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 ausschließ ^¬ 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 U ₁ , 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 u _E 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 U ₁ induziert wird. Diese Induk ^¬ tionsspannung U ₁ wird zusammen mit einer Messspannung u _R , 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 U ₁ 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 u _E der Stromversorgung für die Vorrichtung gemäß FIG 2. Im unteren Teil des Zeitdia ^¬ gramms ist der Spannungsverlauf KLU der Eingangsspannung u _E , 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 U ₁ 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.