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Die
Erfindung betrifft ein Schaltgerät,
insbesondere ein elektromagnetisches Schaltgerät, mit einem Netzteil und einem
Schaltelement, insbesondere einem elektromagnetischen Schaltelement,
z. B. einem Schütz
oder dergleichen. Das Netzteil ist in an sich bekannter Art und
Weise mit einer externen Versorgungsspannung versorgbar und an das
Schaltelement ist in ebenfalls an sich bekannter Art und Weise ein
externer Verbraucher, z. B. ein Motor, anschließbar. Mit dem Schaltgerät ist eine
von dessen Netzteil generierte Betriebsspannung über eine vom Netzteil ausgehende
Betriebsspannungsleitung dem Verbraucher über das Schaltelement zuführbar. Der
jeweilige Verbraucher wird dann bestromt, also aktiviert, wenn das
Schaltelement angesteuert wird oder ist.
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Bei
derartigen Schaltgeräten
ist bekannt, dass im Bereich des Netzteils oder durch das Netzteil eine
elektronische Spannungsauswertung durchgeführt wird, um in Abhängigkeit
von der angelegten externen Versorgungsspannung das Schaltelement
zu aktivieren und den jeweiligen Verbraucher zu bestromen. Für derartige
Spannungsauswertungen ist bekannt, dass diese für anliegende Gleich- oder Wechselspannungen über einen
definierten Zeitraum Daten hinsichtlich der externen Versorgungsspannung sammeln,
um einen Mittelwert berechnen zu können. Gleich- oder Wechselspannungen
lassen sich bekanntlich dadurch unterscheiden, dass Spitzenwerte einer
Wechselspannung höher
sind als der konstante Wert einer vergleichbaren Gleichspannung.
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Bei
bekannten Geräten
der eingangs genannten Art ist ebenfalls vorgesehen, dass in einem Eingangskreis
ein Kondensator zur Verbesserung einer elektromagnetischen Verträglichkeit
(EMV) vorgesehen ist. Ein solcher Kondensator oder elektrischer
Energiespeicher wird im Folgenden als Eingangskondensator bezeichnet.
Auch wenn solche Eingangskondensatoren zur Verbesserung von EMV-Eigenschaften
nützlich
und mitunter notwendig sind, ergibt sich mit deren Verwendung der
Nachteil, dass beim Ausschalten der externen Versorgungsspannung
elektrische Leistung gespeichert wird und sich der Eingangskondensator
nur langsam entlädt. Das
Entladeverhalten des Eingangskondensators beeinflusst wiederum die
von der Spannungsauswertung aufgenommenen Daten. Dadurch kann es
bei der Spannungsauswertung zu Fehlern kommen, weil z. B. aufgrund
fehlender Nulldurchgänge
eine Gleichspannung angenommen wird und durch die höheren Spitzenwerte
zusätzlich
eine zu hohe Spannung angenommen wird.
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Bekannte
Ansätze
versuchen dieses Problem dadurch zu lösen, dass zur schnellen Entladung des
oder jedes Eingangskondensators parallel zum Eingang über den
dem Schaltgerät
die externe Versorgungsspannung zuführbar ist, ein Widerstand geschaltet
wird. Diese Lösung
hat allerdings hohe Verlustleistung oder lange Entladezeitkonstanten
zur Folge.
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Eine
Aufgabe der Erfindung besteht entsprechend darin, eine alternative
Ausführungsform
eines Schaltgeräts
der eingangs genannten Art anzugeben, bei dem die o. g. Nachteile
vermieden oder zumindest ihre Auswirkungen reduziert werden und
mit dem eine schnelle Entladung von dem oder jedem im Eingangskreis
angeordneten Energiespeicher möglich
ist.
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Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß mit einem
Verfahren mit den in Anspruch 1 angegebenen Merkmalen gelöst. Dazu
ist bei einem Verfahren zum Betrieb eines Schaltgeräts mit einem
Netzteil und einem Schaltelement, wobei das Netzteil mit einer externen
Versorgungsspannung versorgt wird und an das Schaltelement ein externer
Verbraucher angeschlossen ist, wobei mit dem Schaltelement eine
vom Netzteil generierte Betriebsspannung über eine vom Netzteil ausgehende
Betriebsspannungsleitung dem Verbraucher zuführbar ist und wobei das Netzteil
zumindest einen elektrischen Energiespeicher umfasst, der zwischen
die Betriebsspannungsleitung und ein Bezugspotential geschaltet
ist, vorgesehen, dass bei Abschalten des Verbrauchers, also bei
Wegnahme der externen Versorgungsspannung, dieser durch Aktivierung
des Schaltelements kurzzeitig aus der im elektrischen Energiespeicher
gespeicherten Energie bestromt wird.
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Die
o. g. Aufgabe wird auch mit einem korrespondierenden Schaltgerät gelöst, das
zur Durchführung
des vorstehend skizzierten und nachfolgend weiter beschriebenen
Verfahrens geeignet und vorgesehen ist. Dazu ist vorgesehen, dass
bei einem derartigen Schaltgerät
der elektrische Energiespeicher ein Kondensator ist.
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Vorteilhafte
Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche. Dabei
verwendete Rückbeziehungen
weisen auf die weitere Ausbildung des Gegenstandes des Hauptanspruches
durch die Merkmale des jeweiligen Unteranspruches hin; sie sind
nicht als ein Verzicht auf die Erzielung eines selbständigen,
gegenständlichen Schutzes
für die
Merkmalskombinationen der rückbezogenen
Unteransprüche
zu verstehen. Des Weiteren ist im Hinblick auf eine Auslegung der
Ansprüche
bei einer näheren
Konkretisierung eines Merkmals in einem nachgeordneten Anspruch
davon auszugehen, dass eine derartige Beschränkung in den jeweils vorangehenden
Ansprüchen
nicht vorhanden ist.
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Bevorzugt
erfolgt das kurzzeitige Bestromen des angeschlossenen oder anschließbaren Verbrauchers
während
einer vorgegebenen oder vorgebbaren Entladezeit. Die Dauer der Entladezeit
ist dabei einerseits auf eine Speicherkapazität des Energiespeichers und
andererseits eine Trägheit
des Verbrauchers abgestimmt. Durch eine derartige Abstimmung wird
erreicht, dass durch das Bestromen einerseits der Energiespeicher
vollständig
oder zumindest für
die unverfälschte
Spannungsauswertung ausreichend entladen wird und dass andererseits
der Verbraucher nicht ungewollt in Betrieb gesetzt wird. Bei einem
Motor als Beispiel für
einen Verbraucher führt ein
kurzzeitiges Bestromen, wenn die Dauer, also die Entladezeit, klein
genug ist, noch nicht zu einer Bewegung des Motors, so dass mit
dem kurzzeitigen Bestromen z. B. keine Gefahr für durch den Motor angetriebene
Einheiten oder für
Bedienpersonal besteht.
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Das
kurzzeitige Bestromen erfolgt darüber hinaus gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform im
Anschluss an eine vorgegebene oder vorgebbare Wartezeit nach Abschalten
des Verbrauchers, weil elektromagnetische Schaltgeräte aufgrund
ihrer Massenträgheit
nicht in „Nullzeit” ausgeschaltet
werden können.
Entsprechend ist die Einplanung einer Wartezeit notwendig. Wird
eine solche Wartezeit nicht abgewartet, kann es dazu kommen dass
sich die Ausschaltzeit verlängert
und es dadurch zu einem Fehlverhalten des Verbrauchers kommt.
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Das
hier skizzierte und nachfolgend weiter beschriebene Verfahren wird
bevorzugt als Computerprogramm oder als Programmcode für einen
Mikrocontroller mit durch einen Computer bzw. einen Mikrocontroller
ausführbaren
Programmcodeanweisungen implementiert. Insofern betrifft die Erfindung auch
derartigen Programmcode zur Ausführung
des vorstehend beschriebenen und nachfolgend weiter erläuterten
Verfahrens. In gleicher Weise betrifft die Erfindung auch ein Computerprogrammprodukt,
insbesondere eine Speichermedium und dergleichen, oder einen Mikrocontroller
mit derartigem Programmcode. Alle Möglichkeiten zur Implementation
des Verfahrens in Soft-, Hard- und/oder
Firmware werden hier unter der Bezeichnung ”Mittel zur Implementation
des Verfahrens” zusammengefasst.
Damit betrifft die Erfindung schließlich auch ein Schaltgerät der eingangs
genannten Art mit einer Steuerschaltung, die solche Mittel zur Implementation
des Verfahrens umfasst oder Zugriff auf solche Mittel hat, also
z. B. eine Steuerschaltung mit einem solchen Computerprogramm oder
einen als Steuerschaltung fungierenden Mikrocontroller mit solchem
Programmcode.
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Eine
bevorzugte Ausführungsform
des Schaltgerätes
zeichnet sich dadurch aus, dass die Warte- und die Entladezeit in
der Steuerschaltung codiert sind und mittels der Steuerschaltung
nach Abschalten des Verbrauchers das Verstreichen der Wartezeit
feststellbar und nach Verstreichen der Wartezeit der Verbraucher
für die
Dauer der Entladezeit bestrombar, also aktivierbar, ist.
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Nachfolgend
wird ein Ausführungsbeispiel der
Erfindung anhand der Zeichnung näher
erläutert. Einander
entsprechende Gegenstände
oder Elemente sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen
versehen.
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Das
oder jedes Ausführungsbeispiel
ist nicht als Einschränkung
der Erfindung zu verstehen. Vielmehr sind im Rahmen der vorliegenden
Offenbarung zahlreiche Abänderungen
und Modifikationen möglich,
insbesondere solche Varianten und Kombinationen, die zum Beispiel
durch Kombination oder Abwandlung von einzelnen in Verbindung mit
den im allgemeinen oder speziellen Beschreibungsteil beschriebenen
sowie in den Ansprüchen
und/oder der Zeichnung enthaltenen Merkmalen bzw. Elementen oder
Verfahrensschritten für
den Fachmann im Hinblick auf die Lösung der Aufgabe entnehmbar
sind und durch kombinierbare Merkmale zu einem neuen Gegenstand
oder zu neuen Verfahrensschritten bzw. Verfahrensschrittfolgen führen.
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Es
zeigen
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1 eine
schematisch vereinfachte Prinzipdarstellung eines Schaltgerätes gemäß der Erfindung
und
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2 bis 4 Signalverläufe für in einem Eingangszweig
des Schaltgerätes
messbare Spannungen.
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1 zeigt
ein insgesamt mit 10 bezeichnetes Schaltgerät mit einem
Netzteil 12 und einem Schaltelement 14, z. B.
einem Schütz
oder dergleichen. Das Netzteil 12 ist mit einer an Anschlussklemmen
A1, A2 anlegbaren externen Versorgungsspannung speisbar. An das
Schaltelement 14 ist ein externer Verbraucher 16 anschließbar, wobei
in der Darstellung als Beispiel ein Motor M gezeigt ist. Mit dem Schaltelement 14 ist
eine vom Netzteil 12 generierte Betriebsspannung über eine
vom Netzteil 12 ausgehende Betriebsspannungsleitung 18 dem
Verbraucher 16 zuführbar.
Das Netzteil 12 weist zumindest einen elektrischen Energiespeicher 20,
exemplarisch in 1 als Kondensator C gezeigt,
auf, der zwischen die Betriebsspannungsleitung 18 und ein
Bezugspotential, hier Massepotential, geschaltet ist. Das Netzteil 12 weist
einen Wandler 22 auf, der aus der an A1, A2 anliegenden
externen Versorgungsspannung die Betriebsspannung generiert. Des
Weiteren weist das Schaltgerät 10 eine
Steuerschaltung 24 auf, die zur Aktivierung des Schaltelementes 14 und
zum damit bewirkten Durchschalten der Betriebsspannung auf den Verbraucher 16 vorgesehen ist.
Bei aktiviertem Schaltelement 14 wird der Verbraucher 16 also „bestromt”.
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Entweder
der Wandler 22 und/oder die Steuerschaltung 24 führen eine
Auswertung der externen Versorgungsspannung aus. Dazu werden als
Spannungsauswertung über
einen definierten Zeitraum Daten bezüglich der externen Versorgungsspannung gesammelt
und ein Mittelwert berechnet. Zusätzlich wird eine Entscheidung
getroffen, ob als externe Versorgungsspannung eine Wechselspannung
oder ein Gleichspannung anliegt. Spitzenwerte sind bei Wechselspannung
bekanntlich höher
als bei Gleichspannung. Liegt als externe Versorgungsspannung z.
B. eine Wechselspannung an, wird diese durch den Wandler 22 gleichgerichtet,
wie 2 zeigt.
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Wenn
die externe Versorgungsspannung abgeschaltet wird, entlädt sich
der Energiespeicher 20, also im dargestellten Fall der
Kondensator C, und für die
Spannungsauswertung kann sich eine Signalform ergeben, wie diese
in 3 dargestellt ist. Bei einer solchen Signalform
wird der Mittelwert derart verfälscht,
dass durch die Spannungsauswertung eine zu hohe Spannung erkannt
wird. Wegen fehlender Nulldurchgänge
kann es auch dazu kommen, dass eine falsche Spannungsart angenommen
wird, hier z. B. Gleichspannung. Aufgrund solcher Fehlauswertungen
kann es dazu kommen, dass der Verbraucher 16 ungewollt
wieder zugeschaltet wird.
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Um
dies zu vermeiden, ist gemäß der Erfindung
vorgesehen, dass beim Abschalten des Verbraucher 16, also
bei Wegnahme der externen Versorgungsspannung, dieser gesteuert
durch Aktivierung des Schaltelements 14 kurzzeitig aus
der im elektrischen Energiespeicher 20 gespeicherten Energie
bestromt wird. Dadurch wird der Energiespeicher 20 definiert
und kontrolliert entladen, so dass sich für die Spannungsauswertung ein
Signal ergibt, wie dies exemplarisch in 4 dargestellt
ist. Der Energiespeicher 20 wird also sehr viel schneller
entladen, als dies bei der in 3 dargestellten
Situation der Fall ist. Fehlerhafte Spannungsauswertungen sind damit wirksam
verhindert oder zumindest reduziert.
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Für eine gesteuerte
und definierte Entladung des Energiespeichers 20 ist vorgesehen,
dass das kurzzeitige Bestromen des jeweiligen Verbrauchers 16 aus
der im Energiespeicher 20 verbliebenen elektrischen Restenergie
während
einer vorgegebenen oder vorgebbaren Entladezeit erfolgt. Diese ist
insbesondere auf eine Speicherkapazität des Energiespeichers 20 und
eine Trägheit
des Verbrauchers 16 abgestimmt, derart, dass der Energiespeicher 20 ausreichend
entladen und der Verbraucher 16, wenn überhaupt, nur unmerklich in
Betrieb gesetzt wird. Bei einem Motor M als Beispiel für einen
Verbraucher 16 ist bei einer ausreichend kurzen Bestromung – also einer
ausreichend kurzen Entladezeit, während derer eine solche Bestromung
erfolgt – aufgrund
der Massenträgheit
der involvierten beweglichen Komponenten keine unerwünschte Bewegung
zu besorgen. Das kurzzeitige Bestromen des jeweiligen Verbrauchers 16 erfolgt
im Anschluss an eine vorgegebene oder vorgebbare Wartezeit nach
Wegnahme der externen Versorgungsspannung. Die Steuerschaltung umfasst
dazu Hardware- und/oder Softwaremittel zur Implementation des beschriebenen
Verfahrens. Insbesondere sind dafür die Warte- und Entladezeit
in der Steuerschaltung 24 codiert. Mittels der Steuerschaltung 24 wird
nach Abschalten des Verbrauchers 16 durch Wegnahme der
externen Versorgungsspannung das Verstreichen der Wartezeit abgewartet
und nach Verstreichen der Wartezeit der Verbraucher 16 für die Dauer
der Entladezeit bestromt, so dass der Energie speicher 20 entladen
oder zumindest ausreichend entladen wird.
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Damit
lässt sich
die Erfindung kurz wie folgt darstellen:
Mit Schaltgeräten 10 der
hier beschriebenen Art, insbesondere Niederspannungsschaltgeräten, lassen sich
Strombahnen, also z. B. die oder jede hier beschriebene Betriebsspannungsleitung 18,
zwischen einer elektrischen Versorgungseinrichtung und Verbrauchern 16,
und damit deren Betriebsströme
schalten. D. h., indem vom Schaltgerät 10, insbesondere mittels
einem davon umfassten Schaltelement 14, Strombahnen geöffnet werden,
lassen sich die angeschlossenen Verbraucher 16 sicher ein-
und ausschalten. Ein elektrisches Niederspannungsschaltelement 14,
wie beispielsweise ein Schütz,
ein Leistungsschalter, ein Kompaktstarter usw., weist zum Schalten
der Strombahnen einen oder mehrere Hauptkontakte auf, die von einem
oder auch mehreren Steuermagneten mittels einer dafür vorgesehenen
Steuerschaltung 24 gesteuert werden können. Zur Vermeidung fehlerhafter
Spannungsauswertungen im Bereich eines Netzteils 12 bei
gleichzeitigem Erhalt einer ausreichenden elektromagnetischen Verträglichkeit
wird ein aus EMV-Gesichtspunkten vorgesehener elektrischer Energiespeicher 20,
insbesondere ein Kondensator, dadurch gesteuert entladen, dass beim
Abschalten des jeweiligen Verbrauchers 16 dieser durch
gesteuerte Aktivierung des Schaltelements 14 kurzzeitig
aus der im Energiespeicher 20 noch gespeicherten Energie
bestromt wird.