ELEKTROMAGNETISCHES SCHALTGERÄT SOWIE VERFAHREN ZUM BETRIEB DES ELEKTROMAGNETISCHEN SCHALTGERÄTS

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft ein elektromagnetisches Schaltgerät mit den Merkmalen gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Die Erfindung betrifft weiter ein Verfahren zum Betrieb eines derartigen Schaltgeräts gemäß dem Patentanspruch 8.

[0002] In einem Schaltgerät der eingangs genannten Art erregt ein Steuer- oder Hilfsstrom den Magnetantrieb, der die beweglichen und die festen Kontaktstücke in einem Starkstromkreis solange kontaktiert hält, solange der Steuerstrom fließt. Ein solches Schaltgerät wird insbesondere auch als ein Schütz bezeichnet. Ebenso ist es aber auch möglich, den Stromkreis geöffnet zu halten, solange der Steuerstrom fließt. Dann ist der Starkstromkreis geschlossen, wenn der Magnetantrieb ausgeschaltet ist. Durch einen schwachen Steuerstrom kann demnach ein Starkstromkreis geschlossen bzw. geöffnet werden.

[0003] Wird der Steuerstrom ausgeschaltet, so beschleunigt der Kontaktträger aufgrund der gespeicherten Energien der Rückstellmittel in Richtung auf den Ausanschlag, wobei bei der Ausgestaltung als Schütz die Kontaktierung zwischen den festen und den beweglichen Kontaktstücken geöffnet wird. Durch die Beschleunigung schlägt der Kontaktträger mit hoher Geschwindigkeit auf den Ausanschlag.

[0004] Der Anschlag des Kontaktträgers auf dem Ausanschlag führt zu einer erheblichen Belastung der Mechanik des Schaltgeräts. Bei heute erzielbaren mehreren Millionen Schaltspielen führt dies zu einer hohen Abnutzung nicht nur der direkt beteiligten Teile und somit zu einer Begrenzung der erreichbaren Lebensdauer des Schaltgeräts. Weiter führt der Anschlag des Kontaktträgers auf dem Ausanschlag durch die dabei auftretende enorme Beschleunigung auch zu einer akustischen Beeinträchtigung der Umgebung.

[0005] Des Weiteren kann das Ausschaltvermögen eines als Schütz ausgebildeten Schaltgeräts durch hohe Rückprallwerte und einer damit einhergehenden kurzfristigen Verringerung der Kontaktöffnung negativ beeinflusst werden. Dem kann nur dadurch begegnet werden, dass die Ausschaltgeschwindigkeit gering gehalten wird, wodurch sich aber keine kurzen Schaltzeiten realisieren lassen.

[0006] Zur Lösung der angesprochenen Problematik sind Dämpfungsmaterialien am Ausanschlag bekannt, die den Anschlag dämpfen. Nachteiligerweise haben derartige Dämpfungsmaterialien eine begrenzte Lebensdauer. Auch kann die enorme mechanische Belastung nur ungenügend aufgefangen werden. Auch lässt sich damit die Geräuschbelästigung nur innerhalb gewisser Grenzen verringern.

[0007] Aus WO 01/41174 A1 ist ein elektromagnetisches Schaltgerät bekannt, das mit Hilfe eines Magnetfeldsensors das Weg-Zeitverhalten eines Kontaktträgers misst und in Abhängigkeit des Ausgangssignals des Magnetfeldsensors den Strom der Spule des Elektromagnetsystems steuert.

[0008] Aus DE 100 10 756 A1 ist ein Verfahren zur Regelung des Bewegungsablaufs eines Ankers bekannt, welches mittels eines Regelkreises einen Fangstrom für einen Elektromagneten generiert, um ein sanftes Auftreffen des Ankers zu erzielen.

[0009] Aufgabe der Erfindung ist es, ein elektromagnetisches Schaltgerät der eingangs genannten Art anzugeben, welches gegenüber herkömmlichen Schaltgeräten eine verbesserte Lebensdauer und einen geringeren Schallpegel des Ausanschlags aufweist.

[0010] Weiter ist es Aufgabe der Erfindung, für ein elektromagnetisches Schaltgerät der eingangs genannten Art ein Verfahren zum Betrieb anzugeben, mit welchem sich gegenüber herkömmlichen Schaltgeräten eine verbesserte Lebensdauer und ein geringerer Schallpegel des Ausanschlags erzielen lässt.

[0011] Die erstgenannte Aufgabe wird für ein elektromagnetisches Schaltgerät mit einer Anzahl von festen Kontaktstücken, mit einem Magnetantrieb und mit einem vom Magnetantrieb gegen Rückstellmittel bewegbaren Kontaktträger, auf dem eine Anzahl von beweglichen Kontaktstücken angeordnet ist, sowie mit einem Ausanschlag für den Kontaktträger, erfindungsgemäß gelöst durch einen Sensor zur Erfassung der Position des Kontaktträgers und durch eine mit dem Sensor verbundene Kontrolleinheit, die den Magnetantrieb während eines Ausschaltvorgangs zum Abbremsen des Kontaktträgers vor dem Anschlag auf den Ausanschlag regelt und/oder steuert.

[0012] Die Erfindung geht dabei von der Überlegung aus, dass es durch die Erfassung der Position des Kontaktträgers möglich wird, den Bewegungsablauf des Kontaktträgers zu verfolgen. Insbesondere wird es dann möglich, die Bewegung des Kontaktträgers vor dem Auftreffen auf dem Ausanschlag zu kontrollieren. Dabei kann die Erfassung der Position des Kontaktträgers direkt am Kontaktträger, an damit in Verbindung stehenden Teilen wie dem Anker oder mittels eines an den mit dem Kontaktträger bewegten Teilen befestigten Geber vorgenommen werden.

[0013] In einem weiteren Schritt geht die Erfindung von der Erkenntnis aus, dass der Magnetantrieb in einem Schaltgerät der eingangs genannten Art zur Beschleunigung des Kontaktträgers gegen die Rückstellmittel eingesetzt wird. Wird der Magnetantrieb in einer Einschaltstellung mit einem Steuerstrom beaufschlagt, so wird der Anker und damit der Kontaktträger gegen die Rückstellmittel beschleunigt. Wird der Magnetantrieb ausgeschaltet, so beschleunigt der Kontaktträger infolge der Rückstellmittel hin auf den Ausanschlag. Die Erfindung erkennt nun in einem dritten Schritt, dass der Magnetantrieb aufgrund seiner Wirkung einer Beschleunigung des Kontaktträgers gegen die Rückstellmittel in einer Ausschaltphase gezielt auch zum Abbremsen des auf den Ausanschlag beschleunigten Kontaktträgers eingesetzt werden kann. Eine solche Abbremsung kann beispielsweise durch einen kurzen Stromimpuls auf den Magnetantrieb geschehen, kurz bevor der Kontaktträger auf den Ausanschlag trifft.

[0014] Durch einen oder mehrere Stromimpulse auf den Magnetantrieb kann beispielsweise die Geschwindigkeit des Kontaktträgers kurz vor dem Ausanschlag so verlangsamt werden, dass der Kontaktträger mit einer Geschwindigkeit, die gegen Null geht, auf den Ausanschlag trifft. Zur Steuerung und/oder Regelung dieser Auftreffgeschwindigkeit ist eine Kontrolleinheit eingesetzt, die mittels des Positionssensors die Bewegung oder Position des Kontaktträgers verfolgt und in Abhängigkeit von diesen Sensorsignalen mittels des Magnetantriebs die Geschwindigkeit des Kontaktträgers vor dem Auftreffen auf den Ausanschlag beeinflusst.

[0015] Als Sensoren kommen optische, magnetische, mechanische oder kapazitive Sensoren in Frage. Auch können so genannte Näherungsschalter eingesetzt werden, die mit Schall, Magneteffekten oder kapazitiv arbeiten. Auch können einfache Schleifkontakte verwendet werden.

[0016] Durch das Abbremsen des Kontaktträgers vor dem Auftreffen auf den Ausanschlag wird der vom Kontaktträger auf den Ausanschlag übertragene Impuls und damit die mechanische Belastung der betroffenen Bauteile deutlich verringert. Dies erhöht die Lebensdauer des Schaltgeräts. Weiter wird die akustische Belastung der Umwelt deutlich verringert.

[0017] Sind die beweglichen Kontaktstücke in einer Einschaltstellung des Magnetantriebs gegen die festen Kontaktstücke kontaktiert und in einer Ausschaltstellung des Magnetantriebs geöffnet, so hat die Maßnahme zudem keine negative Wirkung auf die Ausschaltverzugszeit, da die Bewegung des Kontaktträgers unmittelbar vor dem Auftreffen auf den Ausanschlag abgebremst wird. Die Stromimpulse auf den Magnetantrieb können so bemessen werden, dass der Kontaktträger wenige Millimeter vor dem Ausanschlag abgebremst wird und sanft auftrifft. Der Ausschaltrückprall kann dann als vernachlässigbar angesehen werden. Aufwändige mechanische Konstruktionen zur Reduzierung des Ausschaltrückpralls sind nicht mehr erforderlich und unterliegen über die Lebensdauer auch keinem Verschleiß.

[0018] In einer vorteilhaften Ausgestaltung umfasst der Magnetantrieb eine elektromagnetische Schließspule und einen Anker, der mit dem Kontaktträger verbunden ist. Wird die Schließspule von Strom durchflossen, so wird durch das entstehende Magnetfeld der Anker und damit der Kontaktträger auf die Spule hinbewegt.

[0019] Zweckmäßigerweise wird die Kontrolleinheit, die zur Ansteuerung bzw. Regelung der Bewegung des Kontaktträgers während eines Ausschaltvorgangs vorgesehen ist, auch zum Öffnen oder Schließen der Kontakte an sich, d.h. zur Steuerung oder Regelung des Steuerstroms für den Magnetantrieb verwendet. Es wird dann für das Schaltgerät nur eine einzige Kontrolleinheit benötigt, die sowohl den Einschalt- bzw. Ausschaltvorgang als auch die Bewegung des Kontaktträgers vor dem Auftreffen auf dem Ausanschlag steuert bzw. regelt.

[0020] Als Rückstellmittel können prinzipiell magnetische oder elektrische Mittel eingesetzt werden. Vorteilhafterweise werden jedoch mechanische Rückstellmittel, insbesondere Rückstellfedern, eingesetzt. Diese sind preiswert und haben sich bewährt. Dabei können mechanische Rückstellfedern sowohl in Druck- als auch in Zugrichtung verwendet werden.

[0021] Üblicherweise führt bei einem Schütz eine für den Anschlag des Kontaktträgers günstige Beeinflussung des Ausschaltvorgangs, wie z.B. eine Verringerung der Rückstellkräfte, zu einer unerwünschten Erhöhung der Ausschaltverzugszeit des Schaltgeräts. Weiter nimmt bei mechanischen Rückstellfedern nach dem Ausschalten die Rückstellkraft und damit die Beschleunigung des Kontaktträgers mit zunehmender Nähe zum Ausanschlag ab. Bei einem konventionell konstruierten Schaltgerät ist daher eine weitere Erhöhung der Beschleunigung des Kontaktträgers nach dem Ausschalten und damit eine weitere Verkürzung der Ausschaltverzugszeit oder der Ausschaltgeschwindigkeit nicht möglich. Wird jedoch eine Kontrolleinheit zur Beeinflussung des Bewegungsverlaufs des Kontaktträgers, insbesondere zur Abbremsung des Kontaktträgers vor dem Auftreffen auf dem Ausanschlag, eingesetzt, so können vorteilhafterweise Beschleunigungsmittel zur Beschleunigung des Kontaktträgers während des Ausschaltvorgangs in Richtung auf den Ausanschlag eingesetzt werden. Die dadurch gezielt gesteigerte Geschwindigkeit des Kontaktträgers wird vor dem Auftreffen auf dem Ausanschlag wieder verringert. Werden derartige Beschleunigungsmittel eingesetzt, so kann die Ausschaltgeschwindigkeit des Schaltgeräts deutlich erhöht werden.

[0022] In einer Weiterbildung der Erfindung wird als Beschleunigungsmittel ein Permanentmagnet eingesetzt. Durch den Einsatz eines Permanentmagneten beispielsweise am Ausanschlag wird es möglich, nach dem Ausschalten des Magnetantriebs einen Anstieg der auf den Kontaktträger wirkenden Rückstellkraft in Richtung auf den Ausanschlag hin zu erreichen. Damit wird die Ausschalt- oder Kontaktöffnungsgeschwindigkeit des Schaltgeräts gesteigert.

[0023] Alternativ zu einem Permanentmagneten kann eine elektromagnetische Öffnungsspule verwendet werden. Diese kann durch Steuerung des sie durchfließenden Stroms zur Beschleunigung des Kontaktträgers eingesetzt werden. Hierbei können beispielsweise auf dem Anker, insbesondere dem Ankerrücken, Magnetpolflächen angebracht sein. Eine Spule bietet gegenüber einem Permanentmagneten den Vorteil, dass die Beschleunigung des Kontaktträgers regel- bzw. steuerbar wird.

[0024] Zweckmäßigerweise wird auch zur Regelung oder Steuerung der Öffnungsspule die bereits zur Abbremsung des Kontaktträgers eingesetzte Kontrolleinheit herangezogen.

[0025] Die Aufgabe bezüglich des Verfahrens zum Betrieb zum Betrieb eines elektromagnetischen Schaltgeräts mit einer Anzahl von festen Kontaktstücken, mit einem Magnetantrieb und mit einem vom Magnetantrieb gegen Rückstellmittel bewegbaren Kontaktträger, auf dem eine Anzahl von beweglichen Kontaktstücken angeordnet ist, sowie mit einem Ausanschlag für den Kontaktträger, wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die Position des Kontaktträgers erfasst und der Magnetantrieb derart gesteuert oder geregelt wird, dass während eines Ausschaltvorgangs der Kontaktträger vor dem Anschlag auf den Ausanschlag abgebremst wird.

[0026] Mit einem derartigen Verfahren werden die bereits genannten Vorteile erzielt.

[0027] Weitere Vorteile ergeben sich, wenn der Kontaktträger vor dem Abbremsen durch Beschleunigungsmittel auf den Ausanschlag hin beschleunigt wird. Dies führt zu der bereits erwähnten Verkürzung der Ausschaltzeit des als Schütz ausgebildeten Schaltgeräts. Insbesondere ist es vorteilhaft, wenn diese Beschleunigungsmittel gesteuert- und/oder geregelt werden.

[0028] Ausführungsbeispiele der Erfindung werden durch eine Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigen:

FIG 1

schematisch ein Schaltgerät mit einem Aus- anschlag für den Kontaktträger, einem Magnet- antrieb und einer damit verbundenen Kontroll- einheit zum Abbremsen des Kontaktträgers,

FIG 2

schematisch ein Schaltgerät gemäß FIG 1, wobei zur Beschleunigung des Kontaktträgers nach dem Ausschalten ein Permanentmagnet eingesetzt ist,

FIG 3

schematisch ein Schaltgerät gemäß FIG 1, wobei zur Beschleunigung des Kontaktträgers nach dem Ausschalten eine elektromagnetische Öffnungs- spule eingesetzt ist und

FIG 4

für ein Schaltgerät gemäß FIG 3 in einem Dia- gramm den zeitlichen Verlauf der Steuerströme einer Schließspule und einer Öffnungsspule so- wie der Geschwindigkeit des Kontaktträgers während des Ausschaltvorgangs.

[0029] FIG 1 zeigt schematisch ein Schaltgerät 1 mit einem bewegbaren Kontaktträger 4 und einem zur Bewegung des Kontaktträgers 4 vorgesehenen Magnetantrieb 6. Der Kontaktträger 4 weist Schaltstückträger 8 auf, auf dessen Enden bewegliche Kontaktstücke 9 sitzen. Auf einem festen Sockel 11 im Vordergrund des Schaltgeräts 1 sind feste Kontaktstücke 12 angeordnet. Im Hintergrund, jedoch nicht eingezeichnet, befindet sich ein zu dem Sockel 11 identisch ausgestalteter weiterer Sockel mit weiteren festen Kontaktstücken. Die vorderen festen Kontaktstücke 12 sowie die hinteren festen Kontaktstücke sind in einen zu schaltenden Starkstromkreis integriert.

[0030] Im dargestellten Zustand ist der Starkstromkreis geöffnet; die beweglichen Kontaktstücke 9 sind mit den festen Kontaktstücken 12 nicht kontaktiert. Der Kontaktträger 4 ruht an dem Ausanschlag 14. Im geschlossenen Zustand kontaktieren die beweglichen Kontaktstücke 9 die im Vordergrund befindlichen festen Kontaktstücke 12 mit den nicht eingezeichneten festen hinteren Kontaktstücken, wodurch ein Starkstromkreis geschlossen wird. Die beweglichen Kontaktstücke 9 werden gewissermaßen als Brücke in den Starkstromkreis geschaltet.

[0031] Zum Antrieb des Kontaktträgers 4 weist der Magnetantrieb 6 elektromagnetische Schließspulen 16 sowie ein metallisches Joch 18 zum Schließen der Magnetfeldlinien auf. Wird ein Steuerstrom durch die Schließspulen 16 geleitet, so wird durch das entstehende Magnetfeld der Anker 20 und mit ihm der damit fest verbundene Kontaktträger 4 nach unten in Richtung auf die Schließspulen 16 hin gezogen. Dieser Bewegung des Kontaktträgers 4 wirken als Rückstellmittel an den Schaltstückträger 8 angeordnete mechanische Hauptkontaktfedern 22 sowie am Kontaktträger 4 direkt ansetzende mechanische Rückdruckfedern 23 entgegen. Der Übersichtlichkeit halber ist jeweils nur eine Hauptkontaktfeder 22 und eine Rückdruckfeder 23 gezeichnet. Bei Einschalten des Magnetantriebs 6 werden die Hauptkontaktfedern 22 gedehnt und die Rückdruckfedern 23 gestaucht, wobei die für den Öffnungsvorgang notwendige potentielle Feder-Energie gespeichert wird.

[0032] Solange ein Steuerstrom durch die Schließspulen 16 fließt, ist der Anker 20 und damit der Kontaktträger 4 nach unten gezogen. Die beweglichen Kontaktstücke 9 und die festen Kontaktstücke 12 sind elektrisch kontaktiert. Der Starkstromkreis ist geschlossen. Wird der Steuerstrom durch die Schließspulen 16 abgeschaltet, so baut sich das den Anker 20 haltende Magnetfeld ab und der Kontaktträger 4 beschleunigt aufgrund der in den Hauptkontaktfedern 22 und den Rückdruckfedern 23 gespeicherten potentiellen Energie in Richtung auf den Ausanschlag 14. Im Zuge dieser Bewegung wird der elektrische Kontakt zwischen den beweglichen Kontaktstücken 9 und den festen Kontaktstücken 12 geöffnet.

[0033] Zur Ansteuerung und Regelung des Magnetantriebs 6 ist eine Kontrolleinheit 25 vorgesehen, die einen Gleichrichter 27, einen Mikrocontroller 29 sowie eine Leistungsbaugruppe 30 umfasst. Zur Leistungsaufnahme ist der Gleichrichter 27 an eine Wechselspannung angeschlossen. Über die Leistungsbaugruppe 30 wird der über die Schließspulen 16 fließende Steuerstrom ausgegeben. Über den Steuerstrom steuert die Kontrolleinheit 25 den Einschalt- und den Ausschaltvorgang des Schaltgeräts 1. Weiter ist der Mikrocontroller 29 mit einem Positionssensor 32 verbunden, der mittels eines Sensorgebers 33 die Position des Kontaktträgers 4 erfasst. Im Ausführungsbeispiel ist der Sensorgeber 33 an dem Kontaktträger 4 befestigt. Es ist aber ebenso gut möglich, als Sensorgeber auch eines der bewegten Teile, wie z.B. den Kontaktträger 4 oder den Anker 20, selbst zu verwenden. Der Positionssensor 32 ist als ein optischer Sensor ausgestaltet, der über auf dem Sensorgeber 33 angebrachte Markierungen die Position des Kontaktträgers 4 überwacht.

[0034] Wird ausgehend von einer Einschaltposition des Schaltgeräts 1 mit eingeschaltetem Magnetantrieb 6 der über die Schließspulen 16 fließende Steuerstrom abgeschaltet, so beschleunigt der Kontaktträger 4 auf den Ausanschlag 14 zu. Der Mikrocontroller 29 überwacht dabei mittels des Positionssensors 32 die Position des Kontaktträgers 4. Wird eine voreingestellte Position in unmittelbarer Nähe vor dem Ausanschlag 14 detektiert, so gibt die Kontrolleinheit 25 einen oder mehrere Stromimpulse auf die Schließspulen 16, wodurch der Kontaktträger 4 abgebremst wird. Durch kontinuierliche Beobachtung der Bewegung des Kontaktträgers 4 wird dabei die Auftreffgeschwindigkeit des Kontaktträgers auf den Ausanschlag 14 auf einen festen, gegen Null gehenden Wert abgeregelt. Auf diese Weise werden sowohl der Geräuschpegel des Anschlags als auch die durch die Impulsübertragung auf den Ausanschlag 14 ausgehenden mechanischen Belastungen klein gegenüber herkömmlichen Schaltgeräten. Die Lebensdauer des Schaltgeräts 1 ist gegenüber herkömmlichen Schaltgeräten verlängert. Durch die Abregelung der Auftreffgeschwindigkeit auf den Ausanschlag 14 wird weiter der Ausschaltrückprallwert verbessert.

[0035] FIG 2 zeigt ein Schaltgerät 2, welches gegenüber dem in FIG 1 dargestellten Schaltgerät 1 zusätzlich seitlich des Magnetantriebs 6 angeordnete Permanentmagneten 35 aufweist. Die als Rückstellmittel eingesetzten Hauptkontaktfedern 22 und Rückdruckfedern 23 sind der Übersichtlichkeit halber nicht mehr eingezeichnet. Weiter ist ein fester magnetischer Rückschlussbügel 36 an den Permanentmagneten 35 angeordnet. Zusätzlich weist der Kontaktträger 4 mit den Permanentmagneten 35 wechselwirkende Magnetpolflächen 38 auf. Die Magnetpolflächen 38 und die Permanentmagnete 35 sind dabei derart ausgerichtet, dass zwischen ihnen eine repulsive Wechselwirkung entsteht. Der Sensorgeber 33 ist über den magnetischen Rückschlussbügel 36 hinaus verlängert.

[0036] Im eingeschalteten Zustand liegt der Anker 20 dem Magnetantrieb 6 an. Die festen Kontaktstücke 12 sind mit den beweglichen Kontaktstücken 9 kontaktiert. Die Magnetpolflächen 38 liegen in geringem Abstand in der Nähe der Permanentmagneten 35. Wird der durch die Schließspulen 16 fließende Steuerstrom abgeschaltet, so beschleunigt der Kontaktträger 4 aufgrund der in den Hauptkontaktfedern 22 und den Rückdruckfedern 23 gespeicherten Energie auf den Ausanschlag 14 zu. Zusätzlich wird der Kontaktträger 4 nun noch durch die repulsive magnetische Wechselwirkung zwischen den Magnetpolflächen 38 und den Permanentmagneten 35 beschleunigt. Hierdurch wird die Öffnungsgeschwindigkeit der Kontakte gesteigert bzw. die Ausschaltverzugszeit des Schaltgeräts 2 gegenüber dem Schaltgerät 1 weiter verringert.

[0037] Die durch die Permanentmagneten 35 erzielte zusätzliche Beschleunigung des Kontaktträgers 4 in Richtung auf den Ausanschlag 14 mit der damit verbundenen Verringerung der Ausschaltverzugszeit wäre am Ausanschlag mit erhöhten mechanischen Belastungen und einer Verschlechterung der Ausschaltrückprallwerte verbunden. Dies ist jedoch bei dem gezeigten Schaltgerät 2 nicht der Fall, da wie im Fall des Schaltgeräts 1 die Kontrolleinheit 25 mittels des Positionssensors 32 und des Sensorgebers 33 die Position des Kontaktträgers 4 überwacht und seine Geschwindigkeit zum Auftreffen auf den Ausanschlag 14 durch gezielte Ansteuerung der Schließspulen 16 auf einen eingestellten Wert herabregelt. Das gezeigte Schaltgerät 2 weist somit gegenüber herkömmlichen Schaltgeräten nicht nur eine verbesserte Ausschaltverzugszeit sondern gleichermaßen auch verringerte Ausschaltrückprallwerte, eine geringere Schallbelastung und eine höhere Lebensdauer auf.

[0038] Bei dem in FIG 3 gezeigten Schaltgerät 3 sind die Permanentmagnete 35 durch um die magnetischen Rückschlussbügel 36 angeordnete elektromagnetische Öffnungsspulen 40 ersetzt. Die Öffnungsspulen 40 sind mit der Leistungsbaugruppe 30 der Kontrolleinheit 25 verbunden.

[0039] Die Konstruktion des Schaltgeräts 3 ermöglicht eine gesteuerte oder geregelte Beschleunigung des Ausschaltvorgangs durch Ansteuerung der Öffnungspulen 40 durch die Kontrolleinheit 25. Damit lässt sich eine weitere Erhöhung der Ausschaltverzugszeit bzw. der Kontaktöffnungszeit erzielen. Gleichzeitig kann der Bewegungsablauf des Kontaktträgers 4 sanft abgebremst werden.

[0040] In FIG 4 sind für das Schaltgerät 3 in einem vereinfachten Diagramm - aufgetragen über der Zeit - der Stromverlauf 45 einer Schließspule 16, der Stromverlauf 47 einer Öffnungsspule 40 sowie der Geschwindigkeitsverlauf 49 des Kontaktträgers 4 während des Ausschaltvorgangs dargestellt.

[0041] Zu Beginn sind gemäß Abschnitt 50 für das Schaltgerät 3 die Kontakte geschlossen. An der Schließspule 16 liegt ein Steuerstrom an. Die Öffnungsspule 40 wird nicht angesteuert. Der Kontaktträger 4 ruht.

[0042] Zurzeit 51 wird der Steuerstrom der Schließspule 16 abgeschaltet. Gleichzeitig wird die Öffnungsspule 40 in Abschnitt 52 mit einem Steuerstrom beaufschlagt. Sowohl infolge mechanischer Rückstellmittel als auch durch das sich in der Öffnungsspule 40 einstellende Magnetfeld wird der Kontaktträger 4 auf den Ausanschlag 14 hin beschleunigt. Seine Geschwindigkeit nimmt zu. Die Ausschaltverzugszeit wird durch die zusätzliche Beschleunigung verkürzt. Um nicht zu hohe Geschwindigkeiten zu erreichen, wird der Steuerstrom der Öffnungspule 40 allmählich verringert. Bei Erreichen einer voreingestellten Geschwindigkeit wird der Steuerstrom der Öffnungsspule 40 abgeschaltet. Die durch die mechanischen Rückstellmittel wirkende Kraft auf den Kontaktträger 4 nimmt mit zunehmendem Abstand ab. Im gezeigten Beispiel reicht diese Kraft nach Abschalten des Steuerstroms der Öffnungsspule 40 nicht aus, um die erreichte Geschwindigkeit aufrecht zu halten. Die Geschwindigkeit des Kontaktträgers 4 verringert sich.

[0043] Zum Zeitpunkt 53 öffnen sich die Kontakte. Nach Öffnung der Kontakte wird erneut ein Steuerstrom auf die Schließspulen 16 gegeben. Dieser führt zu einem Abbremsen der Bewegung des Kontaktträgers 4. Durch eine stetige Verringerung des Steuerstroms der Schließspule 16 in Abschnitt 54 wird die Geschwindigkeit des Kontaktträgers 4 sanft verlangsamt.

[0044] Zum Zeitpunkt 55 trifft der Kontaktträger 4 fast ruhend auf den Ausanschlag 14. Im Abschnitt 56 ist das Schaltgerät 3 in offenem Zustand. Der Kontaktträger 4 ruht am Ausanschlag 14.

Ansprüche

1. Elektromagnetisches Schaltgerät (1, 2, 3) mit einer Anzahl von festen Kontaktstücken (12), mit einem Magnetantrieb (6), mit einem vom Magnetantrieb (6) gegen Rückstellmittel bewegbaren Kontaktträger (4), auf dem eine Anzahl von beweglichen Kontaktstücken (9) angeordnet ist, sowie mit einem Ausanschlag (14) für den Kontaktträger (4) und mit einem Sensor (32) zur Erfassung der Position des Kontaktträgers (4),
gekennzeichnet durch Mittel zur Beschleunigung des Kontaktträgers (4) während des Ausschaltvorgangs in Richtung auf den Ausanschlag (14) und eine mit dem Sensor (32) verbundene Kontrolleinheit (25), die den Magnetantrieb (6) während des Ausschaltvorgangs zum Abbremsen des Kontaktträgers (4) vor dem Anschlag auf den Ausanschlag (14) regelt und/oder steuert.

2. Elektromagnetisches Schaltgerät (1, 2, 3) nach Anspruch 1, wobei der Magnetantrieb (6) eine elektromagnetische Schließspule (16) und einen Anker (20) umfasst, wobei der Anker (20) mit dem Kontaktträger (4) verbunden ist.

3. Elektromagnetisches Schaltgerät (1, 2, 3) nach Anspruch 1 oder 2, wobei durch die Kontrolleinheit (25) auch die Einschalt- und Ausschaltstellung des Magnetantriebs (6) regel- und/oder steuerbar ist.

4. Elektromagnetisches Schaltgerät (1, 2, 3) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Rückstellmittel mechanische Rückstellmittel, insbesondere Rückstellfedern (22, 23), sind.

5. Elektromagnetisches Schaltgerät (1, 2, 3) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei als Mittel zur Beschleunigung ein Permanentmagnet (35) eingesetzt ist.

6. Elektromagnetisches Schaltgerät (1, 2, 3) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei als Mittel zur Beschleunigung eine elektromagnetische Öffnungsspule (40) eingesetzt ist.

7. Elektromagnetisches Schaltgerät (1, 2, 3) nach Anspruch 6, wobei die Öffnungsspule (40) durch die Kontrolleinheit (25) steuer- oder regelbar ist.

8. Verfahren zum Betrieb eines elektromagnetischen Schaltgeräts (1, 2, 3) mit einer Anzahl von festen Kontaktstücken (12), mit einem Magnetantrieb (6) und mit einem vom Magnetantrieb (6) gegen Rückstellmittel bewegbaren Kontaktträger (4), auf dem eine Anzahl von beweglichen Kontaktstücken (9) angeordnet ist, sowie mit einem Ausanschlag (14) für den Kontaktträger (4), wobei die Position des Kontaktträgers (4) erfasst und der Magnetantrieb (6) derart gesteuert und/oder geregelt wird, dass während eines Ausschaltvorgangs der Kontaktträger (4) durch Beschleunigungsmittel in Richtung auf den Ausanschlag (14) beschleunigt und vor dem Anschlag auf den Ausanschlag (14) abgebremst wird.

9. Verfahren zum Betrieb eines elektromagnetischen Schaltgeräts (1, 2, 3) nach Anspruch 8, wobei die Beschleunigungsmittel gesteuert und/oder geregelt werden.

Claims

1. Electromagnetic switching device (1, 2, 3) with a number of fixed contact pieces (12), with a magnet drive (6) and with a contact carrier (4), which is capable of being moved by the magnet drive (6) counter to restoring means and on which a number of movable contact pieces (9) is arranged, and with an off stop (14) for the contact carrier (4) and with a sensor (32) for detecting the position of the contact carrier (4),
characterized by means for accelerating the contact carrier (4) during the switch-off operation in the direction of the off stop (14) and a control unit (25), which is connected to the sensor (32) and regulates and/or controls the magnet drive (6) during the switch-off operation for braking the contact carrier (4) before the off stop (14) is struck.

2. Electromagnetic switching device (1, 2, 3) according to Claim 1, the magnet drive (6) comprising an electromagnetic closing coil (16) and an armature (20), the armature (20) being connected to the contact carrier (4).

3. Electromagnetic switching device (1, 2, 3) according to Claim 1 or 2, the switch-on and switch-off position of the magnet drive (6) being capable of being regulated and/or controlled by the control unit (25).

4. Electromagnetic switching device (1, 2, 3) according to one of Claims 1 to 3, the restoring means being mechanical restoring means, in particular restoring springs (22, 23).

5. Electromagnetic switching device (1, 2, 3) according to one of Claims 1 to 4, a permanent magnet (35) being used as the accelerating means.

6. Electromagnetic switching device (1, 2, 3) according to one of Claims 1 to 4, an electromagnetic opening coil (40) being used as the accelerating means.

7. Electromagnetic switching device (1, 2, 3) according to Claim 6, the opening coil (40) being capable of being controlled or regulated by the control unit (25).

8. Method for operating an electromagnetic switching device (1, 2, 3) with a number of fixed contact pieces (12), with a magnet drive (6) and with a contact carrier (4), which is capable of being moved by the magnet drive (6) counter to restoring means and on which a number of movable contact pieces (9) is arranged, and with an off stop (14) for the contact carrier (4), the position of the contact carrier (4) being detected and the magnet drive (6) being controlled and/or regulated in such a way that the contact carrier (4) is accelerated by accelerating means in the direction towards the off stop (14) and, during a switch-off operation, is braked before the off stop (14) is struck.

9. Method for operating an electromagnetic switching device (1, 2, 3) according to Claim 8, the accelerating means being controlled and/or regulated.

Revendications

1. Appareil de commutation électromagnétique (1, 2, 3) comprenant un nombre de pièces de contact fixes (12), un entraînement magnétique (6), un support de contacts (4) pouvant être déplacé par l' entraînement magnétique (6) contre des moyens de rappel et sur lequel est disposé un nombre de pièces de contact mobiles (9), ainsi qu'une butée de coupure (14) pour le support de contacts (4) et un capteur (32) pour détecter la position du support de contacts (4),
caractérisé par des moyens d'accélération du support de contacts (4) pendant l'opération de coupure en direction de la butée de coupure (14) et une unité de contrôle (25) reliée au capteur (32), et qui règle et/ou commande l'entraînement magnétique (6) pendant l'opération de coupure afin de freiner le support de contacts (4) avant qu'il ne vienne heurter la butée de coupure (14).

2. Appareil de commutation électromagnétique (1, 2, 3) selon la revendication 1, dans lequel l'entraînement magnétique (6) comprend une bobine de fermeture électromagnétique (16) et un induit (20), l'induit (20) étant relié au support de contacts (4).

3. Appareil de commutation électromagnétique (1, 2, 3) selon la revendication 1 ou 2, dans lequel l'unité de contrôle (25) peut régler et/ou commander aussi la position d'enclenchement et de coupure de l'entraînement magnétique (6).

4. Appareil de commutation électromagnétique (1, 2, 3) selon l'une des revendications 1 à 3, dans lequel les moyens de rappel sont des moyens de rappel mécaniques, en particulier des ressorts de rappel (22, 23).

5. Appareil de commutation électromagnétique (1, 2, 3) selon l'une des revendications 1 à 4, dans lequel un aimant permanent (35) est utilisé comme moyen d'accélération.

6. Appareil de commutation électromagnétique (1, 2, 3) selon l'une des revendications 1 à 4, dans lequel une bobine d'ouverture électromagnétique (40) est utilisée comme moyen d'accélération.

7. Appareil de commutation électromagnétique (1, 2, 3) selon la revendication 6, dans lequel la bobine d'ouverture (40) peut être commandée ou réglée par l'unité de contrôle (25).

8. Procédé pour faire fonctionner un appareil de commutation électromagnétique (1, 2, 3) comprenant un nombre de pièces de contact fixes (12), un entraînement magnétique (6) et un support de contacts (4) pouvant être déplacé par l'entraînement magnétique (6) contre des moyens de rappel et sur lequel est disposé un nombre de pièces de contact mobiles (9), ainsi qu'une butée de coupure (14) pour le support de contacts (4), dans lequel la position du support de contacts (4) est détectée et l'entraînement magnétique (6) est commandé et/ou réglé de telle sorte que pendant une opération de coupure, le support de contacts (4) est accéléré par des moyens d'accélération en direction de la butée de coupure (14) et freiné avant qu'il ne vienne heurter la butée de coupure (14).

9. Procédé pour faire fonctionner un appareil de commutation électromagnétique (1, 2, 3) selon la revendication 8, dans lequel les moyens d'accélération sont commandés et/ou réglés.

Zeichnung