DE19605974A1 - Elektronische Schaltmagnetansteuerung zum Einschalten und Halten eines Schützes - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine elektronische Schaltmagnetansteuerung für Schütze, wobei das Schütz einen Wegsensor hat, mit dem die Position des Ankers bestimmbar ist, und die Schaltmagnetansteuerung einen Meßaufnehmer, der den Ist-Strom I_ist in der Ankerspule des Schützes ermittelt, einen Strom-Sollwertgeber, der in Abhängigkeit der Position des Ankers einen Soll-Strom I_soll vorgibt, und einen Spannungssteller hat, der die an der Ankerspule anliegende Spannung U_Spule in Abhängigkeit von der Stromabweichung ΔI = I_soll-I_ist zwischen Ist-Strom und Soll-Strom vorgibt.

Die DE 44 09 010 A1 beschreibt eine Schaltvorrichtung, bei der mittels eines Sensors die Position des beweglichen Organs, insbesondere des Ankers eines Schützes, während des Schaltvorganges bestimmbar ist. Der Sensor ist dabei ein Potentiometer, bestehend aus einem längsgestreckten Fühlerelement und einem am Anker befestigten beweglichen Läufer, welcher sich auf dem Fühlerelement abstützt. Mittels der ermittelten Position des beweglichen Organs des Schützes wird während des Schaltvorgangs der Spulenstrom über die gesamte Verschiebungsstrecke gesteuert, womit zum einen die Schließkraft des Schützes erhöht und zum anderen die elektrische und mechanische Haltbarkeit der Vorrichtung verbessert wird. Zur Steuerung des Spulenstroms ist der Spule ein Stromsensor in Reihe geschaltet. Der Spulenstrom wird dabei in Abhängigkeit der Differenz zwischen Soll-Spulenstrom und gemessenem Ist-Spulenstrom mittels einer Impulsmodulations-Schaltung gesteuert, wobei der Spulenstrom vom Niveau der Impulsgrößenmodulation abhängt.

Der Einsatz eines Potentiometers als Positionssensor hat jedoch mehrere Nachteile. So ist zum einen der Widerstand des Potentiometers temperaturabhängig, wodurch die tatsächliche Position des Ankers bei Temperaturschwankungen von der Schaltvorrichtung nicht ohne zusätzlichen schaltungstechnischen Aufwand ermittelt werden kann. Zum anderen wird der von der Spule bewegte Anker durch die erforderliche Andruckkraft der Schleifkontakte des Potentiometers gebremst, wodurch der Spulenstrom unnötig erhöht wird und somit die elektrische Haltbarkeit herabgesetzt wird. Durch das relativ schnelle Verfahren des Ankers wird zusätzlich die Widerstandsfläche des Potentiometers stark beansprucht, wodurch es zu Widerstandsänderungen bedingt durch Ablösungen bzw. Abrieb des Widerstandsmaterials kommt. Eine Ansteuerung des Schützes ist in diesem Fall nicht mehr möglich.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine elektronische Schaltmagnetansteuerung der obengenannten Art derart weiterzubilden, daß die Position des Ankers ohne Krafteinwirkung auf den Anker bestimmbar ist, wobei die Positionsbestimmung unabhängig von eventuelle Temperaturschwankungen ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Wegsensor eine Anzahl k Sensoren S_{k=1. . .n} insbesondere mechanische Schalter, Lichtschranken, Halldetektoren oder Induktionsschalter hat, die entlang der vom Anker zurückzulegenden Hubstrecke H angeordnete sind, und mittels derer die Position des Ankers diskret bestimmbar ist, und daß jedem Sensor S_i des Wegsensors ein Soll-Stromwert I_soll,i zugeordnet ist. Durch die Verwendung eines diskreten Sensors, liegt die Information über die Position des Ankers des Schützes in digitaler Form vor, wodurch eine Umwandlung des analogen Signals in ein digitales Positionssignal nicht mehr notwendig ist. Hierdurch werden vorteilhaft elektronische Bauteile eingespart, wodurch der technische Aufwand und die Produktionskosten verringert und gleichzeitig die Funktionssicherheit der Steuerung erhöht wird.

Um eine möglichst definierte Schließgeschwindigkeit des Schaltmagneten zu erzielen, ist der Soll-Strom I_soll eine Funktion der Position des Ankers oder eine Funktion der Zeit und der Position des Ankers. Durch die positionsabhängige Stromvorgabe, kann zu Beginn des Einschaltvorgangs vorteilhaft ein höherer Soll-Strom vorgegeben werden. Sobald der Anker bzw. die Schaltkontakte beschleunigt worden sind und eine maximale Geschwindigkeit erreicht ist, genügt die Trägheit des Ankers aus, um diesen in die EIN-Stellung zu verfahren. Der Strom durch die Spule kann demnach klein gegenüber dem Anfangsstrom sein, da kleinere Beschleunigungskräfte ausreichen um den Anker zu beschleunigen. Um ein sicheres Schließen des Schaltmagneten zu erreichen, wird vorteilsmäßig zum Ende des Einschaltvorganges wieder ein maximaler Soll-Strom vorgegeben, damit der Anker fest gegen die feststehenden Teile des Magnetkreises gedrückt wird. Da der Anker und die Schaltkontakte des Schützes nicht starr miteinander verbunden sind, kann der Anker nach dem Schließen der Schaltkontakte noch eine kleine Wegstrecke verfahren werden. Diese Wegstrecke wird auch als Anker-Resthub bezeichnet. Es hat sich nun gezeigt, daß durch eine definierte Ankergeschwindigkeit während des Schließens der Schaltkontakte des Schützes eine erhebliche Verringerung des Kontaktprellens der Schaltkontakte und damit eine Erhöhung der Lebensdauer erzielbar ist.

Es ist weiterhin von Vorteil, wenn die n Sensoren S_{k=1. . .n} in gleichmäßigen Abständen zueinander über die Hubstrecke H verteilt angeordnet sind. Durch das Verfahren des Ankers entlang der an der Hubstrecke H angeordneten Sensoren S_k des Wegsensors erkennen die n Sensoren S den Anker oder deren Markierungen, Durchlässe, Vorsprünge oder Vertiefungen und senden jeweils ein bestimmtes Signal an die Schaltmagnetansteuerung. Hierbei erkennt bzw. detektiert der erste Sensor S₁ des Wegsensors den Anker oder dessen Markierungen unmittelbar nach Verlassen der Ruheposition bzw. der AUS-Stellung. Der letzte Sensor S_n erkennt bzw. detektiert den Anker oder dessen Markierungen unmittelbar vor Erreichen der Halteposition bzw. der EIN-Stellung. Die EIN-Stellung des Schützes ist dabei die Stellung, in der der Schaltkreis geschlossen ist. Die Position und die Geschwindigkeit des Ankers ist somit genauestens bestimmbar. Je größer die Genauigkeitsanforderungen für die Ermittlung der Position und/oder der Geschwindigkeit sind, desto höher ist die Anzahl der zu verwendenden Sensoren zu wählen.

Die optimalen Soll-Stromwerte I_soll werden im einfachsten Fall empirisch oder rechnerisch ermittelt und in einem Speicher abgelegt. Die Soll-Stromwerte bzw. der Verlauf der Soll-Stromkurve hängt dabei maßgeblich von der Länge der Hubstrecke, der Trägheit bzw. Masse des Ankers und der daran befestigten Schaltkontakte ab.

Der Einschaltvorgang kann z. B. durch ein Startsignal gestartet werden. Es ist jedoch auch möglich, daß der Einschaltvorgang dann gestartet wird, wenn die Versorgungsspannung U_v der Schaltmagnetansteuerung einen bestimmten Wert überschreitet.

Dabei ist es besonders vorteilhaft, wenn zu Beginn des Einschaltvorgangs der Strom-Sollwertgeber einen konstanten Stromverlauf oder degressiven oder rampenförmigen jeweils von Null beginnenden Stromverlauf solange vorgibt, bis durch das Verfahren des Ankers der erste Sensor S₁ den Anker oder dessen Markierungen detektiert und ein entsprechendes Signal an die Schaltmagnetansteuerung abgegeben hat. Sobald der erste Sensor S₁ oder einer der nachfolgenden Sensoren S_i den Anker oder dessen Markierungen detektiert, wird der zu dem entsprechenden Sensor S_i gehörige Soll-Stromwert I_soll,i aus dem Speicher ausgelesen. Dieser Soll-Stromwert I_soll,i wird mittels des Strom-Sollwertgeber solange vorgegeben, bis der nächste Sensor S_i+1 den Anker oder die Markierungen detektiert, wobei dann der Soll-Stromwert I_soll,i+1 vorgegeben wird.

Zu Beginn des Einschaltvorgangs wird vorteilhaft zusätzlich ein Zeitmesser zurückgesetzt und gestartet. Aus schaltungstechnischen Gründen, wird vorgeschlagen nur einen Zeitmesser zu verwenden. Wird nur ein Zeitmesser verwendet, so muß der Zeitmesser jedesmal dann zurückgesetzt und wieder neu gestartet werden, wenn der Anker von einem neuen Sensor detektiert wird. Es ist jedoch auch denkbar, daß der Zeitmesser kontinuierlich durchläuft und jedesmal, wenn der Anker von einem neuen Sensor detektiert wird, die Zeit in einem Speicher abgespeichert wird. Durch Vergleich der abgespeicherten Zeit mit der abgelaufenen Zeit kann dann ebenso die Zeit ermittelt werden, die vergangen ist, seitdem der Anker von dem vorhergehenden Sensor detektiert worden ist. Wird eine bestimmte Zeit für das Durchfahren einer durch zwei Sensoren festgelegten Strecke überschritten, so wird dies als Fehler gewertet und die Schaltmagnetansteuerung veranlaßt, den Einschaltvorgang abzubrechen, oder ein Nothilfsprogramm für eine vorbestimmbare Zeit zu starten. Wird der nächste Sensor auch nach Ablauf der Notzeit nicht erreicht, wird der Einschaltvorgang endgültig abgebrochen.

Während der Dauer des Nothilfsprogramms wird vorteilhaft ein maximaler Soll-Strom I_soll,max vorgegeben, um einen eventuell festsitzenden Anker mit der maximal zur Verfügung stehenden Kraft zu beschleunigen. Detektiert innerhalb der Zeitdauer des Nothilfsprogramms der nächste Sensor den Anker, so wird der Einschaltvorgang normal fortgesetzt.

In einer ebenfalls vorteilhaften Ausführungsform, wird für jede von zwei nebeneinander angeordneten Sensoren festgelegte Teilstrecke der Hubstrecke eine maximale Zeit vorgegeben, nach der der Anker den nächsten Sensor erreichen muß. Die maximale Zeit wird hierbei ebenfalls in einem Speicher abgelegt.

In einer besonders bevorzugten Ausführungsform, sind jedem Sensor S_i des Wegsensors mehrere Soll-Stromwerte I_soll,i,j zugeordnet, wobei die einem Sensor S_i zugeordneten Soll-Stromwerte I_soll,i,j jeweils unterschiedlichen Zeitintervallen ΔT_i,j zugeordnet sind. Dies ist besonders dann von Vorteil, wenn je nach Trägheit oder Schwergängigkeit der Anzug des Ankers und der mit ihm wirkverbundenen beweglichen Teile schnell oder langsam erfolgt. Erreicht der Anker z. B. relativ schnell den Sensor S_i, so ist dies ein Zeichen dafür, daß der Anker ohne großen Kraftaufwand beschleunigt werden kann. Es ist daher nicht erforderlich große Sollströme vorzugeben. Verstreicht relativ viel Zeit, bis daß der Anker von einem bestimmten Sensor detektiert wird, so ist dies ein Zeichen für eine große Trägheit des Ankers und der mit ihm wirkverbundenen Teile. Dementsprechend größer sind in diesem Fall die weiteren vorzugebenden Sollströme zu wählen. Nachdem ein Sensor S_i den Anker detektiert hat, wird daher bei dieser Ausführungsform zuerst die Zeit ΔT_i,j ermittelt, die seit dem Beginn des Einschaltvorgangs oder seit dem Detektieren des letzten Sensors S_i-1 verstrichen ist. Danach wird entsprechend diesem Zeitintervall ΔT_i,j der zu dem Sensor S_i und dem Zeitintervall ΔT_i,j gehörige Soll-Stromwert I_soll,i,j aus dem Speicher ausgelesen und mittels des Soll-Stromwertgebers vorgegeben.

Ebenfalls vorteilhaft ist es, wenn der Strom-Sollwertgeber ein Halteprogramm startet, sobald der Einschaltvorgang erfolgreich abgeschlossen worden ist bzw. nachdem der letzte Sensor S_n den Anker oder dessen Markierungen detektiert hatte.

Während des Halteprogramms gibt der Strom-Sollwertgeber den Haltestrom I_Halten vor, wobei die Stärke des Haltestroms I_Halten so bemessen ist, daß die durch das Magnetfeld der Spule erzeugte Kraft gerade noch ausreicht, um den Anker gegen die feststehenden Magnetteile zu drücken. Hierdurch wird vorteilsmäßig der Energieverbrauch minimiert. Auch wird zudem der Einsatz des Schützes hierdurch wirtschaftlicher.

Sobald während der Haltephase der Anker durch eine Störung ausgelenkt wird, wird diese Auslenkung mittels des letzten Sensors S_n detektiert und der Schaltmagnetansteuerung gemeldet. Nach Eintreten dieses Zustandes gibt der Strom-Sollwertgeber vorteilhaft einen maximalen Haltestrom I_Halten,max vor, den Schaltmagneten mit der größtmöglichen Kraft wieder zu schließen. Wird mittels der Sensoren festgestellt, daß der Magnetkreis wieder geschlossen ist, gibt der Strom-Sollwertgeber wieder den kleineren Haltestrom I_Halten vor. Wird festgestellt, daß der Magnetkreis nach einer vorbestimmten Zeit immer noch nicht wieder geschlossen ist, wird die Haltephase beendet und das Schütz geöffnet bzw. der Ausschaltvorgang eingeleitet.

Ebenfalls vorteilsmäßig ist es, wenn die elektronische Schaltmagnetansteuerung einen Daten- und/oder Steuerbus hat, und über diesen mit anderen elektronischen Geräten kommuniziert. Auch kann die Schaltmagnetansteuerung selbst mittels des Daten- und/oder Steuerbusses gesteuert werden. Es ist ebenfalls denkbar, daß andere elektronische Geräte von der Schaltmagnetansteuerung über den Daten und/oder Steuerbus gesteuert werden.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Zeichnungen näher erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung eines elektronische gesteuerten Schützes;

Fig. 2a ein elektronisch gesteuertes Schütz mit geschlossenen Kontakten;

Fig. 2b ein elektronisch gesteuertes Schütz, dessen Schaltmagnet durch äußere Einflüsse leicht geöffnet wurden;

Fig. 3 ein Weg-Zeitdiagramm zur Darstellung eines normalen Schließvorganges und der sich daran anschließenden Haltephase;

Fig. 4 ein Weg-Zeitdiagramm zur Darstellung zweier Schließvorgänge, wobei der Anker bei A ein kleineres Trägheitsmoment hat als der Anker bei B;

Fig. 5 ein Blockschaltbild der elektronischen Schaltmagnetansteuerung, und

Fig. 6 ein Flußdiagramm eines Programms zur Steuerung des Einschaltvorganges eines elektronisch gesteuerten Schützes nach Fig. 1.

Die Fig. 1 zeigt ein elektronisch gesteuertes Schütz 2, mittels dem mindestens eine Phase 15 eines Schaltkreises unterbrochen oder geschlossen werden kann. In Fig. 1 ist der Schaltkontakt 5 des Schützes 2 in geöffneter Stellung, d. h., der Strompfad 15 ist unterbrochen. Der durch eine Kontaktfeder 5a beaufschlagte Schaltkontakt 5 ist mit einem Anker 4 lose in Verbindung, der mittels einer Spule 7 verfahrbar ist. Durch Anlegen einer Spannung U_Spule an den Anschlußdrähten 7a der Spule 7 fließt in der Spule 7 ein Strom I_ist, welcher ein Magnetfeld erzeugt, das den Anker 4 in die Spule 7 hineinzieht. Der Strom I_ist wird dabei mittels des Strommessers 6 bestimmt und der nicht dargestellten Schaltmagnetansteuerung 2 übermittelt. Zwischen der EIN-Stellung (Fig. 2a) und der AUS-Stellung (Fig. 1) legt der Anker 4 des Schützes 2 die Hubstrecke H zurück. Der Anker 4 hat dabei eine Markierung 4a, welche mittels der Sensoren S, 3a detektiert wird, sobald die Markierung 4a an dem Sensor S, 3a vorbeifährt. Dabei können die Sensoren S, 3a Lichtschranken sein, wobei jeweils einem Photodetektor S genau eine Lichtquelle 3a gegenüberliegend angeordnet ist. Die Markierung 4a kann eine Ausnehmung oder Bohrung sein, so daß das Licht einer Lichtquelle 4a von dem jeweils zugehörigen Photodetektor S detektiert wird, sobald sich die Markierung 4a des Ankers 4 genau zwischen der Lichtquelle 3a und dem zugehörigen Sensor S befindet. Die Photodetektoren S und die Lichtquellen 3a sind mittels der Zuführungsleitungen 3b, 3c mit der nicht dargestellten Schaltmagnetansteuerung 2 in Verbindung.

Wie in Fig. 2a dargestellt, besteht der Wegsensor 3 aus n gleich sieben Lichtschranken mit den Sensoren S₁ bis S₇. Sobald das Schütz 2 eingeschaltet bzw. der Einschaltvorgang gestartet wird, wobei sich das Schütz 2 zu Beginn des Einschaltvorgangs in der AUS-Stellung befindet, wird die Markierung 4a des Ankers 4 zuerst den Sensor S₁ passieren. Kurz bevor die Markierung 4a den letzten Sensor S₇ passiert hat, schließt der Schaltkontakt 5. Der Anker wird danach noch um den Anker-Resthub verfahren, bis auch die Markierung 4a den letzten Sensor S₇ passiert hat. In diesem Moment schließt der Anker 4 den Magnetkreis.

Wird, wie in Fig. 2b dargestellt, durch Schock oder sonstige Einflüsse der Anker 4 ausgelenkt, so passiert die Markierung 4a des Ankers 4 den letzten Sensor S₇. Der Anker 4 muß dabei noch nicht soweit ausgelenkt worden sein, daß auch der Schaltkontakt 5 ausgelenkt wurde. Die Schaltmagnetansteuerung 1 registriert mittels des Sensors 3 diesen Zustand und leitet entsprechende Maßnahmen ein um den Magnetkreis des Schaltmagneten wieder zu schließen. Gelingt dies nicht innerhalb einer bestimmten Zeit, so wird das Schütz 2 notabgeschaltet.

Fig. 3 zeigt ein Zeitdiagramm zur Darstellung eines normalen Schließvorganges und der sich daran anschließenden Haltephase. Das obere Diagramm zeigt ein Weg-Zeit-Diagramm für die Position der Markierung 4a bzw. des Ankers 4. Zum Zeitpunkt T gleich 0 wird der Einschaltvorgang gestartet. Dies kann manuell mittels eines Schalters 13 oder über einen Steuerbus 12 geschehen. Zu Beginn der Einschaltphase (0<t<T₁) wird mittels des Strom-Sollwertgebers 8 ein Soll-Strom I_soll vorgegeben. Der Stromverlauf des Soll-Stroms I_soll ist dabei eine e-Funktion, wobei der Soll-Strom I_soll von Null gegen einen Endwert I_max ansteigt. Während der Zeit von t=0 bis t=T₁ wird der Anker 4 von dem Magnetfeld der Spule 7 beschleunigt, wobei sich die Markierung 4a des Ankers in Richtung des ersten Sensors S₁ bewegt. Sobald der Sensor S₁ die Markierung detektiert hat, wird dies von der Schaltmagnetansteuerung 2 erkannt und die Schaltmagnetansteuerung gibt mittels des Strom-Sollwertgebers 8 den zum Sensor S₁ gehörigen Soll-Strom I_soll,1 vor. Durch die neue Soll-Stromvorgabe I_soll,1 wird von dem Spannungssteller 9 eine neue Spannung derart vorgegeben, daß sich in der Spule 7 ein Ist-Strom I_ist einstellt, der gleich dem Soll-Strom I_soll,1 ist. Während dieses Vorgangs wird der Anker 4 mit den daran befestigten Schaltkontakten 5 weiter in Richtung der EIN-Stellung beschleunigt, wodurch nach einer Zeit T₂ die Markierung 4a vom zweiten Sensor S₂ detektiert wird. Sobald dies der Fall ist, wird erneut mittels des Strom-Sollwertgebers 8 eine neuer Soll-Strom I_soll,2 vorgegeben. Dieser Vorgang wiederholt sich bei jedem Sensor S_i. Wird die Markierung vom z. B. vom letzten Sensor S_n=9 (Fig. 3) oder vorletzten Sensor S₈ detektiert, gibt der Strom-Sollwertgebers 8 einen Soll-Strom I_soll,9 bzw. I_soll,8 vor, der dem maximal möglichen Strom entspricht. Dieser maximal mögliche Strom ist dabei so berechnet, daß er auch dann vorgegeben bzw. mittels des Spannungsreglers 9 einregelbar ist, wenn die Versorgungsspannung der Schaltmagnetansteuerung 2 lediglich ca. 75% der normalen Versorgungsspannung entspricht. Der Soll-Strom I_soll,9 wird dabei ab dem Zeitpunkt T₉ für eine bestimmte Zeit vorgegeben, so daß stets gewährleistet ist, daß der Schaltmagnet fest geschlossen ist und der Anker 4 nicht mehr nachprellt. Ist diese Zeit abgelaufen, schaltet die Schaltmagnetansteuerung 2 in die Haltephase, wobei mittels des Strom-Sollwertgebers 8 ein Strom I_Halten vorgegeben wird, der so bemessen ist, daß der Schaltmagnet gerade noch geschlossen bleibt und auch bei normalen Erschütterungen der Magnetkreis nicht geöffnet wird.

Werden die Schaltkontakte 5 bei zu starken Erschütterungen ausgelenkt, so wird auch der Anker 4 verfahren, wobei die Markierung 4a zuerst vom letzten Sensor S₉ detektiert wird. Geschieht dies während der Haltephase, wie bei 22 der Fig. 3, so wird ab dem Zeitpunkt T₁₀, bei dem der Sensor S₉ die Markierung detektiert, solange der maximal mögliche Soll-Strom I_max vorgegeben, bis der Sensor S₉ die Markierung 4a nicht mehr detektiert. Es ist jedoch auch möglich, daß der maximale Soll-Strom I_max ab dem Zeitpunkt T₁₁ für eine bestimmte Zeit weiter vorgegeben wird, so daß ebenfalls wie beim Einschaltvorgang sichergestellt ist, daß die Schaltkontakte 5 nicht mehr nachprellen.

Die Diagramme der Fig. 4 zeigen zwei mögliche Beschleunigungsvorgänge A und B des Ankers 4. Wird bei einer einfachen Schaltmagnetansteuerung 2 jedem Sensor S_i lediglich ein fester Soll-Strom I_soll,i zugeordnet, 3 werden bei einer intelligenten Schaltmagnetansteuerung nach Fig. 4 einem Sensor S_i mehrere Soll-Ströme I_soll,i,j zugeordnet. Dabei hängt es von der bis zur Detektierung durch den Sensor S_i vergangenen Zeit ab, welcher Soll-Strom I_soll,i,j vorgegeben wird. Bei A besitzen der Anker 4 und die von ihm zu beschleunigenden Teile des Schützes im Vergleich zu B eine kleinere Trägheit, wodurch der Anker 4 bei gleichem anfänglichem vorgegebenem Soll-Strom I_soll schneller beschleunigt wird und demnach auch eher die Markierung vom ersten Sensor S₁ detektiert wird als bei B. Die langsamere Beschleunigung des Ankers 4 bei B kann auch daher resultieren, daß der Anker 4 festsitzt oder eine für das Einschalten ungüstige Einbaulage vom Schütz eingenommen wird. Verstreicht bis zur Detektierung mehr Zeit, so bedeutet dies, daß der Anker 4 träger bzw. schwergängiger ist und sich schlechter beschleunigen läßt. Um auch bei einem trägen Anker 4 eine möglichst definierte Schließgeschwindigkeit zu erzielen, muß eine größere Beschleunigungskraft mittels des Spulenmagnetfeldes erzeugt werden. Dies bedeutet, daß der Spulenstrom entsprechend erhöht werden muß. Da die bis zur Detektierung vergangene Zeit ein Maß für die Trägheit ist, wird entsprechend der vergangenen Zeit ein größerer Soll-Strom I_soll,i,j vorgegeben.

Die Fig. 5 zeigt ein Blockschaltbild einer intelligenten Schaltmagnetansteuerung 1, bei der die Soll-Ströme I_soll,i,j von der jeweils bis zur Detektierung des zugehörigen Sensors S_i vergangenen Zeit abhängen. Die Schaltmagnetansteuerung 1 hat einen Ansteuerungsblock 17. Mittels konventionellen Eingabemitteln 13, wie z. B. dem Schützschalter oder ähnlichem, kann der Einschaltvorgang oder der Ausschaltvorgang eingeleitet werden. Es ist zudem vorteilhaft, wenn die Schaltmagnetansteuerung 1 eine Energiehilfsversorgung 16 hat, und die Ansteuerung über ein Bus-Ansteuerungssignal vollzogen wird. Mittels des Spannungsstellers 9 wird die an der Spule 7 anliegende Spulenspannung U_Spule in Abhängigkeit der Differenz zwischen I_ist und I_soll eingeregelt. Mittels des Ansteuerungsblocks 17 und dem Wegsensor 3 wird der Zeitmesser 10 gesteuert, d. h. rückgesetzt und/oder gestartet. Die Strom-Sollwerte I_soll,i,j sind dabei vorteilhaft in einem nichtflüchtigen Speicher 11 abgespeichert und werden entsprechend ausgelesen und dem Vergleicher 20 zugeführt. Mittels des Strommessers 6 wird der Ist-Strom I_ist der Spule 7 ermittelt und ebenfalls dem Vergleicher 20 zugeführt. Sowohl der Ist-Strom I_ist, als auch die Signale des Wegsensors 3 und des Kontaktsystems, bestehend unter anderem aus den Schaltkontakten 5, werden dem Meldeblock 19 zugeführt. Der Meldeblock 19 kommuniziert mittels eines Daten- und/oder Steuerbusses mit anderen nicht dargestellten elektronischen Geräten. Die Schaltmagnetansteuerung 1 hat darüber hinaus eine Aussteuerschaltung 18, mittels der das Schütz ausgeschaltet wird.

Die Fig. 6 zeigt ein Flußdiagramm für die erfindungsgemäße Schaltmagnetansteuerung 1. Dabei ist der dargestellte Programmablauf für die normale und die intelligente Schaltmagnetansteuerung 1 gleich. Bei der normalen Schaltmagnetansteuerung 2 ist jedem Sensor S_i lediglich ein Soll-Strom I_soll,i zugeordnet ist, wobei diese jeweils im Schritt S2 mittels des Strom-Sollwertgebers 8 vorgegeben werden. Es ist jedoch auch möglich, im Schritt S2 einen Soll-Strom I_soll,i,j vorzugeben, welcher von der Zeitdauer bzw. dem Zeitintervall ΔT_i,j bis zur Detektierung des zugehörigen Sensors S_i abhängt (intelligente Schaltmagnetansteuerung).

Im Schritt S1 startet ein Startsignal den Einschaltvorgang. Dies kann dadurch geschehen, daß die Versorgungsspannung einen bestimmten Spannungspegel-überschreitet. Der Spannungspegel ist dabei so bemessen, daß die Spannung ausreichend ist, um sämtliche Stromsollvorgaben einzuregeln. Im Schritt S2 wird nach Detektieren des ersten Sensors S₁ der Soll-Strom I_soll,1 bzw. I_{soll,1, Δ T} vorgegeben. Gleichzeitig oder unmittelbar danach wird in Schritt S3 der Zeitmesser 10 zurückgesetzt und neu gestartet. Nach dem Schritt S3 wird die Schleife S4, S5 so lange durchlaufen, bis der nächste Sensor S_k+1 die Markierung 4a detektiert hat (Schritt S5) oder die mittels des Zeitmessers 10 gemessene Zeit t ein für den jeweiligen Sensor S_k gehörige Zeit t(k) überschritten hat (Schritt S4). Wird diese Zeit t(k) überschritten, so wird in ein Nothilfsprogramm zu Schritt S8 verzweigt. Bei Schritt S8 wird ein höherer Soll-Stromwert I_soll als der Soll-Strom I_soll,k vorgegeben, um den Anker mit der möglichst maximalen Kraft zu beschleunigen. Nach dem Schritt S8 kann es zweckmäßig sein, den Zeitmesser 10 erneut zurückzusetzen und zu starten. Danach wird erneut eine Schleife bestehend aus den Schritten S9 und S10 solange durchlaufen, bis der nächste Sensor S_k+1 die Markierung 4a detektiert hat (Schritt S10) oder die mittels des Zeitmessers 10 gemessene Zeit t ein für den jeweiligen Sensor S_k gehörige Zeit t(k) überschritten hat (Schritt S9). Wird die maximale Zeit während des Nothilfsprogramms (Schritte S8, S9, S10, S11) überschritten, so wird mit Schritt S11 der Abruch bzw. der Ausschaltungsvorgang eingeleitet und eine entsprechende Meldung mittels des Daten- und/oder Steuerbusses an andere elektronischen Komponenten ausgesandt. Detektiert jedoch der nächste Sensor S_k+1 die Markierung 4a (Schritt S10), so wird zurück zum Einschaltprogramm verzweigt und der Schritt S6 ausgeführt. Hat der letzte Sensor S_n die Markierung detektiert, so wird der Einschaltvorgang abgeschlossen und mit Schritt S7 die Haltephase eingeleitet, d. h. der Haltestrom I_Halten bis zum Einleiten des Ausschaltvorgangs vorgegeben. Wird dagegen bei Schritt S6 festgestellt, daß die Markierung 4a den letzten Sensor noch nicht passiert hat, so wird zum Schritt S2 verzweigt und ein neuer Soll-Strom I_soll,k+1 vorgegeben.

Claims (23)

1. Elektronische Schaltmagnetansteuerung (1) für Schütze (2), wobei das Schütz (2) einen Wegsensor (3) hat, mit dem die Position des Ankers (4) bestimmbar ist, und die Schaltmagnetansteuerung (1) einen Meßaufnehmer (6), der den Ist-Strom I_ist in der Ankerspule (7) des Schützes (2) ermittelt, und einen Strom-Sollwertgeber (8), der in Abhängigkeit der Position des Ankers (4) einen Soll-Strom I_soll vorgibt, und einen Spannungsregler (9) hat, der die an der Ankerspule (7) anliegende Spannung U_Spule in Abhängigkeit von der Stromabweichung zwischen Ist-Strom und Soll-Strom vorgibt,
dadurch gekennzeichnet, daß

• - der Wegsensor (3) eine Anzahl k Sensoren S_{k=1. . .n} insbesondere mechanische Schalter, Lichtschranken, Halldetektoren oder Induktionsschalter hat, die entlang der vom Anker (4) zurückzulegenden Hubstrecke H angeordnete sind, und mittels derer die Position des Ankers (4) diskret bestimmbar ist, und
• - daß jedem Sensor S_i des Wegsensors (3) ein Soll-Stromwert I_soll,i zugeordnet ist.

2. Elektronische Schaltmagnetansteuerung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Soll-Strom I_soll eine Funktion der Position des Ankers (4) oder eine Funktion der Zeit und der Position des Ankers (4) ist.

3. Elektronisches Schaltmagnetansteuerung (1) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß jedem Sensor S_i des Wegsensors (3) mehrere Soll-Stromwerte I_soll,i,j zugeordnet sind, wobei die einem Sensor S_i zugeordneten Soll-Stromwerte I_soll,i,j jeweils unterschiedlichen Zeitintervallen ΔT_i,j zugeordnet sind.

4. Elektronische Schaltmagnetansteuerung (1) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Zeitintervalle ΔT_i,j jeweils der Dauer der gesamten abgelaufenen Zeit vom Zeitpunkt des Einschaltens des Schützes (2) bis zum Erreichen des zugehörigen Sensors S_i entsprechen oder die Zeitintervalle ΔT_i,j jeweils der Dauer der für das Durchfahren der Wegstrecke der davor angeordneten Sensoren S_i-1 und S_i benötigten Zeit entsprechen.

5. Elektronische Schaltmagnetansteuerung (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltmagnetansteuerung (1) mindestens einen Zeitmesser (10) hat.

6. Elektronische Schaltmagnetansteuerung (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Sensoren S_k in gleichmäßigen Abständen zueinander über die Hubstrecke H verteilt angeordnet sind.

7. Elektronische Schaltmagnetansteuerung (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß durch das Verfahren des Ankers (4) die entlang der Hubstrecke H angeordneten Sensoren S_k des Wegsensors (3) nacheinander jeweils nach Erkennung des Ankers (4) oder nach Erkennung entsprechender Markierungen, Durchlässe, Vorsprünge oder Vertiefungen (4a, 5a) des Ankers (4) jeweils ein bestimmtes Signal an die Schaltmagnetansteuerung (1) senden.

8. Elektronische Schaltmagnetansteuerung (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Sensor S₁ des Wegsensors (3) den Anker (4) unmittelbar nach Verlassen der Ruheposition bzw. der AUS-Stellung detektiert bzw. erkennt und der letzte Sensor S_n den Anker (4) unmittelbar vor Erreichen der Halteposition detektiert bzw. erkennt.

9. Elektronische Schaltmagnetansteuerung (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltmagnetansteuerung (1) einen Speicher (11) hat, in dem Soll-Stromwerte I_soll abgelegt sind.

10. Elektronische Schaltmagnetansteuerung (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die elektronische Schaltmagnetansteuerung (1) einen Daten- und/oder Steuerbus (12) hat, und über diese mit anderen elektronischen Geräten kommuniziert.

11. Elektronische Schaltmagnetansteuerung (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß mittels des Daten- und/oder Steuerbusses (12) die elektronische Schaltmagnetansteuerung (1) steuerbar ist und/oder von der elektronischen Schaltmagnetansteuerung (1) andere Geräte steuerbar sind und/oder Daten über den Datenbus (12) austauschbar sind.

12. Elektronische Schaltmagnetansteuerung (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Soll-Stromwerte I_soll derart bemessen sind, daß bei Anliegen einer wertemäßig kleineren als der normalen Versorgungsspannung des Spannungsstellers (9) der vorgegebene Soll-Strom einregelbar ist.

13. Verfahren zum Einschalten eines elektronischen Schützes (2) mittels der elektronischen Schaltmagnetansteuerung (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltmagnetansteuerung (1) den Einschaltvorgang des Schützes (2) startet, sobald ein Startsignal am Eingang der Schaltmagnetansteuerung (1) anliegt oder die Versorgungsspannung U_v der Schaltmagnetansteuerung (1) einen bestimmten Wert überschreitet.

14. Verfahren zum Einschalten eines elektronischen Schützes (2) nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß zu Beginn des Einschaltvorgangs ein Zeitmesser (10) zurückgesetzt und gestartet wird und der Strom-Sollwertgeber (8) einen konstanten Stromverlauf oder degressiven oder rampenförmigen jeweils von Null beginnenden Stromverlauf dem Spannungssteller (9) solange vorgibt, bis durch das Verfahren des Ankers (4) der erste Sensor S₁ den Anker (4) oder dessen Markierungen (4a) detektiert und ein entsprechendes Signal an die Schaltmagnetansteuerung (1) abgibt oder ein bestimmter Zeitwert T_ein,max überschritten wird.

15. Verfahren zum Einschalten eines elektronischen Schützes (2) nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, daß sobald der erste Sensor S₁ oder einer der nachfolgenden Sensoren S_i den Anker (4) oder dessen Markierungen (4a) detektiert, der Strom-Sollwertgeber (8) den zu dem jeweiligen Sensor S_i gehörigen Soll-Stromwert I_soll,i oder den zu dem jeweiligen Sensor S_i und der für das Verfahren des Ankers (4) bis zu dieser Position benötigten Zeit ΔT_i,j gehörenden Soll-Stromwert I_soll,i,j vorgibt.

16. Verfahren zum Einschalten eines elektronischen Schützes (2) nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß anschließend der Zeitmesser (10) zurückgesetzt und gestartet wird.

17. Verfahren zum Einschalten eines elektronischen Schützes (2) nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß für jede vom Anker (4) zurückzulegende Wegstrecke H_i zwischen jeweils zwei Sensoren S_i und S_i+1 (Sensor-Intervall S_i, S_i+1) ein maximale Zeitdauer T_max,i bestimmt ist, und daß die tatsächlich benötigte Zeit t mit der vorbestimmten maximalen Zeitdauer T_max,i kontinuierlich verglichen wird und sobald t größer oder gleich T_max,i ein Nothilfsprogramm gestartet wird.

18. Verfahren zum Einschalten eines elektronischen Schützes (2) nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß zu Beginn des Nothilfsprogramms ein Zeitmesser (10) zurückgesetzt und gestartet wird und für die Dauer des Nothilfsprogramms ein maximaler Soll-Strom I_soll,max vom Strom-Sollwertgeber (8) vorgegeben wird, wobei entweder für alle Sensor-Intervalle S_i, S_i+1 der gleiche maximale Soll-Strom I_soll,max oder für jedes Sensor-Intervall S_i, S_i+1 ein eigener maximaler Soll-Strom I_soll,max,i vorgebbar ist.

19. Verfahren zum Einschalten eines elektronischen Schützes (2) nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß für jede vom Anker (4) zurückzulegende Wegstrecke H_i zwischen jeweils zwei Sensoren S_i und S_i+1 (Sensor-Intervall S_i, S_i+1) ein maximale Nothilfs-Zeitdauer T_max,Not,i bestimmt ist, und daß die tatsächlich benötigte Zeit t mit der vorbestimmten maximalen Nothilfs-Zeitdauer T_max,Not,i kontinuierlich verglichen wird, und sobald t größer oder gleich T_max,Not,i ist der Einschaltvorgang des Schützes (2) beendet wird.

20. Verfahren zum Einschalten eines elektronischen Schützes (2) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sobald der Sensor S_n den Anker (4) oder dessen Markierungen (4a) detektiert hat, der Strom-Sollwertgeber (8) einen Haltestrom I_Halten vorgibt und die Haltephase startet.

21. Verfahren zum Halten eines elektronischen Schützes (2) in seiner EIN-Stellung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß bei geschlossenem Schaltmagneten des Schützes (2) ein kleiner Haltestrom I_Halten,klein, und daß bei Auslenkung des Ankers (4) ein maximaler Haltestrom I_Halten,max mittels des Strom-Sollwertgebers (8) vorgegeben wird.

22. Verfahren zum Halten eines elektronischen Schützes (2) in seiner EIN-Stellung nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß der letzte Sensor S_n ein ungewolltes Auslenken des Ankers (4) detektiert, und daß sobald der Sensor S_n den Ankers (4) oder dessen Markierungen (4a) detektiert vom Strom-Sollwertgeber (8) der maximaler Haltestrom I_halten,max solange vorgegeben wird, bis der Schaltmagnet des Schützes wieder geschlossen ist oder eine maximale Zeit überschritten ist.

23. Verfahren zum Halten eines elektronischen Schützes (2) in seiner EIN-Stellung nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, daß das bei Überschreitung der maximalen Zeit das Schütz (2) ausgeschaltet wird.