DE102013219864A1

DE102013219864A1 - coil driver

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Publication number: DE102013219864A1
Application number: DE201310219864
Authority: DE
Inventors: Christian Oppermann; Bernhard Streich
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2013-10-01
Filing date: 2013-10-01
Publication date: 2015-04-02

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Schalten eines Stromkreises. Um eine derartige Vorrichtung (1), insbesondere hinsichtlich deren Lebensdauer, zu verbessern, wird vorgeschlagen, dass die Vorrichtung (1) ein Schaltelement, eine Spule (5), einen Sensor (11) und eine Steuereinheit (19) umfasst, wobei mittels der Spule (5) das Schaltelement geschaltet werden kann, wobei die Steuereinheit (19) über den Sensor (11) einen die vorliegende Temperatur der Spule (5) charakterisierenden Wert ermitteln kann und derart ausgebildet ist, dass sie zum Schalten des Schaltelements die Spule (5) in Abhängigkeit eines über den Sensor (11) ermittelten die vorliegende Temperatur der Spule (5) charakterisierenden Wertes erregt.The invention relates to a device for switching a circuit. In order to improve such a device (1), in particular with respect to its service life, it is proposed that the device (1) comprises a switching element, a coil (5), a sensor (11) and a control unit (19), wherein by means of Coil (5), the switching element can be switched, wherein the control unit (19) via the sensor (11) can determine a present temperature of the coil (5) characterizing value and is designed such that it is used to switch the switching element, the coil (5 ) in response to a via the sensor (11) determined the present temperature of the coil (5) characterizing value.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Schalten eines Stromkreises. Die Vorrichtung umfasst hierfür ein Schaltelement, eine Spule und eine Steuereinheit. Die Vorrichtung kann mittels der Steuereinheit die Spule erregen, so dass hierüber die Schaltstellung des Schaltelements geändert wird. Mittels des Schaltelements kann letztendlich die über die Vorrichtung geführte Leitung des Stromkreises geschaltet werden. Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zum Schalten des Schaltelements. The invention relates to a device for switching a circuit. For this purpose, the device comprises a switching element, a coil and a control unit. The device can excite the coil by means of the control unit, so that on this the switching position of the switching element is changed. By means of the switching element, finally, the guided over the device line of the circuit can be switched. The invention further relates to a method for switching the switching element.

Die Vorrichtung ist insbesondere ein durch elektrischen Strom betriebener, elektromagnetisch wirkender, fernbetätigter Schalter mit in der Regel zwei Schaltstellungen (geöffnet und geschlossen). Die Vorrichtung wird vorzugsweise über einen Steuerstromkreis aktiviert und kann hierüber einen anderen Stromkreis, insbesondere einen Laststromkreis, schalten. The device is in particular a powered by electric current, electromagnetically acting, remotely operated switch with usually two switching positions (open and closed). The device is preferably activated via a control circuit and can switch over this a different circuit, in particular a load circuit.

Die Vorrichtung ist insbesondere ein Relais oder ein Schütz. Das Relais oder Schütz arbeitet üblicherweise nach dem Prinzip des Elektromagneten. Ein Strom in der Erregerspule erzeugt einen magnetischen Fluss durch einen ferromagnetischen Kern und einen beweglich gelagerten ferromagnetischen Anker. An einem Luftspalt kommt es zur Krafteinwirkung auf den Anker, wodurch dieser einen oder mehrere Kontakte des Schaltelements schaltet. Üblicherweise wird der Anker durch Federkraft in die Ausgangslage zurückversetzt, sobald die Spule nicht mehr erregt ist. Das Öffnen oder das Schließen des Schaltelements wird über die Erregung der Spule gesteuert. Durch das Erregen der Spule wird ein mit dem Anker verbundener beweglich gelagerter Kontakt mit einem Festkontakt des Schaltelements elektrisch leitend verbunden (Geschlossen) oder von dem Festkontakt elektrisch getrennt (Geöffnet). Im geschlossenen Zustand des Schaltelements wird die über das Schaltelement geführte Energieversorgung des Stromkreises aufrechterhalten. Im geöffneten Zustand wird die über das Schaltelement geführte Energieversorgung des Stromkreises unterbrochen. The device is in particular a relay or a contactor. The relay or contactor usually works on the principle of the electromagnet. A current in the excitation coil generates a magnetic flux through a ferromagnetic core and a movably mounted ferromagnetic armature. At an air gap, there is a force acting on the armature, whereby this one or more contacts of the switching element switches. Usually, the armature is returned by spring force to the starting position as soon as the coil is no longer energized. The opening or closing of the switching element is controlled by the excitation of the coil. By energizing the coil, a movably mounted contact connected to the armature is electrically conductively connected to a fixed contact of the switching element (closed) or electrically isolated from the fixed contact (opened). In the closed state of the switching element, the guided over the switching element power supply of the circuit is maintained. In the open state, the guided over the switching element power supply of the circuit is interrupted.

Derartige Vorrichtungen zum Schalten eines Stromkreises unterliegen aufgrund ihrer Ausprägung und ihres Einsatzgebietes oft großen Temperaturschwankungen. Temperaturschwankungen können beispielsweise durch die Umgebungstemperatur, die eigene Verlustleistung, die Aufheizung durch Schaltströme der Hauptkontakte oder die Fremderwärmung durch andere Verbraucher in einem Schaltschrank entstehen. Aufgrund der Temperaturschwankung unterliegt auch die Erregung der Spule Schwankungen, da der ohmsche Widerstand des Wicklungsdrahtes der Spule und damit der Erregerstrom stark Temperaturabhängig sind. Um dies zu kompensieren wird üblicherweise für die Spulenerregung eine erhöhte Energiezufuhr verwendet. Damit verbunden ist eine deutlich höhere Kontakt- und Magnetschließgeschwindigkeit was sich wiederum auf das Prellverhalten der Kontakte des Schaltelementes und letztendlich auf die mechanische Lebensdauer des Schaltelements negativ auswirkt. Hohe Prellzeiten verursachen einen erhöhten Kontaktabbrand, was eine deutliche Reduzierung der elektrischen Lebensdauer verursacht. Such devices for switching a circuit are often subject to large temperature fluctuations due to their severity and their field of application. Temperature fluctuations can be caused, for example, by the ambient temperature, the own power loss, the heating by switching currents of the main contacts or the external heating by other consumers in a control cabinet. Due to the temperature fluctuation and the excitation of the coil is subject to fluctuations, since the ohmic resistance of the winding wire of the coil and thus the excitation current are strongly dependent on temperature. To compensate for this, usually an increased energy supply is used for the coil excitation. This is associated with a significantly higher contact and magnetic closing speed, which in turn has a negative effect on the bounce of the contacts of the switching element and ultimately on the mechanical life of the switching element. High bounce times cause increased contact erosion, which causes a significant reduction in the electrical life.

Elektronische Spulenansteuerungen arbeiten meistens mit Stromregelung oder einer Pulsweitenmodulation in Abhängigkeit der Eingangsspannung am Steuerspannungsanschluss. Der Temperatureinfluss wird hier durch Energieüberschuss kompensiert, d.h. bei niedrigen Temperaturen wird die Spule höher erregt damit bei hohen Temperaturen die Erregung nicht zu gering ausfällt. Die Auslegung erfolgt nach der ungünstigsten thermischen Bedingung. Dadurch entsteht ein deutlich höherer Energieeinsatz. Dies gilt sowohl beim Einschalten als auch beim geschlossen Halten des Schaltelements des Schaltgerätes. Electronic coil drives usually operate with current regulation or pulse width modulation as a function of the input voltage at the control voltage connection. The influence of temperature is here compensated by energy surplus, i. At low temperatures, the coil is excited higher so that at high temperatures, the excitation is not too low. The design is based on the most unfavorable thermal condition. This results in a significantly higher energy input. This applies both when switching on and when holding closed the switching element of the switching device.

Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es eine Vorrichtung zum Schalten eines Stromkreises zu verbessern. Insbesondere soll die Lebensdauer der Vorrichtung verlängert werden. An object of the present invention is to improve an apparatus for switching a circuit. In particular, the life of the device should be extended.

Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Vorrichtung gemäß Anspruch 1, d.h. durch eine Vorrichtung mit einem Schaltelement, einer Spule, einem Sensor und einer Steuereinheit, wobei mittels der Spule das Schaltelement geschaltet werden kann, wobei die Steuereinheit über den Sensor einen die vorliegende Temperatur der Spule charakterisierenden Wert ermitteln kann und derart ausgebildet ist, dass sie zum Schalten des Schaltelements die Spule in Abhängigkeit eines über den Sensor ermittelten die vorliegende Temperatur der Spule charakterisierenden Wertes erregt, und ein Verfahren gemäß Anspruch 7, d.h. durch ein Verfahren zum Schalten eines Schaltelements einer Vorrichtung, welches das Schaltelement, eine Spule, einen Sensor und eine Steuereinheit umfasst, wobei mittels der Spule das Schaltelement geschaltet werden kann, wobei die Steuereinheit über den Sensor einen die vorliegende Temperatur der Spule charakterisierenden Wert ermittelt und die Spule in Abhängigkeit des über den Sensor ermittelten die vorliegende Temperatur der Spule charakterisierenden Wertes erregt. This object is achieved by a device according to claim 1, i. by a device having a switching element, a coil, a sensor and a control unit, wherein the switching element can be switched by means of the coil, wherein the control unit can determine a value characterizing the present temperature of the coil via the sensor and is designed such that it Switching of the switching element, the coil excited in response to a determined by the sensor, the present temperature of the coil characterizing value, and a method according to claim 7, ie by a method for switching a switching element of a device comprising the switching element, a coil, a sensor and a control unit, wherein the switching element can be switched by means of the coil, wherein the control unit determines a value characterizing the present temperature of the coil via the sensor and the coil is energized as a function of the value characterizing the present temperature of the coil via the sensor.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen 2 bis 6 sowie 8 oder 9 angegeben. Advantageous developments of the invention are specified in the dependent claims 2 to 6 and 8 or 9.

Die Vorrichtung ist vorzugsweise ein Schalgerät, insbesondere ein Relais oder ein Schütz. Die Vorrichtung dient insbesondere dem Schalten von Strömen im Bereich der Niederspannung. Niederspannung liegt bei Wechselspannungen bis 1000 Volt und Gleichspannungen bis 1500 Volt vor. Die Vorrichtung ist insbesondere ein Niederspannungsschaltgerät. Die Vorrichtung wird insbesondere im Umfeld der industriellen Automatisierungstechnik eingesetzt. The device is preferably a scarf device, in particular a relay or a contactor. The device is used in particular for switching currents in the low voltage range. Low voltage is at AC voltages up to 1000 volts and DC voltages up to 1500 volts before. The device is in particular a low-voltage switching device. The device is used in particular in the field of industrial automation technology.

Mittels der Spule kann eine Schaltstellung des Schaltelements herbeigeführt werden, so dass hierüber der über die Vorrichtung geführte Stromkreis geschaltet werden kann. By means of the coil, a switching position of the switching element can be brought about, so that over this the guided over the device circuit can be switched.

Bei der elektronischen Spulenansteuerung mittels der Steuereinheit wird zusätzlich die Spulentemperatur ermittelt. Diese erfolgt über den Sensor, welcher vorzugsweise unmittelbar in der Nähe der Spule platziert ist. Soll die Spule erregt werden, so wertet die Steuereinheit, z.B. eine Prozessoreinheit oder ein ASIC, den über den Sensor ermittelten die vorliegende Temperatur der Spule charakterisierenden Wert aus und bestimmt daraufhin die benötigte Energiezufuhr zur Erregung der Spule. Hierfür sind beispielsweise in der Steuereinheit Referenzwerte hinterlegt, mittels welchen die Steuereinheit in Abhängigkeit des ermittelten die vorliegende Temperatur der Spule charakterisierenden Wertes die erforderliche Energie zur Erregung der Spule bestimmt. Zum Herbeiführen der Schaltstellung erregt die Steuereinheit letztendlich in Abhängigkeit des ermittelten die vorliegende Temperatur der Spule charakterisierenden Wertes gezielt die Spule derart mit der notwendigen Energie, dass durch den erzeugten magnetischen Fluss die Schaltstellung herbeigeführt wird. Je höher die ermittelte vorliegende Temperatur der Spule ist, desto mehr Energie muss zur Erregung der Spule aufgewandt werden. Die Steuereinheit kann somit die Spule auf mindestens zwei energetisch unterschiedliche Varianten erregen. Die Variante, bei welcher weniger Energie zur Erregung der Spule benötigt wird, erfolgt bei einer niedrigeren ermittelten Temperatur der Spule. Die Abgrenzung der beiden Varianten kann beispielsweise mittels eines in der Steuereinheit hinterlegten Schwellwertes bezüglich des die vorliegende Temperatur der Spule charakterisierenden Wertes erfolgen. In the case of the electronic coil control by means of the control unit, the coil temperature is additionally determined. This is done via the sensor, which is preferably placed directly in the vicinity of the coil. If the coil is to be energized, the control unit evaluates, e.g. a processor unit or an ASIC, the determined via the sensor from the present temperature of the coil characterizing value and then determines the required power supply to energize the coil. For this purpose, for example, reference values are stored in the control unit, by means of which the control unit determines the energy required to energize the coil as a function of the determined value characterizing the present temperature of the coil. In order to bring about the switching position, the control unit ultimately energizes the coil in a targeted manner as a function of the determined value characterizing the present temperature of the coil in such a way that the switching position is brought about by the generated magnetic flux. The higher the detected present temperature of the coil, the more energy must be expended to energize the coil. The control unit can thus excite the coil to at least two energetically different variants. The variant in which less energy is needed to excite the coil, takes place at a lower detected temperature of the coil. The delimitation of the two variants can be effected, for example, by means of a threshold value stored in the control unit with respect to the value characterizing the present temperature of the coil.

Vorzugsweise erfolgt die Erregung der Spule zum Halten der durch die Erregung der Spule herbeigeführten Schaltstellung ferner temperaturabhängig. Hierfür wertet die Steuereinheit ebenso die vorliegende Temperatur der Spule mittels des Sensors aus und beeinflusst die Energiezufuhr zur Erregung der Spule in Abhängigkeit der ermittelten vorliegenden Temperatur der Spule. Liegt eine erregte Spule vor, so erfolgt vorzugsweise weiterhin eine Ermittlung der vorliegenden Temperatur der Spule, so dass sofern notwendig die zur Erregung der Spule benötigte Energiezufuhr durch die Steuereinheit angepasst werden kann. Preferably, the excitation of the coil for holding the induced by the excitation of the coil switching position is also temperature-dependent. For this purpose, the control unit also evaluates the present temperature of the coil by means of the sensor and influences the energy supply to energize the coil as a function of the determined present temperature of the coil. If an excited coil is present, it is preferable to continue to determine the present temperature of the coil so that, if necessary, the energy supply required to energize the coil can be adjusted by the control unit.

Die durch die Spule hervorgerufene magnetische Feldstärke zum Herbeiführen der Schaltstellung und/oder zum Halten der Schaltstellung ist vorzugsweise unabhängig von der Temperatur der Spule nahezu konstant. Dies wird durch die von der Steuereinheit in Abhängigkeit der ermittelten Temperatur der Spule, beeinflussten Energiezufuhr zur Spule, zu deren Erregung, ermöglicht. The magnetic field strength caused by the coil for bringing about the switching position and / or for holding the switching position is preferably almost constant regardless of the temperature of the coil. This is made possible by the power supply to the coil, which is influenced by the control unit as a function of the determined temperature of the coil, to the excitation thereof.

Durch das temperaturabhängige Erregen der Spule ergeben sich mehrere Vorteile. Durch die temperaturabhängige Erregung der Spule durch die Steuereinheit kann die Verlustleistung des Schaltgerätes reduziert werden. Ferner kann durch die Reduzierung der Übererregung beim Schalten des Schaltelements mittels der Spule (z.B. beim Einschalten) die mechanische Lebensdauer des Schaltelements verlängert werden. Aufwendige Dämpfungen für das Schaltelement können entfallen. Die elektrische Lebensdauer wird durch deutlich geringeres prellen der Kontakte des Schaltelements erhöht. Zum Schalten des Schaltelements sowie zum Halten der Schaltstellung wird Energie eingespart. Damit verbunden liegt eine geringere Wärmeabgabe der Vorrichtung, z.B. innerhalb eines Schaltschrankes, vor. Durch die geringere Wärmebildung innerhalb der Vorrichtung liegt eine geringere Beanspruchung der verwendeten Materialien, z.B. Kunststoffmaterialien, der Vorrichtung vor. The temperature-dependent energization of the coil has several advantages. Due to the temperature-dependent excitation of the coil by the control unit, the power loss of the switching device can be reduced. Further, by reducing over-excitation in switching the switching element by means of the coil (e.g., at power-on), the mechanical life of the switching element can be increased. Elaborate losses for the switching element can be omitted. The electrical life is increased by significantly lower bouncing of the contacts of the switching element. Energy is saved for switching the switching element and for holding the switching position. Associated with this is a lower heat output of the device, e.g. within a control cabinet, before. The lower heat buildup within the device results in less stress on the materials used, e.g. Plastic materials, the device before.

In einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung umfasst die Vorrichtung einen Schalter mittels welchem der über die Spule erfolgende Stromfluss gesteuert wird, wobei die Steuereinheit die Erregung der Spule über die Taktung des Schalters, steuert. In an advantageous embodiment of the invention, the device comprises a switch by means of which the flow of current passing through the coil is controlled, the control unit controlling the excitation of the coil via the timing of the switch.

Die Steuereinheit beeinflusst somit in Abhängigkeit des über den Sensor ermittelten die vorliegende Temperatur der Spule charakterisierenden Wertes insbesondere die zur Erregung der Spule genutzte Impulsdauer und/oder das Impulsintervall. Durch die aktive Beeinflussung des über die Spule erfolgenden Stromflusses mittels der Taktung des Schalters durch die Steuereinheit ist das durch die Erregung der Spule hervorgerufene magnetische Feld vorzugsweise unabhängig von der vorliegenden Temperatur der Spule nahezu Konstant. Vorzugsweise liegt eine maximale Schwankung von 10%, insbesondere von 5%, vor. The control unit thus influences, in particular, the pulse duration used for energizing the coil and / or the pulse interval as a function of the value which characterizes the present temperature of the coil, determined via the sensor. By actively influencing the flow of current passing through the coil by means of the clocking of the switch by the control unit, the magnetic field produced by the excitation of the coil is preferably almost constant, independently of the present temperature of the coil. Preferably, there is a maximum fluctuation of 10%, in particular of 5%.

In einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung kann die Steuereinheit die vorliegende Steuerspeisespannung der Vorrichtung ermitteln. In an advantageous embodiment of the invention, the control unit can determine the present control supply voltage of the device.

Die Messung der Steuerspeisespannung ist notwendig, um die Vorrichtung ab einer bestimmten Spannung ein- und wieder auszuschalten. Zusätzlich bildet die ermittelte Steuerspeisespannung neben dem ermittelten die vorliegende Temperatur der Spule charakterisierenden Werte den Input für das Verhältnis zum Ein- und Austasten (Takten) für die Pulsweitenmodulation des Schalters (z.B. ein Transistor) mittels welchem die Energiezufuhr zur Spule und somit die Erregung der Spule gesteuert wird. The measurement of the control supply voltage is necessary to turn the device on and off at a certain voltage. In addition, the determined control supply voltage forms, in addition to the determined, the present temperature of the Coil characterizing values are the input for the ratio of the switch-on and switch-off (clocking) for the pulse width modulation of the switch (eg a transistor) by means of which the energy supply to the coil and thus the excitation of the coil is controlled.

Der Sensor ist insbesondere ein Temperatursensor, mittels welchem die Temperatur der Spule ermittelt wird. The sensor is in particular a temperature sensor, by means of which the temperature of the coil is determined.

Die mittels des Sensors ermittelte Temperatur der Spule wird dem Signal aus der Messung der Steuerspeisespannung zum Erregen der Spule überlagert. Je niedriger die Temperatur, desto weniger Energie wird zur Erregung der Spule aufgebraucht. Dies kann beispielsweise über die Impulsdauer und/oder das Impulsintervall bezüglich des Stromflusses durch die Spule gesteuert werden. Steigt die Temperatur, muss zur Erregung der Spule mehr Energie aufgebraucht werden. Es liegt beispielsweise eine längere Impulsdauer vor und/oder der Abstand zwischen den Impulsen ist kürzer. The determined by the sensor temperature of the coil is superimposed on the signal from the measurement of the control supply voltage for energizing the coil. The lower the temperature, the less energy is used to energize the coil. This can be controlled, for example, via the pulse duration and / or the pulse interval with respect to the current flow through the coil. As the temperature rises, more energy must be used to energize the coil. For example, there is a longer pulse duration and / or the distance between the pulses is shorter.

Die Spule wird somit in Abhängigkeit der erfassten vorliegenden Steuerspeisespannung und des erfassten die vorliegende Temperatur der Spule charakterisierenden Wertes erregt. The coil is thus excited in response to the detected present control supply voltage and the detected value characterizing the present temperature of the coil.

In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung kann durch eine Erregung der Spule das Schaltelement geöffnet oder geschlossen werden. In a further advantageous embodiment of the invention, the switching element can be opened or closed by energizing the coil.

Das Schaltelement umfasst mindestens einen feststehenden Kontakt und einen beweglich gelagerten Kontakt. Mittels einer Auslenkung des beweglichen Kontakts kann eine elektrisch leitende Verbindung zum feststehenden Kontakt hergestellt oder getrennt werden. Die Spule dient der Auslenkung des beweglich gelagerten Kontakts, so dass das Schaltelement geöffnet oder geschlossen werden kann. Vorzugsweise liegen zwei feststehende Kontakte vor, welche mittels einer beweglich gelagerten Kontaktbrücke geöffnet oder geschlossen werden können. Vorzugsweise wird durch die Erregung der Spule das Schaltelement geschlossen und geschlossen gehalten. The switching element comprises at least one fixed contact and a movably mounted contact. By means of a deflection of the movable contact, an electrically conductive connection to the fixed contact can be made or separated. The coil serves to deflect the movably mounted contact, so that the switching element can be opened or closed. Preferably, there are two fixed contacts, which can be opened or closed by means of a movably mounted contact bridge. Preferably, the switching element is closed and kept closed by the excitation of the coil.

Die zum geschlossen Halten des Schaltelements erforderliche Energie zur Erregung der Spule wird vorzugsweise ebenso durch das Schaltelement in Abhängigkeit des erfassten die vorliegende Temperatur der Spule charakterisierenden Wertes bestimmt. The energy required to hold the switching element closed to energize the coil is also preferably determined by the switching element as a function of the detected value characterizing the present temperature of the coil.

In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung umfasst eine Leiterplatte der Vorrichtung den Sensor. Es ist ebenso denkbar, dass sich der Sensor innerhalb der Steuereinheit, welche z.B. als ASIC oder Mikrocontroller ausgebildet ist, befindet. Dieser kann sich wiederum auf der Leiterplatte befinden. Die Leiterplatte ist derart zur Spule angeordnet, dass der Sensor einen die Temperatur der Spule charakterisierenden Wert erfassen kann. In a further advantageous embodiment of the invention, a circuit board of the device comprises the sensor. It is also conceivable that the sensor within the control unit, which e.g. is designed as an ASIC or microcontroller is located. This can in turn be located on the circuit board. The circuit board is arranged in such a way to the coil, that the sensor can detect a characterizing the temperature of the coil value.

In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung kann mittels des Schaltelements ein Laststromkreis einer elektrischen Last geschaltet werden. Der Laststromkreis ist insbesondere ein Stromkreis eines Niederspannungsnetzes. Die elektrische Last ist insbesondere ein Elektromotor. In a further advantageous embodiment of the invention, a load circuit of an electrical load can be switched by means of the switching element. The load circuit is in particular a circuit of a low-voltage network. The electrical load is in particular an electric motor.

In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist die Vorrichtung ein Schütz oder ein Relais mittels welchem ein Laststromkreis im Bereich der Niederspannung geschaltet werden kann. In a further advantageous embodiment of the invention, the device is a contactor or a relay by means of which a load circuit can be switched in the low voltage range.

Im Folgenden werden die Erfindung und Ausgestaltungen der Erfindung anhand der in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiele näher beschrieben und erläutert. Es zeigen: In the following, the invention and embodiments of the invention will be described and explained in more detail with reference to the exemplary embodiments illustrated in the figures. Show it:

1 eine schematische Darstellung einer Vorrichtung zum Schalten eines Laststromkreises, und 1 a schematic representation of an apparatus for switching a load circuit, and

2 eine schematische Darstellung eines Aufbaus einer Spulenansteuerung der Vorrichtung aus 1. 2 a schematic representation of a structure of a coil drive of the device 1 ,

1 zeigt eine schematische Darstellung einer Vorrichtung 1 zum Schalten eines Laststromkreises für einen Verbraucher 20. Die Vorrichtung 1 ist ein Niederspannungsschaltgerät 1, mittels welchem eine über ein Versorgungsnetz 14 bereitgestellte Energiezufuhr zu dem Verbraucher 20, hier ein Elektromotor, gesteuert werden kann. Das Versorgungsnetz 14 umfasst drei Phasen, welche über die Vorrichtung 1 zum Verbraucher 20 geführt sind. Die Vorrichtung 1 umfasst drei eingangsseitige Anschlussstellen 15 zum Anschließen des Versorgungsnetzes 14 und drei ausgangsseitige Anschlussstellen 16 zum Anbinden des Verbrauchers 20 an das Versorgungsnetz 14. Aus Gründen der Übersichtlichkeit ist lediglich die Führung einer Phase innerhalb der Vorrichtung schematisch abgebildet. Die Vorrichtung 1 umfasst einen Kontaktbrückenträger 2, einen ferromagnetischen Kern 3, einen Anker 4, eine Spule 5, einen Steuerspannungsanschluss 17, eine Leiterplatte 6 und ein Schaltelement, welches eine beweglich gelagerte Kontaktbrücke 7 und zwei Festkontakte 8, von welchen einer mit einer eingangsseitige Anschlussstelle 15 und der andere mit der ausgangsseitige Anschlussstellen 16 verbunden ist, umfasst. Die Leiterplatte 6 umfasst eine Steuereinheit und einen Sensor, mittels welchem die vorliegende Temperatur der Spule 5 erfasst werden kann. 1 shows a schematic representation of a device 1 for switching a load circuit for a consumer 20 , The device 1 is a low voltage switchgear 1 , by means of which one via a supply network 14 provided energy supply to the consumer 20 , here an electric motor, can be controlled. The supply network 14 includes three phases, which are via the device 1 to the consumer 20 are guided. The device 1 includes three input-side connection points 15 for connecting the supply network 14 and three output-side connection points 16 for connecting the consumer 20 to the supply network 14 , For reasons of clarity, only the guidance of a phase within the device is shown schematically. The device 1 includes a contact bridge carrier 2 , a ferromagnetic core 3 , an anchor 4 , a coil 5 , a control voltage terminal 17 , a circuit board 6 and a switching element which has a movably mounted contact bridge 7 and two fixed contacts 8th of which one with an input-side connection point 15 and the other with the output side connection points 16 is connected. The circuit board 6 comprises a control unit and a sensor, by means of which the present temperature of the coil 5 can be detected.

Eine dezentrale Geräteeinheit 10 ist mit dem Steuerspannungsanschluss 17 der Vorrichtung 1 verbunden und kann hierüber die Energiezufuhr zum nachgeschalten Verbraucher 20 über die Vorrichtung 1 steuern. In Abhängigkeit der anliegenden Steuerspeisespannung über den Steuerspannungsanschluss 17 nimmt das Schaltelement der Vorrichtung 1 eine Schaltstellung ein; d.h. es ist geöffnet oder geschlossen. Liegt über dem Steuerspannungsanschluss 17 keine Steuerspeisespannung an (der Ruhezustand der Vorrichtung liegt vor), so ist das Schaltelement geöffnet. A decentralized device unit 10 is with the control voltage connection 17 the device 1 connected and can hereby the energy supply to the downstream consumer 20 over the device 1 Taxes. Depending on the applied control supply voltage via the control voltage connection 17 takes the switching element of the device 1 a switch position; ie it is open or closed. Located above the control voltage connection 17 No control supply voltage (the device is at rest), the switching element is open.

Die Steuereinheit kann die vorliegende Spannung über dem Steuerspannungsanschluss 17 und somit die vorliegende Steuerspeisespannung ermitteln und überwachen. Überschreitet die über den Steuerspannungsanschluss 17 anliegende Spannung einen in der Steuereinheit hinterlegten charakteristischen Spannungspegel, so deutet die Steuereinheit dies als Befehl zum Schließen des Schaltelements. Zum Schließen des Schaltelements wird durch die Steuereinheit ein mit der Spule 5 gekoppelter Schalter, hier ein Transistor, derart angesteuert, dass in der Spule 5 ein Stromfluss vorliegt und somit die Spule 5 erregt ist. Der Strom in der Spule 5 erzeugt einen magnetischen Fluss durch den ferromagnetischen Kern 3 und den beweglich gelagerten ferromagnetischen Anker 4. Der Anker 4 ist über den Kontaktbrückenträger 2 mit der beweglich gelagerten Kontaktbrücke 7 verbunden. An einem Luftspalt kommt es zur Krafteinwirkung auf den Anker 4, wodurch dieser über den Kontaktbrückenträger 2 die beweglich gelagerte Kontaktbrücke 7 in Richtung der beiden Festkontakte 8 bewegt, so dass das Schaltelement geschlossen wird. Die beiden Festkontakte 8 werden somit über die beweglich gelagerte Kontaktbrücke 7 elektrisch leitend miteinander verbunden. The control unit may detect the present voltage across the control voltage terminal 17 and thus determine and monitor the present control supply voltage. Exceeds the over the control voltage connection 17 voltage applied stored in the control unit characteristic voltage level, so the control unit interprets this as a command to close the switching element. To close the switching element is by the control unit with the coil 5 coupled switch, here a transistor, so controlled that in the coil 5 there is a current flow and thus the coil 5 is excited. The current in the coil 5 generates a magnetic flux through the ferromagnetic core 3 and the movably mounted ferromagnetic anchor 4 , The anchor 4 is over the contact bridge carrier 2 with the movably mounted contact bridge 7 connected. At an air gap, there is a force on the anchor 4 , whereby this over the contact bridge carrier 2 the movably mounted contact bridge 7 in the direction of the two fixed contacts 8th moves so that the switching element is closed. The two fixed contacts 8th are thus on the movably mounted contact bridge 7 electrically connected to each other.

Sinkt am Steuerspannungsanschluss 17 die Spannung unterhalb des charakteristischen in der Vorrichtung hinterlegten Spannungspegels, so deutet dies die Steuereinheit als Befehl zum Öffnen des Schaltelements. Die Steuereinheit öffnet hierauf den Schalter und stellt hierdurch den Stromfluss innerhalb der Spule 5 und somit die Erregung der Spule 5 ab. Sobald die Spule 5 nicht mehr erregt ist, wird der Anker 4 durch Federkraft in die Ausgangslage zurückversetzt und die elektrisch leitende Verbindung zwischen den Festkontakten 8 wird unterbrochen. Decreases at the control voltage connection 17 the voltage below the characteristic stored in the device voltage level, this indicates the control unit as a command to open the switching element. The control unit then opens the switch and thereby sets the current flow within the coil 5 and thus the excitement of the coil 5 from. Once the coil 5 is no longer excited, becomes the anchor 4 returned by spring force in the starting position and the electrically conductive connection between the fixed contacts 8th will be interrupted.

Im geschlossenen Zustand des Schaltelements wird die über den Laststromkreis (die entsprechende Phase des Versorgungsnetzes 14) der Vorrichtung 1 geführte Energieversorgung zum Verbraucher 20 aufrechterhalten. Im geöffneten Zustand wird die über den Laststromkreis der Vorrichtung 1 geführte Energieversorgung zum Verbraucher 20 unterbrochen. In the closed state of the switching element is the via the load circuit (the corresponding phase of the supply network 14 ) of the device 1 guided energy supply to the consumer 20 maintained. In the open state, the over the load circuit of the device 1 guided energy supply to the consumer 20 interrupted.

Zur Erregung der Spule 5 ermittelt die Steuereinheit zunächst mittels des Sensors die vorliegende Temperatur der Spule 5. In Abhängigkeit der ermittelten Temperatur der Spule 5 bestimmt die Steuereinheit die notwendige Energie, welche zur Erregung der Spule 5 erforderlich ist. Hierfür sind in der Steuereinheit entsprechende Referenzwerte hinterlegt, welche die notwendige Taktung des Schalters zur Erregung der Spule 5 in Abhängigkeit der ermittelten Temperatur bestimmen. Das zum Schließen und oder geschlossen Halten des Schaltelements durch die Erregung der Spule 5 hervorgerufene magnetische Feld ist im Wesentlichen unabhängig von der ermittelten Temperatur der Spule 5 konstant. Lediglich die hierfür notwendige elektrische Energie zur Erregung der Spule 5 wird durch die Steuereinheit mittels der temperaturabhängigen unterschiedlichen Ansteuerung des Schalters gezielt beeinflusst. To excite the coil 5 The control unit first determines the present temperature of the coil by means of the sensor 5 , Depending on the determined temperature of the coil 5 The control unit determines the necessary energy, which is used to excite the coil 5 is required. For this purpose, in the control unit corresponding reference values are stored, which the necessary timing of the switch for energizing the coil 5 depending on the determined temperature. The closing and or closing of the switching element by the excitation of the coil 5 caused magnetic field is substantially independent of the detected temperature of the coil 5 constant. Only the necessary electrical energy to excite the coil 5 is selectively influenced by the control unit by means of the temperature-dependent different control of the switch.

Je höher die mittels des Sensors ermittelte Temperatur der Spule 5 ist, desto mehr Energie muss zur Erregung der Spule 5 aufgebracht werden. Die Energieversorgung der Spule 5 erfolgt somit in Abhängigkeit der ermittelten vorliegenden Temperatur des Sensors. Die mittels der Steuereinheit gezielt beeinflusste temperaturabhängige Erregung der Spule 5 erfolgt sowohl bei dem Schließprozess des Schaltelements sowie bei dem geschlossen Halten des Schaltelements. Hierfür wird durch die Steuereinheit wiederholt die Temperatur der Spule 5 mittels des Sensors ermittelt, so dass in Abhängigkeit der neu ermittelten Temperatur der Spule 5 gegebenenfalls eine Anpassung der Energieversorgung zur Erregung der Spule 5 erfolgt. Die Steuereinheit kann somit zum Schließen des Schaltelements die Spule 5 auf mindestens zwei energetisch unterschiedliche Arten erregen. Die Auswahl der Erregungsart der Spule 5 erfolgt in Abhängigkeit der über den Sensor ermittelten vorliegenden Temperatur der Spule 5. The higher the temperature of the coil determined by the sensor 5 The more energy you need to energize the coil 5 be applied. The power supply of the coil 5 thus takes place as a function of the determined present temperature of the sensor. The controlled by the control unit specifically influenced temperature-dependent excitation of the coil 5 occurs both in the closing process of the switching element and in the closed holding the switching element. For this purpose, the temperature of the coil is repeated by the control unit 5 determined by means of the sensor, so that depending on the newly determined temperature of the coil 5 optionally an adjustment of the power supply to energize the coil 5 he follows. The control unit can thus close the switching element, the coil 5 excite in at least two energetically different ways. The choice of the type of excitation of the coil 5 takes place as a function of the temperature of the coil determined via the sensor 5 ,

2 zeigt eine schematische Darstellung eines Aufbaus einer Spulenansteuerung der Vorrichtung aus 1. Zu sehen ist der Steuerspannungsanschluss 17, ein Gleichrichter 18, die Steuereinheit 19, die Spule 5 des elektromechanischen Antriebs des Niederspannungsschaltgerätes, eine Freilaufdiode 21, der Schalter 22, der Temperatursensor 11 und einen Spannungsteiler 23 zum Erfassen der über dem Steuerspannungsanschluss 17 anliegenden Spannung. 2 shows a schematic representation of a structure of a coil drive of the device 1 , You can see the control voltage connection 17 , a rectifier 18 , the control unit 19 , the sink 5 the electromechanical drive of the low-voltage switching device, a freewheeling diode 21 , the desk 22 , the temperature sensor 11 and a voltage divider 23 for detecting the above the control voltage terminal 17 applied voltage.

Die Steuereinheit 19 wird durch einen ASIC ausgebildet, welcher den mittels des Sensors 11 erfassten die Temperatur der Spule 5 charakterisierenden Werte auswerten kann. The control unit 19 is formed by an ASIC which uses the sensor 11 detected the temperature of the coil 5 can evaluate characterizing values.

Mittels des Gleichrichters 18 wird die am Steuerspannungsanschluss 17 anliegende Wechselspannung in Gleichspannung umgewandelt. By means of the rectifier 18 becomes the at the control voltage connection 17 applied AC voltage converted into DC voltage.

Über den Steuerspannungsanschluss 17 kann mittels der dezentral zur Vorrichtung angeordneten Geräteeinheit ein Befehl zum Schließen des Schaltelements und somit zum Zuschalten des Verbrauchers an das Versorgungsnetz an die Vorrichtung ausgegeben werden. Hierfür wird eine charakteristische Spannung über die Anschlüsse des Steuerspannungsanschlusses 17 angelegt. Mittels des Spannungsteilers 23 kann die Steuereinheit 19 dieses Signal detektieren und entsprechend interpretieren. Via the control voltage connection 17 can be issued by means of decentralized to the device unit a command to close the switching element and thus to connect the consumer to the supply network to the device. For this purpose, a characteristic voltage across the terminals of the control voltage connection 17 created. By means of the voltage divider 23 can the control unit 19 detect this signal and interpret it accordingly.

Detektiert die Steuereinheit 19 einen Spannungspegel am Steuerspannungsanschluss 17, welcher ein Schließen des Schaltelements charakterisiert, so leitet die Steuereinheit 19 das Schließen des Schaltelements ein. Detects the control unit 19 a voltage level at the control voltage terminal 17 , which characterizes a closing of the switching element, so passes the control unit 19 the closing of the switching element.

In Abhängigkeit der vorliegenden Steuerspeisespannung und der ermittelten vorliegenden Temperatur der Spule 5 wird die Spule 5 über den Schalter 22, welcher ein Schalttransistor ist, gesteuert. Über den Spannungsteiler 23 wird die vorliegende Steuerspeisespannung ermittelt. Mittels des Sensors 11 ermittelt die Steuereinheit 19 den die vorliegende Temperatur der Spule 5 charakterisierenden Wert. Depending on the present control supply voltage and the determined present temperature of the coil 5 becomes the coil 5 over the switch 22 , which is a switching transistor, controlled. About the voltage divider 23 the present control supply voltage is determined. By means of the sensor 11 determines the control unit 19 the present temperature of the coil 5 characterizing value.

In Abhängigkeit des über den Sensor 11 ermittelten die vorliegende Temperatur der Spule 5 charakterisierenden Wertes sowie der vorliegenden Steuerspeisespannung bestimmt die Steuereinheit 19 den zur Erregung der Spule 5 benötigten Energiebedarf. Die Steuereinheit 19 bestimmt letztendlich die Taktung (hier: die Impulsdauer und das Impulsintervall) des Schalters 22, welcher zur Erregung der Spule 5 genutzt wird. Je niedriger die ermittelte Temperatur der Spule 5 ist, desto geringer fällt der zur Erregung der Spule 5 erforderliche Energiebedarf aus. Depending on the sensor 11 determined the given temperature of the coil 5 characterizing value and the present control supply voltage determines the control unit 19 to excite the coil 5 required energy requirement. The control unit 19 ultimately determines the timing (here: the pulse duration and the pulse interval) of the switch 22 which stimulates the coil 5 is being used. The lower the determined temperature of the coil 5 is, the lower is the excitation of the coil 5 required energy requirement.

Durch das Einschalten des Schalters 22 fließt Strom durch die Spule 5. In Abhängigkeit des ermittelten die vorliegende Temperatur der Spule 5 charakterisierenden Wertes wird der Schalter 22 in einem bestimmten Rhythmus ein- und ausgeschaltet. Zum Schließen des Schaltelements ist die durch die Erregung der Spule 5 hervorgerufene magnetische Feldstärke auf den Anker unabhängig der ermittelten Temperatur der Spule im Wesentlichen stets gleich. Lediglich die benötigte Energie zur Erregung der Spule 5 ist abhängig von der mittels des Sensors 11 ermittelten Temperatur der Spule 5 und der hiervon abhängigen Ansteuerung des Schalters 22 durch die Steuereinheit 19. Die Steuereinheit 19 beeinflusst somit mittels des Schalters 22 in Abhängigkeit des über den Sensor 11 ermittelten die vorliegende Temperatur der Spule 5 charakterisierenden Wertes sowie der vorliegenden Steuerspeisespannung die Impulsdauer und das Impulsintervall des Stroms, welche zur Erregung der Spule genutzt wird. By switching on the switch 22 current flows through the coil 5 , Depending on the determined temperature of the coil 5 characterizing value becomes the switch 22 switched on and off in a certain rhythm. To close the switching element is the by the excitation of the coil 5 caused magnetic field strength on the armature regardless of the determined temperature of the coil substantially always the same. Only the energy needed to excite the coil 5 is dependent on the means of the sensor 11 determined temperature of the coil 5 and the dependent control of the switch 22 through the control unit 19 , The control unit 19 thus influences by means of the switch 22 depending on the sensor 11 determined the given temperature of the coil 5 characterizing value and the present control supply voltage, the pulse duration and the pulse interval of the current, which is used to energize the coil.

Nach dem Schließen des Schaltelements wird der Schalter 22 derart durch die Steuereinheit 19 angesteuert, dass die Spule 5 geringer erregt ist. Die Ermittlung der zur reduzierten Erregung der Spule 5 notwendigen Energiezufuhr zur Spule 5 erfolgt wiederum in Abhängigkeit des über den Sensor 11 ermittelten die vorliegende Temperatur der Spule 5 charakterisierenden Wertes. After closing the switching element, the switch 22 such by the control unit 19 that drives the coil 5 is less excited. The determination of the reduced excitation of the coil 5 necessary energy supply to the coil 5 again takes place in dependence on the sensor 11 determined the given temperature of the coil 5 characterizing value.

Claims

Contraption ( 1 ) with a switching element, a coil ( 5 ), a sensor ( 11 ) and a control unit ( 19 ), whereby by means of the coil ( 5 ) the switching element can be switched, wherein the control unit ( 19 ) over the sensor ( 11 ) a the present temperature of the coil ( 5 ) characterizing value and is designed such that, for switching the switching element, the coil ( 5 ) as a function of the sensor ( 11 ) determined the present temperature of the coil ( 5 ) characterizing value.

Contraption ( 1 ) according to claim 1, with a switch ( 22 ), by means of which the over the coil ( 5 ) current flow is controlled, wherein the control unit ( 19 ) the excitement of the coil ( 5 ) about the timing of the switch ( 22 ) controls.

Device according to one of the preceding claims, wherein the control unit ( 19 ) the present control supply voltage of the device ( 1 ) can determine.

Contraption ( 1 ) according to one of the preceding claims, wherein the switching element by an excitation of the coil ( 5 ) is opened or closed.

Contraption ( 1 ) according to one of the preceding claims, wherein a printed circuit board ( 6 ) of the device ( 1 ) the sensor ( 5 ).

Contraption ( 1 ) according to one of the preceding claims, wherein by means of the switching element, a load circuit of an electrical load ( 20 ) can be switched.

Method for switching a switching element of a device ( 1 ), which the switching element, a coil ( 5 ), a sensor ( 11 ) and a control unit ( 19 ), wherein by means of the coil ( 5 ) the switching element can be switched, wherein the control unit ( 19 ) over the sensor ( 11 ) a the present temperature of the coil ( 5 ) characterizing value and the coil ( 5 ) depending on the sensor ( 11 ) determined the present temperature of the coil ( 5 ) characterizing value.

Method according to claim 7, wherein the device comprises a switch ( 22 ) by means of which the over the coil ( 5 ) controlled current flow with the control unit ( 19 ) the excitement of the coil ( 5 ) about the timing of the switch ( 22 ) controls.

Method according to claim 7 or 8, wherein the present control supply voltage of the device ( 1 ) is determined.