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Title:
METHOD FOR CLOSING A CONTACTOR, AND CONTACTOR HAVING TEMPERATURE COMPENSATION
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2020/208074
Kind Code:
A1
Abstract:
The present invention relates to a method for closing the contacts of an electrical switching device during a switch-on process, the electrical switching device having an electromechanical drive with a coil and with an armature, which can be moved between an open position and a closed position, and the coil being energized in order to close the contacts of the electrical switching device. According to the invention, first a constant first voltage is applied to the coil during a first time period and a measurement value is determined. Either the first time period is fixed, and the measurement value is a current value determined at the end of the first time period by measuring the current flowing in the coil, the first time period and the first voltage being selected in such a way that the armature is not set into motion during the first time period, or the first voltage is applied to the coil until a certain current value of the current flowing in the coil is reached, the first time period being the time period until said certain current value is reached, the first time period being the measurement value, and the first voltage being selected in such a way that the armature is not set into motion during the first time period. A suitable second voltage is defined in accordance with the measurement value, the second voltage being greater than the first voltage and being applied to the coil during a second time period in order to move the armature from the open position into the closed position.

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Inventors:
LICHT PETER (DE)
Application Number:
PCT/EP2020/060022
Publication Date:
October 15, 2020
Filing Date:
April 08, 2020
Export Citation:
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Assignee:
SCHALTBAU GMBH (DE)
International Classes:
H01H47/32; H01F7/18; H03K17/64
Foreign References:
EP1811539A12007-07-25
EP3432335A12019-01-23
EP3018678A12016-05-11
JP4862064B22012-01-25
US20180174786A12018-06-21
Attorney, Agent or Firm:
GRÜNECKER PATENT- UND RECHTSANWÄLTE PARTG MBB (DE)
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Claims:
Ansprüche

1. Verfahren zum Schließen der Kontakte (5, 6) eines elektrischen Schaltgeräts (1) wäh rend eines Einschaltvorgangs, wobei das elektrische Schaltgerät (1) einen elektromechani schen Antrieb mit einer Spule (2) und einem zwischen einer geöffneten Stellung und einer geschlossenen Stellung bewegbaren Anker (3) aufweist, und wobei die Spule (2) zum Schlie ßen der Kontakte (5, 6) des elektrischen Schaltgeräts (1) bestromt wird, dadurch gekennzeichnet, dass zunächst während einer ersten Zeitdauer Ti eine konstante erste Spannung Ui an die Spule (2) angelegt und ein Messwert ermittelt wird, wobei entweder die erste Zeitdauer Ti fest vorgegeben ist, und der Messwert ein Strommess wert IMess ist, der am Ende der ersten Zeitdauer Ti durch Messen des in der Spule (2) fließen den Stroms ermittelt wird, wobei die erste Zeitdauer Ti und die erste Spannung Ui derart ge wählt werden, dass der Anker (3) während der ersten Zeitdauer Ti nicht in Bewegung versetzt wird, oder die erste Spannung Ui solange an die Spule (2) angelegt wird, bis ein bestimmter Stromwert Isoii des in der Spule (2) fließenden Stroms erreicht wird, wobei die erste Zeitdauer Ti die Zeitdauer bis zum Erreichen dieses bestimmten Stromwerts Isoii ist, wobei die erste Zeitdauer Ti den Messwert darstellt, und wobei die erste Spannung Ui derart gewählt wird, dass der Anker (3) während der ersten Zeitdauer Ti nicht in Bewegung versetzt wird, wobei in Abhängigkeit des Messwerts eine geeignete zweite Spannung U2 festgelegt wird, die größer ist als die erste Spannung Ui und die während einer zweiten Zeitdauer T2 an die Spule (2) angelegt wird, um den Anker (3) von der geöffneten Stellung in die geschlossene Stellung zu bewegen.

2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die erste Zeitdauer Ti fest vorgegeben ist, und der Messwert ein Strommesswert iMess ist, der am Ende der ersten Zeit dauer Ti durch Messen des in der Spule (2) fließenden Stroms ermittelt wird, wobei die erste Zeitdauer T 1 und die erste Spannung Ui derart gewählt werden, dass der Anker (3) während der ersten Zeitdauer Ti nicht in Bewegung versetzt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Zeitdauer T2 unmittelbar an die erste Zeitdauer Ti anschließt.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Spannung U2 während der zweiten Zeitdauer T2 konstant ist.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Spannung U2 in Abhängigkeit des Messwerts derart festgelegt wird, dass der Anker (3) beim Schließen der Kontakte (5, 6) unabhängig von der Temperatur der Spule (2) stets die gleiche Geschwindigkeit erreicht.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Spannung U2 in Abhängigkeit des Messwerts derart festgelegt wird, dass der Anker (3) beim Schließen der Kontakte (5, 6) unabhängig von der Temperatur der Spule (2) stets in derselben Zeitdauer in die geschlossene Stellung bewegt wird.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Fest legen der zweiten Spannung U2 anhand des Messwerts durch Auslesen eines Vorgabewerts aus einer in einem Speicher hinterlegten Tabelle oder durch Anwendung einer Rechenvor schrift zur Berechnung des Vorgabewerts anhand des Messwerts erfolgt.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Zeitdauer T2 fest vorgegeben ist.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Zeitdauer T2 dann endet, wenn durch eine geeignete Sensorik oder Auswertung erkannt wird, dass sich der Anker in der geschlossenen Position befindet.

10. Elektrisches Schaltgerät (1) mit Kontakten (5, 6) sowie einem elektromagnetischen An trieb zum Schließen der Kontakte (5, 6), wobei der elektromechanische Antrieb eine Spule (2) und einen zwischen einer geöffneten Stellung und einer geschlossenen Stellung bewegbaren Anker (3) aufweist, wobei das elektrische Schaltgerät ferner eine Strommesseinrichtung (12) zur Messung des in der Spule (2) fließenden Stroms aufweist, und wobei das elektrische Schaltgerät (1) eine Steuerung aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerung dazu ausgelegt und dazu eingerichtet ist, das Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9 aus zuführen.

1 1. Elektrisches Schaltgerät (1) nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Steu erung einen Mikrocontroller (1 1) aufweist, in welchem eine Tabelle mit möglichen Messwerten und zugehörigen Vorgabewerten oder eine Rechenvorschrift zur Berechnung der Vorgabe werte anhand der Messwerte hinterlegt ist.

GEÄNDERTE ANSPRÜCHE beim Internationalen Büro eingegangen am 24. August 2020 (24.08.2020)

1. Verfahren zum Schließen der Kontakte (5, 6) eines elektrischen Schaltgeräts (1) wäh rend eines Einschaltvorgangs, wobei das elektrische Schaltgerät (1) einen elektromechani schen Antrieb mit einer Spule (2) und einem zwischen einer geöffneten Stellung und einer geschlossenen Stellung bewegbaren Anker (3) aufweist, und wobei die Spule (2) zum Schlie ßen der Kontakte (5, 6) des elektrischen Schaltgeräts (1) bestromt wird, wobei zunächst wäh rend einer ersten Zeitdauer Ti eine erste Spannung Ui an die Spule (2) angelegt und ein Messwert ermittelt wird, wobei in Abhängigkeit des Messwerts eine geeignete zweite Span nung U festgelegt wird, die größer ist als die erste Spannung Ui und die während einer zwei ten Zeitdauer T an die Spule (2) angelegt wird, um den Anker (3) von der geöffneten Stellung in die geschlossene Stellung zu bewegen, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Span nung Ui konstant ist, und wobei entweder die erste Zeitdauer Ti fest vorgegeben ist, und der Messwert ein Strommess wert IMess ist, der am Ende der ersten Zeitdauer Ti durch Messen des in der Spule (2) fließen den Stroms ermittelt wird, wobei die erste Zeitdauer Ti und die erste Spannung Ui derart ge wählt werden, dass der Anker (3) während der ersten Zeitdauer Ti nicht in Bewegung versetzt wird, oder die erste Spannung Ui solange an die Spule (2) angelegt wird, bis ein bestimmter Stromwert Isoii des in der Spule (2) fließenden Stroms erreicht wird, wobei die erste Zeitdauer Ti die Zeitdauer bis zum Erreichen dieses bestimmten Stromwerts Isoii ist, wobei die erste Zeitdauer Ti den Messwert darstellt, und wobei die erste Spannung Ui derart gewählt wird, dass der Anker (3) während der ersten Zeitdauer Ti nicht in Bewegung versetzt wird, wobei die erste Zeitdauer Ti derart ausgewählt wird, dass der Strom während der gesamten ersten Zeitdauer Ti ansteigt und sich kein stationärer Endstrom in der Spule während der ers ten Zeitdauer Ti einstellt.

2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die erste Zeitdauer Ti fest vorgegeben ist, und der Messwert ein Strommesswert iMess ist, der am Ende der ersten Zeit dauer Ti durch Messen des in der Spule (2) fließenden Stroms ermittelt wird, wobei die erste Zeitdauer T und die erste Spannung Ui derart gewählt werden, dass der Anker (3) während der ersten Zeitdauer Ti nicht in Bewegung versetzt wird.

GEÄNDERTES BLATT (ARTIKEL 19) 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Zeitdauer T2 unmittelbar an die erste Zeitdauer Ti anschließt.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Spannung U2 während der zweiten Zeitdauer T2 konstant ist.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Spannung U2 in Abhängigkeit des Messwerts derart festgelegt wird, dass der Anker (3) beim Schließen der Kontakte (5, 6) unabhängig von der Temperatur der Spule (2) stets die gleiche Geschwindigkeit erreicht.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Spannung U2 in Abhängigkeit des Messwerts derart festgelegt wird, dass der Anker (3) beim Schließen der Kontakte (5, 6) unabhängig von der Temperatur der Spule (2) stets in derselben Zeitdauer in die geschlossene Stellung bewegt wird.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Fest legen der zweiten Spannung U2 anhand des Messwerts durch Auslesen eines Vorgabewerts aus einer in einem Speicher hinterlegten Tabelle oder durch Anwendung einer Rechenvor schrift zur Berechnung des Vorgabewerts anhand des Messwerts erfolgt.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Zeitdauer T2 fest vorgegeben ist.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Zeitdauer T2 dann endet, wenn durch eine geeignete Sensorik oder Auswertung erkannt wird, dass sich der Anker in der geschlossenen Position befindet.

10. Elektrisches Schaltgerät (1) mit Kontakten (5, 6) sowie einem elektromagnetischen An trieb zum Schließen der Kontakte (5, 6), wobei der elektromechanische Antrieb eine Spule (2) und einen zwischen einer geöffneten Stellung und einer geschlossenen Stellung bewegbaren Anker (3) aufweist, wobei das elektrische Schaltgerät ferner eine Strommesseinrichtung (12) zur Messung des in der Spule (2) fließenden Stroms aufweist, und wobei das elektrische Schaltgerät (1) eine Steuerung aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerung dazu ausgelegt und dazu eingerichtet ist, das Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9 aus zuführen.

GEÄNDERTES BLATT (ARTIKEL 19) 1 1. Elektrisches Schaltgerät (1) nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Steu erung einen Mikrocontroller (1 1) aufweist, in welchem eine Tabelle mit möglichen Messwerten und zugehörigen Vorgabewerten oder eine Rechenvorschrift zur Berechnung der Vorgabe werte anhand der Messwerte hinterlegt ist.

GEÄNDERTES BLATT (ARTIKEL 19)

Description:
Verfahren zum Schließen eines Schaltschützes und Schaltschütz mit Temperaturkompensation

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Schließen der Kontakte eines elektrischen Schaltgeräts während eines Einschaltvorgangs nach dem Oberbegriff des unabhängigen An spruchs 1. Das elektrische Schaltgerät weist dabei einen elektromechanischen Antrieb mit ei ner Spule und einem zwischen einer geöffneten Stellung und einer geschlossenen Stellung bewegbaren Anker auf, wobei die Spule zum Schließen der Kontakte des elektrischen Schalt geräts bestromt wird. Der Anker des elektromechanischen Antriebs ist dabei mit einem be weglichen Kontakt des elektrischen Schaltgeräts verbunden. Die vorliegende Erfindung betrifft ferner ein elektrisches Schaltgerät nach dem Oberbegriff des unabhängigen Anspruchs 10.

Elektrische Schaltgeräte, insbesondere Hochleistungsschütze, sind in vielen Anwendungsbe reichen mitunter hohen Temperaturschwankungen ausgesetzt. Dies gilt beispielsweise für Hochleistungsschütze, die in Bahnfahrzeugen, Kraftfahrzeugen oder in Freilandinstallationen eingesetzt werden. Die Spule des elektromagnetischen Antriebs kann darüber hinaus allein durch die Eigenerwärmung im Betrieb sehr großen Temperaturschwankungen ausgesetzt sein.

In Bahnapplikationen reicht die Temperaturbandbreite von etwa -40°C in Sibirien bis 1 10°C in gewissen Wüstenregionen. Der elektrische Widerstand der Spule ändert sich dabei um den Faktor 1 ,8. Sofern keine Kompensation erfolgt, ändern sich entsprechend auch der An zugstrom - der Strom welcher beim Schließen der Kontakte in der Spule fließt - und das Schaltverhalten des Schaltgeräts. Im kalten Zustand erfolgt wegen des niedrigeren Wider stands ein schnellerer Anzug, was beim Schließen zu einem erhöhten Prellen der Kontakte des elektrischen Schaltgeräts führen kann und ganz grundsätzlich eine erhöhte mechanische Belastung der Bauteile zur Folge hat. Bei sehr hohen Temperaturen werden die Kontakte unter Umständen nicht schnell genug geschlossen, sodass es zu Flattererscheinungen und erhöh tem Verschleiß durch auftretende Lichtbögen kommen kann.

Erfolgt keine Temperaturkompensation, muss der Antrieb somit robuster und daher größer ausgelegt werden. Dies führt zu vergleichsweise schweren und teuren Schaltgeräten.

Soll hingegen eine Temperaturkompensation erfolgen, so muss bei niedrigen Temperaturen eine niedrigere Spannung und bei höheren Temperaturen eine höhere Spannung an die Spule angelegt werden, um über den gesamten Temperaturbereich ein gleichmäßiges Schaltverhal ten bzw. eine einheitliche Einschaltzeit bzw. Anzugzeit gewährleisten zu können. Hierzu muss die in der Spule vorherrschende Temperatur oder der davon abhängige Spulenwiderstand er fasst werden. Dies kann beispielsweise mittels eines Temperatursensors erfolgen. Ein zusätz licher Temperatursensor führt jedoch zu einem aufwändigeren Aufbau und verteuert die Her stellung des elektrischen Schaltgeräts.

Es gibt jedoch bereits auch Verfahren zur Messung der Spuleninduktivität und des Spulenwi derstands ohne direkte Ermittlung der Spulentemperatur. Ein derartiges Verfahren ist bei spielsweise aus US 20180174786 A1 bekannt. Derartige Verfahren erfordern jedoch eine ver gleichsweise große Rechenleistung und setzen daher den Einsatz teurer Mikroprozessoren voraus.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein Verfahren der eingangs genannten Art anzugeben, welches eine einfache Temperaturkompensation mit geringen Hardwareanforde rungen und insbesondere ohne die Notwendigkeit eines Temperatursensors erlaubt und die den Anzugsvorgang nicht nachteilig verlängert.

Die Aufgabe wird gelöst durch die Merkmale des unabhängigen Anspruchs 1.

Demnach liegt bei einem Verfahren gemäß dem Oberbegriff des unabhängigen Anspruchs 1 dann eine erfindungsgemäße Lösung der Aufgabe vor, wenn zunächst während einer ersten Zeitdauer Ti eine konstante erste Spannung Ui an die Spule angelegt und ein Messwert er mittelt wird, wobei entweder die erste Zeitdauer Ti fest vorgegeben ist, und der Messwert ein Stromwert i Mess ist, der am Ende der ersten Zeitdauer Ti durch Messen des in der Spule fließenden Stroms ermittelt wird, wobei die erste Zeitdauer Ti und die erste Spannung Ui derart gewählt werden, dass der Anker während der ersten Zeitdauer Ti nicht in Bewegung versetzt wird, oder die erste Spannung Ui solange an die Spule angelegt wird, bis ein bestimmter Stromwert Isoii des in der Spule fließenden Stroms erreicht wird, wobei die erste Zeitdauer Ti die Zeitdauer bis zum Erreichen dieses bestimmten Stromwerts Isoii ist, wobei die erste Zeit dauer Ti den Messwert darstellt, und wobei die erste Spannung Ui derart gewählt wird, dass der Anker während der ersten Zeitdauer Ti nicht in Bewegung versetzt wird, wobei in Abhängigkeit des so ermittelten Messwerts eine geeignete zweite Spannung U2 fest gelegt wird, die größer ist als die erste Spannung U2 und die während einer zweiten Zeitdauer T 2 an die Spule angelegt wird, um den Anker von der geöffneten Stellung in die geschlossene Stellung zu bewegen.

Die Idee der vorliegenden Erfindung basiert auf der folgenden bekannten Gleichung für den Strom durch eine Spule nach Anlegen einer Spannung (gültig solange sich der Anker nicht bewegt):

U die an der Spule anliegende Spannung,

R der (temperaturabhängige) Spulenwiderstand,

L die Induktivität der Spule mit dem Anker in der Ausgangsposition.

Sind die Größen L, I, U und t bekannt, so kann daraus der Spulenwiderstand R berechnet werden, welcher wiederum von der Temperatur abhängt. Die tatsächliche Berechnung des Spulenwiderstands ist erfindungsgemäß jedoch nicht notwendig. Es wird lediglich ein vom Spulenwiderstand und damit von der Temperatur abhängiger Messwert ermittelt.

Gibt man die erste Zeitdauer Ti fest vor, so ist dieser Messwert der Stromwert i Mess , der sich am Ende der ersten Zeitdauer Ti einstellt. In Abhängigkeit dieses Strommesswerts I Mess wird daraufhin die Spannung U 2 festgelegt, mit der die Spule schlussendlich beaufschlagt wird, um den Anker anzuziehen, das heißt um den Anker von der geöffneten Stellung in die geschlos sene Stellung zu bewegen und dadurch die Kontakte zu schließen. Die optimale Anzugspan nung U 2 bei einem bestimmten Strommesswert I Mess kann beispielsweise zuvor experimentell durch entsprechende Messreihen ermittelt werden und in einem Speicher einer Steuerung des Schaltgeräts abgelegt sein.

Die erste Zeitdauer T 1 muss so gewählt werden, dass sich der Anker während der ersten Zeit dauer noch nicht bewegt. Andernfalls würde die bei der Bewegung des Ankers im Magnetfeld auftretende Ankerrückwirkung die Strommessung am Ende der ersten Zeitdauer verfälschen und die obige Gleichung würde nicht mehr gelten. Die erste Zeitdauer muss so lang sein, dass die Endwerte der Strommessung - bedingt durch die Widerstandsänderung der Spule durch den Temperatureinfluss - an der oberen und der unteren Temperaturgrenze so weit auseinan derliegen, dass ein ausreichend großer Messbereich erreicht wird. Die Messgenauigkeit und die Auflösung der Messeinrichtung für den Spulenstrom sind dabei zu berücksichtigen. Die erste Spannung Ui , die während der ersten Zeitdauer Ti an der Spule anliegt, sollte möglichst groß gewählt werden, damit der in der Spule fließende Strom im Verlauf der ersten Zeitdauer möglichst groß wird, und zwar so, dass es während der ersten Zeitdauer bei der niedrigsten Einsatztemperatur und unter Berücksichtigung von Toleranzen noch nicht zu einer Bewegung des Ankers kommt.

Auf der anderen Seite sollte die erste Zeitdauer möglichst kurz sein, so dass der Einschaltvor gang nicht unnötig verzögert wird.

Alternativ zu der oben beschriebenen Messwertermittlung mit einer fest vorgegebenen ersten Zeitdauer Ti kann man auch eine feste Stromgrenze Isoii festlegen, die erreicht werden soll. In diesem Fall ist der von der Temperatur und damit vom Spulenwiderstand abhängige Messwert die erste Zeitdauer Ti , die verstreicht, bis die Stromgrenze Isoii erreicht ist. Gegenüber der ersten Alternative ist diese zweite Alternative jedoch etwas aufwändiger umzusetzen, da der Spulenstrom während der gesamten ersten Zeitdauer Ti gemessen werden muss. Es versteht sich von selbst, dass auch bei dieser zweiten Alternative erstens die erste Spannung Ui bis zum Erreichen des vorgegebenen Stromwerts Isoii konstant gehalten werden muss, und zwei tens die erste Spannung U i bzw. der zu erreichende Stromwert Isoii derart festgelegt werden müssen, dass der Anker bis zum Erreichen der Stromgrenze Isoii noch nicht in Bewegung ver setzt wird.

In beiden oben genannten Fällen steigt der Strom während der gesamten ersten Zeitdauer Ti an. Dies bedeutet, die erste Zeitdauer Ti dauert nicht lange genug an, dass sich ein stationärer Endstrom in der Spule einstellen könnte. Mit R = U/l ließe sich in diesem Fall zwar der Wider stand ganz leicht ermitteln. Die dafür erforderliche Messzeit wäre aber deutlich länger als der gesamte übliche Anzugsvorgang des Schaltgeräts und wäre daher inakzeptabel. Ein großer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens ist somit, dass der Anzugsvorgang nicht nennens wert verlängert wird.

Während der ersten Zeitdauer Ti wird erfindungsgemäß eine konstante erste Spannung Ui an die Spule angelegt. Das bedeutet, dass keine Regelung des in der Spule fließenden Stroms erfolgt. Die konstante Spannung liegt über die komplette erste Zeitdauer Ti an der Spule an.

Die vorliegende Erfindung erlaubt eine einfache Temperaturkompensation ohne aufwändige und teure Hardware. Insbesondere ist kein Temperatursensor erforderlich, um das erfindungs gemäße Verfahren auszuführen. Es ist lediglich eine entsprechende Strommesseinrichtung notwendig, um den in der Spule fließenden Strom messen zu können. Bei elektrischen Schalt geräten mit Regelung des Haltestroms nach dem Einschaltvorgang ist eine derartige Strom messeinrichtung ohnehin vorhanden. Zur Durchführung des Verfahrens kann ein kleiner und kostengünstiger Mikrocontroller verwendet werden.

Die vorliegende Erfindung eignet sich insbesondere bei elektrischen Schaltschützen.

Vorteilhafte Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens sind Gegenstand der Un teransprüche.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist die erste Zeitdauer Ti fest vorgegeben, wobei der Messwert ein Strommesswert i Mess ist, der am Ende der ersten Zeitdauer Ti durch Messen eines in der Spule fließenden Stroms ermittelt wird, wobei die erste Zeitdauer Ti und die erste Spannung Ui derart gewählt werden, dass der Anker während der ersten Zeitdauer Ti nicht in Bewegung versetzt wird. Wie oben bereits beschrieben, ist diese Ausführungsform einfacher umzusetzen als die Alternative mit fest vorgegebener Stromgrenze

I Soll -

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung schließt die zweite Zeitdauer unmittelbar an die erste Zeitdauer an. Dadurch wird eine kurze Einschaltzeit gewährleistet. Bei der Ermittlung bzw. Festlegung der zweiten Spannung U 2 , die nach Ablauf der ersten Zeitdauer Ti an die Spule angelegt wird, um den Anker von der geöffneten Stellung in die geschlossene Stellung zu bewegen und dadurch die Kontakte zu schließen, muss dabei der Stromwert für den Spulenstrom berücksichtigt werden, der am Ende der ersten Zeitdauer bereits erreicht ist und dadurch den Ausgangswert für die Anzugsphase während der zweiten Zeitdauer T 2 bildet.

Gemäß einerweiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist die zweite Spannung U 2 während der zweiten Zeitdauer T 2 konstant. Dies vereinfacht das erfindungsge mäße Verfahren wesentlich. Rein theoretisch ist es jedoch denkbar, während der zweiten Zeit dauer einen bestimmten Spannungsverlauf aufzuprägen, dessen Parameter anhand des er mittelten Messwerts festgelegt werden. Unter einer konstanten Spannung im Sinne dieser Ausführungsform wird auch eine mittels Pulsweitenmodulation eingestellte mittlere Spannung während der zweiten Zeitdauer verstanden.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird die zweite Spannung in Abhängigkeit des Messwerts derart festgelegt, dass der Anker beim Schließen der Kontakte unabhängig von der T emperatur der Spule stets die gleiche Geschwindigkeit erreicht. Die dazu notwendige Anzugspannung U 2 bei einem bestimmten temperaturabhängigen Messwert kann experimentell durch entsprechende Messreihen ermittelt werden. Hierzu kann das Schaltgerät beispielsweise entsprechend erwärmt oder abgekühlt werden, wobei anschließend sowohl der Strommesswert i Mess am Ende der ersten Zeitdauer T 1 , als auch das Schaltverhalten bei un terschiedlichen Anzugspannungen während der zweiten Zeitdauer T 2 ausgemessen werden.

In einer alternativen Ausführungsform wird die zweite Spannung in Abhängigkeit des Mess werts derart festgelegt, dass der Anker beim Schließen der Kontakte unabhängig von der Tem peratur der Spule stets in derselben Zeitdauer in die geschlossene Stellung bewegt wird. Das bedeutet, die Zeitdauer bis zum Schließen der Kontakte soll immer gleich lang sein. Auch bei dieser Ausführungsform kann die notwendige Anzugspannung U 2 bei einem bestimmten tem peraturabhängigen Messwert experimentell ermittelt werden.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens er folgt das Festlegen der zweiten Spannung U 2 anhand des Messwerts durch Auslesen eines Vorgabewerts aus einer in einem Speicher hinterlegten Tabelle. Dadurch sind während des Einschaltvorgangs keine komplizierten Berechnungen notwendig. Es kann ein günstiger und einfacher Mikrocontroller zur Steuerung verwendet werden. Die angesprochene Tabelle ist weiter vorzugsweise in dem Speicher des zur Steuerung verwendeten Mikrocontrollers hinter legt. In der Tabelle können beispielsweise die konkreten Werte für die Anzugspannung (zweite Spannung U 2 ) oder aber auch andere für die Steuerung geeignete Vorgabewerte hinterlegt sein. Beispielsweise können anstatt der konkreten Spannungswerte Pulsweitenmodulations vorgabewerte hinterlegt sein. Denn die Spannungswerte Ui und U 2 werden vorzugsweise mit tels Pulsweitenmodulation eingestellt. Mögliche Schwankungen der Versorgungsspannung werden dabei vorzugsweise durch entsprechende Änderungen der Pulsweitenmodulation aus geglichen. Für das erfindungsgemäße Verfahren ist es nicht erforderlich, konkrete Werte für den Widerstand und/oder die Temperatur der Spule im Betrieb zu ermitteln. Ausschlaggebend ist lediglich der aus Widerstand bzw. Temperatur abgeleitete Zusammenhang zwischen dem Messwert und dem Vorgabewert bzw. Spannungswert U 2 .

Alternativ kann aus den konkret ermittelten Vorgabewerten bzw. aus den Werten für die zweite Spannung U 2 auch eine Näherungsfunktion zur Berechnung des Vorgabewertes auf Basis des Messwerts abgeleitet werden, sodass anstatt einer vollständigen Tabelle nur die Parameter einer Berechnungsvorschrift in den Speicher des zur Steuerung verwendeten Mikrocontrollers übertragen werden müssen. Dies erfordert zwar eine etwas höhere Rechenleistung, benötigt aber weniger Speicher. Auch bei diesem Ausführungsbeispiel werden mögliche Schwankun gen der Versorgungsspannung vorzugsweise durch entsprechende Änderungen der Pulswei tenmodulation ausgeglichen.

Die zu einem bestimmten Messwert gehörigen Werte für die Anzugspannung U2 bzw. die oben angesprochenen Vorgabewerte werden vorzugsweise für einen größeren Temperaturbereich, beispielsweise für einen Temperaturbereich von maximal 0°C bis zumindest 50°C, weiter be vorzugt für einen Temperaturbereich von maximal -20°C bis zumindest 80°C, weiter bevorzugt für einen Temperaturbereich von maximal -40°C bis zumindest 1 10°C, und besonders bevor zugt er einen Temperaturbereich von maximal -60°C bis zumindest 130°C ermittelt. Die Werte werden in einer T abeile hinterlegt, und entweder die T abeile selbst oder die daraus abgeleitete Rechenvorschrift wird in den Speicher des Mikrocontrollers übertragen. Für eine zufriedenstel lende Temperaturkompensation reicht es aus, wenn die Werte für diskrete Temperaturen mit einem Delta von beispielsweise 1 °C oder auch mit größeren Differenzen von beispielsweise 5°C ermittelt werden. Da die konkreten Temperaturen für das Verfahren letztendlich keine Rolle spielen, ist die Eingangsgröße in die Tabelle jedoch der Messwert. Für die Tabelle wer den daher vorzugsweise Messwerte mit einem konstanten Delta verwendet, was sich nicht in einem konstanten Delta der Temperatur wiederspiegelt.

Nach Ablauf der zweiten Zeitdauer kann die Steuerung in einen Haltemodus übergehen. Da zum Halten des Ankers in der geschlossenen Stellung eine geringere Kraft benötigt wird als zum Anziehen des Ankers, kann die Leistung reduziert werden. Gemäß einer weiteren Aus führungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ist die zweite Zeitdauer T2 fest vorgegeben, wodurch das Verfahren weiter vereinfacht wird. Bevorzugt kann alternativ jedoch vorgesehen sein, dass die zweite Zeitdauer T2 dann endet, wenn durch eine geeignete Sensorik oder Aus wertung erkannt wird, dass sich der Anker in der geschlossenen Position befindet. Auch bei dieser Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens kann die Steuerung anschlie ßend in den Haltemodus übergehen.

Die Erfindung stellt ferner ein elektrisches Schaltgerät nach dem Oberbegriff des unabhängi gen Anspruchs 10 bereit, dessen Steuerung dazu ausgelegt und dazu eingerichtet ist, das erfindungsgemäße Verfahren auszuführen.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des elektrischen Schaltgeräts weist die Steue rung einen Mikrocontroller auf, in welchem eine Tabelle mit möglichen Messwerten und zuge hörigen Vorgabewerten oder, gemäß einer alternativen Ausführungsform, eine Rechenvor schrift zur Berechnung eines Vorgabewerts anhand des Messwerts hinterlegt ist. Die Erfindung wird im Folgenden anhand von Zeichnungen näher erläutert.

Es zeigen:

Figur 1 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Schaltschützes gemäß einem Ausführungsbeispiel,

Figur 2 ein Schaltbild des erfindungsgemäßen Schaltschützes aus Figur 1 , und

Figur 3 den Stromverlauf in der Spule des erfindungsgemäßen Schaltschützes.

Für die folgenden Ausführungen gilt, dass gleiche Teile durch gleiche Bezugszeichen bezeich net werden. Sofern in einer Zeichnung Bezugszeichen enthalten sind, auf die in der zugehöri gen Figurenbeschreibung nicht näher eingegangen wird, so wird auf vorangehende oder nach folgende Figurenbeschreibungen Bezug genommen.

Figur 1 zeigt eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Schaltschützes 1 ge mäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Das Schaltschütz 1 weist ein le diglich ausschnittsweise dargestelltes Gehäuse 10 und eine Kontaktstelle mit Doppelunterbre chung auf. Die Kontaktstelle besteht aus den beiden Festkontakten 5 und der beweglichen Kontaktbrücke 6. Die Kontaktbrücke 6 ist über Kontaktdruckfedern 7 an einem Kontaktträger 9 gelagert, der über die Schaltstange 4 mit dem beweglichen Anker 3 des elektromagnetischen Antriebs des Schaltschützes 1 verbunden ist. Der Anker 3 sowie das Joch 8 des elektromag netischen Antriebs sind zumindest teilweise von der Spule 2 des elektromagnetischen Antriebs umschlossen. Bei Bestromung der Spule 2 durch Anlegen einer ausreichenden Spannung wird der Anker 3 entgegen der Kraft der zwischen Joch 8 und Anker 3 wirkenden Rückstellfeder 13 angezogen, sodass die Kontakte geschlossen werden.

Figur 2 zeigt das Schaltbild des erfindungsgemäßen Schaltschützes aus Figur 1. Eine Strom messeinrichtung 12 dient dazu, den in der Spule 2 fließenden Strom während des Betriebs zu messen. Bei dem Bauteil 15 handelt es sich um eine Spannungsmesseinrichtung zur Messung der Versorgungsspannung Uvers, die gewissen Schwankungen unterliegen kann. Die Mess größen der Strommesseinrichtung 12 und der Spannungsmesseinrichtung 15 werden einem Mikrocontroller 1 1 zugeführt, der die beiden Messgrößen verarbeitet und daraus ein an Steu ersignal für den Leistungsschalter 17 generiert, über welchen die Spule 2 angesteuert wird. An die Versorgungsspannung Uv ers ist eine Spannungsversorgung 16 für den Mikrocontroller 1 1 , die beiden Messeinrichtungen 12 und 15 und gegebenenfalls für einen Treiber zur Ansteu erung des Leistungsschalters 17 angeschlossen. An der Spule 2 befindet sich ferner eine Frei laufdiode 18.

Das Einschalten der Versorgungsspannung erfolgt über den Versorgungsspannungsschalter 14.

Figur 3 zeigt den Verlauf des in der Spule 2 fließenden Stroms I über der Zeit t. Der Einschalt vorgang ist in zwei Phasen unterteilt. In der ersten Phase während der ersten Zeitdauer Ti wird eine konstante erste Spannung Ui an die Spule 2 angelegt. Bei dem hier vorgestellten Ausführungsbeispiel ist die erste Zeitdauer Ti fest vorgegeben, wobei am Ende der ersten Zeitdauer Ti der resultierende Stromwert i Mess in der Spule 2 gemessen wird. Erste Spannung Ui und erste Zeitdauer Ti werden dabei derart gewählt, dass der Anker während der ersten Zeitdauer Ti nicht in Bewegung versetzt wird.

In Abhängigkeit des gemessenen und von der Temperatur der Spule abhängigen Stromwerts I Mess wird daraufhin eine geeignete zweite Spannung U2 festgelegt, die größer ist als die erste Spannung Ui und welche während einer direkt an die erste Zeitdauer T 1 anschließenden zwei ten Zeitdauer T2 an die Spule 2 angelegt wird, um den Anker 3 von der geöffneten Stellung in die geschlossene Stellung zu bewegen und dadurch die Kontakte zu schließen. Die zweite Zeitdauer T2 stellt somit die zweite Phase des Einschaltvorgangs dar. Die zu einem bestimm ten Strommesswert I Mess gehörige zweite Spannung U2 wird z.B. aus einer im Mikrocontroller hinterlegten Tabelle ausgelesen.

Nach Abschluss des Einschaltvorgangs geht die Steuerung des Schaltschützes in einen Hal temodus über. Der Haltemodus wird während der dritten Zeitdauer T3 beibehalten.

Bezugszeichenliste

1 elektrisches Schaltgerät

2 Spule

3 Anker

4 Schaltstange

5 Festkontakt

6 Kontaktbrücke

7 Kontaktdruckfeder

8 Joch

9 Kontaktträger

10 Gehäuse

11 Mikrocontroller

12 Strommesseinrichtung

13 Rückstellfeder

14 Versorgungsspannungsschalter

15 Spannungsmesseinrichtung

16 Spannungsversorgung

17 Leistungsschalter

18 Freilaufdiode

t Zeit

Ti erste Zeitdauer

T 2 zweite Zeitdauer

T 3 dritte Zeitdauer

Uv ers Versorgungsspannung

Ui erste Spannung

U 2 zweite Spannung

I Strom

i Mess Strommesswert

I s oii vorgegebener Stromwert

R Spulenwiderstand