Beschreibung

Verfahren und Vorrichtung zur Steuerung eines magnetischen Aktuators

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Steuerung eines magnetischen Aktuators, insbesondere von einem Schütz oder Relais, wobei mindestens ein Parameter des Aktuators erfasst und der Aktuator mittels mindestens eines Schaltmoduls geschaltet wird.

Magnetische Aktuatoren werden beispielsweise verwendet zur Bewegung von Kontakten von Nieder-, Mittel- oder Hochspan- nungs-Schaltgeräten . Dabei wird ein Magnetfluss des magneti- sehen Aktuators elektronisch kontrolliert und gesteuert. Beispielweise wird bei einem bipolaren oder bistabilen magnetischen Aktuator ein beweglicher Magnetkern, der über einen Hebelmechanismus an bewegliche Schalterpole gekoppelt ist, von einer stabilen Endlage in eine weitere stabile Endlage be- wegt . Ein solcher bistabiler magnetischer Aktuator umfasst einen Magnetkern mit einem beweglichen Anker, wobei der Magnetkern mit zwei Wicklungen versehen ist. Zur Betätigung eines solchen magnetischen Aktuators wird ein Stromstoß durch eine der beiden Spulen (= Wicklungen) erzeugt, der einen für eine Ankerbewegung notwendigen magnetischen Fluss bewirkt.

Die mittels einer Bewegung eines solchen magnetischen Aktuators zu schaltenden Schaltgeräte weisen üblicherweise hohe Schaltgeschwindigkeiten von ca. 1 m/s auf und benötigen eine elektronische Schaltsteuerung mit sehr genau reproduzierbaren Schaltzeitdauern im Millisekundenbereich.

Aus dem Stand der Technik sind verschiedene Steuerungen von magnetischen Aktuatoren bekannt.

Beispielsweise ist aus der DE 103 32 595 B4 eine Ansteuervorrichtung zum Ansteuern eines magnetischen Aktuators oder eines elektrischen Schaltgeräts, das einen Anker aufweist,

bekannt. Dabei umfasst die Ansteuervorrichtung eine Aufnahmeeinrichtung zur Aufnahme oder Erfassung einer Bewegungsgroße bezuglich des Ankers und/oder eines damit verbundenen Kontakts und eine Regelungseinrichtung zum Steuern oder Regeln der Beschleunigung des Ankers bzw. des Kontakts, wobei die

Beschleunigungsregelung anhand einer Sollwertkurve "Geschwindigkeit über Position" durchfuhrbar ist, indem ein aktueller Beschleunigungswert so eingestellt wird, dass unter Beibehaltung des Beschleunigungswerts ein vorgegebener Punkt auf der Sollwertkurve erreicht wird.

Weitere elektronische Steuerungsverfahren sind beispielsweise aus der WO 96/32734, DE 197 26 562 Al, EP 1 005 537 Bl oder EP 1 111 639 Bl, EP 1 172 833 Bl oder US 2006 0001497 Al be- kannt .

Die Schalteigenschaften des magnetischen Aktuators hangen dabei von verschiedenen geometrie- und materialbezogenen sowie elektrischen Parametern, wie Spulenwiderstand, Spulendraht- lange, Temperatur, magnetische Materialkennwerte, ab. Ferti- gungs- und herstellungsbedingt sind darüber hinaus Toleranzen gegeben, wie beispielsweise Drahtdurchmessertoleranzen, Toleranzen des Eisenkreises, parasitäre Luftspaltverluste, Toleranzen der Schaltgeratekinematik und der Schaltkontaktbau- gruppe .

Bei einem neuen magnetischen Aktuator ist bedingt durch die genannten Fertigungstoleranzen und gegebenenfalls aufgebrachter Oberflachenschutzmittel, wie Rostschutzmittel, zwar ein Kraftschluss, aber noch kein vollständiger Formschluss von

Kontaktflachen der Anker- bzw. Polflachen beim Schalten gegeben. Somit ist beim Schalten eine hohe Reproduzierbarkeit der Schaltzeitdauern der Schaltgeratekontakte nicht möglich, so dass es zu einem mechanischen Prellen beim Aufeinandertreffen der Ankerflachen und somit an den Schaltgeratekontakten zu einem Auftreten von Lichtbogen und zu einem Einschalt- oder Ausschaltbrand bei den bekannten Steuerungsverfahren kommen kann, wodurch die elektrische Lebensdauer reduziert wird.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Steuerung eines magnetischen Aktua- tors anzugeben, welches ein Schalten des Aktuators mit einer möglichst hohen Reproduzierbarkeit ermöglicht.

Hinsichtlich des Verfahrens wird die Aufgabe erfmdungsgemaß durch die im Anspruch 1 angegebenen Merkmale gelost. Hinsichtlich der Vorrichtung wird die Aufgabe erfindungsgemaß durch die im Anspruch 10 angegebenen Merkmale gelost.

Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteranspru- che .

Beim erfindungsgemaßen Verfahren zur Steuerung eines magnetischen Aktuators, insbesondere für ein Schaltgerat, bei welchem mindestens ein Parameter des Aktuators erfasst und der Aktuator mittels mindestens eines Schaltmoduls geschaltet wird, wird als Parameter ein auf ein oder mehrere Spulen des Aktuators eingeprägter Schaltstromverlauf erfasst, wobei anhand von im Schaltstromverlauf ermittelten Schaltstromwerten Schaltzeitdauern zum Einschalten und/oder Ausschalten des Schaltgerates ermittelt und kalibriert werden und anhand der kalibrierten Schaltzeitdauern und der zu diesen ermittelten Schaltstromverlaufen für die Einpragdauer der magnetische Aktuator im Betrieb gesteuert wird.

Hierdurch ist sichergestellt, dass Schaltgerate mit unipolarem, bipolarem und/oder bistabilem magnetischen Aktuator (auch Magnetantrieb genannt) dauerhaft und somit im fortlaufenden Betrieb mit kalibrierten Betriebsparametern, wie z. B. mit kalibrierten Schaltzeitdauern und zugehörigen Schaltstromwerten, angesteuert werden können. Unter Schaltstrom wird dabei insbesondere ein in die Spule/n einzuprägender Spulenstrom verstanden. Dabei können Ein- und Aus-Schaltzeitdauern des Schaltgerates minimiert und somit die Schaltgeschwindigkeit erhöht werden. Ferner ist sichergestellt, dass die Schalt Zeitdauern der Schaltgeratekontakte in sehr engen

Bereichen gehalten und mit einer hohen Wiederholgenauigkeit reproduziert werden können. Durch die Einstellbarkeit der Schaltzeitdauern kann die Betriebssicherheit erhöht werden.

Zweckmaßigerweise werden insbesondere bei einem neuen Aktua- tor nach einer vorgebbaren Anzahl von Schaltungen, z. B. 50 oder 100 Schaltungen, des Aktuators diejenigen eingeprägten Schaltstromwerte des erfassten Schaltstromverlaufs, insbesondere von EIN- oder AUS-Schaltungen, ermittelt, bei welchen eine vorgegebene Schaltzeit für die Schaltgeratekontakte mit einer vorgegebenen Reproduzierbarkeit eingehalten wird.

Eine mögliche Ausfuhrungsform der Erfindung sieht vor, dass als Reproduzierbarkeit vorgegeben wird, dass Schaltzeitabwei- chungen relativ zum Stromnulldurchgang der Netzspannung oder einer anderen anwendungsspezifischen Phasenlage höchstens +/- 0.5 ms, bevorzugt +/- 0.1 ms betragen. Somit kann ein Schließen oder Offnen der Kontaktflache des Schaltgerates im Stromnulldurchgang oder zumindest nahe einem Stromnulldurch- gang oder in einer anderen anwendungsspezifischen Phasenlage erfolgen, so dass Einschalt- oder Ausschaltstrome sicher begrenzt sind.

Dabei wird mittels des Schaltmoduls der magnetische Aktuator derart gesteuert, dass nach Ablauf der ermittelten kalibrierten Schalt Zeitdauer , dass heißt der Zeitdauer zwischen einem logischen Schaltbefehl "Betatigen" und einem Schließen oder Offnen der Kontakte des Schaltgerates gerade ein Stromnull ^¬ durchgang der Netzspannung oder eine andere anwendungsspezi- fische Phasenlage auf eine zu schaltende Leitung zwischen versorgendem Netz und elektrischem Verbraucher vorliegt. Durch eine derart genaue Reproduzierbarkeit von Schaltzeit ^¬ punkten durch Kalibrierung von Schaltzeitdauern in sehr engen Grenzen ist ein äußerst geringer Einschalt- oder Ausschalt- ström gegeben, so dass an den Schaltgeratekontakten Lichtbogen weitgehend vermieden sind.

Dabei setzt sich die ermittelte Schaltzeitdauer für die Einprag- oder Stromflussdauer der Spulen, d.h. der Einschaltoder Ausschaltspule, ohne eine Endlagenerkennung aus para- metrierbaren Zeiten oder Dauern zusammen, welche zumindest aus einer parametrierbaren Dauer eines Einschalt- oder Ausschaltimpuls zur Ansteuerung der Spulen, einer parametrierbaren Dauer für eine Abkommutierung des Spulenstroms und/oder einer parametrierbaren Schaltzeit eines Polwenders zusammengesetzt sind.

Bei einer Steuerung mit Endlagenerkennung setzt sich die ermittelte Schalt Zeitdauer zumindest aus einer Dauer eines Einschalt- oder Ausschaltimpuls zur Ansteuerung der Spulen, wobei die Dauer oder Lange des Einschalt- oder Ausschaltimpul- ses durch das Endlagensignal bestimmt wird, und mindestens einer parametrierbaren Nachlaufzeit , wie einer parametrierbaren Dauer für eine Abkommutierung des Spulenstroms und/oder einer parametrierbaren Schaltzeit eines Polwenders zusammen.

Mit anderen Worten: Zur Einhaltung der ermittelten Schaltzeitdauern wird die Steuerung des einzuprägenden Schaltstroms, d.h. dessen Stromamplitude und dessen Stromdauer und somit ein Schaltstromverlauf, zeitabhängig ausgeführt. Durch eine derartige zeitabhängige Einstellbarkeit von Stromampli- tude und Stromdauer für die Schaltspulen und Blockieren von weiteren Ein- oder Ausschaltbefehlen vor Ablauf der ermittelten Schaltzeitdauer wird die Betriebssicherheit erhöht.

Vorzugsweise werden die zeitabhängig ermittelten Schaltstrom- werte gespeichert und zur Steuerung der Spulen im Betrieb genutzt. Dabei werden im Betrieb aktuell erfasste Schaltstromwerte und/oder ein aktuell erfasster Schaltstromverlauf bestimmt und mit hinterlegten, den kalibrierten Schaltzeitdauern zugeordneten Schaltstromwerten und/oder hinterlegten Schaltstromverläufen, welche als Sollwerte bzw. Sollwertkurven dienen, verglichen. Anhand des Vergleichs wird dann der einzuprägende Schaltstrom gesteuert. Hierdurch ist eine hohe Wiederholgenauigkeit der Schaltzeitdauern ermöglicht. Durch

die Vorgabe von Schaltstromwerten insbesondere in Stromverlaufskurven kann darüber hinaus ein zeitabhängiges Bewegungs- und/oder Geschwindigkeitskurvenprofil sowohl für uni- als auch bipolaren und in Grenzen auch bistabilen magnetischen Aktuatoren bestimmt und vorgegeben, d.h. bei einer Steuerung verwendet, werden.

Zweckmaßigerweise wird die Steuerung des einzuprägenden Schaltstroms in Abhängigkeit von der Schaltlage, insbesondere in Abhängigkeit von Endlagensignalen von Endlagenschalter Spulen ausgeführt. Hierdurch ist beispielsweise bei einem unipolaren magnetischen Aktuator ermöglicht, dass zusatzlich zur EIN- oder AUS-Schaltung eine so genannte SPAR-/RUHE- Schaltung realisierbar ist, dass heißt, bei erfolgter EIN- Schaltung wird der Schalt- oder Spulenstrom vom EIN-Schalt- strom auf exnen einstellbaren geringeren HALTE-Strom abgesenkt .

In einer weiteren Ausfuhrungsform der Erfindung wird anhand der ermittelten Schaltstromwerte mindestens eine Auslegungs- und/oder Steuergroße, insbesondere zukunftiger magnetischen Aktuatoren, z. B. Schaltzeitpunkt , Schaltzextdauer, Schalt- strom des betreffenden magnetischen Aktuators angepasst.

Insbesondere ist vorgesehen, dass die ermittelten, kalibrierten Schaltzeitdauern anhand von aktuell oder fortlaufend er- fassten Schaltstromwerten nachkalibriert werden. Hierdurch werden wahrend der Betriebsdauer des magnetischen Aktuators sich aufgrund von Verschleiß, z. B. verformte PoI- /Ankerflachen, ändernde Betriebsgroßen und/oder Parameter berücksichtigt, so dass weiterhin eine hohe Reproduzierbarkeit von Schaltvorgangen durch Spulensteuerung mittels sehr genauer kalibrierter und nachkalibrierter Schaltzeitdauer ermöglicht ist.

Zusatzlich kann aufgrund der Abhängigkeit der Schaltzeit von verschiedenen Betriebsparametern, wie Temperaturdifferenz der Spule/n, Spulenwiderstand, Spuleninduktivitat und Spulenspan-

nung, die keinen konstanten Wert aufweisen und somit zeitlich variieren können, die Schaltzeitdauern in Abhängigkeit von einem Temperaturverlauf, von welchem die Schaltzeitdauern proportional abhangig sind, bestimmt werden.

Auch können die ermittelten Schaltzeitdauern für die Schaltspulen anwendungsspezifisch parametriert und vorgegeben werden. Hierzu sind vorzugsweise mittels Strom- und/oder Spannungsmessungen des Netzstroms bzw. der Netzspannung verschie- dene Phasenlagen und zugehörige Schaltzeitpunkte sowie Schaltzeitdauern ermittelbar und parametrierbar .

Ausfuhrungsbeispiele der Erfindung werden anhand einer Zeichnung naher erläutert. Dabei zeigen:

Fig. 1 schematisch eine Vorrichtung zur Steuerung eines zwei Spulen umfassenden magnetischen Aktuators mit einer Steuereinheit, zwei Schaltmodulen und einem Kalibriermodul, Fig. 2 bis 4 schematisch verschiedene Ausfuhrungsbeispiele für eine Vorrichtung zur Steuerung eines unipolaren oder bipolaren magnetischen Aktuators mit: oder ohne Polwender .

Einander entsprechende Teile sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.

Figur 1 zeigt eine Vorrichtung 1 zur Steuerung eines magnetischen Aktuators 2, z. B. eines Relais oder Schutzes. Der mag- netische Aktuator 2 ist beispielsweise ein unipolarer, bipolarer oder bistabiler Magnetantrieb mit permanentmagnetischer Endlagenverriegelung für ein Schaltgerät, z. B. einen Mit- telspannungs-Leistungsschalter . Dabei dient eine der Spulen Ll als Einschaltspule und die andere Spule L2 als Aus- schaltspule.

Im Ausfuhrungsbeispiel nach Figur 1 ist der magnetische Aktuator 2 ein bistabiler Magnetantrieb, welcher zwei Spulen Ll

und L2 (z. B. Schutz- oder Relaisspulen), welche um einen nicht dargestellten Magnetkern in herkömmlicher Weise gewickelt sind, zur Betätigung eines nicht naher dargestellten Ankers in dem Magnetkern umfasst.

Zur Betätigung des Aktuators 2 umfasst die Vorrichtung 1 je Spule Ll, L2 ein zugehöriges Schaltmodul 3. Das jeweilige Schaltmodul 3 ist dabei in herkömmlicher Art und Weise mit einer Halbleiterschalterschaltung T, z. B. ein oder mehrere MOSFETs oder IGBTs, einer Ladediode D und einem Energiespeicher K ausgeführt. Der Energiespeicher K wird über ein Schaltnetzteil 13 mit Gleichspannung U ₃ versorgt.

Zur Steuerung der Schaltmodule 3 ist eine Steuereinheit 4 vorgesehen, über welche die Steuereinheit 4 Schaltbefehle EIN, AUS über eine Datenubertragungseinheit 8, von einem nicht naher dargestellten Schutzgerat, z. B. einer Sicherung, oder einem Leitgerat, z. B. einer Steuerzentrale, erhalt. Dabei kann die Datenubertragungseinheit 8 als eine einfache Kabelverbindung, ein Datenbus oder eine Funkverbindung ausgebildet sein.

Die Schaltmodule 3, insbesondere deren Eingange E und Ausgange A, sind über Verbindungselemente 10, z. B. Kabelverbin- düngen, mit Eingangen E und Ausgangen A der Steuereinheit 4 verbunden .

Zur überwachung der Endlage des magnetischen Aktuators 2 ist je Spule Ll, L2 eine Endlagenerkennung mittels Endlagenschal- tern 12 vorgesehen, die als Meldeeingang M mit der Steuereinheit 4 verbunden ist.

Im Normalbetrieb des magnetischen Aktuators 2 werden zur Bestromung der Spulen Ll, L2 Stromsequenzen SQ erzeugt, wel- che als Eingange E den Schaltmodulen 3 zur Steuerung des jeweiligen Spulenstroms I _L i, IL2 zugeführt werden. Dabei sind für verschiedene Arten von magnetischen Aktuatoren 2, z. B. Schutz oder Relais, und/oder für verschiedene Betriebsarten,

die nachfolgend naher beschrieben werden, verschiedene Stromsequenzen SQ hinterlegt.

Erfindungsgemaß umfasst die Steuereinheit 4 ein Kalibriermo- dul 14. Alternativ kann das Kalibriermodul 14 separat ausgebildet sein und über die Schnittstelle 6 an die Steuereinheit 4 gekoppelt sein.

Mittels des Kalibriermoduls 14 wird im Betrieb des Aktua- tors 2 ein auf die Spulen Ll, L2 jeweils einprägender Schaltstromverlauf I _L i(t), lL ₂ (t) ermittelt. Zur Erfassung des Schaltstromverlaufs i _L i(t), ∑ _L2 (t) sind Ausgange A am jeweiligen Schaltmodul 3 vorgesehen, an welche Messmodule zur Erfassung der Spulenstrome I _Li , I _L2 ansteckbar sind, wobei die Messergebnisse der Steuereinheit 4 zufuhrbar sind.

Im Ausfuhrungsbeispiel ist im jeweiligen Source-Abgang 15 ein Stromsensor S angeordnet, dessen Signal über den Ausgang A des Schaltmoduls 3 der Steuereinheit 4 zugeführt wird.

Anhand von im jeweiligen Schaltstromverlauf I _L i(t), I _L2 (t) ermittelten Schaltstromwerten I _L i(n), I _L2 (π) werden Scnaitzeit- dauern T _L i, T _L2 für eine jeweilige Einpragdauer des betreffenden Schaltstroms I _Li , I _L2 beim Einschalten und/oder Ausschal- ten kalibriert. Anhand dieser kalibrierten Schaltzeitdau- ern kT _L1 , kT _L2 wird dann das jeweilige Schaltmodul 3 mittels der Steuereinheit 4 entsprechend gesteuert.

Die jeweils ermittelten kalibrierten Schalt Zeitdauern T _LX , T _L2 und die zu diesen ermittelten Schaltstromverlaufe ∑ _L i(t), I _L2 (t) sind zweckmaßigerweise m einer Speichereinheit des Kalibriermoduls 14 speicherbar und werden der Steuereinheit 4 entsprechend zugeführt, anhand derer dann die Steuereinheit 4 in herkömmlicher Art und Weise die Spulen Ll, L2 ansteuert, bei welcher ein gesteuerter Einschaltvorgang durch entsprechende Stromempragung mit einem Schaltstrom I _L i, I _L2 und Regelung des Haltestroms sowie ein gesteuerter Ausschaltvorgang erfolgen .

Im Detail werden im Betrieb aktuell erfasste Schaltstromwerte I _LI (mom) , I _L2 (mom) und/oder ein aktuell erfasster Schaltstromverlauf I _LI (t _mom ) , lL2(t _mom ) bestimmt und mit hinter- legten, den kalibrierten Schaltzeitdauern T _L i, T _L2 zugehörigen Schaltstromwerten I _L i(n), I _L2 (π) und/oder hinterlegten Schaltstromverlaufen I _L i(t), l _L2 (t), welche als Sollwerte bzw. Sollwertkurven dienen, verglichen. Anhand des Vergleichs wird dann der einzuprägende Schaltstrom I _L i, I _L2 gesteuert.

Zusatzlich zur Stromerregung kann auch eine Ubererregung mittels Energiespeicherung in einem weiteren Kondensator für den Einschaltvorgang vorgesehen sein.

Insbesondere im Betrieb eines neuen Aktuators 2 nach dessen Fertigung zum so genannten Einfahren des Aktuators 2, um neben einem Kraftschluss einen Formschluss der PoI- /Kontaktflachen des Aktuators 2 zu erreichen, ist die Steuereinheit 4 zur Kalibrierung der Schaltzeitdauern T _L i, T _L2 der- art ausgebildet, dass diese nach einer vorgebbaren Anzahl von Schaltungen, z. B. 50 oder 100 EIN- oder AUS-Schaltungen, des Aktuators 2 diejenigen eingeprägten Schaitsiromwerte I _L i(n), I _L2 (n) des erfassten Schaltstromverlaufs I _L i(t), I _L2 (t) ermittelt, bei welchen die ermittelte Schaltzeitdauer T _L i, T _L2 eine vorgegebene Soll-Schaltzeitdauer Soll-T _L i, Soll-T _L 2 mit einer vorgegebenen Reproduzierbarkeit einhalten.

Als hinreichend genaue Reproduzierbarkeit wird dabei vorgegeben, dass Schaltzeitabweichungen dT relativ zum Stromnull- durchgang der Netzspannung U des zugehörigen Schaltgerates höchstens +/- 0.5 ms, bevorzugt +/- 0.1 ms betragen.

Durch eine derartige Auswertung von ermittelten Schaltstromwerten I _L i(n), I _L2 (n) aus dem erfassten Schaltstromverlauf I _L i(t), l _L2 (t) werden als kalibrierte Schaltzeitdauern kT _L i, kT _L2 diejenigen Schaltzeiten ermittelt, welche eine erforderliche hohe Reproduzierbarkeit sicherstellen. Somit ist auch eine Stromeinpragung ermöglicht, «bei welcher Temperaturein-

flusse innerhalb des Betriebstemperaturbereiches der Spulen Ll, L2 und des Magneten, z. B. von -25°C bis +70°C, keinen Emfluss auf die der Steuerung zugrunde liegenden kalibrierten Schaltzeitdauern kT _L1 , kT _L2 und deren Reprodu- zierbarkeit haben. Die schaltzeitabhangigen, d.h. zu den ermittelten kalibrierten Schaltzeitdauern kT _L χ, kT _L2 zugehörigen und ermittelten Schaltstromwerte lLi(kT _L i), l _L2 (kT _L 2) werden zusammen mit den ermittelten kalibrierten Schaltzeitdauern kT _Li , kT _L2 bevorzugt im Kalibriermodul 14 in einer nicht dargestellten Speichereinheit, z. B. m einer n-dimensionalen Tabelle, gespeichert und zur Steuerung des einprägenden Schaltstroms I _L1 , I _L2 im Betrieb des Aktuators 2 von der Steuereinheit 4 ausgelesen und genutzt.

Bei der Kalibrierung und der Ermittlung der kalibrierten Schaltzeitdauern kT _Li , kT _L2 kann die Ansteuerung der Spulen Ll, L2 von der Steuereinheit 4 variiert werden.

Dabei kann eine derart einfache Basiskalibπerung für eine dauerhafte und zuverlässige Reproduzierbarkeit der Schaltzeitdauern T _L i, T _L2 gegebenenfalls nicht ausreichend sein. Je nach Anwendungsfall kann die Steuerung des Aktuators 2 daher von weiteren Parametern abhangig erfolgen.

So kann die Steuerung des einprägenden Schaltstroms I _L1 , I _h2 in Abhängigkeit von der Schaltlage, insbesondere in Abhängigkeit von Endlagensignalen der Endlagenschalter 12 des Aktuators 2 ausgeführt werden. Bedingt durch die meist direkte mechanische Kopplung (= mechanische Zwangsfuhrung) der Endla- genschalter 12 mit dem Aktuator 2 eignet sich die daraus resultierende Meldung nicht allein für eine zeitliche Steuerung des Aktuators 2 anhand der identifizierten Endlage EIN oder AUS, da der Schalt- oder Spulenstrom I _L1 , I _L2 zu früh abge ^¬ schaltet werden wurde.

Die Steuerung der Spulen Ll, L2 mittels der Steuereinheit 4 wird bei einer vorhandenen Endlagenerkennung zusatzlich mit einer Zeitsteuerung kombiniert. Das heißt beispielsweise,

dass trotz identifizierter Endlage EIN oder AUS der Schaltstrom I _L i, I _L 2 für eine vorgegebene Zeitdauer (= parametπer- bare NachlaufZeitdauer) weiter eingeprägt wird, wobei die maximale Zeitdauer der ermittelten kalibrierten Schaltzeitdau- ern kT _L1 , kT _L2 entspricht, welche die NachlaufZeitdauer, wie z. B. Abkommutierungsdauer des Schaltstroms der Schaltspule Ll oder L2, Zeitdauer des Polwenders 16, einschließt.

Mit anderen Worten: Zur Einhaltung der Wiederholbarkeit der Schaltvorgange beim Einschalten und/oder beim Ausschalten wird die Steuerung des einzuprägenden Schaltstroms I _L i, I _L2 endlagen- und/oder zeitabhängig anhand der ermittelten kalibrierten Schaltzeitdauern kT _Li , kT _L2 einschließlich von pa- rametrierbaren NachlaufZeitdauern durchgeführt. Dabei werden beim Einschalten und/oder Ausschalten die gespeicherten kalibrierten Schaltzeitdauern kT _Li , kT _L2 mit den zugehörigen kalibrierten Schaltstromwerten I _L i(kT _L1 ), I _L2 (kT _L2 ) ausgelesen und zur Steuerung verwendet.

Des Weiteren kann anhand der ermittelten kalibrierten Schaltstromwerte l _L i(kT _L i), I _L2 (kT _L2 ) mindestens eine Steuerstromver- laurskurve ermittelt, annand derer dann gegebenenfalls zeitabhängige Bewegungs- und/oder Geschwindigkeitskurvenprofile für den Aktuator 2 ermittelt werden können, welche bei einer erweiterten Steuerung des Aktuators 2 genutzt werden können.

Auch können anhand von fortlaufend ermittelten, aktuellen Schaltstromwerte I _L i(n), I _L2 (π) mindestens eine Auslegungs- und/oder Steuergroße sowie fertigungsbedingte Toleranzgroße, insbesondere Schaltzeitpunkte sowie die ermittelten kalibrierten Schaltzeitdauern kT _L i, kT _L2 des magnetischen Aktuators 2 angepasst und nachkalibriert werden, wodurch über die gesamte Lebensdauer des Aktuators 2 eine sehr genaue Wiederholbarkeit von Schaltvorgangen ermöglicht ist.

Figuren 2 bis 4 zeigen verschiedene Ausfuhrungsbeispiele für eine Vorrichtung 1 zur Steuerung eines unipolaren oder bipolaren magnetischen Aktuators 2 mit oder ohne Polwender 16.

Dabei kann die Vorrichtung 1 im Ausfuhrungsbeispiel nach Figur 2 ein einzelnes Schaltmodul 3 zur Steuerung der Spulen Ll, L2 (einer Einschaltspule und einer Ausschaltspule), die parallel oder in Reihe oder antiparallel und in Reihe geschaltet sind, vorgesehen sein. Dem Schaltmodul 3 ist in diesem Ausfuhrungsbeispiel ein Polwender 16 nachgeschaltet, der die Stromflussrichtung des einprägenden Schaltstroms I _L i, I _L2 umkehrt. Diese Vorrichtung 1 dient z. B. der Ansteuerung per- manentmagnetisch verriegelter monostabiler (unipolarer) Aktu- atoren 2.

Figur 3 zeigt eine alternative Ausfuhrungsform mit zwei Schaltmodulen 3 und zwei Polwendern 16 sowie einem wahlweise zuschaltbarem Kalibriermodul 14, wobei ein Schaltmodul 3 und ein Polwender 16 einer der Spulen Ll oder L2 zugeordnet sind. Das heißt, die Einschaltspule und die Ausschaltspule des Ak- tuators 2 werden jeweils vom zugehörigen Schaltmodul 3 bei aktiviertem Kalibriermodul 14, mit kalibrierten Schaltzeit- dauern kT _L1 , kT _L2 und zugehörigen kalibrierten Schaltstromwerten l _L i(kT _L i), l _L2 (kT _L2 ) separat gesteuert. Bei deaktiviertem Kalibriermodul 14 erfolgt die Steuerung der Spulen Ll, L2 in herkömmlicher Art und Weise.

Figur 4 zeigt eine einfache Vorrichtung 1 ohne Polwender 16 für verschiedene Betriebsweisen zur Spulenansteuerung mit zwei Leistungs- oder Schaltmodulen 3 zur separaten Steuerung der Spulen Ll und L2 und einem aktivierbaren Kalibriermodul 14 zur Steuerung der Spulen Ll, L2 mittels kalibrierter Schaltzeitdauern kT _L1 , kT _L2 bei aktiviertem Kalibriermodul 14 oder in herkömmlicher Weise bei deaktiviertem Kalibriermodul 14.

Unabhängig vom Aufbau der Vorrichtung 1 können verschiedene Betriebsarten bei der Spulenansteuerung realisiert werden. So können beispielsweise jeweils vier Betriebsarten mit einer Endlagenerkennung und vier Betriebsarten ohne eine Endlagenerkennung mittels der Steuereinheit 4 ausgeführt werden.

Auch können zusatzlich zu den bereits in den Figuren 2 bis 4 beschriebenen sechs Betriebsarten zwei weitere Betriebsarten realisiert werden. Dabei ist ein Schaltmodul 3 zur Ansteue- rung von parallel geschalteten Spulen Ll, L2 ohne Polwender 16 und ohne Kalibriermodul 14, wobei bei einer Betriebsart eine oder bei der anderen keine Endlagenerkennung der jeweiligen Spule Ll, L2 bei der Steuerung berücksichtigt wird.

Je nach Anwendungsfall können die Schaltimpulse für die Spulen Ll, L2 gemeinsam oder getrennt durch Einschalt- oder Ausschaltbefehle getriggert werden. Alternativ kann der Schaltimpuls der jeweiligen Spule Ll, L2, deren Spulenstrom I _L i, I _L2 das Magnetfeld kompensieren soll, verzögert eingeschaltet werden.

Be zugs zeichenl i ste

1 Vorrichtung

2 Aktuator

3 Schaltmodul

4 Steuereinheit

8 Datenübertragungseinheit

10 Verbindungselemente

12 Endlagenschalter

13 Schaltnetzteil

14 Kalibriermodul

15 Source-Abgang

16 Polwender

A Ausgänge dT Schalt zeitabweichungen

D Ladediode

E Eingänge

I _L i, I _L2 Spulenströme I _L i(kT _L1 ), I _L2 (kT _L2 ) Schaltstromwerte

I _LI (π) , I _L2 (π) Schaltstromwerte i _L i(t), ∑ _L2 (t) Schaltstromverlauf

K Kondensator kT _Li , kT _L2 kalibrierte Schaltzeitdauer Ll, L2 Spulen

S Stromsensor

SOII-T _LI , Soll-T _L2 Soll-Schaltzeitdauer

SQ Stromsequenzen

T Halbleiterschaltung T _L i, T _L2 Schaltzeitdauer

U Netzspannung

U ₃ Gleichspannung