WO2007079767A1 - Verfahren und vorrichtung zum betrieb eines schaltgerätes - Google Patents

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switching
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Fritz Pohl
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Siemens Aktiengesellschaft
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Definitions

  • the present invention relates to a method for operating a switching device according to the preamble of claim 1 such as ⁇ a corresponding device according to the preamble of claim 8.
  • switching devices in particular low-voltage switchgear, the current paths between an electrical supply device and consumers and thus their operating currents can be switched.
  • the connected consumers can be reliably switched on and off.
  • a low-voltage electrical switching device such as ⁇ a contactor, a circuit breaker or a compact starter, has one or more so-called main contacts for switching the current paths, which can be controlled by one or more control magnets or electromagnetic drives.
  • the main contacts consist of a movable contact bridge and fixed Kunststoffstü ⁇ bridges, to which the consumer and the supply device are connected.
  • a corresponding on or off signal is given to the electromagnetic drive, whereupon they act with their armature on the movable contact bridges that the contact bridges perform a relative movement with respect to the fixed contact pieces and close either to be switched current paths or open.
  • contact surfaces pre ⁇ are made of materials, such as silver alloys, which are used at these locations. probably on the contact bridge and the contacts are placed on ⁇ and have a certain thickness.
  • the electromagnetic drive is designed as a lifting magnet.
  • the solenoid has a plunger coil as an excitation coil and an anchor.
  • For magnetic flux guidance of the electromagnetic drive is surrounded by a Ei ⁇ senjoch.
  • the exciting coil is now applied to turn on the switching device with a current, the armature is attracted hineinge ⁇ into the cylindrical opening of the excitation coil.
  • a mechanically connected to the armature contact slide is actuated, which in turn moves the contact bridge to close the main contacts.
  • a switching device of the above kind has the READY ⁇ development of the coil current for the exciter coil is a Stromversor ⁇ supply, which generates from a network-side AC input voltage a low-voltage DC voltage ranging from 12 V to 24 V. Typical network side input voltages are 230 V at 50 Hz or 110 V at 60 Hz. Newer clocked Stromversor ⁇ conditions have a wide input voltage range of about 100 V to 230 V on.
  • the power supply can also supply a control and monitoring electronics of the switching device with power.
  • the power requirement of the exciter coil is particularly high. This is due to the magnetizing current for the construction of the magnetic field and for the conversion of the magnetic energy into mechanical kinetic energy. If, after reaching the ON position, this coil current would continue to be supplied by the power supply, the exciter coil would heat up in such a way that burnup of the excitation coil and thus failure of the switching device would result. For this reason, the coil current is limited to a holding current that is considerably smaller compared to the maximum current during the switch-on process.
  • the ON position can be queried by means of one or more switching contacts, via which then the reduction of the coil current can be effected by the power supply.
  • the disadvantage of this solution is that the contacts of the switches can become dirty. In this case, as in the case initially described in turn the increased Spu ⁇ would lenstrom from the power supply with the above mentioned possible adverse effects can be provided.
  • Object of the present invention is to identify these particular potential sources of error and yaw accordingly to rea ⁇ .
  • the present invention allows ei ⁇ ne reliable control of the coil current and a reliable casual feedback on the fact that the electromechanical drive on ⁇ has carried out an actuation movement.
  • a magnetic flux change in the electromagnetic drive is detected between a first position when the main contact is switched off and a second position when the main contact is switched on and a coil current of the electromagnetic drive is limited to a predetermined minimum current value in the second position if the magnetic flux change is predetermined Value has exceeded.
  • the armature When the switching device is switched on, the armature is drawn into the cylindrical opening of the exciter coil of the electromagnetic drive. By the movement of the armature and the associated contact slide is actuated, which in turn moves the contact bridge to close the main contacts. At the same time which is like ⁇ -magnetic field in the region of the cylindrical opening of the elec- changed romagnetician drive by the movement of the armature. This change causes a change in the magnetic flux, which can then be detected by measurement. Now exceeds the magnetic flux change a predetermined value, the coil current is limited to a predetermined minimum value for which the electromagnetic drive sufficiently stable remains in the ON position.
  • the magnetic flux change can be detected by means of an induction coil.
  • the coil can be used as an air coil in the area of cylindrical opening of the electromagnetic drive can be attached.
  • the coil may have a slightly larger diameter compared to the diameter of the armature. If the measuring coil is now pushed onto the armature and fixed, an induction voltage at the wire ends of the coil, which is induced by the magnetic flux which changes as a result, can be measured in the case of actuation of the armature. This measuring voltage can be compared for example by means of a comparator with a comparison value. The Stahlsig- nal of the comparator can then be passed as Abregelsignal to the power supply ⁇ .
  • the particular advantage of using a measuring coil is that only a sufficiently high measuring voltage is induced in the measuring coil, even if the change in the movement of the armature and thus the change in the magnetic flux change takes place sufficiently quickly. This means that in the event of an excessively sluggish actuating movement of the armature, for example as a result of contamination of the armature, no sufficient voltage is induced in the measuring coil. Consequently, no signal for derating the coil current is generated. This faulty switching behavior can thus be handled by a nachgeschal ⁇ ended monitoring electronics.
  • the magnetic flux change can also be detected by means of a magnetic sensor, in particular by means of a Hall sensor.
  • a Hall sensor By selecting a Hall sensor with particularly small geometric dimensions, detection of the magnetic flux change is advantageously possible even in cramped conditions.
  • the electromagnetic drive is supported by at least one permanent magnet ⁇ .
  • Such drives have the advantage that in the ON and in the OFF position, an additional holding force is generated on the armature.
  • these additional holding forces are overcome that which results in a displacement of the magnetic flux of the permanent magnet (s) in the magnetic circuit.
  • a change in the magnetic flux of the permanent magnet or magnets can then be detected or measured by means of the aforementioned measuring means.
  • the advantage of permanent magnet-assisted drives is that a creeping course of the initial movement barely occurs because the permanent magnetic bond force on the anchor after a short path of typically 0.1 mm decreases sharply.
  • the armature movement thus varies in the on and off operations on average over the switching operations only to a small extent.
  • the switching operation takes place abruptly in an advantageous manner, so that the movement of the armature takes place at break-free time in comparison to pure electromagnetic ⁇ tables drives immediately and with full force.
  • the magnetic flux change is detected or measured outside an exciter coil and outside an inner yoke of the electromagnetic drive surrounding the excitation coil.
  • the egg senjoch the excitation coil surrounds usually up to the cylindrical opening for guiding the armature almost completeness, ⁇ dig, then that for the most part in the region forming the cylindrical opening through the excitation coil generated magnetic ⁇ diagram field for moving the armature.
  • the particular advantage of the above arrangement of the measuring means is that a magnetic flux change exclu ⁇ Lich caused by a change of the external permanent magnetic circuit due to the movement of the armature. A possibly adverse possible superposition of the Permanentmag ⁇ net magnetic flux excited by the generated by the exciting coil (electro) magnetic flux is thereby avoided. From the change in the magnetic flux of the permanent magnet (s), a highly reliable signal for regulating the coil current for the exciting coil can consequently be generated.
  • the magnetic flux change can be detected or measured in a stray field of one of the permanent magnets, which changes depending on the position of the armature as well as the magnetically conductive components connected thereto. This will be explained in more detail in the example of FIG.
  • an error message is output when after a predetermined period of time after switching on the coil current no magnetic Flusswan ⁇ alteration is detected in the electromagnetic drive of the switching device.
  • the predetermined time period can be in a range of 0.2 s to 1 s. If no signal can be detected by means of the abovementioned measuring means within this period of time, it can be assumed that the armature has not moved or moved too slowly despite the application of the coil current.
  • Ur ⁇ things for this can for example be dirt or wear of the mechanical components of the electromagnetic drive.
  • the object is further achieved by a switching device for carrying out the described method according to the invention for switching consumers, wherein the switching device is a contactor or a circuit breaker or a compact feeder.
  • the switching device can also have a device corresponding to the inventive method for switching consumers, wherein the switching device is a contactor or a circuit breaker or a compact feeder.
  • the switching device is a three-pole switching device with three main contacts for switching on and off of three current paths with a magnetic drive.
  • FIG. 2 shows a sectional view through an exemplary embodiment of the device according to the invention with a permanent magnet-assisted electromagnetic drive
  • FIG. 3 shows a force / travel diagram in which the force of the respective components of the electromagnetic drive according to FIG. 2 is plotted over the path between the ON and OFF positions is
  • FIG. 4 shows an exemplary circuit diagram for limiting the coil current of the exciter coil according to FIG. 2 and FIG. 4
  • FIG. 5 shows an exemplary time profile of the coil current and the input voltage of the power supply for the device according to FIG. 2
  • Step b) limiting a coil current of the electromagnetic ⁇ drive to a predetermined minimum current value in the second position, when the magnetic flux change has exceeded a predetermined value.
  • a change in the magnetic flux is thus only detected or measured if the armature of the electromagnetic drive also moves and this causes the magnetic field to change. see changed circle of the electromagnetic drive.
  • the metrological detection of the magnetic flux takes place there ⁇ contactless.
  • FIG. 2 shows a sectional view through an embodiment of the device according to the invention with a permanent magnet 8 supported electromagnetic drive 1.
  • an excitation coil 6 In the center of an excitation coil 6 is shown, which is wound on a Wickelkör ⁇ per 7.
  • the excitation coil 6 has, for example, two terminals for feeding a coil current i.
  • the reference symbol u denotes the associated coil voltage.
  • the winding body 7 and the excitation coil 6 form a cylindrical opening OF, in which an armature 10 of the electromagnetic drive 1 can move.
  • the armature 10 has a cylindrical bolt 11 which is matched to the dimensions of the cylindrical opening OF and a stop plate 12 mounted thereon.
  • the entire rotor 10 is there ⁇ in tables of a ferromagnetic and soft magnetic ⁇ particular material, such as for example from iron.
  • the winding body 7 and the exciting coil 6 are surrounded by an inner yoke made of a soft magnetic material for magnetic flux guidance of the magnetic field generated by the exciter coil 7, wherein a part of the inner yoke 5 extends into the cylindrical opening OF and there an inner pole 19th formed.
  • the magnetic field thus generated ultimately acts only in the area of the cylindrical opening OF.
  • a magnetic flux change is detected when the main contact 15 and a second position when the main contact 15 in elekt ⁇ romagnetician drive 1 between a first position and a coil ⁇ current i of the electromagnetic drive 1 is limited to a predetermined minimum current value in the second position when the magnetic flux change has exceeded a predetermined value.
  • the flow change can be measured, for example, by means of a magnetic sensor, which is mounted in the initial region EO of the cylindrical opening OF. Because of Clarity, the magnetic sensor is not shown in the example of FIG 2 itself.
  • the electromagnetic actuator 1 is supported by at least one permanent magnet 8, so that in the ON and in the OFF position-1 of the electromagnetic drive additional holding ⁇ force on the armature 10 is produced.
  • the permanent magnets 8 are attached to the outside of the inner yoke 5 of the electromagnetic drive 1.
  • the magnetic poles of the two permanent magnets 8 are each designated by the processesszei ⁇ chen N and S.
  • the permanent magnets 8 are arranged ⁇ preferential manner along the circumference of the inner yoke. 5
  • a magnetic ring or ring which is polarized such that a north pole N or south pole S forms on its inside and a south pole S or north pole N forms on the outside thereof.
  • the manentmagnete outwardly directed side of the Per ⁇ 8 are connected in the example of FIG 2 with a pot-shaped soft-magnetic outer yoke. 4
  • the outer yoke 4 also has a cylindrical opening in which a contact slide 13 is guided.
  • the contact slide 13 is betae means of the stop plate 12 of the armature 10 ⁇ tigbar so that a slider 13 connected to the contact bridging contact 18 against fixed contact pieces 16 as
  • a contact ⁇ spring 14 serves to apply a contact force on the contact bridge 18 for closing the main contact 15 when the armature 10 is retracted into the cylindrical opening OF upon energization of the excitation coil 6.
  • the cylindrical opening OF between the inner pole 19 and the cylindrical bolt 11 the anchor 10 is inserted a return spring 9 inside which ⁇ in the currentless state of the excitation coil 6 drives the armature 10 from the Cylind ⁇ step opening OF.
  • the geometric dimensions of the cylindrical bolt 11 of the armature 10, the outside of the inner yoke 5 and the inside of the outer yoke 4 are coordinated so that the stop plate 12 of the An ⁇ core 10 strikes in an energized ON position against the outside of the inner yoke 5 and strikes against the inside of the outer yoke 4 in the de-energized state ,
  • the dashed ⁇ te representation of the stop plate 12 indicates the ON- ⁇ position of the electromagnetic drive 1.
  • the course of the magnetic field MF1 originating from the permanent magnets is shown as a dot-dash line for the OFF position of the electromagnetic drive 1.
  • the course of the magnetic field MF2 originating from the permanent magnets 8 is shown for the ON position of the electromagnetic drive 1 for comparison purposes. In the latter case, there is no way with a low magnetic resistance for the magnetic field MF2 over the outer yoke 4, so that inevitably forms a stray magnetic field around the respective permanent magnet 8.
  • According to the OF INVENTION ⁇ dung can now a change of the magnetic flux or the permanent magnets 8 detected by means of the aforementioned measuring means and the measured.
  • Flux change outside the excitation coil 6 and outside the excitation coil 6 surrounding inner yoke 5 of the electromag ⁇ genetic drive 1 are detected.
  • a measuring coil 2 is wound around a leg of the outer yoke 4.
  • the magnetic flux MF1 flows through the measuring coil 2 stationary.
  • the anchor 10 abruptly to the left in the ON position, so suddenly changes the course of the magnetic flux in the way that a stray field MF2 forms according to the illustration of FIG 2 in the lower region, wherein at the same time the magnetic flux in the outer yoke 5 disappears.
  • This dynamic change of magnetic flux in the leg of the outer yoke 5 is expressed in a voltage applied to the terminals of the measuring coil 2 induction voltage U 1 whose peak value is greater, the faster the flow may ⁇ genetic changes.
  • the magnetic flux change can also be detected or measured alternatively or additionally in a stray field MF2 of one of the permanent magnets 8.
  • a magnetic sensor or a Hall sensor 3 is attached to the outside of the inner yoke 4 and in the region of the upper permanent magnet 8.
  • the magnetic flux extends - as shown in the lower part of Figure 2 - from the north pole N on the outer yoke 5, further on the stop plate 12 and the zy ⁇ - cylindrical pin 11 of the armature 10 in the inner yoke 5 in the initial region EO of the cylindrical opening OF to the south pole S of the permanent magnet 8.
  • KBP is the contact point of contact. From this point KBP sets the contact spring force starting from the ON position ON. This shows the associated characteristic curve KLF. The reason for this is that from this point, the stop plate 12 strikes in its movement from left to right as shown in FIG 2 on the contact slide 13 and then takes this. The stop of the contact slide 13 is KBP in this point
  • the contact spring ⁇ force counteracts a spring restoring force corresponding to the Kennli ⁇ never KLR, which decreases with increasing travel of the armature 10 in the direction of the OFF position OFF.
  • the curve KLO shows the distance-dependent course of the force on the armature 10 in an electromagnetic drive without Kraftunterstüt ⁇ tion by permanent magnets 8.
  • the characteristic curve KLS shows an increasing force due to the now commencing magnetic flux via the outer yoke 5 according to FIG. 2 as compared to the characteristic curve KLR when the armature 10 moves in the direction of the OFF position OUT.
  • FIG. 4 shows an exemplary circuit diagram for limiting the coil current i of the excitation coil 6 according to FIG. 2.
  • the left part of FIG. 4 shows a rectifier 21 which converts an AC voltage AC input side into a DC voltage US.
  • This DC voltage US is subsequently fed to a step-down divider via a controllable electronic switching element 22, which in turn feeds the exciter coil 28 of the electronic drive according to FIG. 2 with the coil current i.
  • the electronic switching element 22 is thus a voltage U E at which the switching voltage US, or a voltage value close to 0 V corresponds to, depending on the switching state of the switching Tele ⁇ ments 22nd In the closed state of the switching element 22, a charging inductor 24 is charged via the rectifier 21.
  • a freewheeling diode 26 continues the coil current i.
  • An exemplary resistor 23 serves as a measuring resistor for detecting the actual current i, wherein a proportionately low current flow through a filter capacitor 27 is negligible.
  • the voltage across the exciter coil 28 is designated.
  • a measuring coil 29 can be seen, in which a voltage U 1 is induced in a flux change of the magnetic field in the electromagnetic drive. This induction ⁇ tion voltage U 1 is detected together with a measurement voltage u R , which is proportional to the coil current i, from a Steuerelektro ⁇ 25 and further processed.
  • the control electronics 25 now provides a high coil current i when a switch-on command ON is present, so that the armature 10 can be reliably moved from the OFF position OFF into the ON position ON. With the breakaway of the armature 10 from the OFF position OFF, a magnetic flux change is effected.
  • the control electronics 25 now detects a sufficiently high voltage pulse U 1 and then limits the coil current i to a predetermined minimum current value in a control loop. For this purpose, the control unit 25 controls the electronic switching element 22 clocked.
  • the voltage curve KLU is the input voltage U E, in the upper part of the current profile KLI of the coil current i entered ⁇ .
  • the control unit 25 receives a switch-on command ON, whereupon the latter then first fully switches on the switching voltage US.
  • the armature 10 breaks loose from the outer yoke 5, whereby in the measuring coil 29 shown in FIG 4, a Abregelsignal in the form of an induced Voltage signal U 1 is generated.
  • the CONT 25 ervenez ⁇ regulates the coil current i down so that it corresponds to between the two Stromumschalt tone IO and IL shuttles back and forth and in the middle an averaged current value IL.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb eines Schaltgerätes mit zumindest einem elektromagnetischen Antrieb (1), welcher einen beweglichen Anker (10) zum Öffnen und Schließen zumindest eines Hauptkontaktes (15) des Schaltgerä tes aufweist. Erfindungsgemäß wird eine magnetische Flussän- derung im elektromagnetischen Antrieb (1) zwischen einer ers ten Position (AUS) bei ausgeschaltetem Hauptkontakt (15) und einer zweiten Position (EIN) bei eingeschaltetem Hauptkontakt (15) erkannt und dann ein Spulenstrom (i) des elektromagneti schen Antriebs (1) auf einen vorgebbaren Mindeststromwert (IL) in der zweiten Position (EIN) begrenzt, wenn die magne tische Flussänderung einen vorgegebenen Wert überschritten hat. Damit ist der große Vorteil verbunden, dass eine Betäti gungsbewegung des Ankers (10) als zuverlässig erkannt werden kann, wenn auch eine zugehörige Veränderung des magnetischen Flusses gemessen wird. Die messtechnische Erfassung des mag netischen Flusses erfolgt zudem berührungslos.

Description

Beschreibung
Verfahren und Vorrichtung zum Betrieb eines Schaltgerätes
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb eines Schaltgerätes gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 so¬ wie eine entsprechende Vorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 8.
Mit Schaltgeräten, insbesondere Niederspannungsschaltgeräten, lassen sich die Strombahnen zwischen einer elektrischen Versorgungseinrichtung und Verbrauchern und damit deren Betriebsströme schalten. Das heißt, indem vom Schaltgerät Strombahnen geöffnet und geschlossen werden, lassen sich die angeschlossenen Verbraucher sicher ein- und ausschalten.
Ein elektrisches Niederspannungsschaltgerät, wie beispiels¬ weise ein Schütz, ein Leistungsschalter oder ein Kompaktstarter, weist zum Schalten der Strombahnen einen oder mehrere so genannte Hauptkontakte auf, die von einem oder auch mehreren Steuermagneten bzw. elektromagnetischen Antrieben gesteuert werden können. Prinzipiell bestehen die Hauptkontakte dabei aus einer beweglichen Kontaktbrücke und festen Kontaktstü¬ cken, an die der Verbraucher und die Versorgungseinrichtung angeschlossen sind. Zum Schließen und Öffnen der Hauptkontakte wird ein entsprechendes Ein- oder Ausschaltsignal an den elektromagnetischen Antrieb gegeben, woraufhin diese mit ihrem Anker so auf die beweglichen Kontaktbrücken einwirken, dass die Kontaktbrücken eine Relativbewegung in Bezug auf die festen Kontaktstücke vollziehen und entweder die zu schaltende Strombahnen schließen oder öffnen.
Zur besseren Kontaktierung zwischen den Kontaktstücken und den Kontaktbrücken sind an Stellen, an denen beide aufeinan- der treffen, entsprechend ausgebildete Kontaktflächen vorge¬ sehen. Diese Kontaktflächen bestehen aus Materialien, wie beispielsweise Silberlegierungen, die an diesen Stellen so- wohl auf die Kontaktbrücke als auch die Kontaktstücke aufge¬ bracht sind und eine bestimmte Dicke aufweisen.
Üblicherweise ist der elektromagnetische Antrieb als Hubmag- net ausgebildet. Der Hubmagnet weist dabei eine Tauchspule als Erregerspule sowie einen Anker auf. Zur magnetischen Flussführung ist der elektromagnetische Antrieb von einem Ei¬ senjoch umgeben. Wird die Erregerspule zum Einschalten des Schaltgeräts nun mit einem Strom beaufschlagt, so wird der Anker in die zylindrische Öffnung der Erregerspule hineinge¬ zogen. Durch die Bewegung des Ankers wird dann schließlich ein mit dem Anker mechanisch verbundener Kontaktschieber betätigt, welcher seinerseits die Kontaktbrücke zum Schließen der Hauptkontakte bewegt.
Ein Schaltgerät der oben genannten Art weist zur Bereitstel¬ lung des Spulenstroms für die Erregerspule eine Stromversor¬ gung auf, die aus einer netzseitigen Eingangswechselspannung eine Niedervoltgleichspannung im Bereich von 12 V bis 24 V erzeugt. Typische netzseitige Eingangsspannungen sind 230 V bei 50 Hz bzw. 110 V bei 60 Hz. Neuere getaktete Stromversor¬ gungen weisen einen weiten Eingangsspannungsbereich von ca. 100 V bis 230 V auf. Die Stromversorgung kann zudem eine Steuer- und Überwachungselektronik des Schaltgeräts mit Strom versorgen.
Während des Einschaltvorgangs, d.h. im Zeitraum der Zuschal- tung der Stromversorgung auf die Erregerspule bis zum Errei¬ chen einer EIN-Position, bei der der Anker voll angezogen ist, ist der Strombedarf der Erregerspule besonders hoch. Dies ist begründet durch den Magnetisierungsstrom für den Aufbau des magnetischen Feldes sowie für die Umsetzung der magnetischen Energie in mechanische Bewegungsenergie. Würde dieser Spulenstrom nach Erreichen der EIN-Position nun wei- terhin von der Stromversorgung bereitgestellt werden, so würde sich die Erregerspule derart erhitzen, dass ein Abbrand der Erregerspule und somit ein Ausfall des Schaltgerätes die Folge wäre. Aus diesem Grund wird der Spulenstrom auf einen Haltestrom begrenzt, der im Vergleich zum maximalen Strom während des Einschaltvorgangs erheblich kleiner ist. Dies kann z.B. mit¬ tels eines Zeitglieds erfolgen, welches nach einer vorgegebe- nen Zeit eine Abregelung des Spulenstroms durch die Stromver¬ sorgung bewirkt. Nachteilig an dieser Lösung ist, dass keine Rückmeldung über eine tatsächliche Betätigung des elektromag¬ netischen Antriebs erfolgt. Unter Umständen werden die Hauptkontakte des Schaltgerätes durch den elektromechanischen An- trieb gar nicht geschlossen. Dies ist z.B. dann der Fall, wenn sich Schmutz zwischen dem Anker und der zylindrischen Öffnung des elektromagnetischen Antriebs angesammelt hat, und es dadurch zu einer Verklemmung zwischen diesen beiden Komponenten des elektromagnetischen Antriebs kommt.
Alternativ kann mittels eines oder mehrerer Schaltkontakte die EIN-Position abgefragt werden, über welche dann die Abregelung des Spulenstroms durch die Stromversorgung bewirkt werden kann. Nachteilig an dieser Lösung ist, dass die Kon- takte der Schalter verschmutzen können. In diesem Falle würde wie im eingangs geschilderten Fall wiederum der erhöhte Spu¬ lenstrom von der Stromversorgung mit den oben genannten möglichen negativen Folgen bereitgestellt werden.
Zum sicheren Betrieb von Schaltgeräten und damit zum Schutz des Verbrauchers und der elektrischen Anlage sind deshalb solche Fehlerquellen zu vermeiden.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, solche potentiel- len Fehlerquellen zu erkennen und entsprechend darauf zu rea¬ gieren .
Diese Aufgabe wird durch das Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie durch die Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 8 gelöst.
Die vorliegende Erfindung ermöglicht mit geringem Aufwand ei¬ ne zuverlässige Abregelung des Spulenstroms und eine zuver- lässige Rückmeldung darüber, dass der elektromechanische An¬ trieb eine Betätigungsbewegung ausgeführt hat.
Erfindungsgemäß wird dazu eine magnetische Flussänderung im elektromagnetischen Antrieb zwischen einer ersten Position bei ausgeschaltetem Hauptkontakt und einer zweiten Position bei eingeschaltetem Hauptkontakt erkannt und ein Spulenstrom des elektromagnetischen Antriebs auf einen vorgegebenen Min- deststromwert in der zweiten Position begrenzt, wenn die mag- netische Flussänderung einen vorgegebenen Wert überschritten hat.
Beim Einschalten des Schaltgerätes wird der Anker in die zylindrische Öffnung der Erregerspule des elektromagnetischen Antriebs hineingezogen. Durch die Bewegung des Ankers wird auch der damit verbundene Kontaktschieber betätigt, welcher seinerseits die Kontaktbrücke zum Schließen der Hauptkontakte bewegt. Durch die Bewegung des Ankers wird zugleich das mag¬ netische Feld im Bereich der zylindrischen Öffnung des elekt- romagnetischen Antriebs verändert. Diese Veränderung bewirkt eine Änderung des magnetischen Flusses, die dann messtechnisch erfasst werden kann. Überschreitet nun die magnetische Flussänderung einen vorgegebenen Wert, so wird der Spulenstrom auf einen vorgegebenen Mindestwert begrenzt, für den der elektromagnetische Antrieb ausreichend stabil in der EIN- Position verbleibt.
Damit ist der große Vorteil verbunden, dass eine Betätigungs¬ bewegung des Ankers als zuverlässig erkannt werden kann, wenn auch eine zugehörige Veränderung des magnetischen Flusses erkannt bzw. gemessen wird. Die messtechnische Erfassung des magnetischen Flusses erfolgt zudem berührungslos. Dadurch wird ein Verschleiß oder eine Verschmutzung der Schaltkontakte zur Erfassung der EIN-Position vermieden.
In einer besonderen Ausführungsform kann die magnetische Flussänderung mittels einer Induktionsspule erkannt werden. In diesem Fall kann die Spule als Luftspule im Bereich der zylindrischen Öffnung des elektromagnetischen Antriebs angebracht werden. Alternativ kann die Spule einen geringfügig größeren Durchmesser im Vergleich zum Durchmesser des Ankers aufweisen. Wird die Messspule nun auf den Anker aufgeschoben und fixiert, so ist im Falle einer Betätigung des Ankers eine Induktionsspannung an den Drahtenden der Spule messbar, die durch den sich dabei ändernden magnetischen Fluss induziert wird. Diese Messspannung kann z.B. mittels eines Komparators mit einem Vergleichswert verglichen werden. Das Ausgangssig- nal des Komparators kann dann als Abregelsignal an die Strom¬ versorgung weitergegeben werden.
Der besondere Vorteil bei der Verwendung einer Messspule ist, dass nur dann eine ausreichend hohe Messspannung in der Mess- spule induziert wird, wenn auch die Änderung der Bewegung des Ankers und somit die Änderung der magnetischen Flussänderung ausreichend schnell erfolgt. Dies bedeutet, dass bei einer allzu trägen Betätigungsbewegung des Ankers, wie z.B. aufgrund einer Verschmutzung des Ankers, auch keine ausreichende Spannung in der Messspule induziert wird. Folglich wird auch kein Signal zur Abregelung des Spulenstroms erzeugt. Dieses fehlerhafte Schaltverhalten kann somit von einer nachgeschal¬ teten Überwachungselektronik behandelt werden.
Die magnetische Flussänderung kann alternativ auch mittels eines Magnetsensors, insbesondere mittels eines Hallsensors, erkannt werden. Durch Auswahl eines Hallsensors mit besonders kleinen geometrischen Abmessungen ist eine Erfassung der magnetischen Flussänderung auch in beengten Verhältnissen vor- teilhaft möglich.
In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform wird der elektromagnetische Antrieb durch zumindest einen Permanent¬ magneten unterstützt. Derartige Antriebe haben den Vorteil, dass in der EIN- und in der AUS-Position eine zusätzliche Haltekraft auf den Anker erzeugt wird. Beim Ein- und Aus¬ schalten des Permanentmagnet unterstützten elektromagneti¬ schen Antriebs werden diese zusätzlichen Haltekräfte überwun- den, was zu einer Verlagerung des magnetischen Flusses des bzw. der Permanentmagnete im magnetischen Kreis führt. Eine Änderung des magnetischen Flusses des bzw. der Permanentmagnete kann dann mittels der zuvor genannten Messmittel erkannt bzw. gemessen werden. Der Vorteil bei Permanentmagnet unterstützten Antrieben ist, dass ein schleichender Verlauf der Anfangsbewegung kaum auftritt, da die Permanentmagnetische Fesselungskraft auf den Anker nach kurzem Weg von typisch 0,1 mm stark abnimmt. Die Ankerbewegung variiert somit bei den Ein- und Ausschaltvorgängen im Mittel über die Schaltspiele nur im geringen Maße. Dadurch erfolgt der Umschaltvorgang in vorteilhafter Weise schlagartig, so dass im Losbrechzeitpunkt die Bewegung des Ankers im Vergleich zu reinen elektromagne¬ tischen Antrieben sofort und mit voller Kraft erfolgt.
In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform wird die magnetische Flussänderung außerhalb einer Erregerspule und außerhalb eines die Erregerspule umgebenden inneren Jochs des elektromagnetischen Antriebs erkannt bzw. gemessen. Das Ei- senjoch umschließt üblicherweise die Erregerspule bis auf die zylindrische Öffnung zur Führung des Ankers nahezu vollstän¬ dig, so dass sich das durch die Erregerspule erzeugte magne¬ tische Feld zur Bewegung des Ankers zum Großteil im Bereich der zylindrischen Öffnung ausbildet.
Der besondere Vorteil der oben genannten Anordnung der Messmittel ist, dass eine magnetische Flussänderung ausschlie߬ lich durch eine Veränderung des äußeren permanentmagnetischen Kreises aufgrund der Bewegung des Ankers bewirkt wird. Eine eventuell mögliche nachteilige Überlagerung des Permanentmag¬ net erregten magnetischen Flusses durch den durch die Erregerspule erzeugten (elektro) magnetischen Fluss wird dadurch vermieden. Aus der Änderung des magnetischen Flusses des bzw. der Permanentmagnete kann folglich ein äußerst zuverlässiges Signal zur Abregelung des Spulenstroms für die Erregerspule erzeugt werden. In einer weiteren Ausführungsform kann die magnetische Flussänderung in einem Streufeld eines der Permanentmagneten erkannt bzw. gemessen werden, welches sich je nach Position des Ankers sowie der damit verbunden magnetisch leitenden Kompo- nenten verändert. Dies wird im Beispiel der FIG 2 noch näher erläutert .
Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird eine Fehlermeldung ausgegeben, wenn nach Ablauf einer vorgegebenen Zeitdauer nach Einschalten des Spulenstroms keine magnetische Flussän¬ derung im elektromagnetischen Antrieb des Schaltgerätes erkannt wird. Die vorgegebene Zeitdauer kann in einem Bereich von 0,2 s bis 1 s. Ist innerhalb dieses Zeitraums kein Signal mittels der oben genannten Messmittel detektierbar, so kann davon ausgegangen werden, dass der Anker sich trotz Anlegen des Spulenstroms nicht bewegt bzw. zu langsam bewegt hat. Ur¬ sachen hierfür können z.B. Verschmutzungen oder Verschleiß der mechanischen Komponenten des elektromagnetischen Antriebs sein .
Die Aufgabe wird weiterhin gelöst durch ein Schaltgerät zum Ausführen des beschriebenen erfindungsgemäßen Verfahrens zum Schalten von Verbrauchern, wobei das Schaltgerät ein Schütz oder ein Leistungsschalter oder ein Kompaktabzweig ist.
Das Schaltgerät kann auch eine zum erfindungsgemäßen Verfahren korrespondierende Vorrichtung zum Schalten von Verbrauchern aufweisen, wobei das Schaltgerät ein Schütz oder ein Leistungsschalter oder ein Kompaktabzweig ist.
Im Besonderen ist das Schaltgerät ein dreipoliges Schaltgerät mit drei Hauptkontakten zum Ein- und Ausschalten von drei Strombahnen mit einem magnetischen Antrieb.
Weitere vorteilhafte Ausführungen und bevorzugte Weiterbil¬ dungen der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen. Die Erfindung sowie vorteilhafte Ausführungen derselben werden im Weiteren anhand der nachfolgenden Figuren näher beschrieben. Es zeigen:
FIG 1 ein vereinfachtes Flussdiagramm des erfindungsgemä¬ ßen Verfahrens,
FIG 2 ein Schnittbild durch ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung mit einem Permanentmagnet unterstützten elektromagnetischen Antrieb, FIG 3 ein Kraft-/Wegdiagramm, bei welchem die Kraft der jeweiligen Komponenten des elektromagnetischen Antriebs gemäß FIG 2 über die Wegstrecke zwischen der EIN- und AUS-Position aufgetragen ist,
FIG 4 ein beispielhaftes Schaltbild zur Begrenzung des Spulenstroms der Erregerspule gemäß FIG 2 und
FIG 5 einen beispielhaften zeitlichen Verlauf des Spulenstroms sowie der Eingangsspannung der Stromversorgung für die Vorrichtung gemäß FIG 2.
Wie in FIG 1 dargestellt werden bei dem erfindungsgemäßen Verfahren im Wesentlichen die beiden folgenden Schritte durchgeführt :
Schritt a) Erkennen einer magnetischen Flussänderung im elektromagnetischen Antrieb zwischen einer ersten
Position bei ausgeschaltetem Hauptkontakt und einer zweiten Position bei eingeschaltetem Hauptkontakt und
Schritt b) Begrenzung eines Spulenstroms des elektromagneti¬ schen Antriebs auf einen vorgebbaren Mindeststrom- wert in der zweiten Position, wenn die magnetische Flussänderung einen vorgegebenen Wert überschritten hat .
Eine Veränderung des magnetischen Flusses wird somit nur dann erfasst bzw. gemessen, wenn sich auch der Anker des elektromagnetischen Antriebs bewegt und dieser dadurch den magneti- sehen Kreis des elektromagnetischen Antriebs verändert. Die messtechnische Erfassung des magnetischen Flusses erfolgt da¬ bei berührungslos.
FIG 2 zeigt ein Schnittbild durch ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung mit einem Permanentmagnet 8 unterstützten elektromagnetischen Antrieb 1. In der Bildmitte ist eine Erregerspule 6 gezeigt, welche auf einem Wickelkör¬ per 7 aufgewickelt ist. Die Erregerspule 6 weist beispielhaft zwei Anschlüsse zur Einspeisung eines Spulenstroms i auf. Mit dem Bezugszeichen u ist die zugehörige Spulenspannung bezeichnet. Der Wickelkörper 7 und die Erregerspule 6 bilden eine zylindrische Öffnung OF aus, in welcher sich ein Anker 10 des elektromagnetischen Antriebs 1 bewegen kann. Der Anker 10 weist einen auf die Abmessungen der zylindrischen Öffnung OF abgestimmten zylindrischen Bolzen 11 sowie eine daran angebrachte Anschlagplatte 12 auf. Der gesamte Anker 10 ist da¬ bei aus einem ferromagnetischen und insbesondere weichmagne¬ tischen Werkstoff, wie z.B. aus Eisen, hergestellt. Der Wi- ckelkörper 7 und die Erregerspule 6 sind von einem inneren Joch aus einem weichmagnetischen Werkstoff zur magnetischen Flussführung des von der Erregerspule 7 erzeugten Magnetfeldes umgeben, wobei ein Teil des inneren Jochs 5 sich in die zylindrische Öffnung OF erstreckt und dort einen inneren Pol 19 ausbildet. Das so erzeugte Magnetfeld wirkt letztlich nur im Bereich der zylindrischen Öffnung OF.
Erfindungsgemäß wird eine magnetische Flussänderung im elekt¬ romagnetischen Antrieb 1 zwischen einer ersten Position bei ausgeschaltetem Hauptkontakt 15 und einer zweiten Position bei eingeschaltetem Hauptkontakt 15 erkannt und ein Spulen¬ strom i des elektromagnetischen Antriebs 1 auf einen vorgegebenen Mindeststromwert in der zweiten Position begrenzt, wenn die magnetische Flussänderung einen vorgegebenen Wert über- schritten hat. Die Flussänderung kann z.B. mittels eines Magnetsensors gemessen werden, welcher im Anfangsbereich EO der zylindrischen Öffnung OF angebracht ist. Aus Gründen der Übersichtlichkeit ist der Magnetsensor im Beispiel der FIG 2 selbst nicht dargestellt.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung wird der elektro- magnetische Antrieb 1 durch zumindest einen Permanentmagneten 8 unterstützt, so dass eine in der EIN- und in der AUS-Posi- tion des elektromagnetischen Antriebs 1 zusätzliche Halte¬ kraft auf den Anker 10 erzeugt wird. Die Permanentmagnete 8 sind dabei an der Außenseite des inneren Jochs 5 des elek- tromagnetischen Antriebs 1 angebracht. Die magnetischen Pole der beiden Permanentmagnete 8 sind jeweils mit dem Bezugszei¬ chen N und S bezeichnet. Die Permanentmagnete 8 sind vorzugs¬ weise entlang des Umfangs des inneren Jochs 5 angeordnet. An¬ stelle einer Vielzahl von Permanentmagneten 8 kann auch ein magnetischer Ring bzw. Reif verwendet werden, der so polarisiert ist, dass sich an dessen Innenseite ein Nordpol N bzw. Südpol S und an dessen Außenseite sich ein Südpol S bzw. Nordpol N ausbildet . Die nach außengerichtete Seite der Per¬ manentmagnete 8 sind im Beispiel der FIG 2 mit einem topfför- migen weichmagnetischen äußeren Joch 4 verbunden. Das äußere Joch 4 weist gleichfalls eine zylindrische Öffnung auf, in welcher ein Kontaktschieber 13 geführt ist. Der Kontaktschieber 13 ist mittels der Anschlagplatte 12 des Ankers 10 betä¬ tigbar, so dass eine mit dem Kontaktschieber 13 verbundene Kontaktbrücke 18 gegen feststehende Kontaktstücke 16 als
Strombahn bewegt werden kann. Mit dem Bezugszeichen 17 sind die Kontakte des Hauptkontaktes 15 bezeichnet. Eine Kontakt¬ feder 14 dient dazu, eine Kontaktkraft auf die Kontaktbrücke 18 zum Schließen des Hauptkontaktes 15 aufzubringen, wenn der Anker 10 in die zylindrische Öffnung OF bei Stromerregung der Erregerspule 6 eingezogen ist.
Weiterhin ist im Inneren der zylindrischen Öffnung OF zwischen dem inneren Pol 19 und dem zylindrischen Bolzen 11 des Ankers 10 eine Rückstellfeder 9 eingebracht, welche im strom¬ losen Zustand der Erregerspule 6 den Anker 10 aus der zylind¬ rischen Öffnung OF treibt. Die geometrischen Abmessungen des zylindrischen Bolzens 11 des Ankers 10, die Außenseite des inneren Jochs 5 sowie die Innenseite des äußeren Jochs 4 sind so aufeinander abgestimmt, dass die Anschlagplatte 12 des An¬ kers 10 in einer erregten EIN-Position gegen die Außenseite des inneren Jochs 5 schlägt und im entregten Zustand gegen die Innenseite des äußeren Jochs 4 anschlägt. Die gestrichel¬ te Darstellung der Anschlagplatte 12 zeigt dabei die EIN-Po¬ sition des elektromagnetischen Antriebs 1 an.
Der Vorteil bei einem solchen Permanentmagnet 8 unterstützten Antrieb 1 ist, dass ein schleichender Verlauf der Anfangsbe¬ wegung bei Umschaltvorgängen kaum auftritt, da die permanent¬ magnetische Fesselungskraft auf den Anker 10 nach kurzem Weg von typisch 0,1 mm stark abnimmt. Die Ankerbewegung variiert somit bei den Ein- und Ausschaltvorgängen im Mittel über die Schaltspiele nur im geringen Maße. Dadurch erfolgt der Um¬ schaltvorgang schlagartig, so dass im Losbrechzeitpunkt die Bewegung des Ankers 10 im Vergleich zu reinen elektromagneti¬ schen Antrieben sofort und mit voller Kraft erfolgt.
In der unteren Hälfte der FIG 2 ist für die AUS-Position des elektromagnetischen Antriebs 1 der Verlauf des von den Permanentmagneten herrührenden magnetischen Feldes MFl als Punktstrichlinie eingezeichnet. In der oberen Hälfte der FIG 2 ist zum Vergleich der Verlauf des von den Permanentmagneten 8 herrührenden magnetischen Feldes MF2 für die EIN-Position des elektromagnetischen Antriebs 1 eingezeichnet. Im letzteren Fall findet sich kein Weg mit einem geringen magnetischen Widerstand für das magnetische Feld MF2 über das äußerer Joch 4, so dass sich zwangsläufig ein magnetisches Streufeld um den jeweiligen Permanentmagnet 8 ausbildet. Gemäß der Erfin¬ dung kann nun eine Änderung des magnetischen Flusses des bzw. der Permanentmagnete 8 mittels der zuvor genannten Messmittel erkannt bzw. gemessen werden.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann die magnetische
Flussänderung außerhalb der Erregerspule 6 und außerhalb des die Erregerspule 6 umgebenden inneren Jochs 5 des elektromag¬ netischen Antriebs 1 erkannt werden. Im Beispiel der FIG 2 ist dazu eine Messspule 2 um einen Schenkel des äußeren Jochs 4 gewickelt. Ausgehend von der AUS-Position durchfließt der magnetische Fluss MFl die Messspule 2 stationär. Bewegt sich nun der Anker 10 schlagartig nach links in die EIN-Position, so verändert auch schlagartig der Verlauf des magnetischen Flusses in der Art, dass sich ein Streufeld MF2 gemäß der Darstellung der FIG 2 auch im unteren Bereich ausbildet, wobei zugleich der magnetische Fluss im äußeren Joch 5 verschwindet. Diese dynamische Änderung des magnetischen Flusses im Schenkel des äußeren Jochs 5 äußert sich in einer an den Anschlüssen der Messspule 2 anliegenden Induktionsspannung U1, deren Spitzenwert umso größer ist, je schneller der mag¬ netische Fluss sich ändert.
Die magnetische Flussänderung kann auch alternativ oder zusätzlich in einem Streufeld MF2 eines der Permanentmagneten 8 erkannt bzw. gemessen werden. Im Beispiel der FIG 2 ist dazu ein Magnetsensor bzw. ein Hallsensor 3 an der Außenseite des inneren Jochs 4 und im Bereich des oberen Permanentmagneten 8 angebracht. Ausgehend von der AUS-Position des elektromagne¬ tischen Antriebs 1 erstreckt sich der magnetische Fluss - wie im unteren Bereich der FIG 2 gezeigt - vom Nordpol N über das äußere Joch 5, weiter über die Anschlagplatte 12 und dem zy¬ lindrischen Bolzen 11 des Ankers 10 in das innere Joch 5 im Anfangsbereich EO der zylindrischen Öffnung OF zum Südpol S des Permanentmagneten 8. Da der magnetische Widerstand über diese weichmagnetischen Komponenten 4, 12, 11, 5 besonders niedrig ist, bildet sich kein signifikantes Streufeld um den Permanentmagneten 8 aus. Der seitliche Bereich um den Perma- nentmagneten 8 ist somit weitestgehend feldfrei. Der Hallsen¬ sor 3 gibt folglich ein Messsignal mit einem zum magnetischen Fluss korrespondierenden niedrigen Messwert aus. Aus Gründen der Übersichtlichkeit sind die elektrischen Anschlüsse des Hallsensors 3 selbst nicht dargestellt. Bewegt sich nun der Anker 10 schlagartig nach links in die EIN-Position, so verändert sich auch schlagartig der Verlauf des magnetischen Flusses in der Art, dass sich ein Streufeld MF2 ausbildet, wobei zugleich der magnetische Fluss im äußeren Joch 5 ver- schwindet. Ein Teil des Streufeldes MF2 durchströmt nun auch den Hallsensor 3, der nun einen dazu korrespondierenden hohen Messwert angibt.
FIG 3 zeigt ein Kraft-/Wegdiagramm, bei welchem die Kraft F der jeweiligen Komponenten 9, 10, 19 des elektromagnetischen Antriebs gemäß FIG 2 über die Wegstrecke S zwischen der EIN- Position EIN und der AUS-Position AUS aufgetragen ist. Mit KBP ist der Kontaktberührungspunkt bezeichnet. Ab diesem Punkt KBP setzt ausgehend von der EIN-Position EIN die Kontaktfederkraft ein. Dies zeigt die zugehörige Kennlinie KLF. Ursache dafür ist, dass ab diesen Punkt die Anschlagplatte 12 bei ihrer Bewegung von links nach rechts gemäß FIG 2 auf den Kontaktschieber 13 trifft und diesen dann mitnimmt. Der An- schlag des Kontaktschiebers 13 ist in diesem Punkt KBP im
Beispiel der FIG 2 gestrichelt dargestellt. Der Kontaktfeder¬ kraft wirkt eine Federrückstellkraft entsprechend der Kennli¬ nie KLR entgegen, die mit zunehmendem Weg des Ankers 10 in Richtung der AUS-Position AUS abnimmt. Die Kennlinie KLO zeigt den streckenabhängigen Verlauf der Kraft auf den Anker 10 bei einem elektromagnetischen Antrieb ohne Kraftunterstüt¬ zung durch Permanentmagneten 8. Wie die FIG 3 zeigt, ist die noch wirkende Kraft der Rückstellfeder 9 auf die Kontaktbrü¬ cke 18 relativ gering. Dagegen zeigt die Kennlinie KLS im Vergleich zur Kennlinie KLR eine zunehmende Kraft bedingt durch den nun einsetzenden magnetischen Fluss über das äußere Joch 5 gemäß FIG 2, wenn sich der Anker 10 in Richtung der AUS-Position AUS bewegt.
FIG 4 zeigte ein beispielhaftes Schaltbild zur Begrenzung des Spulenstroms i der Erregerspule 6 gemäß FIG 2. Im linken Teil der FIG 4 ist ein Gleichrichter 21 dargestellt, der eine ein- gangsseitige Wechselspannung AC in eine Gleichspannung US umwandelt. Diese Gleichspannung US wird nachfolgend einem Tief- setzsteiler über ein steuerbares elektronisches Schaltelement 22 zugeführt, welcher seinerseits die Erregerspule 28 des elektronischen Antriebs gemäß FIG 2 mit dem Spulenstrom i speist. Nach dem elektronischen Schaltelement 22 liegt somit eine Spannung uE an, die je nach Schaltzustand des Schaltele¬ ments 22 der Schaltspannung US oder einem Spannungswert nahe 0 V entspricht. Im geschlossenen Zustand des Schaltelements 22 wird eine Ladeinduktivität 24 über den Gleichrichter 21 geladen. Im offenen Zustand des Schaltelements 22 führt eine Freilaufdiode 26 den Spulenstrom i weiter. Ein beispielhafter Widerstand 23 dient als Messwiderstand zur Erfassung des Ist- Stromes i, wobei ein anteilsmäßig geringer Stromfluss über einen Filterkondensator 27 zu vernachlässigen ist. Mit u ist die Spannung über der Erregerspule 28 bezeichnet. Im rechten Teil der FIG 4 ist eine Messspule 29 zu sehen, in welcher bei einer Flussänderung des magnetischen Feldes im elektromagnetischen Antrieb eine Spannung U1 induziert wird. Diese Induk¬ tionsspannung U1 wird zusammen mit einer Messspannung uR, die proportional zum Spulenstrom i ist, von einer Steuerelektro¬ nik 25 erfasst und weiterverarbeitet.
Die Steuerelektronik 25 stellt nun bei Vorliegen eines Einschaltbefehls ON zuerst einen hohen Spulenstrom i zur Verfü- gung, so dass der Anker 10 sicher aus der AUS-Position AUS in die EIN-Position EIN bewegt werden kann. Mit dem Losbrechen des Ankers 10 aus der AUS-Position AUS wird eine magnetische Flussänderung bewirkt. Die Steuerelektronik 25 erfasst nun einen ausreichend hohen Spannungsimpuls U1 und begrenzt dar- auf hin in einer Regelschleife den Spulenstrom i auf einen vorgegebenen Mindeststromwert . Dazu steuert die Steuereinheit 25 das elektronische Schaltelement 22 getaktet an.
FIG 5 zeigt einen beispielhaften zeitlichen Verlauf des Spu- lenstroms i sowie der Eingangsspannung uE der Stromversorgung für die Vorrichtung gemäß FIG 2. Im unteren Teil des Zeitdia¬ gramms ist der Spannungsverlauf KLU der Eingangsspannung uE, im oberen Teil der Stromverlauf KLI des Spulenstroms i einge¬ tragen. Im Zeitpunkt tθ empfängt die Steuereinheit 25 gemäß FIG 4 einen Einschaltbefehl ON, worauf diese dann zunächst die Schaltspannung US voll zuschaltet. Im Zeitpunkt tl bricht der Anker 10 vom äußeren Joch 5 los, wodurch in der Messspule 29 gemäß FIG 4 ein Abregelsignal in Form eines induzierten Spannungssignals U1 erzeugt wird. Daraufhin regelt die Steu¬ ereinheit 25 den Spulenstrom i so ab, dass er zwischen den beiden Stromumschaltwerten IO und IL hin- und herpendelt und im Mittel einen gemittelten Stromwert IL entspricht.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zum Betrieb eines Schaltgerätes mit zumindest einem elektromagnetischen Antrieb (1) , welcher einen bewegli- chen Anker (10) zum Öffnen und Schließen zumindest eines Hauptkontaktes (15) des Schaltgerätes aufweist, g e k e n n z e i c h n e t durch folgende Schritte: a) Erkennen einer magnetischen Flussänderung im elektromagne¬ tischen Antrieb (1) zwischen einer ersten Position (AUS) bei ausgeschaltetem Hauptkontakt (15) und einer zweiten Position (EIN) bei eingeschaltetem Hauptkontakt (15) und b) Begrenzung eines Spulenstroms (i) des elektromagnetischen Antriebs (1) auf einen vorgebbaren Mindeststromwert (IL) in der zweiten Position (EIN) , wenn die magnetische Fluss- änderung einen vorgegebenen Wert überschritten hat.
2. Verfahren nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n ¬ z e i c h n e t , dass die magnetische Flussänderung mit¬ tels einer Induktionsspule (2) erkannt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, d a d u r c h g e ¬ k e n n z e i c h n e t , dass die magnetische Flussände¬ rung mittels eines Magnetsensors (3), insbesondere mittels eines Hallsensors, erkannt wird.
4. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, d a ¬ d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass
- der elektromagnetische Antrieb (1) durch zumindest einen
Permanentmagneten (8) unterstützt wird und - die magnetische Flussänderung in einem magnetischen Kreis (MFl, MF2) des zumindest einen Permanentmagneten (8) er¬ kannt wird.
5. Verfahren nach Anspruch 4, d a d u r c h g e k e n n - z e i c h n e t , dass die magnetische Flussänderung außer¬ halb einer Erregerspule (6) und außerhalb eines die Erreger¬ spule (6) umgebenden inneren Jochs (5) des elektromagneti¬ schen Antriebs (1) erkannt wird.
6. Verfahren nach Anspruch 5, d a d u r c h g e k e n n ¬ z e i c h n e t , dass die magnetische Flussänderung in ei¬ nem Streufeld (MF2) eines der Permanentmagneten (8) erkannt wird.
7. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, d a ¬ d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass eine Fehler¬ meldung ausgegeben wird, wenn nach Ablauf einer vorgegebenen Zeitdauer nach Einschalten des Spulenstroms (i) keine magne- tische Flussänderung im elektromagnetischen Antrieb (1) des Schaltgerätes erkannt wird.
8. Vorrichtung zum Betrieb eines Schaltgerätes mit zumindest einem elektromagnetischen Antrieb (1) , welcher einen bewegli- chen Anker (10) zum Öffnen und Schließen eines Hauptkontaktes (15) des Schaltgerätes aufweist, d a d u r c h g e ¬ k e n n z e i c h n e t , dass Mittel zum Erkennen einer magnetischen Flussänderung im elektromagnetischen Antrieb (1) zwischen einer ersten Position (AUS) bei ausgeschaltetem Hauptkontakt (15) und einer zweiten Position (EIN) bei einge¬ schaltetem Hauptkontakt (15) vorgesehen sind, wobei ein Spu¬ lenstrom (i) des elektromagnetischen Antriebs (1) auf einen vorgebbaren Mindeststromwerts (IL) in der zweiten Position (EIN) begrenzbar ist, wenn die Mittel erkennen, dass die mag- netische Flussänderung einen vorgegebenen Wert überschritten hat.
9. Vorrichtung nach Anspruch 8, d a d u r c h g e k e n n¬ z e i c h n e t , dass die Mittel zum Erkennen der magneti- sehen Flussänderung eine Induktionsspule (2) und/oder ein Magnetsensor (3), insbesondere ein Hallsensor, ist.
10. Vorrichtung nach einem Ansprüche 8 oder 9, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass zur Unterstützung des elektromagnetischen Antriebs (1) zumindest ein Permanentmag¬ net (8) vorgesehen ist.
11. Vorrichtung nach Anspruch 10, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass das Mittel zum Erkennen der magnetischen Flussänderung außerhalb einer Erregerspule (6) und außerhalb eines die Erregerspule (6) umgebenden inneren Jochs (5) des elektromagnetischen Antriebs (1) angeordnet ist .
12. Vorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche 8 bis 11, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass eine Fehlermeldung ausgebbar ist, falls nach Ablauf einer vorgegebenen Zeitdauer nach Einschalten des Spulenstroms (i) keine magnetische Flussänderung im elektromagnetischen Antrieb (1) des Schaltgerätes erkennbar ist.
13. Schaltgerät zum Ausführen des Verfahrens zum Schalten von Verbrauchern nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei das Schaltgerät ein Schütz oder ein Leistungsschalter oder ein Kompaktabzweig ist.
14. Schaltgerät zum Schalten von Verbrauchern mit einer Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 12, wobei das Schalt¬ gerät ein Schütz oder ein Leistungsschalter oder ein Kompaktabzweig ist.
15. Schaltgerät nach Anspruch 13 oder 14, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass das Schaltgerät ein drei¬ poliges Schaltgerät mit drei Hauptkontakten (15) zum Ein- und Ausschalten von drei Strombahnen (16) mit einem magnetischen Antrieb (1) ist.
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