DE102019109176A1 - Verfahren zum Schließen eines Schaltschützes und Schaltschütz mit Temperaturkompensation - Google Patents

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Schließen der Kontakte eines elektrischen Schaltgeräts während eines Einschaltvorgangs, wobei das elektrische Schaltgerät einen elektromechanischen Antrieb mit einer Spule und einem zwischen einer geöffneten Stellung und einer geschlossenen Stellung bewegbaren Anker aufweist, und wobei die Spule zum Schließen der Kontakte des elektrischen Schaltgeräts bestromt wird. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass zunächst während einer ersten Zeitdauer eine konstante erste Spannung an die Spule angelegt und ein Messwert ermittelt wird, wobei- entweder die erste Zeitdauer fest vorgegeben ist, und der Messwert ein Stromwert ist, der am Ende der ersten Zeitdauer durch Messen des in der Spule fließenden Stroms ermittelt wird, wobei die erste Zeitdauer und die erste Spannung derart gewählt werden, dass der Anker während der ersten Zeitdauer nicht in Bewegung versetzt wird,- oder die erste Spannung solange an die Spule angelegt wird, bis ein bestimmter Stromwert des in der Spule fließenden Stroms erreicht wird, wobei die erste Zeitdauer die Zeitdauer bis zum Erreichen dieses bestimmten Stromwerts ist, wobei die erste Zeitdauer den Messwert darstellt, und wobei die erste Spannung derart gewählt wird, dass der Anker während der ersten Zeitdauer nicht in Bewegung versetzt wird,wobei in Abhängigkeit des Messwerts eine geeignete zweite Spannung festgelegt wird, die größer ist als die erste Spannung und die während einer zweiten Zeitdauer an die Spule angelegt wird, um den Anker von der geöffneten Stellung in die geschlossene Stellung zu bewegen.

Description

• Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Schließen der Kontakte eines elektrischen Schaltgeräts während eines Einschaltvorgangs nach dem Oberbegriff des unabhängigen Anspruchs 1. Das elektrische Schaltgerät weist dabei einen elektromechanischen Antrieb mit einer Spule und einem zwischen einer geöffneten Stellung und einer geschlossenen Stellung bewegbaren Anker auf, wobei die Spule zum Schließen der Kontakte des elektrischen Schaltgeräts bestromt wird. Der Anker des elektromechanischen Antriebs ist dabei mit einem beweglichen Kontakt des elektrischen Schaltgeräts verbunden. Die vorliegende Erfindung betrifft ferner ein elektrisches Schaltgerät nach dem Oberbegriff des unabhängigen Anspruchs 10.
• Elektrische Schaltgeräte, insbesondere Hochleistungsschütze, sind in vielen Anwendungsbereichen mitunter hohen Temperaturschwankungen ausgesetzt. Dies gilt beispielsweise für Hochleistungsschütze, die in Bahnfahrzeugen, Kraftfahrzeugen oder in Freilandinstallationen eingesetzt werden. Die Spule des elektromagnetischen Antriebs kann darüber hinaus allein durch die Eigenerwärmung im Betrieb sehr großen Temperaturschwankungen ausgesetzt sein.
• In Bahnapplikationen reicht die Temperaturbandbreite von etwa -40°C in Sibirien bis 110°C in gewissen Wüstenregionen. Der elektrische Widerstand der Spule ändert sich dabei um den Faktor 1,8. Sofern keine Kompensation erfolgt, ändern sich entsprechend auch der Anzugstrom - der Strom welcher beim Schließen der Kontakte in der Spule fließt - und das Schaltverhalten des Schaltgeräts. Im kalten Zustand erfolgt wegen des niedrigeren Widerstands ein schnellerer Anzug, was beim Schließen zu einem erhöhten Prellen der Kontakte des elektrischen Schaltgeräts führen kann und ganz grundsätzlich eine erhöhte mechanische Belastung der Bauteile zur Folge hat. Bei sehr hohen Temperaturen werden die Kontakte unter Umständen nicht schnell genug geschlossen, sodass es zu Flattererscheinungen und erhöhtem Verschleiß durch auftretende Lichtbögen kommen kann.
• Erfolgt keine Temperaturkompensation, muss der Antrieb somit robuster und daher größer ausgelegt werden. Dies führt zu vergleichsweise schweren und teuren Schaltgeräten.
• Soll hingegen eine Temperaturkompensation erfolgen, so muss bei niedrigen Temperaturen eine niedrigere Spannung und bei höheren Temperaturen eine höhere Spannung an die Spule angelegt werden, um über den gesamten Temperaturbereich ein gleichmäßiges Schaltverhalten bzw. eine einheitliche Einschaltzeit bzw. Anzugzeit gewährleisten zu können. Hierzu muss die in der Spule vorherrschende Temperatur oder der davon abhängige Spulenwiderstand erfasst werden. Dies kann beispielsweise mittels eines Temperatursensors erfolgen. Ein zusätzlicher Temperatursensor führt jedoch zu einem aufwändigeren Aufbau und verteuert die Herstellung des elektrischen Schaltgeräts.
• Es gibt jedoch bereits auch Verfahren zur Messung der Spuleninduktivität und des Spulenwiderstands ohne direkte Ermittlung der Spulentemperatur. Ein derartiges Verfahren ist beispielsweise aus US 20180174786 A1 bekannt. Derartige Verfahren erfordern jedoch eine vergleichsweise große Rechenleistung und setzen daher den Einsatz teurer Mikroprozessoren voraus.
• Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein Verfahren der eingangs genannten Art anzugeben, welches eine einfache Temperaturkompensation mit geringen Hardwareanforderungen und insbesondere ohne die Notwendigkeit eines Temperatursensors erlaubt und die den Anzugsvorgang nicht nachteilig verlängert.
• Die Aufgabe wird gelöst durch die Merkmale des unabhängigen Anspruchs 1.
• Demnach liegt bei einem Verfahren gemäß dem Oberbegriff des unabhängigen Anspruchs 1 dann eine erfindungsgemäße Lösung der Aufgabe vor, wenn zunächst während einer ersten Zeitdauer T₁ eine konstante erste Spannung U₁ an die Spule angelegt und ein Messwert ermittelt wird, wobei
• - entweder die erste Zeitdauer T₁ fest vorgegeben ist, und der Messwert ein Stromwert I_Mess ist, der am Ende der ersten Zeitdauer T₁ durch Messen des in der Spule fließenden Stroms ermittelt wird, wobei die erste Zeitdauer T₁ und die erste Spannung U₁ derart gewählt werden, dass der Anker während der ersten Zeitdauer T₁ nicht in Bewegung versetzt wird,
• - oder die erste Spannung U₁ solange an die Spule angelegt wird, bis ein bestimmter Stromwert I_Soll des in der Spule fließenden Stroms erreicht wird, wobei die erste Zeitdauer T₁ die Zeitdauer bis zum Erreichen dieses bestimmten Stromwerts I_Soll ist, wobei die erste Zeitdauer T₁ den Messwert darstellt, und wobei die erste Spannung U₁ derart gewählt wird, dass der Anker während der ersten Zeitdauer T₁ nicht in Bewegung versetzt wird,
wobei in Abhängigkeit des so ermittelten Messwerts eine geeignete zweite Spannung U₂ festgelegt wird, die größer ist als die erste Spannung U₂ und die während einer zweiten Zeitdauer T₂ an die Spule angelegt wird, um den Anker von der geöffneten Stellung in die geschlossene Stellung zu bewegen.
• Die Idee der vorliegenden Erfindung basiert auf der folgenden bekannten Gleichung für den Strom durch eine Spule nach Anlegen einer Spannung (gültig solange sich der Anker nicht bewegt): $$I\left(t\right)=\frac{U}{R}\left(1-e^{-\frac{t}{\tau }}\right)mit\tau =\frac{L}{R}$$

  

U

die an der Spule anliegende Spannung,

R

der (temperaturabhängige) Spulenwiderstand,

L

die Induktivität der Spule mit dem Anker in der Ausgangsposition.

• Sind die Größen L, I, U und t bekannt, so kann daraus der Spulenwiderstand R berechnet werden, welcher wiederum von der Temperatur abhängt. Die tatsächliche Berechnung des Spulenwiderstands ist erfindungsgemäß jedoch nicht notwendig. Es wird lediglich ein vom Spulenwiderstand und damit von der Temperatur abhängiger Messwert ermittelt.
• Gibt man die erste Zeitdauer T₁ fest vor, so ist dieser Messwert der Stromwert I_Mess , der sich am Ende der ersten Zeitdauer T₁ einstellt. In Abhängigkeit dieses Strommesswerts I_Mess wird daraufhin die Spannung U₂ festgelegt, mit der die Spule schlussendlich beaufschlagt wird, um den Anker anzuziehen, das heißt um den Anker von der geöffneten Stellung in die geschlossene Stellung zu bewegen und dadurch die Kontakte zu schließen. Die optimale Anzugspannung U₂ bei einem bestimmten Strommesswert I_Mess kann beispielsweise zuvor experimentell durch entsprechende Messreihen ermittelt werden und in einem Speicher einer Steuerung des Schaltgeräts abgelegt sein.
• Die erste Zeitdauer T₁ muss so gewählt werden, dass sich der Anker während der ersten Zeitdauer noch nicht bewegt. Andernfalls würde die bei der Bewegung des Ankers im Magnetfeld auftretende Ankerrückwirkung die Strommessung am Ende der ersten Zeitdauer verfälschen und die obige Gleichung würde nicht mehr gelten. Die erste Zeitdauer muss so lang sein, dass die Endwerte der Strommessung - bedingt durch die Widerstandsänderung der Spule durch den Temperatureinfluss - an der oberen und der unteren Temperaturgrenze so weit auseinanderliegen, dass ein ausreichend großer Messbereich erreicht wird. Die Messgenauigkeit und die Auflösung der Messeinrichtung für den Spulenstrom sind dabei zu berücksichtigen. Die erste Spannung U₁ , die während der ersten Zeitdauer T₁ an der Spule anliegt, sollte möglichst groß gewählt werden, damit der in der Spule fließende Strom im Verlauf der ersten Zeitdauer möglichst groß wird, und zwar so, dass es während der ersten Zeitdauer bei der niedrigsten Einsatztemperatur und unter Berücksichtigung von Toleranzen noch nicht zu einer Bewegung des Ankers kommt.
• Auf der anderen Seite sollte die erste Zeitdauer möglichst kurz sein, so dass der Einschaltvorgang nicht unnötig verzögert wird.
• Alternativ zu der oben beschriebenen Messwertermittlung mit einer fest vorgegebenen ersten Zeitdauer T₁ kann man auch eine feste Stromgrenze I_Soll festlegen, die erreicht werden soll. In diesem Fall ist der von der Temperatur und damit vom Spulenwiderstand abhängige Messwert die erste Zeitdauer T₁ , die verstreicht, bis die Stromgrenze I_Soll erreicht ist. Gegenüber der ersten Alternative ist diese zweite Alternative jedoch etwas aufwändiger umzusetzen, da der Spulenstrom während der gesamten ersten Zeitdauer T₁ gemessen werden muss. Es versteht sich von selbst, dass auch bei dieser zweiten Alternative erstens die erste Spannung U₁ bis zum Erreichen des vorgegebenen Stromwerts I_Soll konstant gehalten werden muss, und zweitens die erste Spannung U₁ bzw. der zu erreichende Stromwert I_Soll derart festgelegt werden müssen, dass der Anker bis zum Erreichen der Stromgrenze I_Soll noch nicht in Bewegung versetzt wird.
• In beiden oben genannten Fällen steigt der Strom während der gesamten ersten Zeitdauer T₁ an. Dies bedeutet, die erste Zeitdauer T₁ dauert nicht lange genug an, dass sich ein stationärer Endstrom in der Spule einstellen könnte. Mit R = U/l ließe sich in diesem Fall zwar der Widerstand ganz leicht ermitteln. Die dafür erforderliche Messzeit wäre aber deutlich länger als der gesamte übliche Anzugsvorgang des Schaltgeräts und wäre daher inakzeptabel. Ein großer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens ist somit, dass der Anzugsvorgang nicht nennenswert verlängert wird.
• Die vorliegende Erfindung erlaubt eine einfache Temperaturkompensation ohne aufwändige und teure Hardware. Insbesondere ist kein Temperatursensor erforderlich, um das erfindungsgemäße Verfahren auszuführen. Es ist lediglich eine entsprechende Strommesseinrichtung notwendig, um den in der Spule fließenden Strom messen zu können. Bei elektrischen Schaltgeräten mit Regelung des Haltestroms nach dem Einschaltvorgang ist eine derartige Strommesseinrichtung ohnehin vorhanden. Zur Durchführung des Verfahrens kann ein kleiner und kostengünstiger Mikrocontroller verwendet werden.
• Die vorliegende Erfindung eignet sich insbesondere bei elektrischen Schaltschützen.
• Vorteilhafte Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens sind Gegenstand der Unteransprüche.
• Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist die erste Zeitdauer T₁ fest vorgegeben, wobei der Messwert ein Strommesswert I_Mess ist, der am Ende der ersten Zeitdauer T₁ durch Messen eines in der Spule fließenden Stroms ermittelt wird, wobei die erste Zeitdauer T₁ und die erste Spannung U₁ derart gewählt werden, dass der Anker während der ersten Zeitdauer T₁ nicht in Bewegung versetzt wird. Wie oben bereits beschrieben, ist diese Ausführungsform einfacher umzusetzen als die Alternative mit fest vorgegebener Stromgrenze I_Soll .
• Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung schließt die zweite Zeitdauer unmittelbar an die erste Zeitdauer an. Dadurch wird eine kurze Einschaltzeit gewährleistet. Bei der Ermittlung bzw. Festlegung der zweiten Spannung U₂ , die nach Ablauf der ersten Zeitdauer T₁ an die Spule angelegt wird, um den Anker von der geöffneten Stellung in die geschlossene Stellung zu bewegen und dadurch die Kontakte zu schließen, muss dabei der Stromwert für den Spulenstrom berücksichtigt werden, der am Ende der ersten Zeitdauer bereits erreicht ist und dadurch den Ausgangswert für die Anzugsphase während der zweiten Zeitdauer T₂ bildet.
• Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist die zweite Spannung U₂ während der zweiten Zeitdauer T₂ konstant. Dies vereinfacht das erfindungsgemäße Verfahren wesentlich. Rein theoretisch ist es jedoch denkbar, während der zweiten Zeitdauer einen bestimmten Spannungsverlauf aufzuprägen, dessen Parameter anhand des ermittelten Messwerts festgelegt werden. Unter einer konstanten Spannung im Sinne dieser Ausführungsform wird auch eine mittels Pulsweitenmodulation eingestellte mittlere Spannung während der zweiten Zeitdauer verstanden.
• Gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird die zweite Spannung in Abhängigkeit des Messwerts derart festgelegt, dass der Anker beim Schließen der Kontakte unabhängig von der Temperatur der Spule stets die gleiche Geschwindigkeit erreicht. Die dazu notwendige Anzugspannung U₂ bei einem bestimmten temperaturabhängigen Messwert kann experimentell durch entsprechende Messreihen ermittelt werden. Hierzu kann das Schaltgerät beispielsweise entsprechend erwärmt oder abgekühlt werden, wobei anschließend sowohl der Strommesswert I_Mess am Ende der ersten Zeitdauer T₁ , als auch das Schaltverhalten bei unterschiedlichen Anzugspannungen während der zweiten Zeitdauer T₂ ausgemessen werden.
• In einer alternativen Ausführungsform wird die zweite Spannung in Abhängigkeit des Messwerts derart festgelegt, dass der Anker beim Schließen der Kontakte unabhängig von der Temperatur der Spule stets in derselben Zeitdauer in die geschlossene Stellung bewegt wird. Das bedeutet, die Zeitdauer bis zum Schließen der Kontakte soll immer gleich lang sein. Auch bei dieser Ausführungsform kann die notwendige Anzugspannung U₂ bei einem bestimmten temperaturabhängigen Messwert experimentell ermittelt werden.
• Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens erfolgt das Festlegen der zweiten Spannung U₂ anhand des Messwerts durch Auslesen eines Vorgabewerts aus einer in einem Speicher hinterlegten Tabelle. Dadurch sind während des Einschaltvorgangs keine komplizierten Berechnungen notwendig. Es kann ein günstiger und einfacher Mikrocontroller zur Steuerung verwendet werden. Die angesprochene Tabelle ist weiter vorzugsweise in dem Speicher des zur Steuerung verwendeten Mikrocontrollers hinterlegt. In der Tabelle können beispielsweise die konkreten Werte für die Anzugspannung (zweite Spannung U₂ ) oder aber auch andere für die Steuerung geeignete Vorgabewerte hinterlegt sein. Beispielsweise können anstatt der konkreten Spannungswerte Pulsweitenmodulationsvorgabewerte hinterlegt sein. Denn die Spannungswerte U₁ und U₂ werden vorzugsweise mittels Pulsweitenmodulation eingestellt. Mögliche Schwankungen der Versorgungsspannung werden dabei vorzugsweise durch entsprechende Änderungen der Pulsweitenmodulation ausgeglichen. Für das erfindungsgemäße Verfahren ist es nicht erforderlich, konkrete Werte für den Widerstand und/oder die Temperatur der Spule im Betrieb zu ermitteln. Ausschlaggebend ist lediglich der aus Widerstand bzw. Temperatur abgeleitete Zusammenhang zwischen dem Messwert und dem Vorgabewert bzw. Spannungswert U₂ .
• Alternativ kann aus den konkret ermittelten Vorgabewerten bzw. aus den Werten für die zweite Spannung U₂ auch eine Näherungsfunktion zur Berechnung des Vorgabewertes auf Basis des Messwerts abgeleitet werden, sodass anstatt einer vollständigen Tabelle nur die Parameter einer Berechnungsvorschrift in den Speicher des zur Steuerung verwendeten Mikrocontrollers übertragen werden müssen. Dies erfordert zwar eine etwas höhere Rechenleistung, benötigt aber weniger Speicher. Auch bei diesem Ausführungsbeispiel werden mögliche Schwankungen der Versorgungsspannung vorzugsweise durch entsprechende Änderungen der Pulsweitenmodulation ausgeglichen.
• Die zu einem bestimmten Messwert gehörigen Werte für die Anzugspannung U₂ bzw. die oben angesprochenen Vorgabewerte werden vorzugsweise für einen größeren Temperaturbereich, beispielsweise für einen Temperaturbereich von maximal 0°C bis zumindest 50°C, weiter bevorzugt für einen Temperaturbereich von maximal -20°C bis zumindest 80°C, weiter bevorzugt für einen Temperaturbereich von maximal -40°C bis zumindest 110°C, und besonders bevorzugt für einen Temperaturbereich von maximal -60°C bis zumindest 130°C ermittelt. Die Werte werden in einer Tabelle hinterlegt, und entweder die Tabelle selbst oder die daraus abgeleitete Rechenvorschrift wird in den Speicher des Mikrocontrollers übertragen. Für eine zufriedenstellende Temperaturkompensation reicht es aus, wenn die Werte für diskrete Temperaturen mit einem Delta von beispielsweise 1°C oder auch mit größeren Differenzen von beispielsweise 5°C ermittelt werden. Da die konkreten Temperaturen für das Verfahren letztendlich keine Rolle spielen, ist die Eingangsgröße in die Tabelle jedoch der Messwert. Für die Tabelle werden daher vorzugsweise Messwerte mit einem konstanten Delta verwendet, was sich nicht in einem konstanten Delta der Temperatur wiederspiegelt.
• Nach Ablauf der zweiten Zeitdauer kann die Steuerung in einen Haltemodus übergehen. Da zum Halten des Ankers in der geschlossenen Stellung eine geringere Kraft benötigt wird als zum Anziehen des Ankers, kann die Leistung reduziert werden. Gemäß einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ist die zweite Zeitdauer T₂ fest vorgegeben, wodurch das Verfahren weiter vereinfacht wird. Bevorzugt kann alternativ jedoch vorgesehen sein, dass die zweite Zeitdauer T₂ dann endet, wenn durch eine geeignete Sensorik oder Auswertung erkannt wird, dass sich der Anker in der geschlossenen Position befindet. Auch bei dieser Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens kann die Steuerung anschließend in den Haltemodus übergehen.
• Die Erfindung stellt ferner ein elektrisches Schaltgerät nach dem Oberbegriff des unabhängigen Anspruchs 10 bereit, dessen Steuerung dazu ausgelegt und dazu eingerichtet ist, das erfindungsgemäße Verfahren auszuführen.
• Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des elektrischen Schaltgeräts weist die Steuerung einen Mikrocontroller auf, in welchem eine Tabelle mit möglichen Messwerten und zugehörigen Vorgabewerten oder, gemäß einer alternativen Ausführungsform, eine Rechenvorschrift zur Berechnung eines Vorgabewerts anhand des Messwerts hinterlegt ist.
• Die Erfindung wird im Folgenden anhand von Zeichnungen näher erläutert.
• Es zeigen:
• 1 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Schaltschützes gemäß einem Ausführungsbeispiel,
• 2 ein Schaltbild des erfindungsgemäßen Schaltschützes aus 1, und
• 3 den Stromverlauf in der Spule des erfindungsgemäßen Schaltschützes.
• Für die folgenden Ausführungen gilt, dass gleiche Teile durch gleiche Bezugszeichen bezeichnet werden. Sofern in einer Zeichnung Bezugszeichen enthalten sind, auf die in der zugehörigen Figurenbeschreibung nicht näher eingegangen wird, so wird auf vorangehende oder nachfolgende Figurenbeschreibungen Bezug genommen.
• 1 zeigt eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Schaltschützes 1 gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Das Schaltschütz 1 weist ein lediglich ausschnittsweise dargestelltes Gehäuse 10 und eine Kontaktstelle mit Doppelunterbrechung auf. Die Kontaktstelle besteht aus den beiden Festkontakten 5 und der beweglichen Kontaktbrücke 6. Die Kontaktbrücke 6 ist über Kontaktdruckfedern 7 an einem Kontaktträger 9 gelagert, der über die Schaltstange 4 mit dem beweglichen Anker 3 des elektromagnetischen Antriebs des Schaltschützes 1 verbunden ist. Der Anker 3 sowie das Joch 8 des elektromagnetischen Antriebs sind zumindest teilweise von der Spule 2 des elektromagnetischen Antriebs umschlossen. Bei Bestromung der Spule 2 durch Anlegen einer ausreichenden Spannung wird der Anker 3 entgegen der Kraft der zwischen Joch 8 und Anker 3 wirkenden Rückstellfeder 13 angezogen, sodass die Kontakte geschlossen werden.
• 2 zeigt das Schaltbild des erfindungsgemäßen Schaltschützes aus 1. Eine Strommesseinrichtung 12 dient dazu, den in der Spule 2 fließenden Strom während des Betriebs zu messen. Bei dem Bauteil 15 handelt es sich um eine Spannungsmesseinrichtung zur Messung der Versorgungsspannung U_Vers , die gewissen Schwankungen unterliegen kann. Die Messgrößen der Strommesseinrichtung 12 und der Spannungsmesseinrichtung 15 werden einem Mikrocontroller 11 zugeführt, der die beiden Messgrößen verarbeitet und daraus ein an Steuersignal für den Leistungsschalter 17 generiert, über welchen die Spule 2 angesteuert wird. An die Versorgungsspannung U_Vers ist eine Spannungsversorgung 16 für den Mikrocontroller 11, die beiden Messeinrichtungen 12 und 15 und gegebenenfalls für einen Treiber zur Ansteuerung des Leistungsschalters 17 angeschlossen. An der Spule 2 befindet sich ferner eine Freilaufdiode 18.
• Das Einschalten der Versorgungsspannung erfolgt über den Versorgungsspannungsschalter 14.
• 3 zeigt den Verlauf des in der Spule 2 fließenden Stroms I über der Zeit t. Der Einschaltvorgang ist in zwei Phasen unterteilt. In der ersten Phase während der ersten Zeitdauer T₁ wird eine konstante erste Spannung U₁ an die Spule 2 angelegt. Bei dem hier vorgestellten Ausführungsbeispiel ist die erste Zeitdauer T₁ fest vorgegeben, wobei am Ende der ersten Zeitdauer T₁ der resultierende Stromwert I_Mess in der Spule 2 gemessen wird. Erste Spannung U₁ und erste Zeitdauer T₁ werden dabei derart gewählt, dass der Anker während der ersten Zeitdauer T₁ nicht in Bewegung versetzt wird.
• In Abhängigkeit des gemessenen und von der Temperatur der Spule abhängigen Stromwerts I_Mess wird daraufhin eine geeignete zweite Spannung U₂ festgelegt, die größer ist als die erste Spannung U₁ und welche während einer direkt an die erste Zeitdauer T₁ anschließenden zweiten Zeitdauer T₂ an die Spule 2 angelegt wird, um den Anker 3 von der geöffneten Stellung in die geschlossene Stellung zu bewegen und dadurch die Kontakte zu schließen. Die zweite Zeitdauer T₂ stellt somit die zweite Phase des Einschaltvorgangs dar. Die zu einem bestimmten Strommesswert I_Mess gehörige zweite Spannung U₂ wird z.B. aus einer im Mikrocontroller hinterlegten Tabelle ausgelesen.
• Nach Abschluss des Einschaltvorgangs geht die Steuerung des Schaltschützes in einen Haltemodus über. Der Haltemodus wird während der dritten Zeitdauer T₃ beibehalten.
• Bezugszeichenliste

1

elektrisches Schaltgerät

2

Spule

3

Anker

4

Schaltstange

5

Festkontakt

6

Kontaktbrücke

7

Kontaktdruckfeder

8

Joch

9

Kontaktträger

10

Gehäuse

11

Mikrocontroller

12

Strommesseinrichtung

13

Rückstellfeder

14

Versorgungsspannungsschalter

15

Spannungsmesseinrichtung

16

Spannungsversorgung

17

Leistungsschalter

18

Freilaufdiode

t

Zeit

T₁

erste Zeitdauer

T₂

zweite Zeitdauer

T₃

dritte Zeitdauer

U_Vers

Versorgungsspannung

U₁

erste Spannung

U₂

zweite Spannung

I

Strom

I_Mess

Strommesswert

I_Soll

vorgegebener Stromwert

R

Spulenwiderstand

• ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
• Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
• Zitierte Patentliteratur
• US 20180174786 A1 [0006]

Claims (11)

1. Verfahren zum Schließen der Kontakte (5, 6) eines elektrischen Schaltgeräts (1) während eines Einschaltvorgangs, wobei das elektrische Schaltgerät (1) einen elektromechanischen Antrieb mit einer Spule (2) und einem zwischen einer geöffneten Stellung und einer geschlossenen Stellung bewegbaren Anker (3) aufweist, und wobei die Spule (2) zum Schließen der Kontakte (5, 6) des elektrischen Schaltgeräts (1) bestromt wird, dadurch gekennzeichnet, dass zunächst während einer ersten Zeitdauer T₁ eine konstante erste Spannung U₁ an die Spule (2) angelegt und ein Messwert ermittelt wird, wobei - entweder die erste Zeitdauer T₁ fest vorgegeben ist, und der Messwert ein Strommesswert I_Mess ist, der am Ende der ersten Zeitdauer T₁ durch Messen des in der Spule (2) fließenden Stroms ermittelt wird, wobei die erste Zeitdauer T₁ und die erste Spannung U₁ derart gewählt werden, dass der Anker (3) während der ersten Zeitdauer T₁ nicht in Bewegung versetzt wird, - oder die erste Spannung U₁ solange an die Spule (2) angelegt wird, bis ein bestimmter Stromwert I_Soll des in der Spule (2) fließenden Stroms erreicht wird, wobei die erste Zeitdauer T₁ die Zeitdauer bis zum Erreichen dieses bestimmten Stromwerts I_Soll ist, wobei die erste Zeitdauer T₁ den Messwert darstellt, und wobei die erste Spannung U₁ derart gewählt wird, dass der Anker (3) während der ersten Zeitdauer T₁ nicht in Bewegung versetzt wird, wobei in Abhängigkeit des Messwerts eine geeignete zweite Spannung U₂ festgelegt wird, die größer ist als die erste Spannung U₁ und die während einer zweiten Zeitdauer T₂ an die Spule (2) angelegt wird, um den Anker (3) von der geöffneten Stellung in die geschlossene Stellung zu bewegen.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Zeitdauer T₁ fest vorgegeben ist, und der Messwert ein Strommesswert I_Mess ist, der am Ende der ersten Zeitdauer T₁ durch Messen des in der Spule (2) fließenden Stroms ermittelt wird, wobei die erste Zeitdauer T₁ und die erste Spannung U₁ derart gewählt werden, dass der Anker (3) während der ersten Zeitdauer T₁ nicht in Bewegung versetzt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Zeitdauer T₂ unmittelbar an die erste Zeitdauer T₁ anschließt.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Spannung U₂ während der zweiten Zeitdauer T₂ konstant ist.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Spannung U₂ in Abhängigkeit des Messwerts derart festgelegt wird, dass der Anker (3) beim Schließen der Kontakte (5, 6) unabhängig von der Temperatur der Spule (2) stets die gleiche Geschwindigkeit erreicht.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Spannung U₂ in Abhängigkeit des Messwerts derart festgelegt wird, dass der Anker (3) beim Schließen der Kontakte (5, 6) unabhängig von der Temperatur der Spule (2) stets in derselben Zeitdauer in die geschlossene Stellung bewegt wird.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Festlegen der zweiten Spannung U₂ anhand des Messwerts durch Auslesen eines Vorgabewerts aus einer in einem Speicher hinterlegten Tabelle oder durch Anwendung einer Rechenvorschrift zur Berechnung des Vorgabewerts anhand des Messwerts erfolgt.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Zeitdauer T₂ fest vorgegeben ist.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Zeitdauer T₂ dann endet, wenn durch eine geeignete Sensorik oder Auswertung erkannt wird, dass sich der Anker in der geschlossenen Position befindet.
10. Elektrisches Schaltgerät (1) mit Kontakten (5, 6) sowie einem elektromagnetischen Antrieb zum Schließen der Kontakte (5, 6), wobei der elektromechanische Antrieb eine Spule (2) und einen zwischen einer geöffneten Stellung und einer geschlossenen Stellung bewegbaren Anker (3) aufweist, wobei das elektrische Schaltgerät ferner eine Strommesseinrichtung (12) zur Messung des in der Spule (2) fließenden Stroms aufweist, und wobei das elektrische Schaltgerät (1) eine Steuerung aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerung dazu ausgelegt und dazu eingerichtet ist, das Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9 auszuführen.
11. Elektrisches Schaltgerät (1) nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerung einen Mikrocontroller (11) aufweist, in welchem eine Tabelle mit möglichen Messwerten und zugehörigen Vorgabewerten oder eine Rechenvorschrift zur Berechnung der Vorgabewerte anhand der Messwerte hinterlegt ist.

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