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Technisches Gebiet der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Auslösevorrichtung mit intelligenter Regelung zum Betätigen einer Schalteinrichtung, wie etwa einem Leistungsschalter, beispielsweise für Mittelspannungs- oder Hochspannungsanwendungen, und auf ein Verfahren zum Betreiben einer solchen Auslösevorrichtung.
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Hintergrund
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Im Stand der Technik sind Auslösevorrichtungen bekannt, die einen mit einer Hilfsspannung betreibbaren Hubmagneten mit einer Magnetspule und einem mittels der Magnetspule bewegbaren Aktuator, wie etwa einem Betätigungsstift aufweisen. Derartige Auslösevorrichtungen werden typischerweise zum Betätigen einer elektrischen Schalteinrichtung, wie etwa einem Leistungsschalter, beispielsweise einem Mittelspannungs- oder einem Hochspannungsleistungsschalter, verwendet.
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Die
DE 10 2014 208 014 A1 offenbart ein Verfahren zum Betreiben eines Schalters und einen Schalter, bei dem die Bewegung des Ankers mittels eines Sollflussverlaufs geregelt wird.
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Die
DE 198 07 875 A1 beschreibt ein Verfahren zur Regelung eines elektromagnetischen Aktuators mit wenigstens einem Elektromagneten und einem Anker.
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Aus der
DE 11 2005 001 085 T5 ist eine Zustandserfassungsvorrichtung zum Erfassen eines Zustands bekannt.
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In Schaltgeräten für Mittelspannung, womit üblicherweise ein Bereich von ca. 1.000 Volt bis ca. 60.000 Volt bezeichnet wird, wird herkömmlich eine Vielzahl von unterschiedlichen, derartigen elektromagnetischen Auslösern verwendet. Die herkömmlichen Auslöser haben durch ihre Bauart bedingte, festgelegte Eigenschaften hinsichtlich beispielsweise der Parameter Reaktionszeit, Betätigungskraft, Weg-Zeit-Verlauf des Aktuatorbetätigungsstifts, und vorgesehener Wert bzw. Bereich der Hilfsspannung. Daher ist herkömmlich eine große Anzahl verschiedener Auslösertypen mit unterschiedlichen Eigenschaften notwendig, um in einem elektrischen Schalter eine gewünschte Funktionalität mit bestimmten Eigenschaften bereitzustellen.
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Zum Beeinflussen der Parameter Reaktionszeit und Betätigungskraft ist es - zusätzlich zur Auswahl geeigneter Bauartparameter - bekannt, um schnelle Reaktionszeiten und/oder hohe Betätigungskräfte zu erzielen, eine Auslöserspule kurzzeitig elektrisch zu überlasten (sogenanntes „Überschießen“). Dabei ist es erforderlich, nach der Schalthandlung des Schalters den Stromkreis des Auslösers zu unterbrechen, eine Zerstörung durch Überlastung zu verhindern.
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In vielen Anwendungsfällen ist es wünschenswert, herkömmliche Auslöser entsprechend ihrer Einsatzbedingungen in ihrem Verhalten zu beeinflussen und die Auslöser dauersignalfest auszuführen. Dafür ist eine Reihe von Maßnahmen bekannt, von denen nachfolgend einige beschrieben werden.
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Zum Implementieren von verschiedenen Versorgungsspannungen bzw. Hilfsspannungen werden unterschiedliche Auslösertypen verwendet, die sich im Wesentlichen durch angepasste Spuleneigenschaften unterscheiden. Daher gibt es viele Auslösertypen, die nahezu identisch sind.
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Zum Verhindern eines sogenannten Einschalt-Pumpens, d.h. eines Auslöserverhaltens, wobei wenn gleichzeitig ein Einschaltkommando und ein Ausschaltkommando dauerhaft gegeben wird, der Aktuator ständig hin und her bewegt wird und entsprechend ein vom Aktuator betätigter Schalter ständig hin und her bewegt wird, wird häufig eine externe Beschaltung des Auslösers mittels eines Relais mit Selbsthaltung realisiert.
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Die Verhinderung einer Zerstörung des Auslösers infolge einer Überlast geschieht herkömmlich beispielsweise dadurch, dass der Stromkreis des Auslösers durch die Schalterbewegung unterbrochen wird. Wenn dabei die Zielstellung des Schalters nicht erreicht wird, beispielsweise weil der Auslöser verklemmt, oder wenn die Betätigungseinrichtung für die Auslöserstromkreisunterbrechnung defekt ist, würde der Auslöser elektrisch zerstört werden.
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In Anwendungsfällen, wo eine Reaktionszeit des Auslösers kleiner als eine Anforderung an den Schalter sind, werden häufig zusätzliche externe (extern in Bezug auf den Auslöser) Verzögerungsglieder in der Ansteuerung des Auslösers verwendet.
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In Anwendungsfällen, wo vorgegebene zeitliche Bedingungen für Schaltfolgen einzuhalten sind, werden häufig zusätzliche externe Überwachungs- und Steuerungseinrichtungen notwendig.
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Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen „intelligenten Auslöser“ bereitzustellen, in dem eine „intelligente Steuerung“ integriert ist, die es ermöglicht, dass eine Mehrzahl von Anwendungsfällen, einschließlich der vorgenannten Anwendungsfälle, mit einem einzigen Auslösertyp bedient werden können, so dass die Anzahl von Varianten von Auslösertypen drastisch reduziert werden kann, was wiederum zu einem großem Einsparpotential führt. Beispielsweise kann ein solcher intelligenter Auslöser die Lagerhaltung für die Schalterproduktion ebenso wie die Lagerhaltung beim Kunden bzw. Serviceanbieter vereinfachen.
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Zusammenfassung der Erfindung
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Die Aufgabe wird gelöst durch eine Auslösevorrichtung gemäß dem beigefügten unabhängigen Patentanspruch 1 oder gemäß dem beigefügten unabhängigen Patentanspruch 4 und ein Verfahren zum Betreiben einer Auslösevorrichtung gemäß dem beigefügten unabhängigen Patentanspruch 19 oder gemäß dem beigefügten unabhängigen Patentanspruch 20. Bevorzugte Ausführungsformen sind in den abhängigen Patentansprüchen beschrieben.
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Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung wird eine Auslösevorrichtung zum Betätigen eines Aktuators eines Hubmagneten bereitgestellt, die Folgendes aufweist: den Hubmagneten mit einer Magnetspule, die einen elektrischen Anschluss zum Beaufschlagen einer elektrischen Steuerspannung und/oder eines elektrischen Steuerstroms zum Erzeugen einer veränderbaren Magnetkraft aufweist, und den Aktuator, der in der Magnetspule hin und her bewegbar gelagert und mit der Magnetspule durch die Magnetkraft bewegbar gekoppelt ist.
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Erfindungsgemäß hat die Auslösevorrichtung ferner eine Regeleinrichtung, die Folgendes aufweist: einen Dateneingang zum Zuführen eines Kennfeldes, einschließlich etwa einer Kennlinie, als Führungsparameter, die eine Soll-Bewegung und/oder einen Soll-Bewegungsablauf des Aktuators vorgeben, einen Steuerausgang zum Ausgeben einer regelbaren elektrischen Steuerspannung und/oder eines regelbaren elektrischen Steuerstroms als Regelparameter, die dem elektrischen Anschluss der Magnetspule des Hubmagneten beaufschlagbar ist, um eine Soll-Bewegung und/oder einen Soll-Bewegungsablauf des Aktuators zu bewirken, und einen Messwerteingang zum Zuführen, insbesondere über eine Messwertleitung, von einem oder mehreren Messwerten als rückgeführte Regelparameter, die indikativ für die der Magnetspule beaufschlagte elektrische Steuerspannung und/oder für den durch die Magnetspule fließenden elektrischen Steuerstrom sind, um eine Rückführung der Regelparameter und ein Vergleichen derselben mit, insbesondere ein Bestimmen einer Abweichung derselben von, dem als Führungsparameter zugeführten Kennfeld zu ermöglichen.
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Gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung wird eine Auslösevorrichtung zum Betätigen eines Aktuators eines Hubmagneten bereitgestellt, die Folgendes aufweist: den Hubmagneten mit einer Magnetspule, die einen elektrischen Anschluss zum Beaufschlagen einer elektrischen Steuerspannung und/oder eines elektrischen Steuerstroms zum Erzeugen einer veränderbaren Magnetkraft aufweist, und den Aktuator, der in der Magnetspule hin und her bewegbar gelagert und der mit der Magnetspule durch die Magnetkraft bewegbar gekoppelt ist.
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Erfindungsgemäß hat die Auslösevorrichtung ferner eine Regeleinrichtung, die dazu eingerichtet ist, eine oder mehrere unterschiedliche Hilfsspannungen anzunehmen und entweder auf der Grundlage einer angenommenen Hilfsspannung oder auf der Grundlage einer unter Verwendung der angenommenen Hilfsspannung transformierten Hilfsspannung den Hubmagneten zu betreiben. Die Regeleinrichtung ist ferner dazu eingerichtet, eine regelbare elektrische Steuerspannung und/oder einen regelbaren elektrischen Steuerstrom als Regelparameter auszugeben, die dem elektrischen Anschluss der Magnetspule des Hubmagneten beaufschlagbar ist, um eine Soll-Bewegung und/oder einen Soll-Bewegungsablauf des Aktuators zu bewirken.
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Das Bereitstellen einer regelbaren elektrischen Steuerspannung und/oder eines regelbaren elektrischen Steuerstroms als eine Stellgröße, die dem elektrischen Anschluss der Magnetspule des Hubmagneten beaufschlagbar ist, um eine Soll-Bewegung und/oder einen Soll-Bewegungsablauf des Aktuators zu bewirken, gemäß dem ersten und dem zweiten Aspekt der Erfindung, bewirkt den technischen Effekt und bringt den Vorteil, dass der Hubmagnet für eine Mehrzahl von Anwendungsfällen mit ein und derselben Auslösevorrichtung betreibbar ist, und dass eine Mehrzahl von Anwendungsfällen mit einem einzigen Auslösertyp bedient werden können. Somit kann die Anzahl von Varianten von Auslösertypen drastisch reduziert werden. Dadurch können Einsparpotentiale und Vereinfachungen bei der Lagerhaltung für die Schalterproduktion ebenso wie bei der Lagerhaltung beim Kunden bzw. Serviceanbieter erzielt werden.
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Gemäß einem dritten Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zum Betreiben einer Auslösevorrichtung gemäß dem ersten oder dem zweiten Aspekt der Erfindung bereitgestellt. Das Verfahren weist Folgendes auf: ein Betreiben der Regelreinrichtung unter Verwendung eines Kennfeldes als Führungsparameter, die eine Soll-Bewegung oder einen Soll-Bewegungsablauf des Aktuators vorgeben zum Bereitstellen einer regelbaren Steuerspannung und/oder eines regelbaren Steuerstroms als Regelparameter, und ein Beaufschlagen des elektrischen Anschlusses der Magnetspule des Hubmagneten mit der regelbaren Steuerspannung und/oder dem regelbaren Steuerstrom zum Bewegen des Aktuators als Regelparameter, um eine Soll-Bewegung und/oder einen Soll-Bewegungsablauf des Aktuators zu bewirken.
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Gemäß einem vierten Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zum Betreiben einer Auslösevorrichtung gemäß dem ersten oder dem zweiten Aspekt der Erfindung bereitgestellt. Das Verfahren weist Folgendes auf: ein Annehmen von einer oder mehreren unterschiedlichen Hilfsspannungen, ferner entweder auf der Grundlage einer angenommenen Hilfsspannung oder auf der Grundlage einer unter Verwendung der angenommenen Hilfsspannung transformierten Hilfsspannung, ein Erzeugen einer regelbaren elektrischen Steuerspannung und/oder eines regelbaren elektrischen Steuerstroms als Regelparameter, und ein Beaufschlagen des elektrischen Anschlusses der Magnetspule des Hubmagneten mit der regelbaren Steuerspannung und/oder dem regelbaren Steuerstrom als Regelparameter, um eine Soll-Bewegung und/oder einen Soll-Bewegungsablauf des Aktuators zu bewirken.
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Beaufschlagen des elektrischen Anschlusses der Magnetspule des Hubmagneten mit der regelbaren Steuerspannung und/oder dem regelbaren Steuerstrom als Regelparameter, um eine Soll-Bewegung und/oder einen Soll-Bewegungsablauf des Aktuators zu bewirken, gemäß dem dritten und dem vierten Aspekt der Erfindung, bewirkt denselben technischen Effekt und bringt denselben Vorteil, die auch bereits oben für den ersten und dem zweiten Aspekt der Erfindung genannt worden sind, nämlich dass der Hubmagnet für eine Mehrzahl von Anwendungsfällen mit ein und derselben Auslösevorrichtung betreibbar ist, und dass eine Mehrzahl von Anwendungsfällen mit einem einzigen Auslösertyp bedient werden können. Somit kann die Anzahl von Varianten von Auslösertypen drastisch reduziert werden, wodurch wiederum Einsparpotentiale und Vereinfachungen bei der Lagerhaltung für die Schalterproduktion ebenso wie bei der Lagerhaltung beim Kunden bzw. Serviceanbieter erzielt werden können.
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Vorteile der Erfindung
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Die Auslösevorrichtung gemäß dem ersten oder dem zweiten Aspekt der Erfindung kann zum Betätigen einer Schalteinrichtung mittels des Aktuators verwendet werden.
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In einer Ausführungsform der Auslösevorrichtung gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung weist die Regelreinrichtung Folgendes auf: eine Steuereinrichtung, die Folgendes aufweist: eine Treiberschaltung, die eingerichtet ist, um auf der Grundlage von geregelten Stellparametern, die bestimmend für die elektrische Steuerspannung und/oder den elektrischen Steuerstrom sind, die elektrische Steuerspannung und/oder den elektrischen Steuerstrom als die Regelparameter zu erzeugen, und den Steuerausgang zum Ausgeben der Steuerspannung und/oder des Steuerstroms als die Regelparameter, eine Messeinrichtung, die Folgendes aufweist: den Messwerteingang zum Zuführen, insbesondere über eine Messwertleitung, der Messwerte der elektrischen Steuerspannung und/oder des elektrischen Steuerstroms als die rückgeführten Regelparameter und eine Messwertwandlereinrichtung, die auf der Grundlage der zugeführten Messwerte Messdaten als Rückführungsparameter erzeugt, und eine Controllereinrichtung, die den Dateneingang zum Zuführen des Kennfeldes, eine Berechnungseinrichtung, die eingerichtet ist, um auf der Grundlage der von der Messeinrichtung erzeugten Messdaten als die Rückführungsparameter und des zugeführten Kennfeldes als die Führungsparameter die geregelten Stellparameter zu erzeugen. Auf diese Weise weist die Regeleinrichtung eine interne Struktur auf mit einer Unterteilung in eine Steuereinrichtung, eine Messeinrichtung und eine Controllereinrichtung. Hierbei können die Steuereinrichtung, die Messeinrichtung und die Controllereinrichtung einzeln entworfen werden, oder die Steuereinrichtung, die Messeinrichtung und die Controllereinrichtung können als eine integrierte Einrichtung entworfen werden. Durch die zunehmende Integrationsdichte in elektronischen Bauteilen wird die Lösung mit der integrierten Einrichtung zumindest kostengünstiger und nach Markteinführung auch preiswerter sein.
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Weiter ist die Auslöseeinrichtung dazu eingerichtet, eine oder mehrere unterschiedliche Hilfsspannungen anzunehmen und damit betreibbar zu sein, und insbesondere falls erforderlich mittels der Regelreinrichtung, die angenommene Hilfsspannung so zu transformieren, dass damit der Hubmagnet betreibbar ist. Diese Weiterentwicklung bringt den Vorteil, dass eine Mehrzahl von verschiedenen Hilfsspannungen mit einem einzigen Auslösertyp bedient werden können. Dadurch kann die Anzahl von Varianten von Auslösertypen reduziert werden, was wiederum Einsparpotentiale und Vereinfachungen bei der Lagerhaltung für die Schalterproduktion ebenso wie bei der Lagerhaltung beim Kunden bzw. Serviceanbieter ermöglicht.
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Auch können sich die unterschiedlichen Hilfsspannungen hinsichtlich eines zeitlichen Verlaufs der Hilfsspannung, beispielsweise Gleichspannung oder Wechselspannung oder Frequenz einer Wechselspannung, und/oder hinsichtlich eines Amplitudenwertes der Hilfsspannung unterscheiden.
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In einer Weiterbildung der hiervor beschriebenen Ausführungsform gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung weist die Steuereinrichtung ferner einen Stellparametereingang zum Eingeben der geregelten Stellparameter, die für die elektrische Steuerspannung und/oder den elektrischen Steuerstrom bestimmend sind, und zum Übergeben der Stellparameter an die Treiberschaltung und einen Messwertausgang zum Ausgeben von dem einen oder den mehreren Messwerten als rückgeführte Regelparameter, insbesondere über die Messwertleitung zum Messwerteingang der Messeinrichtung, auf, weist die Messeinrichtung ferner einen Messdatenausgang zum Ausgeben der Messdaten als die Rückführungsparameter auf, und weist die Controllereinrichtung ferner einen Messdateneingang zum Zuführen der von der Messeinrichtung ausgegebenen Messdaten als die Rückführungsparameter und einen Stellparameterausgang zum Ausgeben der geregelten Stellparameter, die dem Stellparametereingang der Steuereinrichtung zugeführt werden, auf.
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In einer bevorzugten Weiterentwicklung der vorgenannten Ausführungsform ist die Auslöseeinrichtung dazu eingerichtet, eine oder mehrere unterschiedliche Hilfsspannungen anzunehmen und damit betreibbar zu sein, und insbesondere falls erforderlich mittels der Regelreinrichtung, die angenommene Hilfsspannung so zu transformieren, dass damit der Hubmagnet betreibbar ist. Diese Weiterentwicklung bringt den Vorteil, dass eine Mehrzahl von verschiedenen Hilfsspannungen mit einem einzigen Auslösertyp bedient werden können. Dadurch kann die Anzahl von Varianten von Auslösertypen reduziert werden, was wiederum Einsparpotentiale und Vereinfachungen bei der Lagerhaltung für die Schalterproduktion ebenso wie bei der Lagerhaltung beim Kunden bzw. Serviceanbieter ermöglicht.
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In einer Ausführungsform der Auslösevorrichtung gemäß dem zweiten Aspekt der Erfindung weist die Regeleinrichtung Folgendes auf: einen Dateneingang zum Zuführen eines Kennfeldes, einschließlich etwa einer Kennlinie, als Führungsparameter, die eine Soll-Bewegung und/oder einen Soll-Bewegungsablauf des Aktuators vorgeben, einen Steuerausgang zum Ausgeben einer regelbaren elektrischen Steuerspannung und/oder eines regelbaren elektrischen Steuerstroms als Regelparameter, die dem elektrischen Anschluss der Magnetspule des Hubmagneten beaufschlagbar ist, um eine Soll-Bewegung und/oder einen Soll-Bewegungsablauf des Aktuators zu bewirken, und einen Messwerteingang zum Zuführen von einem oder mehreren Messwerten als rückgeführte Regelgrößen, die indikativ für die der Magnetspule beaufschlagte elektrische Steuerspannung und/oder für den durch die Magnetspule fließenden elektrischen Steuerstrom sind, um eine Rückführung der Regelparameter und ein Vergleichen derselben mit, insbesondere ein Bestimmen einer Abweichung derselben von, dem als Führungsparameter zugeführten Kennfeld zu ermöglichen. Auch können sich die unterschiedlichen Hilfsspannungen hinsichtlich eines zeitlichen Verlaufs der Hilfsspannung, beispielsweise Gleichspannung oder Wechselspannung oder Frequenz einer Wechselspannung, und/oder hinsichtlich eines Amplitudenwertes der Hilfsspannung unterscheiden.
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In einer Weiterbildung dieser Ausführungsform gemäß dem zweiten Aspekt der Erfindung weist die Regelreinrichtung Folgendes auf: eine Steuereinrichtung, die Folgendes aufweist: eine Treiberschaltung, die eingerichtet ist, um auf der Grundlage von geregelten Stellparametern, die bestimmend für die elektrische Steuerspannung und/oder den elektrischen Steuerstrom sind, die elektrische Steuerspannung und/oder den elektrischen Steuerstrom als die Regelparameter zu erzeugen, und den Steuerausgang zum Ausgeben der Steuerspannung und/oder des Steuerstroms als die Regelparameter, eine Messeinrichtung, die Folgendes aufweist: den Messwerteingang zum Zuführen der Messwerte der elektrischen Steuerspannung und/oder des elektrischen Steuerstroms als rückgeführte Regelparameter und eine Messwertwandlereinrichtung, die auf der Grundlage der zugeführten Messwerte Messdaten als Rückführungsparameter erzeugt, und eine Controllereinrichtung, die den Dateneingang zum Zuführen des Kennfeldes, eine Berechnungseinrichtung, die eingerichtet ist, um auf der Grundlage der von der Messeinrichtung erzeugten Messdaten als die Rückführungsparameter und des zugeführten Kennfeldes als die Führungsparameter die geregelten Steuerparameter zu erzeugen. Auf diese Weise weist die Regeleinrichtung eine interne Struktur auf mit einer Unterteilung in eine Steuereinrichtung, eine Messeinrichtung und eine Controllereinrichtung, wobei die Steuereinrichtung, die Messeinrichtung und die Controllereinrichtung einzeln einfacher entworfen werden können.
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In weiterer Weiterbildung der vorgenannten, weiterentwickelten Ausführungsform gemäß dem zweiten Aspekt der Erfindung weist die Steuereinrichtung ferner auf: einen Stellparametereingang zum Eingeben der geregelten Stellparameter, die für die elektrische Steuerspannung und/oder den elektrischen Steuerstrom bestimmend sind, und zum Übergeben der Stellparameter an die Treiberschaltung. Die Messeinrichtung weist ferner einen Messdatenausgang zum Ausgeben der Messdaten als die Rückführungsparameter auf. Und die Controllereinrichtung weist ferner auf: einen Messdateneingang zum Zuführen der von der Messeinrichtung ausgegebenen Messdaten als die Rückführungsparameter und einen Stellparameterausgang zum Ausgeben der geregelten Stellparameter, die dem Stellparametereingang der Steuereinrichtung zugeführt werden.
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In einer Ausführungsform der Auslösevorrichtung gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung weist die Auslösevorrichtung ferner auf: einen Hilfsspannungseingang der Auslösevorrichtung, der eingerichtet ist, um eine elektrische Hilfsspannung anzulegen und der, insbesondere mittels einer Hilfsspannungsleitung, zum Versorgen mit elektrischer Energie mit der Steuereinrichtung, insbesondere über einen Hilfsspannungseingang derselben, und/oder mit der Messeinrichtung, insbesondere über einen Hilfsspannungseingang derselben, elektrisch verbunden ist.
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In einer Ausführungsform der Auslösevorrichtung gemäß dem ersten oder dem zweiten Aspekt der Erfindung weist die Regelreinrichtung ferner eine Speichereinrichtung auf, die eingerichtet ist, um Einstellungsdaten und/oder Parameterdaten, die für einen Funktionsmodus der Auslöseeinrichtung bestimmend sind, auslesbar zu speichern, und die insbesondere mittels einer ersten Einstellungs- und Parameterdatenleitung mit dem Dateneingang der Regelreinrichtung, insbesondere mit dem Dateneingang der Controllereinrichtung, zum bidirektionalen Übertragen der Einstellungs- und/oder Parameterdaten kommunikationstechnisch verbunden ist. Die Speichereinrichtung ermöglicht das Speichern bzw. Bereithalten einer Vielzahl von Einstellungsdaten und/oder Parameterdaten, mit denen wiederum eine Vielzahl von Funktionsmodi der Auslöseeinrichtung ausführbar sind, wobei eine herkömmliche Auslösevorrichtung verschiedene externe Zusatzbeschaltungen benötigt, um die genannten Funktionsmodi zu realisieren. Eine einzige Auslösevorrichtung gemäß der hier beschriebenen Ausführungsform kann eine Vielzahl von Funktionsmodi bedienen ohne das Erfordernis von externen Zusatzbeschaltungen. Dies wiederum ermöglicht Einsparmöglichkeiten in Bezug auf Zusatzbeschaltungen und Vereinfachungen von Anwendungsfällen.
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In einer Weiterbildung der hiervor beschriebenen Ausführungsform weist die Auslösevorrichtung ferner eine Schnittstelle auf, die eingerichtet ist, Einstellungs- und/oder Parameterdaten in die Auslösevorrichtung, insbesondere in die Speichereinrichtung, einzugeben und/oder aus dieser auszugeben, und die, insbesondere mittels einer zweiten Einstellungs- und Parameterdatenleitung zum bidirektionalen Übertragen der Einstellungs- und/oder Parameterdaten, mit der Speichereinrichtung kommunikationstechnisch verbunden ist. Die Schnittstelle zur Speichereinrichtung ermöglicht, dass die in der Speichereinrichtung abgelegten bzw. gespeicherten Einstellungs- und/oder Parameterdaten geändert und/oder ergänzt und/oder aktualisiert werden können. Auf diese Weise kann ein und dieselbe Auslösevorrichtung auch zukünftige Anwendungen bedienen, die heute noch nicht absehbar sind bzw. benötigt werden.
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In weiterer Weiterbildung der hiervor beschriebenen Ausführungsform können die Speichereinrichtung, oder die Speichereinrichtung und die Schnittstelle, in der Regeleinrichtung integriert sein.
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In einer Ausführungsform der Auslösevorrichtung gemäß dem ersten oder dem zweiten Aspekt der Erfindung weist die Auslösevorrichtung ferner einen Kommandoeingang auf, der eingerichtet ist, um ein Kommandosignal einzugeben, das für einen Funktionsmodus der Auslöseeinrichtung bestimmend ist. Insbesondere mittels einer Kommandosignalleitung kann der Kommandoeingang mit der Messeinrichtung, insbesondere über einen Kommandosignaleingang derselben, zum Bereitstellen des Kommandosignals an die Messeinrichtung mit dieser kommunikationstechnisch verbunden sein.
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In einer Ausführungsform der Auslösevorrichtung gemäß dem ersten oder dem zweiten Aspekt der Erfindung weist die Auslösevorrichtung einen Hilfsspannungseingang auf, und der Hilfsspannungseingang der Auslösevorrichtung ist dazu eingerichtet, als ein Kommandoeingang zu dienen. In einer Weiterbildung dieser Ausführungsform ist eine der Hilfsspannung aufmodulierte Information beispielsweise durch Demodulation erkennbar und als Kommandosignal interpretierbar.
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In einer Ausführungsform der Auslösevorrichtung gemäß dem ersten oder dem zweiten Aspekt der Erfindung ist die Auslöseeinrichtung ferner dazu eingerichtet, gemäß einer oder mehreren der folgenden Funktionsmodi betrieben zu werden:
- e) ein automatisches Abschalten der geregelten Steuerspannung und/oder des geregelten Steuerstroms, mit dem die Magnetspule zum Ausführen einer Bewegung des Aktuators beaufschlagt worden ist, wenn der Aktuator eine Endstellung der Bewegung erreicht hat(um eine Dauersignalfestigkeit der Auslösevorrichtung zu bewirken);
- ii) eine Einschaltpumpverhinderung, die insbesondere mittels einer geeigneten Programmierung der Regelreinrichtung, in der Auslösevorrichtung integriert ist,
wobei insbesondere die Einschaltpumpverhinderung ein Überwachen des Kommandosignals aufweisen kann.
- iii) eine, insbesondere einstellbare, Eigenverzögerung, die beinhaltet, dass der Magnetspule die geregelte Steuerspannung und/oder der geregelte Steuerstrom in Bezug auf einen Kommandobeginn zeitlich verzögert, insbesondere mit einer einstellbaren zeitlichen Verzögerung, beaufschlagt wird;
- iv) ein einstellbarer Weg-/Zeitverlauf für die Bewegung des Aktuators;
- v) eine, insbesondere einstellbare, Abschaltverzögerung, die beinhaltet, dass in Bezug auf ein Kommandoende die Magnetspule zeitlich länger aktiviert, insbesondere der Aktuator in seiner Endstellung zeitlich länger, bleibt, insbesondere mit einer einstellbaren zeitlichen Bleibeverlängerung;
- vi) ein einstellbares Auslöseverhalten hinsichtlich einer Impulsbetätigung oder einer Dauerbetätigung des Aktuators, insbesondere wobei eine Impulsbetätigung beinhaltet, dass der Aktuator nach Erreichen seiner Endlage einer Bewegung automatisch wieder in seine Ruhelage versetzt wird, und wobei eine Dauerbetätigung beinhaltet, dass der Aktuator so lange in seiner Endlage einer Bewegung verbleibt wie eine Betätigungsinformation in einem Kommandosignal ansteht;
- vii) ein einstellbares, zeitliches Bewegungsverhalten des Aktuators im Rahmen von programmierbaren Bewegungsablauffolgen bzw. Schaltfolgen des Aktuators, insbesondere wobei eine Bewegungsabfolge beinhaltet, dass
- a) der Aktuator für eine erste einstellbare Ruhelagezeitdauer in seiner Ruhelage verbleibt,
- b) danach für eine erste einstellbare Verzögerungszeitdauer in seiner Ruhelage verbleibt bevor er auf ein Bewegungskommando anspricht,
- c) nach einem Übergang in seine Endlage für eine erste Endlagenzeitdauer in seiner Endlage verbleibt,
- d) danach für eine zweite einstellbare Verzögerungszeitdauer in seiner Endlage verbleibt, und
- e) nach einem Übergang in seine Ruhelage für eine zweite einstellbare Verzögerungszeitdauer in seiner Ruhelage
verbleibt.
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Dadurch, dass ein und dieselbe Auslösevorrichtung eine oder mehrere der folgenden Funktionsmodi ausführen kann, kann eine Vielzahl verschiedener herkömmlicher Auslösevorrichtung durch eine einzige Auslösevorrichtung gemäß dieser Ausführungsform ersetzt werden.
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Das automatische Abschalten der geregelten Steuerspannung und/oder des geregelten Steuerstroms, wenn der Aktuator eine Endstellung der Bewegung erreicht hat (Funktionsmodus i), bewirkt eine Dauersignalfestigkeit der Auslösevorrichtung, für die herkömmlich eine bautechnisch aufwendige, mechanische Unterbrechung des Schalters oder eine zusätzliche Verdrahtung im Schalter, die sicherstellt, dass die Auslöseransteuerung beim Wechsel des Schaltzustandes abgeschaltet wird (z.B. um eine Überlastung des Auslösers zu vermeiden) vorzusehen war.
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Durch die integrierte Einschaltpumpverhinderung (Funktionsmodus ii) kann eine herkömmlich verwendete, externe Beschaltung zur Einschaltpumpverhinderung entfallen.
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Durch eine einstellbare Zeitverzögerung (Funktionsmodus iii) kann eine Eigenzeit eines die Auslösevorrichtung aufweisendes Schaltgerät individuell so eingestellt werden, dass z.B. bei der Aussschaltung im Kurzschlussfall ein Gleichanteil im Kurzschlussstrom schon so weit abgeklungen ist, dass eine Schaltstrecke den Strom sicher löschen kann und nicht überlastet wird. Ferner kann durch eine einstellbare Zeitverzögerung individuell für jeden Schalter im Rahmen der Produktion eine Eigenzeit so eingestellt werden, dass Schwankungen der Eigenzeit aufgrund von mechanischen Toleranzen eines Schaltgerätes egalisiert werden. Dadurch kann z.B. in einem Energieverteilungssystem eine Schutzstaffelung feiner abgestuft werden, was Vorteile für die Versorgungssicherheit bringt.
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Durch einstellbare Weg-/Zeitverläufe (Funktionsmodus iv) können neuartige Verklinkungssysteme realisiert werden, die für eine mechanische Konstruktion eines Schaltgerätes vorteilhaft sind.
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Durch die Abschaltverzögerung (Funktionsmodus v), die einstellbar sein kann, kann die Magnetspule in Bezug auf ein Kommandoende zeitlich länger aktiviert bleiben. Dementsprechend kann der Aktuator zeitlich länger in seiner Endstellung bleiben, bevor er in seine Ausgangsstellung zurückkehrt. Die Zeitdauer (hierin „Bleibeverzögerung“ genannt), um die die Magnetspule länger aktiviert und der Aktuator länger in seiner Endstellung bleibt, kann einstellbar sein. Im Gegensatz dazu wird in herkömmlichen Auslöseeinrichtungen der Hubmagnet abgeschaltet und der Aktuator kehrt in seine Ausgangsstellung zurück, sobald ein Kommandosignal abgeschaltet wird.
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Durch das einstellbare Schaltverhalten „Impulsbetätigung“ oder „Dauerbetätigung“ (Funktionsmodus vi) können neuartige Entklinkungssysteme realisiert werden. Auch können die an der Entklinkung beteiligten, mechanischen Systeme schneller wieder in ihre Ruhelage zurückkehren. Somit werden interne mechanische Verklemmungen bei schnellen Schaltfolgen vermieden bzw. es sind schnellere Schaltfolgen mit einer bisherigen Entklinkungsmechanik möglich.
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In einer Ausführungsform der Auslösevorrichtung gemäß dem ersten oder dem zweiten Aspekt der Erfindung ist der Hilfsspannungseingang der Auslösevorrichtung ferner dazu eingerichtet, als Schnittstelle zum Eingeben von Einstellungs- und/oder Parameterdaten zu dienen. In einer Weiterbildung dieser Ausführungsform sind eine der Hilfsspannung aufmodulierte Information beispielsweise durch Demodulation erkennbar und als Einstellungs- und/oder Parameterdaten interpretierbar. In weiterer Ausbildung können die Einstellungs- und/oder Parameterdaten in die Speichereinrichtung zum abrufbaren Abspeichern übertragbar sein. Die Verwendung des Hilfsspannungseingang als Schnittstelle zum Eingeben von Einstellungs- und/oder Parameterdaten ermöglicht eine zusätzliche Eingabemöglichkeit, und damit, je nach Präferenzen eines Anwenders, eine mögliche, empfundene Vereinfachung der Handhabung der Auslösevorrichtung.
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In einer Ausführungsform der Auslösevorrichtung gemäß dem ersten oder dem zweiten Aspekt der Erfindung ist die Steuereinrichtung dazu eingerichtet, einer ihr zugeführten Hilfsspannung mittels einer Impulsbreitenmodulation Steuerinformation, die für das Bewegungsverhalten des Aktuators bestimmend ist, aufzumodulieren und die modulierte Hilfsspannung über den Steuerausgang auszugeben als elektrische Steuerspannung zum Beaufschlagen der Magnetspule des Hubmagneten.
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In einer Ausführungsform der Auslösevorrichtung gemäß dem ersten oder dem zweiten Aspekt der Erfindung ist die Regelreinrichtung als bauliche Einheit mit dem Hubmagneten integriert. Auf diese Weise kann die Auslösevorrichtung in der Form eines integrierten Schaltkreises implementiert und vereinfacht werden. Bei hohen Stückzahlen kann die Auslösevorrichtung als Single-Chip-Lösung realisiert werden, so wie dies in anderen Bereichen der Steuerelektronik bereits Stand der Technik ist. Derartige integrierte Schaltungen (Single-Chip-Lösungen) können beispielsweise für Anwendungen bei der Drehzahlsteuerung von bürstenlosen Elektromotoren, in Servomotorantrieben und in Wechselrichtersteuerungen verwendet werden.
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In einer dazu alternativen Ausführungsform der Auslösevorrichtung gemäß dem ersten oder dem zweiten Aspekt der Erfindung ist die Regelreinrichtung in Bezug auf den Hubmagneten als baulich gesonderte Einheit ausgebildet und über eine elektrische Leitung zum Übertragen der geregelten Steuerspannung und/oder des geregelten Steuerstroms mit dem elektrischen Anschluss der Magnetspule des Hubmagneten verbunden.
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In einer Weiterbildung derjenigen Ausführungsformen der Auslösevorrichtung gemäß dem ersten oder dem zweiten Aspekt der Erfindung, die eine Schnittstelle aufweist, ist die Schnittstelle als eine der folgenden ausgebildet:
- - eine zur Außenwelt drahtlose Schnittstelle, bei der Einstellungs- und/oder Parameterdaten mittels optischer Strahlung, Infrarotstrahlung oder Radiofrequenzstrahlung ein- und ausgebbar sind,
eine zur Außenwelt drahtlose Schnittstelle, bei der Einstellungs- und/oder Parameterdaten mittels magnetischer oder kapazitiver Kopplung ein- und ausgebbar sind,
eine Schnittstelle, bei der Einstellungs- und/oder Parameterdaten mittels einer Anordnung von Stellschaltern, beispielsweise Dip-Schaltern, ein- und ausgebbar sind,
eine zur Außenwelt drahtgebundene Schnittstelle, über die Einstellungs- und/oder Parameterdaten ein- und ausgebbar sind.
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Kurze Beschreibung der Zeichnung
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Der oben genannte Aspekt und weitere Aspekte der Erfindung werden offensichtlich anhand von nachfolgend beschriebenen, beispielhaften Ausführungsformen und werden mit Bezugnahme auf diese erläutert. Die Erfindung wird nachfolgend ausführlicher und mit Verweis auf die beigefügte Zeichnung und die darin gezeigte, beispielhafte Ausführungsform beschrieben. Die Erfindung ist jedoch nicht auf die beschriebenen beispielhaften Ausführungsformen beschränkt, sondern ist durch die beigefügten Patentansprüche definiert. Es gilt:
- 1 zeigt, in schematischer Darstellung, ein Blockschaltbild einer Auslösevorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
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Beschreibung von beispielhaften Ausführungsformen
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Die Darstellung in der Figur ist schematisch.
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1 zeigt ein Blockschaltbild einer Auslösevorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung in schematischer Darstellung.
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Die Auslösevorrichtung 100 weist einen Hubmagneten 110 auf, der eine Magnetspule 112 umfasst, die einen elektrischen Anschluss 114 zum Beaufschlagen einer elektrischen Steuerspannung und/oder eines elektrischen Steuerstroms zum Erzeugen einer veränderbaren Magnetkraft aufweist. Die Auslösevorrichtung 100 weist ferner einen Aktuator 116 auf, der in der Magnetspule 112 hin und her bewegbar gelagert ist und der mit der Magnetspule 112 durch die Magnetkraft bewegbar gekoppelt ist.
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Die Auslösevorrichtung 100 umfasst ferner eine Regeleinrichtung 120 gemäß der Erfindung, die nachfolgend erläutert wird, sowie eine Speichereinrichtung 160, eine Schnittstelle 170, einen Hilfsspannungseingang 180 und einen Kommandoeingang 190, die weiter unten erläutert werden.
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Gemäß einem Aspekt der Erfindung umfasst die Auslösevorrichtung 100 eine Regeleinrichtung 120, die sich durch folgende Ein- bzw. Ausgänge darstellt: Erstens einen Dateneingang 122 zum Zuführen eines Kennfeldes, einschließlich etwa einer Kennlinie, als Führungsparameter, die eine Soll-Bewegung und/oder einen Soll-Bewegungsablauf des Aktuators 116 vorgeben. Zweitens einen Steuerausgang 124 zum Ausgeben einer regelbaren elektrischen Steuerspannung und/oder eines regelbaren elektrischen Steuerstroms als Regelparameter, die dem elektrischen Anschluss 114 der Magnetspule 112 des Hubmagneten 110, insbesondere über eine Steuersignalleitung 125, beaufschlagbar ist, um eine Soll-Bewegung und/oder einen Soll-Bewegungsablauf des Aktuators 116 zu bewirken. Und drittens einen Messwerteingang 126 zum Zuführen, insbesondere über eine Messwertleitung 127, von einem oder mehreren Messwerten als rückgeführte Regelparameter, die indikativ für die der Magnetspule 112 beaufschlagte elektrische Steuerspannung und/oder für den durch die Magnetspule 112 fließenden elektrischen Steuerstrom sind, um eine Rückführung der Regelparameter und ein Vergleichen derselben mit, insbesondere ein Bestimmen einer Abweichung derselben von, dem als Führungsparameter zugeführten Kennfeld zu ermöglichen.
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Die Regelreinrichtung 120 der in 1 gezeigten Auslösevorrichtung 100 weist eine Steuereinrichtung 130, eine Messeinrichtung 140 und eine Controllereinrichtung 150 auf bzw. ist intern in diese Teileinrichtungen 130, 140, 150, die bestimmten Funktionen entsprechen, untergliedert.
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Die Steuereinrichtung 130 weist einen Stellparametereingang 132, eine Treiberschaltung 134, den Steuerausgang 124, 136 und einen Messwertausgang 135 auf. Der Stellparametereingang 132 ist zum Eingeben der geregelten Stellparameter, die für die elektrische Steuerspannung und/oder den elektrischen Steuerstrom bestimmend sind, und zum Übergeben der Stellparameter an die Treiberschaltung 134 vorgesehen. Die Treiberschaltung 134 ist eingerichtet, um auf der Grundlage von geregelten Stellparametern, die bestimmend für die elektrische Steuerspannung und/oder den elektrischen Steuerstrom sind, die elektrische Steuerspannung und/oder den elektrischen Steuerstrom als die Regelparameter für den Hubmagneten 110 zu erzeugen. Der Steuerausgang 124, 136 ist zum Ausgeben der Steuerspannung und/oder des Steuerstroms als die Regelparameter für den Hubmagneten 110, über eine Steuersignalleitung 125, an den Hubmagneten 110 vorgesehen. Die Steuereinrichtung 130 hat ferner einen Hilfsspannungseingang 138, der weiter unten erläutert wird. Der Messwertausgang 135 ist zum Ausgeben von dem einen oder den mehreren Messwerten als rückgeführte Regelparameter vorgesehen. Der Messwertausgang 135 gibt den oder die Messwerte über die Messwertleitung 127 zum Messwerteingang 126, 142 der Messeinrichtung 140. Die Messwertleitung 127 verläuft im Wesentlichen innerhalb der Regeleinrichtung 120, vom Messwertausgang 135 der Steuereinrichtung 130 zum Messwerteingang 126, 142 der Messeinrichtung 140. Die Messwertleitung 127 kann auch, insbesondere über eine Schnittstelle 128, aus der Regeleinrichtung 120 herausgeführt sein, um den oder die Messwerte auch außerhalb der Regeleinrichtung 120 verfügbar zu machen.
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Die Messeinrichtung 140 der in 1 gezeigten Auslösevorrichtung 100 weist den Messwerteingang 126, 142, eine Messwertwandlereinrichtung 144 und einen Messdatenausgang 146 auf. Der Messwerteingang 126, 142 ist zum Zuführen, insbesondere über die Messwertleitung 127, der Messwerte der elektrischen Steuerspannung und/oder des elektrischen Steuerstroms als die rückgeführten Regelparameter vorgesehen. Die Messwertwandlereinrichtung 144 ist eingerichtet, um auf der Grundlage der zugeführten Messwerte Messdaten als Rückführungsparameter zu erzeugen. Der Messdatenausgang 146 ist zum Ausgeben der Messdaten als die Rückführungsparameter vorgesehen. Die Messeinrichtung 140 hat ferner einen Hilfsspannungseingang 148, der weiter unten erläutert wird.
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Die Controllereinrichtung 150 weist den Dateneingang 122, 152, einen Messdateneingang 154, eine Berechnungseinrichtung 156 und einen Stellparameterausgang 158 auf. Der Dateneingang 122, 152 ist zum Zuführen des Kennfeldes als Führungsparameter aus einer Speichereinrichtung 160 vorgesehen. Der Messdateneingang 154 ist zum Zuführen der von der Messeinrichtung 140 ausgegebenen Messdaten als die Rückführungsparameter in die Controllereinrichtung 150, insbesondere in die Berechnungseinrichtung 156, vorgesehen. Die Berechnungseinrichtung 156 ist eingerichtet, um auf der Grundlage der von der Messeinrichtung 140 über den Messdateneingang 154 zugeführten Messdaten als die Rückführungsparameter und des zugeführten Kennfeldes als die Führungsparameter die geregelten Stellparameter zu erzeugen. Der Stellparameterausgang 158 ist vorgesehen zum Ausgeben der geregelten Stellparameter, die dem Stellparametereingang 132 der Steuereinrichtung 130, insbesondere über eine Stellparameterleitung 133, zugeführt werden.
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Die Controllereinrichtung 150, die Steuereinrichtung 130 und die Messeinrichtung 140, die zusammen die Regeleinrichtung 120 darstellen, bilden zusammen einen standardmäßigen Regelkreis aus, so wie ein solcher aus der Regelungstechnik bekannt ist.
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In der Regelungstechnik und unter Verwendung der Terminologie der Regeltechnik umfasst ein einfacher, standardmäßiger Regelkreis einen Regler, dem eine Regelabweichung e(t) zugeführt wird und der eine Stellgröße u(t) ausgibt, eine Regelstrecke, der die Stellgröße u(t) zugeführt wird, auf die eine Störgröße d(t) einwirkt und die eine Regelgröße y(t) (auch Ist-Wert genannt) ausgibt, und eine negative Rückkopplung der Regelgröße y(t), die darin besteht, dass die Regelgröße y(t) mit einer Führungsgröße w(t) (auch Soll-Wert genannt) verglichen wird, indem die Regelabweichung e(t) - w(t)-y(t) als die Differenz zwischen der Führungsgröße (Soll-Wert) w(t) und der Regelgröße (Ist-Wert) y(t) gebildet wird und dem Regler zugeführt wird.
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Überträgt man den vorgenannten Aufbau und die vorgenannte Funktionsweise eines standardmäßigen Regelkreises auf die Regeleinrichtung 120 gemäß der Erfindung, so gilt Folgendes:
- - die Controllereinrichtung 150 entspricht einem Regler,
- - die Steuereinrichtung 130 entspricht einer Regelstrecke,
- - ein der Controllereinrichtung 150 zugeführtes Kennfeld entspricht einer Führungsgröße,
- - die Messwertleitung 127 zusammen mit der Messeinrichtung 140 entsprechen einer Rückführung einer Regelgrö-ße,
- - die der Controllereinrichtung 150 zugeführten Messdaten entsprechen einer rückgeführten Regelgröße,
- - die geregelten Stellparameter, die bestimmend für die elektrische Steuerspannung und/oder den elektrischen Steuerstrom sind, entsprechen einer Stellgröße, und
- - die regelbare elektrische Steuerspannung und/oder der regelbare elektrische Steuerstrom entsprechen einer Regelgröße.
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Die in der 1 gezeigte Auslösevorrichtung dient zum Betätigen eines Aktuators 116 eines Hubmagneten 110, und kann als solche zum Betätigen einer externen Schalteinrichtung 200, wie etwa zum Öffnen und/oder Schließen eines elektrischen Stromschalters, die/der in einer Leistungsleitung 202 verschaltet ist. Die Betätigung der externen Schalteinrichtung 200 bzw. des elektrischen Stromschalters erfolgt mittels des hin und her bewegbar gelagerten Aktuators 116.
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Wie bereits erwähnt, umfasst die Auslösevorrichtung 100 auch einen Hilfsspannungseingang 180. Der Hilfsspannungseingang 180 ist vorgesehen, um eine elektrische Hilfsspannung 182, 184 zuführen zu können und anzulegen. Die Hilfsspannung dient zum Versorgen Auslösevorrichtung 100, insbesondere der der Steuereinrichtung 130 und der Messeinrichtung 140, mit elektrischer Energie. Dazu ist der Hilfsspannungseingang 180 mittels einer Hilfsspannungsleitung 186 elektrisch verbunden mit der Steuereinrichtung 130 über den Hilfsspannungseingang 138 derselben, und/oder mit der Messeinrichtung 140 über den Hilfsspannungseingang 148 derselben.
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Die Auslöseeinrichtung 100, und insbesondere die Regeleinrichtung 120, sind dazu eingerichtet, eine oder mehrere unterschiedliche Hilfsspannungen anzunehmen. Als solche ist die Regeleinrichtung 100 ferner eingerichtet, um entweder direkt auf der Grundlage einer angenommenen Hilfsspannung, oder auf der Grundlage einer unter Verwendung der angenommenen Hilfsspannung transformierten Hilfsspannung, den Hubmagneten 110 zu betreiben. Für den Fall, dass es erforderlich ist, beispielsweise in einer Anwendung, wo eine bereitstehende Hilfsspannung nicht mit einer Soll-Hilfsspannung übereinstimmt, ist die Regelreinrichtung 120 dazu eingerichtet, eine angenommene Hilfsspannung auf einen anderen Spannungswert zu transformieren, so dass der Hubmagnet 120 mit einer transformierten Hilfsspannung, die der Soll-Hilfsspannung entspricht, betreibbar ist.
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Gemäß einem anderen Aspekt der Erfindung umfasst die Auslösevorrichtung 100 eine Regeleinrichtung 120, die dazu eingerichtet ist, eine oder mehrere unterschiedliche Hilfsspannungen anzunehmen und entweder auf der Grundlage einer angenommenen Hilfsspannung oder auf der Grundlage einer unter Verwendung der angenommenen Hilfsspannung transformierten Hilfsspannung den Hubmagneten 110 zu betreiben. Dabei ist die Regeleinrichtung 120 ferner dazu eingerichtet, eine regelbare elektrische Steuerspannung und/oder einen regelbaren elektrischen Steuerstrom als Regelparameter auszugeben, die dem elektrischen Anschluss 114 der Magnetspule 112 des Hubmagneten 110 beaufschlagbar ist, um eine Soll-Bewegung und/oder einen Soll-Bewegungsablauf des Aktuators 116 zu bewirken.
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Die Fähigkeit der Auslösevorrichtung 100, unterschiedliche Hilfsspannungen anzunehmen, bringt den Vorteil, dass eine Mehrzahl von verschiedenen Hilfsspannungen 182, 184 mit einem einzigen Auslösertyp bedient werden können. Dadurch kann die Anzahl von Varianten von Auslösertypen reduziert werden, was wiederum Einsparpotentiale und Vereinfachungen bei der Lagerhaltung für die Schalterproduktion ebenso wie bei der Lagerhaltung beim Kunden bzw. Serviceanbieter ermöglicht.
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Unter dem einen Aspekt und unter dem anderen Aspekt unterscheiden sich die unterschiedlichen, annehmbaren Hilfsspannungen hinsichtlich eines zeitlichen Verlaufs der Hilfsspannung. So kann die Hilfsspannung eine Gleichspannung 182 oder eine Wechselspannung 184 sein. Im Falle einer Wechselspannung 184 kann eine Frequenz der Wechselspannung verschieden sein. Sowohl im Fall einer Gleichspannung 182 als auch im Fall einer Wechselspannung 184 können sich die annehmbaren Hilfsspannung hinsichtlich ihres Amplitudenwertes unterscheiden.
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Wie bereits erwähnt, umfasst die in 1 gezeigte Auslösevorrichtung 100 eine Speichereinrichtung 160, insbesondere zum Speichern und Zugänglichmachen von Einstellungsdaten und/oder Parameterdaten 166, und eine Schnittstelle 170, die dazu vorgesehen ist, Einstellungsdaten und/oder Parameterdaten 166 in die Speichereinrichtung 160, einzugeben und/oder aus dieser auszugeben.
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Die in der Speichereinrichtung 160 bereitgestellten, auslesbar gespeicherten Einstellungsdaten und/oder Parameterdaten 166 sind für einen Funktionsmodus der Auslöseeinrichtung 100 bestimmend. Aus der Speichereinrichtung 160 können die Einstellungsdaten und/oder Parameterdaten 166 als Führungsparameter der Controllereinrichtung 150 zugeführt werden.
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Die Speichereinrichtung 160 ist mittels einer ersten Einstellungs- und Parameterdatenleitung 162 mit dem Dateneingang 122 der Regelreinrichtung 120, insbesondere mit dem Dateneingang 152 der Controllereinrichtung 150, kommunikationstechnisch verbunden, so dass Einstellungsdaten und/oder Parameterdaten 166 zwischen der Speichereinrichtung 160 und der Controllereinrichtung 150 bidirektional übertragen werden können.
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Die Schnittstelle 170 ist dazu eingerichtet, Einstellungs- und/oder Parameterdaten 166 in die Auslösevorrichtung 100, insbesondere in die Speichereinrichtung 160, einzugeben und/oder aus dieser 100, 160 auszugeben. Die Schnittstelle 170 ist mittels einer zweiten Einstellungs- und Parameterdatenleitung 164 mit der Speichereinrichtung 160 kommunikationstechnisch verbunden, so dass Einstellungs- und/oder Parameterdaten 166 bidirektional von Außenwelt über die Schnittstelle zu der Speichereinrichtung 160, und in umgekehrter Richtung, übertragen werden können.
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So wie das in der 1 gezeigt ist, sind die Speichereinrichtung 160 und die Schnittstelle 170 gesondert von der Regeleinrichtung 120 ausgebildet. Im Zuge weitergehender Integration ist es jedoch auch möglich, die Speichereinrichtung 160, oder die Speichereinrichtung 160 und die Schnittstelle 170, in der Regeleinrichtung 120 zu integrieren.
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Zusätzlich oder alternativ zu dem Bereitstellen der Schnittstelle 170 kann in der Auslösevorrichtung 100 auch der Hilfsspannungseingang 180 dazu eingerichtet sein, als Schnittstelle zum Eingeben von Einstellungs- und/oder Parameterdaten 166 zu dienen. In einer solchen Ausführungsform kann eine der Hilfsspannung aufmodulierte Information beispielsweise durch Demodulation erkennbar gemacht und dann als Einstellungs- und/oder Parameterdaten 166 interpretiert werden. Auch können auf diese Art und Weise eingegebene Einstellungs- und/oder Parameterdaten 166 in die Speichereinrichtung 160 zum abrufbaren Abspeichern übertragen werden, beispielsweise über die Messeinrichtung 140, die Messdatenleitung 147, die Controllereinrichtung 150 und die erste Einstellungs- und Parameterdatenleitung 162.
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Wie ebenfalls bereits erwähnt, umfasst die in 1 gezeigte Auslösevorrichtung 100 einen Kommandoeingang 190. Der Kommandoeingang 190 ist dazu vorgesehen, um ein Kommandosignal einzugeben, das für einen Funktionsmodus der Auslöseeinrichtung 100 bestimmend ist. Dazu ist der Kommandoeingang 190 mittels einer Kommandosignalleitung 192 mit der Messeinrichtung 140, über einen Kommandosignaleingang 149 derselben, kommunikationstechnisch verbunden, so dass das Kommandosignals der Messeinrichtung 140 bereitgestellt und zugeführt werden kann.
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Alternativ zum gesonderten Bereitstellen eines Kommandoeingangs 190 kann dieser auch in einem Hilfsspannungseingang 180 integriert sein (in 1 nicht gezeigt). In dieser Ausführungsform hat die Auslösevorrichtung 100 einen Hilfsspannungseingang 180, der dazu eingerichtet ist, als ein Kommandoeingang zu dienen. Dabei kann eine der Hilfsspannung aufmodulierte Information, beispielsweise durch Demodulation, erkennbar gemacht und als ein Kommandosignal interpretiert werden.
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Mittels der Regeleinrichtung 120 ist die Auslöseeinrichtung 100 dazu eingerichtet, zusätzlich zu dem Annehmen von bzw. dem Betrieb mit verschiedenen möglichen Hilfsspannungen, so wie das oben bereits beschrieben worden ist, ferner gemäß einem oder mehreren der folgenden, weiteren Funktionsmodi der Auslöseeinrichtung 100 betrieben zu werden:
- i) ein automatisches Abschalten der geregelten Steuerspannung und/oder des geregelten Steuerstroms, wenn der Aktuator 116 eine Endstellung der Bewegung erreicht hat,
- ii) eine Einschaltpumpverhinderung,
- iii) eine Eigenverzögerung, die einstellbar sein kann,
- iv) ein einstellbarer Weg-/Zeitverlauf für die Bewegung des Aktuators 116,
- v) eine, insbesondere einstellbare, Abschaltverzögerung, die beinhaltet, dass in Bezug auf ein Kommandoende die Magnetspule 112 zeitlich länger aktiviert, insbesondere der Aktuator 116 in seiner Endstellung zeitlich länger, bleibt, insbesondere mit einer einstellbaren zeitlichen Bleibeverlängerung,
- vi) ein einstellbares Auslöseverhalten hinsichtlich einer Impulsbetätigung oder einer Dauerbetätigung des Aktuators 116, und
- vii) ein einstellbares, zeitliches Bewegungsverhalten des Aktuators 116 im Rahmen von programmierbaren Bewegungsablauffolgen bzw. Schaltfolgen des Aktuators 116.
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Der Funktionsmodus i) „automatisches Abschalten der geregelten Steuerspannung und/oder des geregelten Steuerstroms“ bezieht sich auf die Stellgröße, d.h. die geregelte Steuerspannung und/oder den geregelten Steuerstrom, mit der/dem die Magnetspule 112 zum Ausführen einer Bewegung des Aktuators 116 beaufschlagt worden ist. In diesem Funktionsmodus wird die Steuerspannung und/oder der Steuerstrom abgeschaltet, wenn der Aktuator 116 eine Endstellung der Bewegung erreicht hat. Das automatische Abschalten der geregelten Steuerspannung und/oder des geregelten Steuerstroms, wenn der Aktuator eine Endstellung der Bewegung erreicht hat, bewirkt eine Dauersignalfestigkeit der Auslösevorrichtung, für die herkömmlich eine bautechnisch aufwendige, mechanische Unterbrechung des Schalters oder eine zusätzliche Verdrahtung im Schalter, die sicherstellt, dass die Auslöseransteuerung beim Wechsel des Schaltzustandes abgeschaltet wird (z.B. um eine Überlastung des Auslösers zu vermeiden) vorzusehen war.
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Der Funktionsmodus ii) „Einschaltpumpverhinderung“ kann mittels einer geeigneten Programmierung der Regelreinrichtung 120 in der Auslösevorrichtung 110 integriert sein. Ein Betrieb der Auslösevorrichtung 100 in diesem Funktionsmodus „Einschaltpumpverhinderung“ kann ein Überwachen des Kommandosignals umfassen. Durch die integrierte Einschaltpumpverhinderung kann eine herkömmlich verwendete, externe Beschaltung zur Einschaltpumpverhinderung entfallen.
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Der Funktionsmodus iii) „Eigenverzögerung“ beinhaltet, dass der Magnetspule 112 die geregelte Steuerspannung und/oder der geregelte Steuerstrom in Bezug auf einen Kommandobeginn mit einer zeitlichen Verzögerung beaufschlagt wird. Die zeitliche Verzögerung kann einstellbar sein. Durch eine einstellbare Zeitverzögerung kann eine Eigenzeit eines die Auslösevorrichtung aufweisendes Schaltgerät individuell so eingestellt werden, dass z.B. bei der Aussschaltung im Kurzschlussfall ein Gleichanteil im Kurzschlussstrom schon so weit abgeklungen ist, dass eine Schaltstrecke den Strom sicher löschen kann und nicht überlastet wird. Ferner kann durch eine einstellbare Zeitverzögerung individuell für jeden Schalter im Rahmen der Produktion eine Eigenzeit so eingestellt werden, dass Schwankungen der Eigenzeit aufgrund von mechanischen Toleranzen eines Schaltgerätes egalisiert werden. Dadurch kann z.B. in einem Energieverteilungssystem eine Schutzstaffelung feiner abgestuft werden, was Vorteile für die Versorgungssicherheit bringt.
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Der Funktionsmodus iv) „einstellbarer Weg-/Zeitverlauf für die Bewegung des Aktuators 116“ beinhaltet, dass die Bewegung des Aktuators 116 in jeder Phase der Bewegung derart gesteuert erfolgt, dass zu jedem Zeitpunkt der Bewegung des Aktuators 116 die Position des Aktuators 116 vorbestimmt ist. Durch einstellbare Weg-/Zeitverläufe können neuartige Verklinkungssysteme realisiert werden, die für eine mechanische Konstruktion eines Schaltgerätes vorteilhaft sind.
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Im Funktionsmodus v „Abschaltverzögerung“ kann die Magnetspule 112 in Bezug auf ein Ende eines Kommandosignals zeitlich länger aktiviert bleiben. Dementsprechend kann der Aktuator 116 zeitlich länger in seiner Endstellung bleiben, bevor er in seine Ausgangsstellung zurückkehrt. Im Gegensatz dazu wird in herkömmlichen Auslöseeinrichtungen der Hubmagnet abgeschaltet und kehrt der Aktuator in seine Ausgangsstellung zurück, sobald ein Kommandosignal abgeschaltet wird.
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Der Funktionsmodus vi) „einstellbares Auslöseverhalten hinsichtlich einer Impulsbetätigung oder einer Dauerbetätigung des Aktuators 116“ beinhaltet Folgendes. Eine Impulsbetätigung beinhaltet, dass der Aktuator 116 nach Erreichen seiner Endlage einer Bewegung automatisch wieder in seine Ruhelage versetzt wird. Im Gegensatz dazu beinhaltet eine Dauerbetätigung, dass der Aktuator 116 so lange in seiner Endlage einer Bewegung verbleibt, wie eine Betätigungsinformation in einem Kommandosignal ansteht. Dabei kann die Auslösevorrichtung 100 entweder in den Funktionsmodus Impulsbetätigung oder in den Funktionsmodus Dauerbetätigung und auch zwischen diesen Funktionsmodi Impulsbetätigung und Dauerbetätigung hin und her geschaltet werden. Durch das einstellbare Schaltverhalten „Impulsbetätigung“ oder „Dauerbetätigung“ können neuartige Entklinkungssysteme realisiert werden. Auch können die an der Entklinkung beteiligten, mechanischen System schneller wieder in ihre Ruhelage zurückkehren. Somit werden interne mechanische Verklemmungen bei schnellen Schaltfolgen vermieden bzw. es sind schnellere Schaltfolgen mit einer bisherigen Entklinkungsmechanik möglich.
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Der Funktionsmodus vii) „einstellbares, zeitliches Bewegungsverhalten des Aktuators 116“ beinhaltet, dass der Aktuator 116 programmierbare Bewegungsablauffolgen bzw. Schaltfolgen gesteuert durchläuft. Dabei kann eine Bewegungsabfolge beinhalten, dass
- a) der Aktuator 116 für eine erste einstellbare Ruhelagezeitdauer in seiner Ruhelage verbleibt,
- b) danach für eine erste einstellbare Verzögerungszeitdauer in seiner Ruhelage verbleibt bevor er auf ein Bewegungskommando anspricht,
- c) nach einem Übergang in seine Endlage für eine erste Endlagenzeitdauer in seiner Endlage verbleibt,
- d) danach für eine zweite einstellbare Verzögerungszeitdauer in seiner Endlage verbleibt, und
- e) nach einem Übergang in seine Ruhelage für eine zweite einstellbare Verzögerungszeitdauer in seiner Ruhelage verbleibt.
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In einer Ausführungsform kann die Steuereinrichtung 130 dazu eingerichtet sein, einer ihr zugeführten Hilfsspannung mittels einer Impulsbreitenmodulation Steuerinformation aufzumodulieren, welche Steuerinformation für das Bewegungsverhalten des Aktuators 116 bestimmend ist. Die so als Steuerinformation modulierte Hilfsspannung kann über den Steuerausgang 136, 124 als elektrische Steuerspannung ausgegeben werden, um damit die Magnetspule 112 des Hubmagneten 110 zu beaufschlagen.
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In einer Ausführungsform kann die Regelreinrichtung 120 als bauliche Einheit mit dem Hubmagneten 110 integriert sein. Auf diese Weise kann die Auslösevorrichtung 100 in der Form eines integrierten Schaltkreises implementiert und vereinfacht werden. Bei hohen Stückzahlen kann die Auslösevorrichtung 100 als Single-Chip-Lösung realisiert werden, so wie dies in anderen Bereichen der Steuerelektronik bereits Stand der Technik ist.
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In einer alternativen Ausführungsform kann die Regelreinrichtung 120 in Bezug auf den Hubmagneten 110 als baulich gesonderte Einheit ausgebildet und über eine elektrische Leitung, nämlich die Steuersignalleitung 125, mit dem elektrischen Anschluss 114 der Magnetspule 112 des Hubmagneten 110 verbunden sein, wobei die elektrische Leitung (die Steuersignalleitung) 125 zum Übertragen der geregelten Steuerspannung und/oder des geregelten Steuerstroms an den elektrischen Anschluss 114 der Magnetspule 112 vorgesehen ist.
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Für die Schnittstellt 170 sind verschiedene Ausführungsformen denkbar. Die Schnittstelle 170 kann eine zur Außenwelt drahtlose Schnittstelle 170, bei der Einstellungs- und/oder Parameterdaten mittels Strahlung 172, wie etwa optischer Strahlung, Infrarotstrahlung oder Radiofrequenzstrahlung, ein- und ausgebbar sind.
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Alternativ dazu kann die Schnittstelle 170 eine zur Außenwelt drahtlose Schnittstelle sein, bei der Einstellungs- und/oder Parameterdaten mittels magnetischer oder kapazitiver Kopplung durch ein magnetisches Feld (wie etwa bei Nahfeldkommunikation (NFC)) oder ein elektrisches Feld, oder über eine Funkkopplung durch ein elektromagnetisches Feld (wie etwa bei Bluetooth) ein- und ausgebbar sind. Noch alternativ dazu kann die Schnittstelle 170 eine Schnittstelle, bei der Einstellungs- und/oder Parameterdaten mittels einer Anordnung von Stellschaltern, beispielsweise Dip-Schaltern, ein- und ausgebbar sind, sein. Schließlich kann die Schnittstelle 170 als eine zur Außenwelt drahtgebundene Schnittstelle, über die Einstellungs- und/oder Parameterdaten ein- und ausgebbar sind, sein.
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In der 1 sind unterschiedliche Leitungen entsprechend ihrer Funktion unterschiedlich dargestellt. Die Steuerparameterleitung 125 und die Stellparameterleitung 133 tragen elektrische Signale, die als Stell- bzw. Steuersignale interpretiert werden und die entsprechend mit Linien mit normaler, d.h. nicht-fetter, Linienbreite dargestellt sind. Die Messwertleitung 127, die Messdatenleitung 147, die erste Einstellungs- und/oder Parameterdatenleitung 162, die zweite Einstellungs- und/oder Parameterdatenleitung 164, und die Kommandosignalleitung 192 tragen elektrische Signale, die als Datensignale interpretiert werden und die entsprechend mit Linien mit fetter Linienbreite dargestellt sind. Die Hilfsspannungsleitung 186 transportiert eine elektrische Spannung, die als Versorgungsspannung für die Steuereinrichtung 130 und die Messeinrichtung 140 dient, und ist entsprechend mit gestrichelten Linien dargestellt.
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Bezugszeichenliste
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- 100
- Auslösevorrichtung
- 110
- Hubmagnet
- 112
- Magnetspule
- 114
- elektrischer Anschluss
- 116
- Aktuator
- 120
- Regelreinrichtung
- 122
- Dateneingang
- 124
- Steuerausgang
- 125
- Steuersignalleitung
- 126
- Messwerteingang
- 127
- Messwertleitung
- 128
- Schnittstelle
- 130
- Steuereinrichtung
- 132
- Stellparametereingang
- 133
- Stellparameterleitung
- 134
- Treiberschaltung
- 135
- Messwertausgang
- 136
- Steuerausgang
- 138
- Hilfsspannungseingang
- 140
- Messeinrichtung
- 142
- Messwerteingang
- 144
- Messwertwandlereinrichtung
- 146
- Messdatenausgang
- 147
- Messdatenleitung
- 148
- Hilfsspannungseingang
- 149
- Kommandosignaleingang
- 150
- Controllereinrichtung
- 152
- Dateneingang
- 154
- Messdateneingang
- 156
- Berechnungseinrichtung
- 158
- Stellparameterausgang
- 160
- Speichereinrichtung
- 162
- erste Einstellungs- und/oder Parameterdatenleitung
- 164
- zweite Einstellungs- und/oder Parameterdatenleitung
- 166
- Einstellungsdaten und/oder Parameterdaten
- 170
- Schnittstelle
- 172
- Strahlung / elektrisches, magnetisches oder elektromagnetisches Feld
- 180
- Hilfsspannungseingang
- 182
- Gleichspannungsquelle
- 184
- Wechselspannungsquelle
- 186
- Hilfsspannungsleitung
- 190
- Kommandoeingang
- 192
- Kommandosignalleitung
- 200
- Schalteinrichtung
- 202
- geschaltete Leistungsleitung
