-
Die Erfindung betrifft ein aufsteckbares Modul für ein Schütz sowie ein Schütz mit einem derartigen Modul.
-
Die Lebensdauer von Schützen wird unter anderem von den zu schaltenden Strömen und der Anzahl der Schaltvorgänge beeinflusst. Eine besonders hohe Belastung eines Schützes erfolgt in der Regel bei der Ansteuerung von elektrischen Maschinen wie Motoren, da hierbei hohe Ein- und Ausschaltströme auftreten, beispielsweise beim Anfahren von Motoren. Solch hohe Ströme führen häufig zu einem schnelleren Verschleiß der Schaltkontakte und damit zu einer reduzierten Lebensdauer des Schützes.
-
Um die Schaltkontakte eines Schützes vor solch hohen Strömen zu schützen, können zu den Schaltkontakten Triacs oder gegeneinander geschaltete Thyristoren parallel geschaltet werden, welche die Ströme während des Ein- oder Abschaltvorgangs aufnehmen, wie es beispielsweise in der
US-Patentschrift 4,152,634 beschrieben ist.
-
Die deutsche Offenlegungsschrift
DE 103 15982 A1 betrifft ein hybrides elektromagnetisches Gleichstromschütz bzw. -schalter, und insbesondere ein hybrides elektromagnetisches Gleichstromschütz, welches in der Lage ist, ein Auftreten eines Lichtbogens beim Öffnen/Schließen eines Hybrid-strukturierten Schützes zu verhindern und einen Leckstrom durch Verbinden eines Halbleiterschalters parallel mit einem mechanischen Kontaktschalter zu minimieren. Weiterhin geht aus dieser Schrift hervor, dass eine Lichtbogen-Auslöscheinheit eines herkömmlichen elektromagnetischen Schützes entfernt und beispielsweise eine Halbleiterschalteinheit als Modulform installiert werden kann, um das hybride elektromagnetische Gleichstromschütz zu erhalten.
-
Die deutsche Patentschrift
DE 196 19 437 C2 beschreibt ein Schaltgerät, das die zeitliche Abhängigkeit des Spannungssignals über seiner Hauptschaltstelle ausnutzt, um eine besonders rasche und sichere Ansteuerung seines Halbleiterschalters zu erreichen.
-
Die US-Patentschrift
US 5 578 980 B1 beschreibt einen Hybridschalter, der folgendes umfasst: ein elektromagnetisches Schütz zum Leiten eines Stromflusses nach dem Einschaltvorgang, eine Halbleiterschaltvorrichtung, die parallel zu einem Hauptkontakt des elektromagnetischen Schützes geschaltet ist, um Ein- und Ausschaltvorgänge eines Stroms durchzuführen; und einen Halbleiter-Einheitenkörper mit einem Gehäuse mit quadratischem Querschnitt zur Aufnahme der Halbleiterschaltvorrichtung und Leiterplatten, die jeweils mit Anschlüssen der Halbleiterschaltvorrichtung verbunden und von den Seiten des Gehäuses herausgezogen sind, wobei Endabschnitte der Leiterplatten gebogen sind, um Hauptschaltungsanschlüsse zu bilden, wobei der Halbleiter-Einheitenkörper auf einem oberen Abschnitt des elektromagnetischen Schützes montiert ist und die Hauptschaltungsanschlüsse der aus dem Halbleiter-Einheitenkörper herausgezogenen Leiterplatten jeweils unter Verwendung von Anschlußschrauben an Hauptschaltungsanschlüssen des elektromagnetischen Schützes befestigt sind.
-
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es nun, eine Möglichkeit zu schaffen, ein herkömmliches Schütz bedarfsweise mit einem Schutz vor hohen Strömen bei Ein- und Ausschaltvorgängen nachrüsten zu können.
-
Diese Aufgabe wird durch die Gegenstände der unabhängigen Ansprüche gelöst. Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
-
Ein der vorliegenden Erfindung zugrunde liegender Gedanke besteht darin, ein aufsteckbares Modul für ein Schütz zu schaffen, das zu den Schaltkontakten des Schützes parallel schaltbare Halbleiterschalter und eine Ansteuerung für die Halbleiterschalter aufweist, welche die Halbleiterschalter während eines Ein- und Ausschaltvorgangs des Schützes derart ansteuert, dass die Schaltkontakte leistungslos schalten.
-
Eine Ausführungsform der Erfindung betrifft ein aufsteckbares Modul für ein Schütz mit zu Schaltkontakten des Schützes parallel schaltbaren Halbleiterschaltern und einer Ansteuerung für die Halbleiterschalter, die ausgebildet ist, abhängig von der Ansteuerung des Schützes die Halbleiterschalter während eines Ein- und/oder Ausschaltvorgangs des Schützes derart anzusteuern, dass die Schaltkontakte nahezu leistungslos schalten. Durch ein derartiges Modul kann ein Schütz mit geringem Verdrahtungsaufwand nachgerüstet werden.
-
Die Halbleiterschalter können durch Triacs oder gegeneinander geschaltete Thyristoren implementiert sein. Triacs bzw. gegeneinander geschaltete Thyristoren können bei entsprechender Auslegung relativ hohe Ströme verkraften, wie sie vor allem beim Einschalten von Motoren auftreten.
-
Die Ansteuerung kann ausgebildet sein, bei einem Einschaltvorgang zunächst die Halbleiterschalter zu schließen, anschließend die Schaltkontakte zu schließen und danach die Halbleiterschalter zu öffnen, und/oder bei einem Ausschaltvorgang zunächst die Halbleiterschalter zu schließen, anschließend die Schaltkontakte zu öffnen und danach die Halbleiterschalter zu öffnen. Durch eine derartige Ansteuerung kann gewährleistet werden, dass die Schaltkontakte des Schützes nahezu leistungslos schalten, da während des Öffnens oder Schließens der Schaltkontakte die parallel geschalteten Halbleiterschalter geschlossen sind, so dass über diese die beim Ein- bzw. Ausschalten auftretenden hohen Ströme fließen.
-
Das Modul weist ferner eine integrierte Motorschutzschaltung auf. Insbesondere kann das Modul hierzu eine Auslöseelektronik sowie pro Phase einen Stromwandler aufweisen, die abhängig von den Ausgangssignalen der Stromwandler eine Abschaltung die Stromzufuhr zum Motor steuert, insbesondere bei zu hohen Strömen eine Abschaltung der Motor-Stromzufuhr bewirkt.
-
Weiterhin kann das Modul ein Gehäuse mit einer Bodenplatte besitzen, die Kontakte aufweist, mit denen das Modul in entsprechende Gegenkontakte des Schützes auf dieses aufgesteckt werden kann. Hierbei dienen die Kontakte an der Bodenplatte gleichzeitig als elektrische Verbindung zwischen Modul und Schütz und als Fixierung für das Modul am Schütz.
-
Eine weitere Ausführungsform der Erfindung betrifft ein Schütz mit einer Kopfplatte und Gegenkontakten zum Aufsetzen bzw. Kontaktieren mit Steckkontakten eines aufsteckbaren Moduls nach der Erfindung und wie hierin beschrieben. Die Gegenkontakte des Schützes sind insbesondere mit den Schaltkontakten des Schützes verbunden und ermöglichen so durch das aufsteckbare Modul die Erweiterung der Schutzfunktionen des Schützes.
-
Weitere Vorteile und Anwendungsmöglichkeiten der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung in Verbindung mit den in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen.
-
In der Beschreibung, in den Ansprüchen, in der Zusammenfassung und in den Zeichnungen werden die in der hinten angeführten Liste der Bezugszeichen verwendeten Begriffe und zugeordneten Bezugszeichen verwendet.
-
Die Zeichnungen zeigen in
- 1 ein Schaltungsdiagramm eines Ausführungsbeispiels des aufsteckbaren Moduls gemäß der Erfindung;
- 2 und 3 zwei verschiedene Ansichten eines Schützes mit einem Ausführungsbeispiel eines aufsteckbaren Moduls gemäß der Erfindung in geöffneter Ansicht;
- 4 und 5 zwei verschiedene Ansichten des in den 2 und 3 gezeigten Schützes mit dem aufsteckbaren Modul gemäß der Erfindung in geschlossener Ansicht; und
- 6 eine Ansicht des in den 2 und 3 gezeigten Schützes mit dem aufsteckbaren Modul gemäß der Erfindung in aufgestecktem Zustand.
-
In der folgenden Beschreibung können gleiche, funktional gleiche und funktional zusammenhängende Elemente mit den gleichen Bezugszeichen versehen sein. Absolute Werte sind im Folgenden nur beispielhaft angegeben und sind nicht als die Erfindung einschränkend zu verstehen.
-
1 zeigt ein Schaltungsdiagramm mit den Bestandteilen eines aufsteckbaren Moduls zum Nachrüsten eines für einen dreiphasigen elektronischen Motorstarter vorgesehenen Schützes mit einem Schutz vor hohen Strömen bei Ein- und Ausschaltvorgängen. Von der elektrischen Schaltung des Schützes sind drei Schalter 14 (entsprechend drei mechanisch schaltbaren Schaltkontaktpaaren) dargestellt, welche drei Wicklungen T1, T2 und T3 eines Motors jeweils mit einer der drei Phasen L1, L2 und L3 elektrisch verbinden. Diese Schalter sind im Gehäuse des Schützes 12 (siehe die 2-6) angeordnet. Die übrigen in 1 gezeigten Elemente sind Teil der Elektronik des austeckbaren Moduls: drei Triacs 16 als Halbleiterschalter, von denen jeweils einer parallel zu einem der drei Schalter 14 geschaltet ist; drei Stromwandler 22 als Teil eines Motorschutzes, von denen jeweils einer einer der drei Zuleitungen zu den Motorwicklungen T1-T3 zugeordnet ist, so dass die in den Motorwicklungen T1-T3 fließenden elektrischen Ströme berührungslos gemessen werden können; eine Einheit mit der Ansteuerung 18 der Triacs 16 und der Schaltkontakte 14, einer Motorschutz-Auslöseelektronik 20 und einer Spannungsversorgung der beiden Einheiten 18 und 20, die eine eingangsseitig zugeführte Gleichspannung von 24 Volt und eine eingangsseitig zugeführte Wechselspannung von 230 Volt in eine für die Spannungsversorgung der beiden Einheiten 18 und 20 geeignete Betriebsspannung umsetzt.
-
Im Folgenden wird die Funktionsweise der Ansteuerung 18 erläutert, die durch einen Mikroprozessor oder Mikrokontroller und einem in einem Speicher abgelegten und vom Mikroprozessor oder Mikrokontroller ausführbaren Betriebsprogramm oder durch ein ASIC (Application Specific Integrated Circuit) oder (F)PGA ((Field) Programable Gate Array) implementiert sein kann:
- 1. Einschalten des elektronischen Motorstarters, Anfahren des Motors:
- Bei einem Einschaltvorgang schaltet die Ansteuerung 18 zunächst die Triacs 16 ein, so dass über diese die beim Anfahren des Motors auftretenden hohen Ströme von den drei Phasen L1-L3 in die Motorwicklungen T1-T3 fließen können.
- Nach einer vorgegebenen Zeitdauer, die von verschiedenen Parametern wie beispielsweise dem Absinkverhalten der Ströme abhängen kann, schaltet die Ansteuerung 18 die Schaltkontakte bzw. Schalter 14 des Schützes 12 ein.
- Wiederum nach einer vorgegebenen Zeitdauer schaltet dann die Ansteuerung 18 die Triacs 16 wieder aus, so dass die Ströme von den drei Phasen L1-L3 über die Schaltkontakte bzw. Schalter 14 des Schützes 12 fließen.
- 2. Ausschalten des elektronischen Motorstarters, Abschalten des Motors:
- Bei einem Ausschaltvorgang schaltet die Ansteuerung 18 zunächst wieder die Triacs 16 ein.
- Nach einer vorgegebenen Zeitdauer, die von verschiedenen Parametern wie beispielsweise dem Absinkverhalten der Spannungen abhängen kann, schaltet die Ansteuerung 18 die Schaltkontakte bzw. Schalter 14 des Schützes 12 aus.
- Wiederum nach einer vorgegebenen Zeitdauer schaltet dann die Ansteuerung 18 die Triacs 16 wieder aus.
-
Die von der Ansteuerung 18 kontrollierten Schaltvorgänge der Triacs 16 und der Schaltkontakte bzw. Schalter 14 des Schützes 12 bewirken, dass die Schaltkontakte bzw. Schalter 14 nahezu leistungslos schalten und demnach besser vor Verschleiß geschützt sind, beispielsweise indem beim Öffnen der Schaltkontakte 14 auftretende Lichtbögen wirksam verhindert werden, wodurch die Schaltkontakte 14 besser vor Lichtbogen-bedingten Verschleiß wie Abbrand etc. geschützt sind und indem beim Verbinden der Motorwicklungen T1-T3 mit den Phasen auftretende hohe und die Schaltkontakte 14 stark belastende Ströme vermieden werden.
-
Nachfolgend wird die Funktion des Motorschutzes erläutert. Die Motorschutz-Auslöseelektronik
20 misst fortlaufend über die Stromwandler
22 die in den Wicklungen
T1-T3 fließenden Ströme und sendet sein Abschaltsignal an die Ansteuerung
18, sobald die gemessenen Ströme einen vorgegebenen Nennstrombereich des Motors verlassen. Die Ansteuerung
18 leitet als Antwort auf das Abschaltsignal den oben beschriebenen Ausschaltvorgang ein. Die Motorschutz-Auslöseelektronik
20 kann beispielsweise wie in der internationale Patentanmeldung
W02007/104733A2 beschrieben ausgebildet sein.
-
In 2 ist eine konkrete Implementierung des erfindungsgemäßen aufsteckbaren Moduls 10 in geöffneter Ansicht und des Schützes 12 dargestellt, auf welches das Modul 10 aufgesteckt werden kann.
-
Das Schütz 12 ist zur Montage auf einer Profilschiene eines Schaltkastens oder Schaltschranks ausgebildet und weist einer seiner Stirnseite Schaltanschlüsse 36 für mehrere Phasen oder Motorwicklungsanschlüsse auf. In seiner Kopfplatte 38 sind Gegenkontakte 28 für die Steckkontakte 26 des Moduls 10 in entsprechenden Aufnahmen vorgesehen.
-
Das Modul 10 umfasst eine Modul-Bodenplatte 24 mit Kontakten zur Kontaktierung der Modul-Steckkontakte 26 mit den entsprechenden Kontakten auf der Modul-Elektronik-Platine 32, die von einem Gehäuseoberteil 30 des Moduls vor Umwelteinflüssen geschützt ist. Die Modul-Steckkontakte 26 erstrecken sich in zwei Reihen, wie in 3 deutlich erkennbar ist, nach unten von der Bodenplatte 24 weg und dienen einerseits zum elektrischen Verbinden des Moduls 10 mit dem Schütz 12 und andererseits zum Fixieren des Moduls 10 auf dem Schütz 12. Zum Kombinieren von Modul 10 und Schütz 12 werden einfach die Modul-Steckkontakte 26 in die Gegenkontakte 28 des Schützes 12 eingesteckt, wie es in den 3 bis 5 durch die gestrichelten Linien gezeigt ist. Pro Schalter bzw. Schaltkontaktpaar des Schützes 12 ist ein Steckerkontakt-Paar an der Bodenplatte 24 des Moduls 10 vorgesehen. An der Bodenplatte 24 kann außerdem ein Zapfen 40 vorgesehen sein (siehe 4), der das Modul 10 auf der Kopfplatte 38 des Schützes 12 ausrichtet.
-
6 zeigt das Schütz 12 mit dem aufgesteckten Modul 10. In diesem Zustand ist nun das Schütz 12 mit einem Schutz vor hohen Strömen bei Ein- und Ausschaltvorgängen sowie einem Motorschutz nachgerüstet, ohne dass ein größerer Verdrahtungsaufwand erforderlich ist, was den Einsatz des Moduls wesentlich erleichtert.
-
Die vorliegende Erfindung eignet sich vor allem zum Nachrüsten von Schützen zur Verlängerung der Lebensdauer, und um gleichzeitig den Verdrahtungsaufwand zum Verbinden mit dem Schütz möglichst gering zu halten. Insbesondere eignet sich die Erfindung zum Einsatz bei elektronischen Motorstartern. Durch einen integrierten Motorschutz kann die Schutzfunktion des Moduls weiter ausgebaut werden.
-
Bezugszeichenliste
-
- 10
- aufsteckbares Modul
- 12
- Schütz
- 14
- Schaltkontakte
- 16
- Triacs
- 18
- Ansteuerung der Triacs 16 und Schaltkontakte 14
- 20
- Motorschutz-Auslöseelektronik
- 22
- Stromwandler
- 24
- Modul-Bodenplatte
- 26
- Modul-Steckkontakte
- 28
- Schütz-Gegenkontakte
- 30
- Modul-Gehäuseoberteil
- 32
- Modul-Elektronik-Platine
- 34
- Spannungsversorgung
- 36
- Schaltanschlüsse
- 38
- Kopfplatte des Schützes 12
- 40
- Zapfen
