DE19546268A1 - Busfähiger Verstärkerbaustein für Antriebsanordnungen elektromagnetischer Schaltgeräte - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen busfähigen Verstärkerbaustein für Antriebsanordnungen elektromagnetischer Schaltgeräte nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.

Aus der technisch-wissenschaftlichen Veröffentlichung der Fa. Klöckner-Moeller GmbH "Spezialisten beim Schalten und Schützen: System-Schütze DIL M, DIL R" (Druckvermerk: 8/91 VER 21-767 FLS/Wi), S. 5, 6 u. 8 sind derartige Verstärkerbausteine be­ kannt. Diese Verstärkerbausteine sind an einem Schütz unterhalb dessen Zugangsbereiches für die zugehenden Leistungsanschlüsse aufsteckbar, sind ausgangsseitig über ihre Antriebsanschlüsse mit den Spulenanschlüssen des elektromagnetischen Schützantrie­ bes zu verbinden und sind eingangsseitig einerseits über ihre Steueranschlüsse mit einem Steuerstromkreis und anderseits über ihre Speisestromanschlüsse mit einem Speisestromkreis zu ver­ binden. Der Verstärkerbaustein beinhaltet neben einer Schutzbe­ schaltung und einer LED-Schaltzustandsanzeige ein Schaltrelais, dessen Steuerspule vom Steuerstromkreis beaufschlagt wird und dessen Relaiskontakt die Speisestromzuführung zum Schütz antrieb ein- und abschaltet. Der Steuergleichstrom wird von Elektronik­ steuerungen oder von Schaltgeräten mit niedrigem Leistungs­ niveau bei niedrigem Spannungspegel (z. B. 24 V) geliefert, wogegen der Speisestrom mit Vorteil aus einer davon galvanisch getrennten Wechselstromquelle mit höherem Spannungspegel (z. B. 230 V) geliefert wird, so daß auf diese Weise Schütze hoher Nennleistung durch Steuerungen niedriger Ausgangsleistung angesteuert werden können.

Aus der DE 38 43 944 A1 ist ein in einem Gehäuse angeordnetes Schütz bekannt, dessen elektromagnetischer Antrieb über ein Leitungssystem aus beliebiger Entfernung ansteuerbar ist, wobei die Ansteuerung des elektromagnetischen Antriebes über eine Installationsbusleitung vorgesehen ist und hierfür innerhalb des Schützgehäuses ein Buskoppler mit einem Adresseneingabe­ schalter sowie zusätzlich ein vom Buskoppler direkt oder indi­ rekt beeinflußbares Schaltrelais angeordnet ist, das eine Schaltstelle im Speisestromkreis für den elektromagnetischen Antrieb bildet. Insbesondere ist als Installationsbusleitung ein Zweidrahtbus vorgesehen und zwischen Buskoppler und dem von diesem beeinflußbaren Schaltrelais eine elektrische oder elek­ tronische Baugruppe zwischengeschaltet, welche die Ein- und Ausschaltung des Schaltrelais bewirkt.

Aus dem Sammelkatalog 1995 der Fa. Telemecanique, Katalog KSK, S. 1/43 sind über einen Bus ansteuerbare Interfacemodule bekannt, die entweder als Relais- oder als Elektronik-Schalt­ verstärker ausgebildet sind und als Zusatzmodul mit dem zuge­ hörigen Schütz mechanisch und elektrisch zu verbinden sind.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen busfähigen Verstärkerbaustein anzugeben, dessen Gebrauchseigenschaften durch zusätzliche Funktionen zu verbessern sind.

Ausgehend von einem Verstärkerbaustein der eingangs genannten Art wird die Aufgabe erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Hauptanspruches 1 gelöst. Durch die bidirektionale Auslegung der Schnittstellenschaltung in Verbindung mit den vorgeschlagenen Schaltungsmitteln ist der Verstärkerbaustein in der Lage, Zustandsinformationen an den Bus einzuspeisen und im gegebenen Falle Einstellinformationen zu verarbeiten. Da­ durch wird eine geschlossene informationelle Zugänglichkeit von elektromagnetischen Schaltgeräten über die erfindungsgemäßen Verstärkerbausteine und damit eine erhebliche Steigerung des bedienungsseitigen sowie informationellen Komforts erreicht.

Der Verstärkerbaustein kann mechanisch mit dem Schaltgerät verbunden, separat aufgestellt bzw. befestigt oder auf das Schaltgerät aufgeschnappt werden. Die elektrische Verbindung zu dem Schaltgerät erfolgt mit Steckanschlüssen, mit fest angeschlagenen oder Einzelleitungen. Der Verstärkerbaustein kann über mechanische Kontaktausgänge oder/und über elektro­ nische Ausgänge, hier je nach Erfordernis analog oder digital, verfügen. Die Schnittstellenschaltung kann an beliebige Bus- Protokolle angepaßt werden. Damit ist die Einzelvernetzung der Antriebsanordnungen von Schützen, gegebenenfalls in Verbindung mit elektronischen Steuer- oder Regelanordnungen, aber auch elektromagnetischen Kraft- oder Fernantrieben anderer Schaltge­ räte möglich bei beliebiger Baugröße, Bauform, Leistungsauf­ nahme und Spannungsniveaus dieser anzutreibenden Geräte. Die Kommunikation mit dem Bus kann alternativ über verschiedene Medien, insbesondere metallische Leiter verschiedener Anzahl oder Lichtwellenleiter, erfolgen.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen sind den Unteransprüchen zu entnehmen. Der Wahlschalter erlaubt das wahlweise Betreiben des Schaltgerätes vernetzt über den Bus oder manuell über den konventionellen Steuereingang, wobei insbesondere eine zusätz­ liche Abtastung der Wahlschalterstellung und deren Rückmeldung an den Bus den Steuerkomfort erhöht. Ein im Verstärkerbaustein integriertes Zeitglied erlaubt u. a. die abschalt- oder ein­ schaltverzögerte Ansteuerung der Antriebsanordnung und/oder dient zur Unterdrückung von Kontaktprellungen von Ansteuerkon­ takten, wobei insbesondere die Rückmeldung über den Zustand des Zeitgliedes an den Bus und/oder die Parametereinstellung des Zeitgliedes über den Bus die Steuerungsmöglichkeiten erheblich erweitert.

Die Zustandsmeldung vom Schaltgerät erfolgt mittels eines Hilfsschalters oder kontaktlos vorteilhafterweise über den Meldeanschluß des Verstärkerbausteins, ohne daß dafür einen eigenen Busanschluß des Schaltgerätes erforderlich ist. Dies führt neben der Möglichkeit, die Schaltgeräte hinsichtlich der Spannungsvarianten und der Stromvarianten zu reduzieren, auch zu einer Reduzierung der Schaltgeräte hinsichtlich der Varian­ ten zur Buskommunikation. Die Zustandsmeldung von der Verstär­ keranordnung bezweckt eine weitere Erhöhung des Vernetzungskom­ forts. Die erfindungsgemäße Lösung läßt sich im einfachsten Falle mit einem Schaltrelais realisieren.

Mit Vorteil läßt sich der Verstärkerbaustein auch zur Ansteu­ erung eines einzigen elektrischen Verbrauchers über zwei Schaltgeräte oder Schaltgerätekombinationen weiterbilden, die nicht beide gleichzeitig den Verbraucher beaufschlagen dürfen. Damit lassen sich unterschiedliche, insbesondere gegensinnige Schaltzustände für den Verbraucher herbeiführen, beispielsweise für den Rechts- bzw. Linkslauf eines Elektromotors. Von zusätz­ lichem Vorteil ist hierbei eine höhere Packungsdichte sowie geringere Herstellungskosten durch Mehrfachausnutzung einzelner Funktionselemente des Verstärkerbausteins.

Die Erfindung soll nachstehend an zwei Ausführungsbeispielen, aus denen weiterer Merkmale und Vorteile zu ersehen sind erläutert werden. In der zugehörigen Zeichnung zeigt

Fig. 1: die teilweise auseinandergezogene perspektivische mechanische Anordnung einer ersten Ausführungsform des Verstärkerbausteins mit einem Schütz;

Fig. 2: die prinzipielle elektrische Darstellung der Ver­ stärkerbausteins aus Fig. 1;

Fig. 3: die mechanische Anordnung einer zweiten Ausführungs­ form des Verstärkerbausteins mit zwei Schützen;

Fig. 4: die prinzipielle elektrische Darstellung der Ver­ stärkerbausteins aus Fig. 3.

In Fig. 1 ist ein Schütz 2 als elektrisches Schaltgerät zusam­ men mit einem busfähigen Verstärkerbaustein 4 dargestellt. Das Schütz 2 ist auf einer Tragschiene 6 montiert und mit einem Hilfsschalterblock 8 versehen. Auf jeder Zugangsseite 10, 11 des Schützes 2 sind in einer Reihe je drei Leistungsklemmen 14 und je einer Hilfsschalterklemme 16 sowie unterhalb dieser eine angeformte Spulenklemme 17 bzw. 19 angeordnet. Die Spulenklem­ men 17, 19 sind innerhalb des Schütz es 2 elektrisch miteinander verbunden und bilden zusammen mit einer unterhalb der Lei­ stungsklemmen 14 nur auf der einen Zugangsseite 10 angeformten separaten Spulenklemme 18 die beiden Seiten der Stromzuführun­ gen für die elektromagnetische Antriebsanordnung, d. h. Magnet­ spule, des Schützes 2. Der Verstärkerbaustein 4 wird mit Hilfe von elastischen Befestungsmitteln 20, 22 auf die Zugangsseite 10 des Schützes 2 aufgeschnappt und mit seinen Antriebsan­ schlüssen 24, 26 in der durch unterbrochene Geraden angedeute­ ten Weise elektrisch mit den Spulenklemmen 17 bzw. 18 verbun­ den. Der Verstärkerbaustein 4 weist auf seiner Zugangsseite 12 Klemmen für zwei Speisestromanschlüsse 28 und 30, für zwei Bus­ anschlüsse 32 und 34 sowie für einen konventionellen Steuerein­ gang 36 auf. Auf der Frontseite 37 des Verstärkerbausteins 4 befinden sich ein Betätigungsmittel 38 für einen Wahlschalter, eine LED-Zustandsanzeige 40 und ein Einstellmittel 42 für ein Zeitglied. Zwei Meldeanschlüsse 44, 46 in Form von endseitig angeschlagenen Leitungen werden aus dem Verstärkerbaustein 4 auf der Seite der Antriebsanschlüsse 24, 26 herausgeführt. Die Meldeanschlüsse 44, 46 sind in der durch unterbrochene krumme Linien angedeuteten Weise mit den Hilfsschalterklemmen 48, 50 am Hilfsschalterblock 8 zu verbinden, die zu einem der darin befindlichen Hilfsschalter gehören, dessen Schaltzustand den Zustand des Schützes 2 meldet.

In Fig. 2 ist der innere elektrische Aufbau des Verstärkerbau­ steins 4 dargestellt. Durch einen mit den Busanschlüssen 32, 34 verbundenen externen Bus erfolgt die Ansteuerung des Ver­ stärkerbausteins 4 entsprechend dem vereinbarten Bus-Protokoll und gegebenenfalls in Übereinstimmung mit der für den Verstär­ kerbaustein 4 vergebenen Adresse über eine Schnittstellenschal­ tung 52. Das vom Bus bewirkte Steuersignal gelangt vom Steuer­ ausgang 54 der Schnittstellenschaltung 52 über einen Wahlschal­ ter 56 und von da zeitverzögert über ein Zeitglied 58 an eine elektromagnetische Verstärkeranordnung in Form eines Schalt­ relais 60 und wird von dort zu dem Bezugspotentialanschluß 55 der Schnittstellenschaltung 52 zurückgeführt. Das Schaltrelais 60 beinhaltet eine Steuerspule 62 und einen Schließer-Relais­ kontakt 64. Bei geschlossenem Relaiskontakt 64 gelangt der von einem äußeren Speisestromkreis gelieferte Speisestrom für die Antriebsanordnung des Schütz es über den einen Speisestroman­ schluß 30 zu dem einen Antriebsanschluß 26 und wird von dem anderen Antriebsanschluß 24 über eine innere Verbindungsleitung 65 direkt zu dem anderen Speisestromanschluß 28 zurückgeführt. Parallel zur Steuerspule 62 ist eine Freilaufdiode 66 und eingangsseitig zum Zeitglied 58 die LED-Zustandsanzeige 40 angeordnet.

Die bei Null beginnende Zeitverzögerung des Zeitgliedes 58 wird entweder manuell über dessen Einstellmittel 42 eingestellt oder busgesteuert über die Busanschlüsse 32, 34 und schließlich auf­ bereitet durch die Schnittstellenschaltung 52 über einen Para­ metereingang 68 des Zeitgliedes 58 eingegeben. Der Zustand des Zeitgliedes 58 und dessen aktuelle Verzögerungszeit werden über dessen Parameterausgang 70 und aufbereitet durch die bidirekti­ onal arbeitende Schnittstellenschaltung 52 über die Busan­ schlüsse 32, 34 bei Abfrage an den Bus ausgegeben. Die Zu­ standsmeldung vom Schütz wird in analoger Weise über die Melde­ anschlüssen 44 und 46 an die Schnittstellenschaltung 52 signa­ lisiert und von dort über die Busanschlüsse 32, 34 an den Bus übergeben. Über sein Betätigungsmittel 38 kann der Wahlschalter 56 das Zeitglied 58 vom Steuerausgang 54 der Schnittstellen­ schaltung 52 trennen und dagegen mit dem konventionellen Steu­ ereingang 36 verbinden, wodurch das Schaltrelais 60 dann alter­ nativ durch konventionelle Befehlsgeräte ansteuerbar ist. Der Schaltzustand des Wahlschalters 56 wird durch ein Abtastmittel 72, beispielsweise einen Magnetsensor, erfaßt und durch die Schnittstellenschaltung 52 über die Busanschlüsse 32, 34 an den Bus ausgegeben. Durch den in beiden Richtungen mit dem Bus kommunizierfähigen Verstärkerbaustein 4 ist dieser zusammen mit dem Schütz 2 sowohl passiv als auch aktiv vernetzt.

In Fig. 3 ist die Verbindung einer zweiten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verstärkerbaustein 5 mit zwei nebeneinander angeordneten Schützen 2, 2a dargestellt, um beispielsweise eine Wendeschützkombination für einen Motor zu bilden. Der Verstär­ kerbaustein 5 ist wieder mit Speisestromanschlüssen 28, 30 zum Anschließen von Speisestromleitungen 74, 76 und mit Busan­ schlüssen 32, 34 zum Anschließen von Busleitungen 78, 80 sowie in Fig. 3 nicht sichtbaren Antriebanschlüssen zur Verbindung mit den Spulenklemmen 17, 18 des ersten Schützes 2 ausgestat­ tet. Der Verstärkerbaustein 5 ist mit einem zusätzlichen An­ triebsanschluß 26a in Form einer herausgeführten, endseitig angeschlagenen Leitung versehen, die mit der einen Spulenklemme 18a für die elektromagnetische Antriebsanordnung des zweiten Schützes 2a verbunden ist, während die Stromzuführung für die diagonal gegenüberliegende andere Spulenklemme 19a des zweiten Schützes 2a mittels einer äußeren Verbindungsleitung 82 über die Spulenklemme 19 des ersten Schützes 2, die im Inneren mit dem gegenüberliegenden Spulenklemme 17 elektrisch verbunden ist, hergestellt wird. Der Verstärkerbaustein 5 ist elektrisch mit beiden Schützen 2 und 2a, jedoch mechanisch nur mit dem ersten Schütz 2 verbunden.

In Fig. 4 ist der innere elektrische Aufbau des Verstärkerbau­ steins 5 dargestellt. Über die Busanschlüsse 32, 34 erfolgt die Ansteuerung des Verstärkerbaustein 5 entsprechend dem verein­ barten Bus-Protokoll und gegebenenfalls in Übereinstimmung mit der für den Verstärkerbaustein 5 vergebenen Adresse über eine bidirektionale Schnittstellenschaltung 53. Ein vom Bus bewirk­ tes erstes Steuersignal gelangt von einem ersten Steuerausgang 54 der Schnittstellenschaltung 53 an eine erste elektromagneti­ sche Verstärkeranordnung in Form eines ersten Schaltrelais 60. Ein vom Bus bewirktes zweites Steuersignal gelangt von einem zweiten Steuerausgang 54a der Schnittstellenschaltung 53 an eine zweite elektromagnetische Verstärkeranordnung in Form eines zweiten Schaltrelais 60a. Beide Steuersignale werden über die Steuerspulen 62, 62a der Schaltrelais 60 bzw. 60a zu dem Bezugspotentialanschluß 55 der Schnittstellenschaltung 53 zurückgeführt. Parallel zu den Steuerspulen 62a, 62b sind jeweils eine Freilaufdiode 66 bzw. 66a und eine LED-Zustandsan­ zeige 40 bzw. 40a angeordnet. Bei geschlossenem Relaiskontakt 64 des ersten Schaltrelais 60 gelangt der von einem äußeren Speisestromkreis gelieferte Speisestrom für die Antriebsanord­ nung des ersten Schütz es 2 über den einen Speisestromanschluß 30 zu dem ersten einen Antriebsanschluß 26 und wird von dem anderen Antriebsanschluß 24 über eine innere Verbindungsleitung 65 direkt zu dem anderen Speisestromanschluß 28 geführt. Dem­ entsprechend gelangt bei geschlossenem Relaiskontakt 64a des zweiten Schaltrelais 60a der von äußeren Speisestromkreis gelieferte Speisestrom für die Antriebsanordnung des zweiten Schützes 2a über den einen Speisestromanschluß 30 zu dem zweiten einen Antriebsanschluß 26a und wird von dem gemeinsamen anderen Antriebsanschluß 24 über die innere Verbindungsleitung 65 direkt zu dem anderen Speisestromanschluß 28 geführt. Die Schnittstellenschaltung 53 stellt durch ihre logische Struktur sicher, daß beide Schaltrelais 60, 60a und damit die durch diese anzusteuernden elektromagnetischen Antriebsanordnungen beider Schütze 2, 2a zu keinem Zeitpunkt gleichzeitig im akti­ ven Zustand sind. Den Schaltrelais 60, 60a sind zur Erfassung seines Schaltzustände erstes bzw. zweites Abtastmittel 73 bzw. 73a zugeordnet, deren Ausgangssignale nach Aufbereitung durch die Schnittstellenschaltung 53 über die Busanschlüsse 32, 34 an den Bus übermittelt werden können.

Bezugszeichenliste

2; 2a Schaltgerät; Schütz
4; 5 Verstärkerbaustein
6 Tragschiene
8 Hilfsschalterblock
10 . . . 12 Zugangsseite
14 Leistungsklemme
17; 18; 18a; 19; 19a Spulenklemme
20; 22 Befestigungsmittel
24; 26; 26a Antriebsanschluß
28; 30 Speisestromanschluß
32; 34 Busanschluß
36 konventioneller Steuereingang
37 Frontseite
38 Betätigungsmittel
40; 40a Zustandsanzeige
42 Einstellmittel
44; 46 Meldeanschluß
16; 48; 50 Hilfsschalterklemme
52; 53 Schnittstellenschaltung
54; 54a Steuerausgang
55 Bezugspotentialanschluß
56 Wahlschalter
58 Zeitglied
60; 60a Schaltrelais
62; 62a Steuerspule
64; 64a Relaiskontakt
65 innere Verbindungsleitung
66; 66a Freilaufdiode
68 Parametereingang
70 Parameterausgang
72; 73; 73a Abtastmittel
74; 76 Speisestromleitung
78; 80 Busleitung
82 äußere Verbindungsleitung

Claims (10)

1. Busfähiger Verstärkerbaustein für elektromagnetische Antriebsanordnungen elektromagnetischer Schaltgeräte, der eine elektromagnetische oder elektronische Verstärkeran­ ordnung (60; 60a) enthält, die über eine Schnittstellen­ schaltung (52; 53) mit Busanschlüssen (32, 34) und einer­ seits mit Speisestromanschlüssen (28, 30) sowie ander­ seits mit Antriebsanschlüssen (24, 26; 26a) verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Schnittstellenschal­ tung (52; 53) bidirektional ausgelegt ist sowie Schal­ tungsmittel (44, 46; 58, 70; 73; 73a) für die Erfassung an den Bus zu übergebender Signale über Zustände des Verstärkerbausteins (4; 5) und/oder des Schaltgerätes (2; 2a) und bedarfsweise weitere Schaltungsmittel (58; 68) für vom Bus zu übernehmende Signale für Einstellparameter der Verstärkerbausteins (4) und/oder des Schaltgerätes vorgesehen sind.

2. Busfähiger Verstärkerbaustein nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Verstärkeranordnung (60) ein Wahlschalter (56) vorgeschaltet ist, der zusätzlich mit einem konventionellen Steuereingang (36) verbunden ist und zur wahlweisen Ansteuerung entweder über den Bus oder über konventionelle Befehlsmittel dient.

3. Busfähiger Verstärkerbaustein nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Wahlschalter (56) zusätzlich über ein dessen Zustand erfassendes Abtastmittel (72) mit der Schnittstellenschaltung (52) verbunden ist.

4. Busfähiger Verstärkerbaustein nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Verstärkeran­ ordnung (60) ein Zeitglied (58) mit Einstellmitteln (42) vorgeschaltet ist.

5. Busfähiger Verstärkerbaustein nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Zeitglied (58) zusätzlich über einen die eingestellte Verzögerungszeit ausgebenden und/oder das Andauern der Verzögerung anzeigenden Parame­ terausgang (70) mit der Schnittstellenschaltung (52) verbunden ist.

6. Busfähiger Verstärkerbaustein nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Zeitglied (58) zusätzlich über einen die einzustellende Verzögerungszeit empfangen­ den Parametereingang (68) mit der Schnittstellenschaltung (52) verbunden ist.

7. Busfähiger Verstärkerbaustein nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Schnittstel­ lenschaltung (52) weiterhin mit an einen Zustandsmelder des Schaltgerätes (2) zu führenden Meldeanschlüssen (44, 46) verbunden ist.

8. Busfähiger Verstärkerbaustein nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Verstärkeran­ ordnung (60; 60a) zusätzlich über ein dessen Zustand erfassendes weiteres Abtastmittel (73; 73a) mit der Schnittstellenschaltung (53) verbunden ist.

9. Busfähiger Verstärkerbaustein nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Verstärkeran­ ordnung (60; 60a) im wesentlichen aus einem Schaltrelais besteht, dessen Steuerspule (62; 62a) mit der Ausgangs­ seite der Schnittstellenschaltung (52; 53) und dessen Relaiskontakt (64; 64a) zwischen einem der Speisestroman­ schlüsse (30) und einem der Antriebsanschlüsse (26; 26a) angeordnet ist, und daß der andere Speisespannungsan­ schluß (28) direkt mit dem anderen Antriebsanschluß (24) verbunden ist.

10. Busfähiger Verstärkerbaustein nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß er eine zweite elektromagnetische oder elektronische Verstärkeranordnung (60a) enthält, die eingangsseitig über die Schnittstel­ lenschaltung (53) mit den Busanschlüssen (32, 34) und einerseits mit den Speisestromanschlüssen (28; 30) sowie anderseits mit wenigstens einem zusätzlichen Antriebsan­ schluß (26a) für die Antriebsanordnung eines zweiten elektromagnetischen Schaltgerätes (2a) verbunden ist, wobei die Aktivierung beider Verstärkeranordnungen (60, 60a) in der Weise erfolgt, daß ausschließlich eine von beiden Antriebsanordnungen einschaltbar ist.