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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein elektronisches Schaltgerät, insbesondere
einen Kompaktwendestarter.
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Elektronische
Schaltgeräte,
insbesondere Kompaktwendestarter, sollen nach Möglichkeit in nur einem kompakten
Gehäuse
alle aktuellen Anforderungen im Aufbau von Verbraucherabzweigen
erfüllen.
Es sind jedoch bislang nur Kompaktwendestarter mit zwei extern aufgebauten
Schützen
mit Verriegelung zur Verhinderung eines Phasenkurzschlusses bekannt.
Elektronische Schaltgeräte
mit Weitbereichsspulenansteuerungen werden üblicherweise um Anzugs- und
Halteerregung einzustellen mittels eines Schaltelements, insbesondere
eines Transistors, getaktet. D. h., jeder einzelne Magnetantrieb
der zwei Schütze
wird über
ein eigenes Schaltelement von einem Mikrokontroller angesteuert.
Ferner werden elektronische Schaltgeräte mit Weitbereichsspulenansteuerungen üblicherweise
im Anzugs- und Haltestrom begrenzt. Dies geschieht meist mittels
eines Shunts. Über
diesen wird das Schaltelement gesteuert, welches die Spule mit Strom
versorgt. D. h., jedem Schaltelement ist ein eigener Shunt zuzuordnen.
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Nachteilig
bei derartigen bekannten Kompaktwendestartern mit zwei extern aufgebauten Schützen ist,
dass für
beide Magnetantriebe, d. h. den Rechtsantrieb und den Linksantrieb,
jeweils ein Schaltelement und ein Shunt zugeordnet ist, was einen
erhöhten
Hardware-, Verkabelungs- und Platzaufwand bedeutet.
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Die
Aufgabe der Erfindung ist es, ein kompaktes elektronisches Schaltgerät, insbesondere
einen Kompaktwendestarter, zu schaffen, das/der mit möglichst
wenig Hardware, Verkabelungs- und Platzaufwand
realisiert werden kann und gleichzeitig eine hohe Funktionalität sowie
Flexibilität
aufweist.
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Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein
elektronisches Schaltgerät
mit den Merkmalen gemäß dem unabhängigen Patentanspruch
1 sowie durch ein elektronisches Schaltgerät mit den Merkmalen gemäß dem unabhängigen Patentanspruch
3 gelöst.
Weitere Merkmale und Details der Erfindung ergeben sich aus den
Unteransprüchen,
der Beschreibung sowie den Zeichnungen. Merkmale und Details die
im Zusammenhang mit dem elektronischen Schaltgerät gemäß dem unabhängigen Patentanspruch 1m beschrieben
sind gelten dabei selbstverständlich
auch im Zusammenhang mit dem elektronisches Schaltgerät gemäß dem unabhängigen Patentanspruch
3 und jeweils umgekehrt.
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Die
Aufgabe der Erfindung wird durch ein elektronisches Schaltgerät, aufweisend
erste Steuerspeisespannungsanschlüsse, einen Mikrokontroller und
einen ersten Magnetantrieb, der über
ein Schaltelement von dem Mikrokontroller getaktet ansteuerbar ist,
bei dem das elektronische Schaltgerät zweite Steuerspeisespannungsanschlüsse und
einen zweiten Magnetantrieb aufweist, der identisch zum ersten Magnetantrieb
ausgebildet ist, und bei dem der zweite Magnetantrieb über dasselbe
Schaltelement getaktet von dem Mikrokontroller ansteuerbar ist,
gelöst.
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Kern
der Erfindung ist ein kompaktes elektronisches Schaltgerät, welches
zwei identische Magnetsysteme mit gleicher Spulenauslegung aufweist. Zur
Vereinfachung des elektronischen Schaltgerätes werden beide Magnetantriebe
durch ein und dasselbe Schaltelement getaktet von einem einzigen
Mikrokontroller angesteuert. Der Wegfall eines zweiten Schaltelementes
erspart neben der Hardwareeinsparung einen erhöhten Verdrahtungsaufwand und Platzbedarf.
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Das
kompakte elektronische Schaltgerät weist
erste Steuerspeisespannungsanschlüsse auf, über die der erste Magnetantrieb
mit einer ersten Spannung versorgt wird und zweite Steuerspeisespannungsanschlüsse auf, über die
der zweite Magnetantrieb mit einer zweiten Spannung versorgt wird. Die
beiden unterschiedlichen Spannungen für die beiden Magnetantrie be
werden über
den einen Mikrokontroller ausgewertet und dementsprechend das eine
erforderliche Schaltelement angesteuert oder von dem Magnetantrieben
getrennt. Vorteilhafterweise benötigt
der Mikrokontroller nur einen Ausgang zur Ansteuerung des Schaltelementes.
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Ein
derartiges elektronisches Schaltgerät kann klein dimensioniert
werden. D. h., der Platzbedarf auf der Leiterplatte des elektronischen
Schaltgerätes
ist minimiert. Ferner werden durch ein derartiges elektronisches
Schaltgerät
die Störeinkopplungsmöglichkeiten
halbiert.
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Bevorzugt
ist ein elektronisches Schaltgerät, bei
dem zwischen dem Mikrokontroller und dem Schaltelement ein Shunt
vorgesehen ist, um das Schaltelement zu begrenzen. Durch den Shunt
kann die elektronische Weitbereichsspulenansteuerung im Anzugs-
und Haltestrom begrenzt werden. D. h., bei dem elektronischen Schaltgerät ist zur
Vereinfachung der Schaltung das Regelelement ”Shunt” für beide Magnetantriebe gleich.
Daher wird am Mikrokontroller nur ein Eingang für die Messgröße ”Shunt” benötigt. Über den
einen Shunt können
die Ansteuerströme
der Magnetantriebe gemessen werden. Ein Shunt ist ein niederohmiger
elektrischer Widerstand. Dieser dient zur Messung von Strömen bzw.
zur Messbereichserweiterung bei Strommessungen.
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Die
Erfindung wird ebenfalls durch ein elektronisches Schaltgerät, aufweisend
erste Steuerspeisespannungsanschlüsse, einen Mikrokontroller
und einen ersten Magnetantrieb, der über ein Schaltelement getaktet
von dem Mikrokontroller ansteuerbar ist, wobei das elektronische
Schaltgerät
zweite Steuerspeisespannungsanschlüsse und einen zweiten Magnetantrieb
aufweist, der identisch zum ersten Magnetantrieb ausgebildet ist,
wobei der zweite Magnetantrieb über
ein zweites Schaltelement getaktet von dem Mikrokontroller ansteuerbar
ist, und wobei zwischen dem Mikrokontroller und den beiden Schaltelementen
ein Shunt vorgesehen ist, um die beiden Schaltelemente zu begrenzen,
gelöst.
Hier wird die Vereinfachung des elekt ronischen Schaltgerätes dadurch
erzielt, dass nur ein einziger Shunt für beiden Schalttransistoren
vorgesehen ist. Ganz besonders bevorzugt ist ein elektronisches
Schaltgerät,
das sowohl nur ein Schaltelement als auch nur einen Shunt ausweist.
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Das
Schaltelement bzw. die Schaltelemente des elektronischen Schaltgerätes ist/sind
vorzugsweise als Transistor ausgebildet. Der Mikrokontroller weist
nur einen Ausgang zur Ansteuerung des Transistors bzw. der Transistoren
auf. Ferner weist der Mikrokontroller auch nur einen Eingang zur
Aufnahme einer Messgröße des Shunts
auf.
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Ferner
ist ein elektronisches Schaltgerät
bevorzugt, bei dem den ersten Steuerspeisespannungsanschlüssen und
den zweiten Steuerspeisespannungsanschlüssen wenigstens ein Gleichrichter nachgeschaltet
ist. Der wenigstens eine Gleichrichter wandelt eine Wechselspannung
in eine Gleichspannung um. Hierdurch kann das elektronische Schaltgerät aus dem
mit einer Wechselspannung betriebenen Stromnetz mit einer Gleichspannung
versorgt werden. Vorteilhafterweise kann sowohl den ersten als auch
den zweiten Steuerspeisespannungsanschlüssen ein eigener Gleichrichter
nachgeschaltet sein.
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Des
Weiteren ist ein elektronisches Schaltgerät bevorzugt, bei dem der Mikrokontroller
zur Ansteuerung der wenigstens zwei Magnetantriebe Mittel zur Pulsweitenmodulation
und/oder zur Stromregelung aufweist. D. h., um Verluste in den Magnetantrieben
zu reduzieren, müssen
die Spulen der Magnetantriebe getaktet, mit einer Pulsweitenmodulation (PWM),
oder stromgeregelt angesteuert werden. Der Mikrokontroller steuert
die wenigstens zwei Magnetantriebe bzw. Spulenantriebe mittels einer
Pulsweitenmodulation und zweier Stromregelungen im Anzug an.
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Die
Pulsweitenmodulation ermöglicht
die Anpassung des Pulsweitenverhältnisses
mit der Regelgröße „Eingangsspannung” bei den
Schätzantrieben. Der
Mikrokontroller hat einen speziellen Pulsweitenmodulations-Ausgang
integriert. Bei der Pulsweitenmodulation werden Impulse mit voller
Spannung, aber variabler Breite an die Last gesendet. Ein Rechtecksignal
mit konstanter Frequenz wird also mit einem bestimmten Tastverhältnis moduliert.
Eine Pulsweitenmodulation ist also charakterisiert durch ihre Frequenz
und ihr Tastverhältnis.
Der Vorteil der Ansteuerung der Magnetantriebe mittels Pulsweitenmodulation
ist, dass weniger Leistung verbraucht wird, da nicht permanent eine
Eingangsspannung anliegt, die von einer Elektronik auf die gewünschte Magnetantriebesspannung
heruntergeregelt wird, sondern die Magnetantriebe durch die Breite
der Schaltimpulse gesteuert werden können.
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Durch
die Pulsweitenmodulation ist es möglich, dass auch Verbraucher
mit niedrigeren Nennspannungen an weit höheren Spannungen betrieben werden
können.
Dadurch, dass man die Pulsweite reduziert, reduziert man die im
Mittel am Verbraucher anliegende Spannung bzw. den durch den Verbraucher
fließenden
Strom bzw. die vom Verbraucher aufgenommene Leistung.
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Der
große
Vorteil der Pulsweitenmodulation ist der gute Wirkungsgrad. Bei
der Verwendung eines Digital-Analog-Wandler mit einem nachgeschalteten analogen
Verstärker
zur Ansteuerung der Magnetantriebe, würde im Verstärker eine
sehr hohe Verlustleistung in Wärme
umgewandelt werden. Das Erzeugen hoher Verlustleistungen wird dagegen
durch einen einzigen Mikrokontroller mit einer Pulsweitenmodulationsfunktionalität deutlich
reduziert.
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Das
elektronische Schaltgerät
ist vorzugsweise als ein Kompaktwendestarter ausgebildet, bei dem
der erste und der zweite Magnetantrieb als zwei identische Schätzantriebe
ausgebildet sind. Ferner ist das elektronische Schaltgerät, insbesondere
der Kompaktwendestarter, auf einer einzigen Leiterplatte angeordnet.
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Die
Erfindung wird nun anhand von nicht ausschließlichen Ausführungsbeispielen,
unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen, näher erläutert. Es
zeigen:
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1 eine
schematische Darstellung eines elektronischen Schaltgerätes mit
einem Transistor und zwei Magnetantrieben;
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2 eine
schematische Darstellung eines elektronischen Schaltgerätes mit
einem Shunt.
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1 zeigt
eine schematische Darstellung eines elektronischen Schaltgerätes 1 mit
zwei Magnetantrieben 3, 5. Jeder der beiden Magnetantriebe 3, 5 wird
durch eine eigene Spannung, die über
die ersten A1, A2 und zweiten Steuerspeisespannungsanschlüssen B1,
B2 eingespeist wird betrieben. Zur Ansteuerung der beiden Magnetantriebe 3, 5 ist
ein einziger Mikrokontroller 2 vorgesehen, der die beiden Magnetantriebe 3, 5 über den
Schalttransistor 4 getaktet ansteuert. D. h., der eine
Schalttransistor 4 ist zur Ansteuerung beider Magnetantriebe 3, 5 vorgesehen.
Die beiden Magnetantriebe 3, 5 sind mit einer identischen
Spulenauslegung ausgebildet, wobei einer einen Linksantrieb und
einer einen Rechtsantrieb aufweist. Folgerichtig weist der Mikrokontroller 2 auch
nur einen Ausgang zur Ansteuerung des Schalttransistors 4 auf.
Dies spart zum einen Verkabelungsaufwand und zum anderen einen weiteren
Schalttransistor, wie aus dem Stand der Technik bekannt. Der Platzbedarf
auf der Leiterplatte kann dadurch reduziert werden. Ferner werden
die beiden unterschiedlichen Spannungen an den Steuerspeisespannungsanschlüssen A1,
A2 bzw. B1, B2 für
den ersten 3 und den zweiten Magnetantrieb 5 über den
Mikrokontroller 2 ausgewertet und entsprechend der Transistor 4 angesteuert.
Das elektronische Schaltgerät 1 weist
zwischen dem Mikrokontroller 2 und dem Transistor 4 nur
ein Shunt 7 auf, um den Transistor 4 zu begrenzen.
Durch den Shunt 7 kann die elektronische Weitbereichsspulenansteuerung
im Anzugs- und Haltestrom begrenzt werden. D. h., zur Vereinfachung
der Schaltung ist das Regelelement „Shunt” 7 für beide
Magnetantriebe 3, 5 gleich. Daher wird am Mikrokontroller 2 auch
nur ein Eingang für
die Messgröße „Shunt” benötigt. Über den
einen Shunt 7 können
die Ansteuerströme
der Magnetantriebe 3, 5 gemessen werden.
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2 zeigt
eine schematische Darstellung eines ähnlichen, etwas einfacheren,
elektronischen Schaltgerätes 1.
Das elektronische Schaltgerät 1 weist
zwar zwei Transistoren 4, 6 auf, aber nur einen Shunt 7.
D. h., auch hier werden beiden Transistoren 4, 6 durch
den einen Shunt 7 geregelt.
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Der
in den 1 dargestellte Kompaktwendestarter 1 beinhaltet
zwei identische Magnetsysteme 3, 5 mit gleicher
Spulenauslegung. Zur Vereinfachung der Schaltung ist das Schaltelement 4,
bevorzugt ein Transistor, und das Regelelement „Shunt” 7 für beide
Magnetantriebe 3, 5 gleich. D. h., es wird am
Mikrokontroller 2 nur ein Eingang für die Ansteuerung des Transistors 4 und
für die
Messgröße „Shunt” benötigt. Der
Vorteil liegt zum einen in der Einsparung und Vereinfachung der
Hardware durch die Reduzierung auf einen Schalttransistor 4 und durch
die Ein-Shunt-Lösung.
Ferner kann dadurch die Störeinkopplungsmöglichkeit
halbiert werden. Der Platzbedarf auf Leiterplatte kann des Weiteren minimiert
werden. Auch die Auswertefirmware bei Prozessorlösungen wird vereinfacht, wodurch
der Einsatz einer kleineren CPU ermöglicht wird. Der Mikrokontroller 2 benötigt nur
einen Ausgang zur Ansteuerung des Transistors 4. Die beiden
unterschiedlichen Spannungen für
den Magnetantrieb 3 (R1 u. R2) und den Magnetantrieb 5 (R3
u. R4) werden über nur
eine Mikrokontroller 2 ausgewertet und dementsprechend
der Transistor 4 angesteuert oder von den Magnetantrieben 3, 5 getrennt.
Ferner benötigt
der Mikrokontroller 2 nur einen Eingang zur Auswertung der
zwei Magnetantriebe 3, 5.