte Ausfuhrungsform weist einen Spannungssensor 54 auf, welcher die unipolare Spannung UG abtastet. Der Abtast- oder Meßwert wird dem Eingang einer Integriereinrichtung 52 sowie dem Eingang eines Rucksetzschalters 55 zugeführt, dessen Ausgang auf einen Ruck- setze ngang der Integriereinrichtung 52 gefuhrt ist. Wenn die vom Spannungssensor 54 abgetastete unipolare Spannung
UG einen vorbestimmten Wert unterschreitet, setzt der Rucksetzschalter 55 den in der Integriereinrichtung 52 gespeicherten Wert auf Null zurück.
Der Ausgang der Integriereinrichtung 52 ist auf einen Kom- perator 53 gefuhrt, welcher den Wert des in der Integriereinrichtung 52 gebildeten Integrals der unipolaren Spannung UG über die Zeit mit einem vorgegebenen Schwellenhochstwert Fmax vergleicht. Der Vergleichswert wird über ei- ne Ansteuerschaltung 56 (entsprechend einem Schmitttrigger) zugeführt, dessen Ausgang auf der Steuerstrecke des elektronischen Emwegventils 4 liegt, überschreitet der Inte- gralwert den Schwellenhöchstwert Fmax, so wird das Einwegventil 4 ausgeschaltet.
Nachfolgend wird die Funktionsweise dieser Anordnung be- schrieben. Hierbei wird Bezug auf den Verlauf der unipolaren Spannung UG gemäß Fig. 8 oder Fig. 10 genommen.
Wenn die Spannung ÜG bei Null ist (Zeitpunkt 0) , so hält der Rücksetzschalter 55 den Integralwert in der Inte- griereinrichtung 52 auf Null. Wenn die Spannung nun ansteigt, gibt der Rücksetzschalter 55 den Rücksetzeingang der Integriereinrichtung 52 frei, so daß diese die Spannung UG über die Zeit integriert. Der Integralwert wird mit dem Schwellenhöchstwert Fmax verglichen. Dann, wenn der Inte- gralwert den Schwellenhöchstwert erreicht, dies ist zu dem in Fig. 8 und Fig. 10 mit tl bezeichnetem Zeitpunkt der Fall, wird das bisher angeschaltete Ventil 4 ausgeschaltet, so daß der Strompfad 15 nunmehr gesperrt ist. Zum Zeitpunkt tÄ, bei welchem die unipolare Spannung UG den Wert Null er- reicht, wird der Integralwert in der Integriereinrichtung
52 wieder auf Null gesetzt und dort gehalten, bis die Spannung ÜG wieder ansteigt, so daß dieser Vorgang von vorne beginnt .
Die in Fig. 12 gezeigte Ausführungsform der Erfindung unterscheidet sich von der nach Fig. 11 dadurch, daß anstelle der Integriereinrichtung 52 mit dem Rücksetzschalter 55 die unipolare Spannung UG mittels eines Verzögerungsglieds erster Ordnung 57 (Tiefpaß) gewichtet wird. Der Strompfad 15 wird durch Ausschalten des Ventils 4 dann geöffnet, wenn der gewichtete Wert der unipolaren Spannung UG einen Schwellenhöchstwert Umax überschreitet. Dieser Schwellenhochstwert Umax ist ebenso wie der zuvor genannte Schwellen- hochstwert Fmax so eingestellt, daß der Zeitpunkt tl zum Umschalten bei Erreichen des Höchstwertes des Erregerstroms Imax eingehalten wird.
Die m Fig. 13 gezeigte Anordnung unterscheidet sich von der nach Fig. 12 dadurch, daß nicht die unipolare Spannung UG, sondern die an den Klemmen der Erregerspule 3 anstehende Spannung UE gemessen und dem Verzogerungsglied 57 zugeleitet wird. Ansonsten ist die Funktion dieselbe. Wenn die Zeitkonstante des Verzogerungsglieds erster Ordnung 57 so gewählt wird wie die Zeitkonstante τE der Erregerspule 3, so entspricht der Verlauf der Ausgangsspannung des Verzogerungsglieds erster Ordnung 57 am Punkt S exakt dem Erregerstrom IE, bildet diesen also ab.
Bei der m Fig. 14 gezeigten Schaltung sind der Komperator 53, die Ansteuerschaltung 56 und das Einwegventil 4 realisiert. Der m Fig. 14 gezeigte Punkt S kann also mit dem entsprechenden Punkt S der Anordnung nach einer der Fig. 11 bis 13 verbunden werden, so daß die dort symbolisch angeordneten Baugruppen 53 und 56 durch die Schaltung nach Fig. 14 realisiert sind.
Der Punkt S ist mit einer Reihenschaltung bestehend aus ei- ner Zenerdiode 65 und einem Widerstand 66 verbunden. Der
Verbindungspunkt zwischen der Zenerdiode 65 und dem Widerstand 66 liegt auf dem Gate eines Thyristors 61, der mit einem Widerstand 62 eine Reihenschaltung bildet, welche mit den Klemmen der Spannungsquelle 2 verbunden ist. Der Ver- bmdungspunkt zwischen dem Thyristor 61 und dem Widerstand 62 ist über einen Widerstand 64 auf das Gate eines Ventils 41 gefuhrt, das mit dessen Emitter über eine Zenerdiode 63 und mit dessen Kolektor über eine Reihenschaltung bestehend aus einer Zenerdiode 67 und einer Diode 68 verbunden ist. Das Ventil 41 entspricht dem in den Fig. 11 bis 13 gezeigten Ventil 4.
Das Ventil 41 wird dann eingeschaltet, wenn die unipolare Spannung UG erstmals den Wert UGo erreicht. Das Ventil 41 schaltet dann aus, wenn das Signal am Eingang S (aus der Integriereinrichtung 52 bzw. dem Verzögerungsglied erster Ordnung 57) den Schwellenwert (Umax bzw. Fraax) erreicht, der gegeben ist durch die Summe der Zündspannung des Thyristors 61 und der Zenerspannung der Zenerdiode 65. Nach dem Zünden des Thyristors 61 bleibt dieser unabhängig vom Signal an S leitend, bis die unipolare Spannung UG wieder zu Null wird. Durch die Diode 68 und die Zenerdiode 67 ist ein Überspan- nungsschutz für das Ventil 41 realisiert, da die Zenerdiode 67 ab einer gewissen Spannung Strom zum Durchschalten des Ventils 41 durchläßt. Die Zenerdiode 63 wiederum schützt die Steuerstrecke des Ventils 41.
Bei der in Fig. 15 gezeigten Schaltung wird im wesentlichen dieselbe Funktion realisiert wie bei der Schaltung nach Fig. 14. Der Einrast-Mechanismus, also das Beibehalten des Zustands des Thyristors 61 nach dessen Zünden wird bei der in Fig. 15 gezeigten Schaltung durch den Selbsthaltemecha- nismus eines Transistors 611 erreicht, der statt des in
Fig. 14 gezeigten Thyristors 61 vorgesehen ist. Dies wird über den Widerstand 69 der Schaltung nach Fig. 15 erreicht, welcher den Punkt S mit dem Kollektor des Ventils 41 verbindet, wenn die Spannung am Punkt S den Schwellenwert (Uma , Fmax) erreicht, der durch die Zenerdiode 65 zuzüglich der Basisspannung des Transistors 611 definiert ist. Bei Erreichen dieses Schwellenwertes schaltet der Transistor 611 ein. Damit wird die Basispannung des Transistors 41 heruntergezogen, so daß der Transistor 41 sperrt. Dann liegt der Kollektor im wesentlichen auf der unipolaren Spannung UG (wenn der Spannungsabfall über die Erregerspule 3 zunächst nicht berücksichtigt wird) . Daher fließt über den Widerstand 69 und die Zenerdiode 65 ein zusatzlicher
Steuerstrom für den Transistor 611 vom Kollektor des Transistors 41.
Die Schaltung nach Fig. 16 umfaßt eine Reihenschaltung aus einem Widerstand 71 und einem Kondensator 73, dem wiederum ein Widerstand 72 parallel geschaltet ist. Der Verbindungspunkt zwischen dem Widerstand 71 und dem Kondensator 73 ist m Fig. 16 als Punkt S bezeichnet. Diese Schaltung bildet eine einfache Form einer Integriereinrichtung 52, so daß der Punkt S mit dem ebenso benannten Punkt S einer der Schaltungen nach Fig. 14 oder Fig. 15 zur Bildung einer vollständigen Steuerschaltung 6 verbunden werden kann. Bei einer entsprechenden Bemessung der Kapazität des Kondensators 73 bzw. der Widerstände 71 und 72 wird ein Verzoge- rungsglied mit einer Zeitkonstante von ca. 10 ms gebildet, das zu Beginn des Spannunganstiegs in jeder Netzperiode eine naherungsweise Realisierung einer Integriereinrichtung darstellt .
Bei der in Fig. 17 gezeigten Variante der Erfindung handelt es sich um eine Schaltung, bei welcher der durch die Erregerspule 3 fließende Strom durch eine entsprechende Dimensionierung des Verzogerungsglieds erster Ordnung gebildet aus dem Widerstand 71 und dem Kondensator 73 (mit parallel- geschaltetem Widerstand 72) abgebildet wird und als Spannung UEv am Punkt S erscheint. Das Ventil 41 schaltet dann ein (und gibt den Strompfad 15 frei) , wenn an der Erregerspule 3 die Spannung UG anliegt. Die Spannung UEV (am Punkt S) folgt verzögert. Wenn das Ventil 41 ausschaltet, so liegt an der Erregerspule 3 die Spannung Null an. Die Spannung UEV folgt wiederum verzögert. Hierbei muß der in Fig. 17 gezeigte Widerstand 71 des Verzogerungsglieds erster Ordnung sehr viel größer sein als der Widerstand 72. Dieser wiederum muß größer sein als der Widerstand 74. Die übrigen Schaltungselemente sind der Fig. 17 direkt zu entnehmen.
Bei der in Fig. 18 gezeigten Schaltung wird eine Einschalt- Überhöhung realisiert, durch welche ein höherer Erregerstrom IE durch die Erregerspule 3 beim Lüften fließt als während des Haltens der Bremse im gelüfteten Zustand. Dies wird dadurch erreicht, daß das Verzögerungsglied erster Ordnung 57, durch welches der Meßwert der Spannung UG ge- wichtet wird, während eines Zeitintervalls TE (beim Lüft- Vorgang) verringert wird und zwar durch Einschalten eines Hilfstransistors 77, der als selbstleitender Transistor ausgebildet ist. Dieser Transistor 77 bildet zusammen mit einem Widerstand 76 eine Reihenschaltung, die parallel zum Kondensator 73 und zu dem Widerstand 72 liegt.
Fig. 19 zeigt eine Schaltung zur Erzeugung des Signals, welches den Transistor 77 gemäß Fig. 18 steuert. Mit der in Fig. 19 gezeigten Zenerdiode 93 und dem Kondensator 92 wird eine stabilisierte Gleichspannung UH erzeugt. Das oben genannte Zeitintervall TE wird im wesentlichen durch die Kapazität des Kondensators 81 und den Wert des Widerstands 82 bestimmt. Zu Beginn ist der Verbindungspunkt des Kondensators 81 und des Widerstands 82 nahezu auf dem Niveau von UH. Vom Kollektor des Transistors 84 fließt Strom zur Basis des Kollektors 85 bzw. zu dessen Kollektor. Dadurch werden die Transistoren 84 und 85 gleitend. Die Spannung UTE am Punkt E wird damit in etwa zu Null, so daß der Transistor 77 (siehe Fig. 18) leitend wird. Wenn nun der Kondensator 81 über den Widerstand 82 auf im wesentlichen die Spannung UH aufgeladen ist, liegt der Verbindungspunkt zwischen dem Kondensator 81 und dem Widerstand 82 nahezu auf Null. Also fließt kein Strom mehr über den Widerstand 82 an den Kollektor 84. Daher sperren die Transistoren 84 und 85, so daß der Transistor 77 ebenfalls gesperrt wird. Die Spannung UTE steigt über den Spannungsteiler gebildet aus den Widerstanden 86 und 87 auf die Spannung UH an. Die Diode 83 entladt den Kondensator 81, wenn die unipolare Spannung UG über längere Zeit, d.h. über viele Netzperioden Null ist. Somit weist die Schaltung gemäß Fig. 19 ein bistabiles Verhalten auf .
Aus obigen Ausfuhrungen ergibt sich, daß eine Vielzahl von schaltungstechnischen Realisierungsmoglichkeiten für die eingangs beschriebenen Verfahren für den hier tatigen Fachmann gegeben ist. In der industriellen Produktion werden jedoch möglichst einfache und kostengünstige Varianten ge- sucht, bei denen zur Erzielung genauer charakteristischen Zeitkonstanten auf die relativ gute Fertigungsgenauigkeit von Kondensatoren, Widerstanden oder Zenerdioden zurückgegriffen werden kann, ohne daß ein allzu großer Schaltungsaufwand betrieben werden muß .
Aufgrund der erfindungsgemaßen Schaltungsanordnung bzw. aufgrund des erfindungsgemaßen Verfahrens ist es nunmehr möglich, denselben Typ einer Erregerspule innerhalb eines großen Bereiches von Versorgungsspannungen zu betreiben. Dadurch steigt die Stuckzahl mit der ein bestimmter Typ einer Erregerspule hergestellt wird. Dies wirkt sich vorteilhaft auf die Kosten für Entwicklung, Rohmaterial und Werk- zeuge, Fertigungseinrichtungen, Prüfeinrichtungen, Lagerlogistik sowie Vertriebslogistik aus.
In den Zeichnungen und in der Beschreibung haben die Bezugszeichen folgende Bedeutung:
1 Wechsel- bzw. Drehstromnetz
2 Spannungsquelle
3 Erregerspule
4 Einweg-Ventil
41 IGBT
5 Stromsensor
6 Steuerschaltung
161 Thyristor
611 Transistor
162 Steuerwiderstand
163 Zenerdiode
641 Hysteresewiderstand
642 Operationsverstärker
643 bipolarer Transistor
7 Freilaufdiode/Freilaufpfad
Varistor
9 Schaltkontakt
10 Schaltungsanordnung
12 Referenzspannungsquelle
15 Strompfad
20 Schaltungsanordnung (erster) Schwellenhöchstwert (zweiter) Schwellenhochstwert
Umax (dritter/vierter) Schwellenhöchstwert IE Erregerstrom Imax Höchstwert des Erregerstromes RB ohmscherr Widerstand der Erregerspule UG unipolare Spannung
UGmin Minimalwert der unipolaren Spannung UG ü* Gma Maximalwert der unipolaren Spannung UG
UGo untere Schwelle
Uτ Steuerspannung τB Zeitkonstante der Erregerspule
T Wechselperiode des Wechselspannungsnetzes
50 Varistor
51-51""" Diode
52 Integriereinrichtung
53 Komparator
54 Spannungssensor
55 Rücksetzschalter
56 Ansteuerschaltung
57 Verzögerungsglied
61 Tyristor
62 Widerstand
63 Zenerdiode
64 Widerstand
65 Zenerdiode
66 Widerstand
67 Zenerdiode
68 Diode
69 Widerstand
71 Widerstand
72 Widerstand
73 Kondensator
74 Widerstand
75 Diode
76 Widerstand
77 Transistor
81 Kondensator
82 Widerstand 83 Diode
84 Transistor
85 Transistor
86 Widerstand
87 Widerstand
91 Widerstand
92 Kondensator
93 Zenerdiode

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zum Betrieb einer elektromagnetisch betätigbaren, mechanischen Bremse eines Elektromotors, insbe- sondere Getriebemotors, mit einer Erregerspule (3) zum Betätigen, insbesondere zum Lüften der Bremse, mit einem Wechselspannungsnetz (1), das eine Netzspannung mit einer Wechselperiode (Tw) abgibt, wobei die Erregerspule (3) eine Zeitkonstante ( τB) entsprechend einem Quotienten aus einer Spuleninduktivität und einem ohmschen Spulenwiderstand aufweist, wobei
- zum Betrieb der Bremse an Netzspannungen eines weiten Spannungsbereiches eine sich mit einer Zeitperiode (T) ändernde unipolare Spannung (UG) durch eine Spannungsquelle (2) erzeugt wird,
- die unipolare Spannung (UG) in einem ersten Zeitabschnitt (0 bis tA) der Zeitperiode (T) positiv und von Null verschieden ist und in diesem ersten Zeitabschnitt (0 bis tA) einen Maximalwert (UGmaχ) aufweist und in einem zweiten Zeitabschnitt (tA bis T) der Zeitperiode (T) Null ist oder mindestens gegen Null geht,
ein Strompfad (15) für einen Erregerstrom von der Spannungsquelle (2) zur Erregerspule (3) im we- sentlichen zu Beginn des ersten Zeitabschnittes
(0 bis tA) freigegeben wird, der Strompfad (15) zu einem bestimmten Zeitpunkt (ti ≤ tA) innerhalb des ersten Zeitabschnitts (0 bis tA) wieder gesperrt wird, wobei der bestimmte Zeitpunkt (ti ≤ tA) so gewählt wird, daß der Er- regerstrom einen vorgegebenen Maximalwert (Imax) nicht überschreitet, und wobei
während eines Zeitraumes, in welchem die Erregerspule (3) dauerhaft erregt ist bzw. erregt werden soll, das Freigeben und Sperren des Strompfades
(15) in jeder Zeitperiode (T) wiederholt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die unipolare Spannung (UG) durch eine Gleichrichtereinheit in der Span- nungsquelle (2) aus einer einphasigen Netzspannung des
Wechselspannungsnetzes (1) derart erzeugt wird, daß der erste Zeitabschnitt (0 bis tA) im wesentlichen die gesamte Wechselperiode (Tw) überdeckt, so daß der zweite Abschnitt (tA bis T) sehr kurz ist, und wobei die Zeitperiode (T) der halben Wechselperiode (Tw) entspricht .
3. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der erste und der zweite Abschnitt (0 bis tA; tA bis T) jeweils der hal- ben Zeitperiode (T) sowie der halben Wechselperiode
(Tw) entsprechen.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der Strompfad (15) über Hauptstromelektroden eines elek- tronischen, über eine Steuerstrecke ein- und ausschaltbaren Einwegventils (4, 41) durch Einschalten des Einwegventils (4, 41) freigegeben und durch Ausschalten des Einwegventils (4, 41) gesperrt wird und wobei bei ausgeschaltetem Einwegventil (4, 41) ein Entladestrom aus der Erregerspule (3) durch einen parallel zur Erregerspule (3) liegenden Freipfad (7) mit einem Abkling-Zeitverlauf gefuhrt wird, welcher im we- sentlichen der Zeitkonstante (τB) der Erregerspule (3) entspricht .
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei der Strompfad (15) dann freigegeben wird, wenn die unipo- lare Spannung (UG) ausgehend von Null erstmals einen positiven Schwellenwert (UG0) erreicht, der wesentlich niedriger ist als der Maximalwert (UGmax) .
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei der Erregerstrom gemessen und der Strompfad (15) dann gesperrt wird, wenn der Erregerstrom einen vorgegebenen ersten Schwellenhochstwert (Imax) erstmals nach einer vorausgegangenen Freigabe des Strompfades (15) von niedrigeren Erregerstromwerten herkommend erreicht .
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die unipolare Spannung (UG) gemessen und ein von Null ausgehender Integralwert der unipolaren Spannung (UG) über den ersten Zeitabschnitt (0 bis tA) gebildet wird und wobei der Strompfad (15) dann gesperrt wird, wenn der Integralwert einen vorgegebenen zweiten Schwellen¬ hochstwert (Fmax) erstmals nach einer vorausgegangenen Freigabe des Strompfades (15) von niedrigeren Inte¬ gralwerten herkommend erreicht, wobei der zweite Schwellenhochstwert (Fmax) derart vorgegeben wird, daß der Erregerstrom einen vorgegebenen Hochstwert (Imax) nicht überschreitet.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die unipolare Spannung (UG) gemessen und über ein Verzogerungsglied erster Ordnung ein erster gewichteter Meßwert der unipolaren Spannung (UG) gebildet wird und wobei der Strompfad (15) dann gesperrt wird, wenn der erste gewichtete Meßwert einen vorgegebenen dritten Schwellenhochstwert (Umaχ) erstmals nach einer vorausgegangenen Freigabe des Stompfads (15) von niedrigeren gewichteten Meßwerten herkommend erreicht, wobei eine Zeitkonstante des Verzogerungsglieds im wesentlichen entsprechend der Dauer des ersten Zeitabschnitts (0 bis tA) eingestellt und der dritte Schwellenhochstwert (Umax) so vorgegeben werden, daß der Erregerstrom einen vorgegebenen Hochstwert (Imax) nicht überschreitet.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei eine längs der Erregerspule (3) anstehende Spannung (UE) gemessen und über ein Verzogerungsglied erster Ordnung ein gewichteter zweiter Meßwert dieser Spannung gebil- det wird und wobei der Strompfad (15) dann gesperrt wird, wenn der zweite Meßwert einen vorgegebenen vierten Schwellenhochstwert (ümax) erstmals nach einer vorausgegangenen Freigabe des Strompfads (15) von kleineren Werten herkommend erreicht, wobei eine Zeitkon- stante des Verzogerungsglieds erster Ordnung im wesentlichen entsprechend der Zeitkonstante (τB) der Er¬ regerspule (3) gewählt wird und vorzugsweise minde¬ stens doppelt so lang wie die Zeitperiode (T) der unipolaren Spannung (UG) ist und wobei der vierte Schwel- lenhochstwert (Umaχ) derart vorgegeben wird, daß der
Erregerstrom einen vorgegebenen Hochstwert (Imax) nicht überschreitet .
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 9, wobei der vorgegebene Schwellenhochstwert (Imaχr Fmax, Umax) in Abhängigkeit von einem Betriebszustand der Bremse insbesondere in Abhängigkeit von einem Lüften und einem Halten im gelüfteten Zustand verändert wird.
11. Verfahren nach Anspruch 10, wobei der vorgegebene Schwellenhochstwert (Imaχr Fmax r Umax) zu Beginn einer erstmaligen Bestromung beim Lüften der Bremse für ein Erhohungszeitmtervall (TE) auf einen höheren Wert gesetzt wird als beim Halten.
12. Verfahren nach Anspruch 11, wobei das Erhohungszeitmtervall (TE) großer oder gleich der Zeitkonstante (τB) der Erregerspule (3) ist.
13. Verfahren nach Anspruch 11, wobei das Erhohungszeitmtervall (TE) mindestens doppelt so lang wie die Zeit- periode (T) der unipolaren Spannung (UG) ist.
14. Verfahren nach Anspruch 4, wobei zum Schutz vor tran- sienten Überspannungen das Einwegventil (4, 41) unabhängig von anderen Steuervorgaben immer dann eingeschaltet wird, wenn eine Spannung zwischen seinen Hauptstromelektroden bei der transienten Überspannung einen Uberspannungsgrenzwert (UGrenz) überschreitet, der großer ist als der betriebsmäßig vorgesehene Maximalwert (UGmax) der unipolaren Spannung (UG) .
15. Verfahren nach Anspruch 4, wobei das Einwegventil (4, 41) dann eingeschaltet wird, wenn an der Steuerstrecke eine positive Spannung anliegt und dann ausgeschaltet wird, wenn an der Steuerstrecke eine negative Spannung oder eine Spannung Null anliegt.
16. Verfahren nach Anspruch 15, wobei der Steuerstrecke zum Einschalten des Emwegventils (4, 41) die unipolare Spannung (UG) über mindestens einen ohmschern Widerstand zugeführt und die positive Steuerspannung vorzugsweise über einen Zweipol begrenzt wird.
17. Verfahren nach einem der Ansprüche 15 oder 16, wobei die Steuerstrecke zum Ausschalten des Emwegventils (4, 41) über mindestens einen ohmschern Widerstand und einen elektronischen Schalter (161; 611; 643) kurzgeschlossen wird.
18. Verfahren nach Anspruch 11, wobei das Erhohungszeitmtervall (TE) durch ein Zeitglied derart gesteuert wird, daß das Erhohungszeit tervall (TE) beginnt, wenn die unipolare Spannung (UG) erstmals durch E - schalten der Netzspannung des Wechselspannungsnetzes
(1) beim Lüften der Bremse einen vorgegebenen Schwellenwert (UGI) erreicht, der wesentlich niedriger ist als der Maximalwert (UGmaχ) •
19. Verfahren nach Anspruch 7, wobei der Integralwert wahrend des zweiten Zeitabschnitts (tA-T) auf Null zu¬ rückgesetzt wird.
20. Verfahren nach Anspruch 9, wobei das Verzogerungsglied erster Ordnung wahrend einer Freigabe des Strompfads
(15) mit der längs der Erregerspule (3) anstehenden Spannung (UG) verbunden und wahrend eines Sperrens des Strompfads (15) eingangsseitig über einen elektronischen Schalter kurzgeschlossen ist.
21. Schaltungsanordnung zum Betrieb einer elektromecha- nisch betätigbaren, mechanischen Bremse eines Elektromotors, insbesondere eines Getriebemotors an Netzspannungen eines weiten Spannungsbereichs, umfasssend
eine Erregerspule (3) mit Anschlußklemmen, die eine Zeitkonstante (τB) entsprechend einem Quotienten aus einer Spuleninduktivität und einem ohmschern Spulenwiderstand aufweist, zum Betätigen, insbesondere zum Lüften der Bremse;
ein Wechselspannungsnetz (1), das eine Netzspannung mit einer Wechselperiode (Tw) abgibt;
eine Spannungsquelle (2) zum Erzeugen einer sich mit einer Zeitperiode (T) ändernden unipolaren Spannung (UG) , die in einem ersten Zeitabschnitt (0 bis tA) der
Zeitperiode (T) positiv und von Null verschieden ist und in diesem ersten Zeitabschnitt (0 bis tA) einen Maximalwert (UGmax) aufweist und in einem zweiten Zeitabschnitt (tA bis T) der Zeitperiode Null ist oder mindestens gegen Null geht;
einen Strompfad (15) für einen Erregerstrom, der von der Spannungsquelle (2) zur Erregerspule (3) und zu¬ rück führt;
ein elektronisches Einwegventil (4, 41) mit Hauptstromelektroden, über die der Strompfad (15) zum Freigeben und Sperren des Strompfads (15) führt und mit einer Steuerstrecke zum Ein- und Ausschalten des Einwegventils (4, 41) ;
eine Steuerschaltung (6), die mit der Steuerstrecke verbunden und derart ausgebildet ist, daß das Einwegventil (4, 41) zum Freigeben des Strompfads (15) im wesentlichen zu Beginn des ersten Zeitabschnitts (0 bis tA) eingeschaltet und zu einem bestimmten Zeitpunkt (ti ≤ tA) innerhalb des ersten Zeitabschnittes (0 bis tA) zum Sperren des Strompfades (15) ausgeschaltet wird,
wobei die Steuerschaltung (6) weiterhin so ausgebildet ist, daß der Erregerstrom einen vorgegebenen Maximal- wert (Imaχ) nicht überschreitet und während eines Zeitraums, in welchem die Erregerspule (3) dauerhaft erregt ist bzw. erregt werden soll, das ein Ein- und Ausschalten des Einwegventils (4, 41) zum Freigeben und Sperren des Strompfads (15) in jeder Zeitperiode (T) widerholt wird.
22. Schaltungsanordnung nach Anspruch 21, wobei die Spannungsquelle (2) eingangsseitig mit einer einphasigen Netzspannung des Wechselspannungsnetzes (1) verbunden ist und eine Dioden-Brückenschaltung (51-51""") um¬ faßt, so daß der erste Zeitabschnitt (0 bis tA) im wesentlichen die gesamte Wechselperiode (Tw) umfaßt, so daß der zweite Zeitabschnitt (tA bis tw) sehr kurz ist und die Zeitperiode (T) im wesentlichen der halben Wechselperiode (Tw) entspricht.
23. Schaltungsanordnung nach Anspruch 21, wobei die Spannungsquelle (2) eine Dioden-Mittelpunktschaltung um- faßt, so daß der erste und der zweite Zeitabschnitt (0 bis tA; tA bis T) jeweils der halben Zeitperiode (T) sowie der halben Wechselperiode (Tw) entsprechen.
24. Schaltungsanordnung nach Anspruch 21, wobei parallel zu den Anschlußklemmen der Erregerspule (3) ein Freilaufpfad (7) mit einer Schaltungsanordnung zum Entladen der Erregerspule (3) nach Sperren des Strompfades (15) mit einer Entladezeitkonstanten entsprechend der Zeitkonstanten (τB) der Erregerspule (3) geschaltet ist .
25. Schaltungsanordnung nach Anspruch 21, umfassend eine Spannungsmeßeinrichtung (54) zur Abtastung der unipo- laren Spannung (UG) und ein Schwellenwertglied zum
Vorgeben eines positiven Schwellenwerts (UGo) r wobei die Steuereinrichtung (6) das Einwegventil (4, 41) dann zum Freigeben des Strompfads (15) einschaltet, wenn die unipolare Spannung (UG) ausgehend von Null erst- mals den positiven Schwellenwert (UG0) erreicht, der wesentlich niedriger ist als der Maximalwert (UGmax) .
26. Schaltungsanordnung nach Anspruch 21, umfassend eine Strommeßeinrichtung (5) zum Erzeugen eines dem Erre- gerstrom entsprechenden Stromsignals, ein Schwellenwertglied, zum Vorgeben eines ersten Schwellenhochstwerts (Imax)r wobei die Steuerschaltung (6) das Einweg¬ ventil (4, 41) zum Sperren des Strompfads (15) dann ausschaltet, wenn das Stromsignal den ersten Schwel- lenhochstwert (Imax) erstmals nach einer vorausgegangenen Freigabe des Strompfads (15) von niedrigeren Stromsignalen herkommend erreicht.
27. Schaltungsanordnung nach Anspruch 21, umfassend eine Integriereinrichtung (52) zum Bilden eines von Null ausgehenden Integralwerts der unipolaren Spannung (UG) über den ersten Zeitabschnitt (0 bis tA) und ein Schwellenwertglied, zum Vorgeben eines zweiten Schwellenhochstwerts (Fmax) , der so eingestellt ist, daß der Erregerstrom einen vorgegebenen Hochstwert (Imax) nicht überschreitet, wobei der Steuerschaltung (6) der Integralwert und der zweite Schwellenhochstwert (Fmax) zu- gefuhrt werden zum Ausschalten des Emwegventils (4,
41) und zum Sperren des Strompfads (15) dann, wenn der Integralwert den zweiten Schwellenhochstwert (Fmax) erstmals und nach einer vorausgegangenen Freigabe des Strompfads (15) von niedrigeren Integralwerten herkom- mend erreicht.
28. Schaltungsanordnung nach Anspruch 21, umfassend eine Spannungsmeßeinrichtung (54) zum Abtasten der unipolaren Spannung (UG) und zum Abgeben eines Spannungsmeß- werts entsprechend der unipolaren Spannung (UG) , ein
Verzogerungsglied erster Ordnung (57) mit einer Zeit¬ konstanten, welche im wesentlichen der Dauer des ersten Zeitabschnitts (0 bis tA) entspricht, zum Erzeu¬ gen eines gewichteten Meßwerts aus dem Spannungsmeß- wert, ein Schwellenwertglied zum Vorgeben eines dritten Schwellenhochstwertes (Umax) , der so eingestellt ist, daß der Erregerstrom einen vorgegebenen Hochstwert (Imax) nicht überschreitet, wobei die Steuerschal¬ tung (6) das Einwegventil (4, 41) dann zum Sperren des Strompfads (15) ausschaltet, wenn der gewichtete Meßwert den dritten Schwellenhochstwert (Umax) erstmals nach einer vorausgegangenen Freigabe des Strompfads (15) von einem niedrigeren gewichteten Meßwert herkommend erreicht.
29. Schaltungsanordnung nach Anspruch 21, umfassend eine Spannungsmeßeinrichtung (54) zum Abtasten einer Spannung an den Anschlußklemmen der Erregerspule (3) und zum Abgeben eines entsprechenden Klemmenspannungsmeßwerts, ein Verzögerungsglied erster Ordnung (57) mit einer Zeitkonstante, die im wesentlichen der Zeitkon- stanten (τB) der Erregerspule (3) entspricht und vorzugsweise mindestens doppelt so lang ist wie die Zeitperiode (T) der unipolaren Spannung (UG) , zum Erzeugen eines gewichteten zweiten Meßwerts aus dem Klemmenspannungsmeßwert, ein Schwellenwertglied zum Vorgeben eines vierten Schwellenhöchstwerts (Umaχ) , der so eingestellt ist, daß der Erregerstrom einen vorgegebenen Höchstwert (Imax) nicht überschreitet, wobei die Steuerschaltung (6) das Einwegventil (4, 41) dann zum Sperren des Strompfads (15) ausschaltet, wenn der ge- wichtete zweite Meßwert den vierten Schwellenhöchstwert (Umax) erstmals nach einer vorausgegangenen Freigabe des Strompfads (15) von kleineren Werten herkom¬ mend erreicht.
30. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 26 bis 29, wobei die Steuerschaltung (6) Einrichtungen (77) zum Verändern des Schwellenhöchstwerts (Ima r Fmax, Umaχ) in Abhängigkeit von einem Betriebszustand der Bremse bei einem Lüften und bei einem Halten in gelüftetem Zustand aufweist.
31. Schaltungsanordnung nach Anspruch 30, wobei die Steuerschaltung (6) ein Zeitglied (71-73; 76, 77) auf- weist, um den Schwellenhochstwert (Imaχr Fma , Umax) zu Beginn einer erstmaligen Bestromung beim Lüften der Bremse für ein Erhohungszeitintervall (TE) auf einen höheren Wert zu setzen als beim Halten im gelüfteten Zustand.
32. Schaltungsanordnung nach Anspruch 21, umfassend eine Uberspannungsschutzeinrichtung (67, 68), welche eine Spannung zwischen den Hauptstromelektroden abtastet und das Einwegventil (4, 41) zu dessen Schutz vor transienten Spannungen immer dann einschaltet, wenn die Spannung vorübergehend einen Uberspannungsgrenz- wert (UGrenz) überschreitet, der großer ist als der betriebsmäßig vorgesehene Maximalwert (UGmax) der unipo- laren Spannung (UG) .
33. Schaltungsanordnung nach Anspruch 21, umfassend eine Schutzeinrichtung (63), die das Einwegventil (4, 41) dann einschaltet, wenn eine positive Spannung an der Steuerstrecke anliegt und dann ausschaltet, wenn eine negative Spannung oder eine Spannung Null an der Steu¬ erstrecke anliegt.
34. Schaltungsanordnung nach Anspruch 33, umfassend minde- stens einen ohmschen Widerstand zum Verbinden der
Steuerstrecke mit der unipolaren Spannung (UG) zum Einschalten des Emwegventils (4, 41) und ein Begrenzerzweipol, das parallel zur Steuerstrecke zum Begrenzen einer positiven Steuerspannung geschaltet ist.
35. Schaltungsanordnung nach Anspruch 33, umfassend mindestens einen ohmschen Widerstand und einen elektronischen Schalter (61, 611, 643) zum Kurzschließen der Steuerstrecke beim Ausschalten des Einwegventils (4, 41) .
36. Schaltungsanordnung nach Anspruch 31, umfassend minde- stens einen ohmschen Widerstand (91) zur Spannungsversorgung des Zeitglieds aus der unipolaren Spannung (ÜG) •
37. Schaltungsanordnung nach Anspruch 27, umfassend minde- stens einen ohmschen Widerstand und einen Kondensator zur Bildung der Integriereinrichtung, mindestens einen ohmschen Widerstand zum Verbinden der Integriereinrichtung mit der unipolaren Spannung (UG) während des ersten Zeitabschnitts (0 bis tA) , einen elektronischen Schalter und einen ohmschen Widerstand zum Zurücksetzen der Integriereinrichtung auf den Wert Null im zweiten Zeitabschnitt (tA-T) .
38. Schaltungsanordnung nach Anspruch 28, wobei das Verzö- gerungsglied erster Ordnung mindestens einen ohmschen
Widerstand und einen Kondensator umfaßt und über mindestens einen ohmschen Widerstand mit der unipolaren Spannung (UG) verbunden ist.
39. Schaltungsanordnung nach Anspruch 29, umfassend mindestens einen ohmschen Widerstand und einen Kondensator zur Bildung des Verzögerungsglieds erster Ordnung, mindestens einen ohmschen Widerstand zum Verbinden des Verzögerungsglieds erster Ordnung mit der unipolaren Spannung (UG) bei freigegebenem Strompfad (15) und einen elektronischen Schalter zum eingangsseitigen Kurzschließen des Verzögerungsglieds erster Ordnung bei gesperrtem Strompfad (15) .
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