DE102010041214A1

DE102010041214A1 - Schaltgerät sowie Verfahren zur Steuerung eines Schaltgeräts

Info

Publication number: DE102010041214A1
Application number: DE201010041214
Authority: DE
Inventors: Bernhard Streich
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2010-09-22
Filing date: 2010-09-22
Publication date: 2012-03-22
Also published as: WO2012038221A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Schaltgerät, insbesondere ein Schutz, das ein Magnetsystem aus Anker (1) und Joch (2) sowie eine Spule (2a) und eine Auswerte- und Ansteuereinheit aufweist, sowie ein Verfahren zur Steuerung eines Schaltgeräts. Die Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass eine zusätzliche Spule (5, 7) zum sanften Einschalten des Schaltgeräts im Magnetkreis angeordnet ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Schaltgerät, insbesondere ein Schutz, das ein Magnetsystem aus Anker und Joch sowie eine Spule und eine Auswerte- und Ansteuereinheit aufweist, sowie ein Verfahren zur Steuerung eines Schaltgeräts.
Um solche Schaltgeräte optimal an ihre Schaltaufgabe unter Berücksichtigung unterschiedlicher Betriebsbedingungen und spezifischer Geräteeigenschaften anzupassen, wurden Prinzipien geregelter Schaltantriebe entwickelt, die die Typenvielfalt der Spulen, die auf Grund unterschiedlicher Erregerspannungen bisher notwendig waren, reduziert. Sie sind sowohl für Wechsel- als auch Gleichstrom einsetzbar und führen durch Verringerung des Kontaktbrennens zu einer Reduzierung des Abbrandes der Kontaktstellen und damit zu einer Erhöhung der Kontaktlebensdauer. Gleichzeitig wird die Leistungsaufnahme des Erregerkreises während der Haltephase reduziert.
Problematisch ist jedoch, dass solche elektromechanischen Antriebe auf Grund ihrer Ausprägung großen Temperaturschwankungen unterliegen, die durch die Umgebungstemperatur, die Verlustleistung sowie durch die Aufheizung der Hauptkontakte durch Schaltströme hervorgerufen werden. Auf Grund der Temperaturschwankungen unterliegt auch die Erregung der Spule Schwankungen, da der ohmsche Widerstand des Wicklungsdrahtes und damit der Erregerstrom stark temperaturabhängig sind.
Bisher wird die elektrische Spulenansteuerung meistens über eine Stromregelung oder eine Pulsweitenmodulation in Abhängigkeit von der Eingangsspannung realisiert. Der Temperatureinfluss wird hier durch Energieüberschuss kompensiert, das heißt, bei niedrigen Temperaturen wird die Spule höher erregt, damit bei hohen Temperaturen die Erregung nicht zu gering ausfällt.
Der Nachteil am Stand der Technik besteht darin, dass Niederspannungsschaltgeräte direkt oder in Form einer vorgeschalteten Elektronikbaugruppe eingeschaltet werden und diese Ansteuerart sämtlichen Einflüssen wie zum Beispiel Wärme, der Gerätetoleranz und Umwelteinflüssen unterliegt. Auf diese insgesamt sich ändernden Betriebsbedingungen sind heutige Niederspannungsschaltgeräte ausgelegt, das heißt, jedes Gerät wird mit zuviel Energie eingeschaltet.
Demgemäß besteht die Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, ein Schaltgerät sowie ein Verfahren zur Steuerung eines Schaltgeräts zu schaffen, bei welchem die Einschaltenergie auf ein Minimum reduziert wird.
Diese Aufgabe wird durch ein Schaltgerät mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 sowie durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 4 gelöst. Vorteilhafte Aus- und Weiterbildungen, welche einzeln oder in Kombination miteinander eingesetzt werden können, sind der Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch ein Schaltgerät, insbesondere ein Schütz gelöst, das ein Magnetsystem aus Anker und Joch sowie eine Spule und eine Auswerte- und Ansteuereinheit aufweist. Die Erfindung zeichnet sich dabei dadurch aus, dass eine zusätzliche Spule zum sanften Einschalten des Schaltgeräts im Magnetkreis angeordnet ist.
In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Spule in Form von Drahtwindungen um einen Magnetkern ausgebildet ist.
In einer weiteren Ausführungsform ist vorgesehen, dass Kupferbahnen auf einer Leiterplatte, durch welche der Eisenkreis geht, als Spule dienen. Durch Integration der induzierten Spannungen in diese Hilfsspule, die auch als Pick-Up-Spule bezeichnet werden kann, erhält eine elektronische Auswertebaugruppe eine Spannung in Abhängigkeit von der Geschwindigkeit des beweglichen magnetischen Teiles. Dies ist im vorliegenden Fall der Anker. Nach dieser Spannung kann nun die Geschwindigkeit des Ankers, mit der dieser auf das Federsystem des Niederspannungsschaltgeräts trifft, geregelt werden. Damit wird nur die Energie zur Verfügung gestellt, die auch wirklich benötigt wird, um ein Magnetsystem zum Schließen zu bringen.
Durch die optimale Geschwindigkeit wird sowohl das Prellen, als auch das Aufkommen zusätzlicher Schaltgeräusche vermieden beziehungsweise auf ein Minimum reduziert. Die mechanische Lebensdauer wird deutlich vergrößert. Das Dämpfungssystem muss nicht überdimensioniert werden. Die elektrische Lebensdauer wird deutlich erhöht. Magnetbrüche werden vermieden.
Die Aufgabe wird zudem durch ein Verfahren zur Steuerung eines Schaltgeräts, insbesondere eines Schütz mit einem Magnetsystem aus Anker und Joch sowie einer Spule und einer Auswerte- und Ansteuereinheit gelöst. Das erfindungsgemäße Verfahren zeichnet sich dadurch aus, dass über eine zusätzliche Spule im Magnetkreis die Geschwindigkeit, mit welcher der Anker auf das Joch prallt, geregelt wird.
Durch Integration der induzierten Spannung in die Hilfsspule erhält eine elektronische Auswertebaugruppe eine Spannung in Abhängigkeit von der Geschwindigkeit des beweglichen magnetischen Ankers. Nach dieser Spannung kann nun die Geschwindigkeit des beweglichen Ankers, mit der dieser auf das Federsystem des Niederspannungsschaltgeräts trifft, geregelt werden. Damit wird nur die Energie zur, Verfügung gestellt, die auch wirklich benötigt wird, um ein Magnetsystem zum Schließen zu bringen.
Durch die optimale Geschwindigkeit wird sowohl das Prellen, als auch das Aufkommen von Schaltgeräuschen vermieden oder auf ein Minimum reduziert. Die mechanische Lebensdauer wird deutlich vergrößert. Das Dämpfungssystem muss nicht überdimensioniert werden. Die elektrische Lebensdauer wird deutlich erhöht. Magnetbrüche werden vermieden.
Das erfindungsgemäße Schaltgerät reduziert die benötigte Einschaltenergie auf ein Minimum. Dadurch sind ein sanftes Einschalten des Magneten und eine optimale Schließgeschwindigkeit gegeben. Damit verbunden ist zusätzlich eine geringere mechanische Belastung für den Eisenkreis, zudem werden Schaltgeräusche minimiert.
Weitere Vorteile und Ausführungen der Erfindung werden nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen sowie anhand der Zeichnung erläutert.
Dabei zeigen schematisch:
1 in einer perspektivischen Darstellung ein Magnetsystem eines Schaltgeräts aus Anker und Joch mit einer auf einer Leiterplatte integrierten zusätzlichen Spule;
2 in einer perspektivischen Darstellung ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Magnetsystems eines Schaltgeräts aus Anker und Joch mit einer zusätzlich um einen Eisenkern des Magneten gewickelten Spule;
3 in einer perspektivischen Darstellung ein Magnetsystem eines Schaltgeräts aus Anker und Joch mit einer um einen Eisenkern zusätzlich gewickelten Spule mit Anschluss an eine Leiterplatte.
1 zeigt ein Magnetsystem eines Schaltgeräts, aufweisend einen Anker 1 als bewegliches magnetisches Teil und ein Joch 2. Zwischen Anker 1 und Joch 2 ist eine Magnetspule 2a angeordnet, deren Magnetfeld bei einem bestimmten Steuerstrom die mechanischen Kontakte in den aktiven Zustand versetzt. Ohne Strom stellt eine Feder den Ruhezustand wieder her, d. h., alle Kontakte kehren in die Ausgangslage zurück. Das Joch 2 ist vorzugsweise als U-Kern ausgebildet, wobei ein Schenkel 3 dieses U-Kerns durch eine Leiterplatte 4 geführt ist. Auf der Leiterplatte 4 und um den Schenkel 3 des Jochs 2 ist eine zusätzliche Spule 5 in Form von Kupferbahnen 6 auf die Leiterplatte 4 aufgebracht.
Durch Integration der induzierten Spannung in diese Spule 5 erhält eine elektronische Auswertebaugruppe eine Spannung in Abhängigkeit von der Geschwindigkeit des beweglichen magnetischen Ankers 1. Nach dieser Spannung kann nun die Geschwindigkeit des beweglichen Ankers 1, mit der dieser auf das Federsystem des Niederspannungsschaltgeräts trifft, geregelt werden. Damit wird nur die Energie zur Verfügung gestellt, die auch wirklich benötigt wird, um ein Magnetsystem aus Anker 1 und Joch 2 zum Schließen zu bringen.
Durch die optimale Geschwindigkeit wird das Prellen und das Aufkommen von Schaltgeräuschen vermieden und auf ein Minimum reduziert. Ebenso wird die mechanische Lebensdauer vergrößert. Das Dämpfungssystem muss nicht überdimensioniert werden. Die elektrische Lebensdauer wird deutlich erhöht, und Magnetbrüche werden vermieden.
In 2 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Magnetsystems aus Anker 1 und Joch 2 mit einer zusätzlich um den Eisenkern gewickelten Spule 7 gezeigt. Auch bei diesem Ausführungsbeispiel ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass durch Integration der induzierten Spannung in die Spulen 7 eine elektrische Auswertebaugruppe eine Spannung in Abhängigkeit von der Geschwindigkeit des beweglichen magnetischen Ankers 1 erhält. Nach dieser Spannung kann die Geschwindigkeit des beweglichen Ankers, mit der dieser auf das Federsystem des Niederspannungsschaltgeräts trifft, geregelt werden.
Damit wird nur die Energie zur Verfügung gestellt, die auch wirklich benötigt wird, um ein Magnetsystem aus Anker 1 und Joch 2 zum Schließen zu bringen. Durch die optimale Geschwindigkeit wird das Prellen und das Aufkommen von Schaltgeräuschen vermieden oder auf ein Minimum reduziert. Die mechanische Lebensdauer wird zudem deutlich vergrößert. Das Dämpfungssystem muss nicht überdimensioniert werden. Die elektrische Lebensdauer wird deutlich erhöht, und es werden zudem Magnetbrüche vermieden.
3 zeigt ein erfindungsgemäßes Magnetsystem eines Schaltgeräts aus Anker 1 und Joch 2 mit einer zusätzlichen Spule 7, die über Leitungen 8 an eine Leiterplatte 9 angeschlossen ist.
Das erfindungsgemäße Schaltgerät reduziert die benötigte Einschaltenergie auf ein Minimum. Dadurch sind ein sanftes Einschalten des Magneten und eine optimale Schließgeschwindigkeit gegeben. Damit verbunden ist zusätzlich eine geringere mechanische Belastung für den Eisenkreis, zudem werden Schaltgeräusche minimiert.

Claims

Schaltgerät, insbesondere Schütz, das ein Magnetsystem aus Anker (1) und Joch (2) sowie eine Spule (2a) und eine Auswerte- und Ansteuereinheit aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass eine zusätzliche Spule (5, 7) zum sanften Einschalten des Schaltgeräts im Magnetkreis angeordnet ist.
Schaltgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Spule (7) in Form von Drahtwindungen ausgebildet ist.
Schaltgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Spule (5) in Form von Kupferbahnen auf einer Leiterplatte (4) ausgebildet ist.
Verfahren zur Steuerung eines Schaltgeräts, insbesondere ein Schütz mit einem Magnetsystem aus Anker (1) und Joch (2), sowie einer Spule (2a) und einer Auswerte- und Ansteuereinheit, dadurch gekennzeichnet, dass über eine zusätzliche Spule (5, 7) im Magnetkreis die Geschwindigkeit, mit welcher der Anker (1) auf das Joch (2) prallt, geregelt wird.