DE10154795B4

DE10154795B4 - Verfahren und Vorrichtung zur Reduzierung des Schaltgeräusches eines elektromagnetischen Schaltgerätes

Info

Publication number: DE10154795B4
Application number: DE10154795A
Authority: DE
Inventors: Dirk Hertz; Bernhard Streich
Original assignee: Siemens Corp
Current assignee: Siemens Corp
Priority date: 2001-11-08
Filing date: 2001-11-08
Publication date: 2005-07-07
Anticipated expiration: 2021-11-09
Also published as: FR2831986A1; FR2831986B1; US20030164747A1; DE10154795A1; US7116541B2

Abstract

Verfahren zur Reduzierung des Schaltgeräusches eines eine mit einer Speisespannung ansteuerbaren Spule (2) aufweisenden elektromagnetischen Schaltgerätes (1) mit einem bewegliche Schaltkontakte (4) in eine Kontaktierung mit feststehenden Schaltkontakten (5) bewegenden Anker (3) mit folgenden Verfahrensschritten:
a) zunächst wird ein zumindest für die Bewegung des Ankers (3) mit den beweglichen Schaltkontakten (4) hinreichender erster Mindestwert (U_{S MIN1}) der Speisespannung (U_s) festgelegt,
b) dann wird die Spule (2) und dadurch der Anker (3) mit den beweglichen Schaltkontakten (4) mit dem ersten Mindestwert (U_S
MIN1) der Speisespannung (U_S) zumindest bis zum Erreichen der Kontaktierung angesteuert,
c) anschließend wird die Speisespannung (U_S) von dem ersten Mindestwert (U_{S MIN1}) auf einen demgegenüber zweiten Mindestwert (U_{S MIN2}) zeitabhängig derart erhöht, dass die beweglichen Schaltkontakte (4) mit den feststehenden Schaltkontakten (5) in eine hinreichende gegenseitige druckbeaufschlagte Kontaktierung bringbar sind.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Reduzierung des Schaltgeräusche eines elektromagnetischen Schaltgerätes gemäß Patentanspruch 1 bzw. gemäß Patentanspruch 4.
Ein derartiges Verfahren und eine derartige Vorrichtung kommen in Bereichen zum Einsatz, in denen Schaltgeräusche eines elektromagnetischen Schaltgerätes, wie beispielsweise bei einem an einer Aufzugskabine angebrachten Steuerungsschrank mit Schützen, von den Fahrgästen in der Aufzugskabine als störende Begleiterscheinung empfunden werden.

Aus der DE 199 83 970 T1 ist ein elektromagnetischer Schütz bekannt, der zur Durchführung eines Schaltens eines Kontakts durch Steuern der Erregung eines Elektromagneten bestimmt ist, um einen beweglichen Kern aus einer ersten Position an eine zweite Position bezüglich eines festen Kerns zu bewegen. Hierbei ist ein Anziehungskraft-Steuerungsmittel vorgesehen, um einen Integralwert eines Stromes zu steuern, der durch den Elektromagneten fließt, so dass die Beschleunigung in die zweite Position des beweglichen Kerns einen vorbestimmten Wert oder weniger annimmt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Schaltgeräusche bei Betätigung eines elektromagnetischen Schaltgerätes mit geringem Aufwand zu reduzieren.

Diese Aufgabe wird hinsichtlich des Verfahrens erfindungsgemäß durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 und hinsichtlich der Vorrichtung erfindungsgemäß durch die Merkmale des Patentanspruchs 4 gelöst; vorteilhafte Ausgestaltungen des Verfahrens sind jeweils Gegenstand der Ansprüche 2 und 3; vor teilhafte Ausgestaltungen der Vorrichtung sind jeweils Gegenstand der Ansprüche 5 bis 14.

Die durch die Erfindung erzielbare Reduzierung des Schaltgeräusches eines spannungsbeaufschlagten elektromagnetischen Schaltgerätes wird hinsichtlich des Verfahrens bzw. hinsichtlich der Vorrichtung dadurch erzielt, dass im Gegensatz zu einer herkömmlichen Beaufschlagung der Spule eines derartigen Schaltgerätes diese nicht mit dem Gesamtwert der Speisespannung angesteuert wird, da dies zu unerwünschten Schaltgeräuschen führen würde; vielmehr wird die Speisespannung auf einen lediglich für die Bewegung des Ankers hinreichenden Wert reduziert. Die Erhöhung auf den Gesamtwert der Speisespannung dient dann im wesentlichen nur noch der Gewährleistung einer hinreichenden anschließenden gegenseitigen Druckbeaufschlagung zwischen den beweglichen und den feststehenden Schaltkontakten. Mittels eines einfachen Zeitgliedes, insbesondere in Form eines Kondensators, kann der Zeitpunkt der Erhöhung der Speisespannung von dem reduzierten Wert auf den Gesamtwert bestimmt werden.

Mit Vorteil kann das Verfahren einerseits wie auch die Vorrichtung zur Reduzierung der Schaltgeräusche andererseits in einer fördertechnischen Anlage, insbesondere in einer Aufzugsanlage, verwendet werden.

Die Erfindung sowie vorteilhafte Ausgestaltungen gemäß Merkmalen der Unteransprüche werden im Folgenden anhand in der Zeichnung schematisch dargestellter Ausführungsbeispiele näher erläutert; darin zeigen:
1 in einem Diagramm den Zusammenhang zwischen dem ersten und zweiten Mindestwert der Speisespannung für die Spule des elektromagnetischen Schaltgerätes und dem Maß der Kontaktierung der beweglichen und der feststehenden Schaltkontakte,
2 eine Vorrichtung zur Reduzierung der Schaltgeräusche eines elektromagnetischen Schalters in Form einer Steuerschaltung.
In 1 ist beispielhaft ein Diagramm mit einem ersten und mit einem zweiten Mindestwert U_{S MIN1} bzw. U_S
MIN2 einer Speisespannung U_S und mit einem ersten Kontaktweg s_K1 bzw. mit einem zweiten Kontaktweg s_K2 schematisch gezeigt. Der erste und der zweite Mindestwert U_{S MIN1} bzw. U_{S MIN2} sind dabei auf der Achse mit der Speisespannung U_S und der erste und der zweite Kontaktweg s_K1 bzw. s_K2 auf der Achse mit dem Kontaktweg s_K eingetragen.
Der erste Mindestwert U_{S MIN1} und der zweite Mindestwert U_{S MIN2} der Speisespannung, die zu dem ersten Kontaktweg s_K1 bzw. zu dem zweiten Kontaktweg s_K2 korrelieren sind wesentliche Parameter eines Verfahrens zur Reduzierung der Schaltgeräusche eines elektromagnetischen Schaltgerätes 1. Das elektromagnetische Schaltgerät 1 weist hierbei eine Spule 2, einen beweglichen Anker 3 sowie bewegliche und feststehende Schaltkontakte 4 bzw. 5 gemäß 2 auf.
Das Verfahren bewirkt eine Reduzierung der Schaltgeräusche des mit der Speisespannung U_S angesteuerten elektromagnetischen Schaltgerätes 1 derart, dass zunächst ein zumindest für die Bewegung des Ankers 3 mit den beweglichen Schaltkontakten 4 hinreichender erster Mindestwert U_{S MIN1} der Speisespannung U_S festgelegt und dann die Spule 2 und dadurch der Anker 3 mit den beweglichen Schaltkontakten 4 zumindest bis zum Erreichen der Kontaktierung angesteuert wird. Im Anschluss daran wird die Speisespannung U_S von dem ersten Mindestwert U_S _MIN1 auf einen demgegenüber zweiten Mindestwert U_{S MIN2} derart erhöht, dass die beweglichen Schaltkontakte 4 mit den feststehenden Schaltkontakten 5 in eine hinreichende gegenseitige druckbeaufschlagte Kontaktierung gebracht sind.
Die hinreichende gegenseitige druckbeaufschlagte Kontaktierung auf Grund einer Ansteuerung der Spule 2 mit dem ersten Mindestwert U_{S MIN1} und einer zeitversetzten anschließenden Ansteuerung mit dem zweiten Mindestwert U_{S MIN2} der Speisespannung U_S kann, je nach Typ und Ausführungsvariante des elektromagnetischen Schaltgerätes 1, einerseits bei starren Schaltkontakten 4, 5 bereits nach dem ersten Kontaktweg s_K1 oder andererseits bei federnden Schaltkontakten 4, 5 im Verlauf der Bewegung zwischen dem ersten und dem zweiten Kontaktweg s_K1 bzw. s_K2 erfolgen.
Die Erhöhung der Speisespannung U_S von dem ersten Mindestwert U_{S MIN1} auf den zweiten Mindestwert U_{S MIN2} erfolgt zeitabhängig, wobei für den ersten Mindestwert U_{S MIN1} etwa das 0,75- bis 0,95-fache, insbesondere das 0,9-fache, des zweiten Mindestwertes U_S
MIN2 festgelegt wird. Das Verfahren zur Reduzierung der Schaltgeräusche eines elektromagnetischen Schaltgerätes eignet sich unter anderem für die Verwendung in einer fördertechnischen Anlage, insbesondere in einer Aufzugsanlage.
In 2 ist eine Vorrichtung 6 zur Reduzierung der Schaltgeräusche eines elektromagnetischen Schalters 1 in Form einer Steuerschaltung gezeigt. Das elektromagnetische Schaltgerät 1 weist den beweglichen Anker 3 und mit durch diesen bewegliche Schaltkontakte 4 sowie feststehende Schaltkontakte 5 auf. Die Schaltgeräusche können dabei durch das gegenseitige Aufprallen der beweglichen Schaltkontakte 4 mit den feststehenden Schaltkontakten 5 und/oder durch den sich auf Grund der bestromten und demnach erregten Spule 2 bewegenden Anker 3 und einem mit diesem korrespondierenden Eisenkern hervorgerufen werden.
Die Vorrichtung 6 ist mit einer Ansteuereinheit 7 und mit einer Spannungsstelleinheit 8 versehen. Die Ansteuereinheit 7 dient zur zeitabhängigen Ansteuerung der Spannungsstelleinheit 8. Mit der Spannungsstelleinheit 8 kann die Speisespannung U_S für die Spule 2 und demnach für die Bewegung des Ankers 3 mit den beweglichen Schaltkontakten 4 zumindest auf den hinreichenden ersten Mindestwert U_{S MIN1} festgelegt werden. Der erste Mindestwert U_{S MIN1} der Speisespannung U_S dient zum Erreichen der Kontaktierung.
Ausgelöst durch einen zeitlich verzögerten Ansteuerimpuls der Ansteuereinheit 7, wird dann die Speisespannung U_S über die Spannungsstelleinheit 8 auf einen zweiten Mindestwert U_{S MIN2} derart erhöht, dass die Schaltkontakte 4, 5 in eine gegenseitige Kontaktierung bringbar sind, die eine hinreichende Druckbeaufschlagung gewährleistet. Der erste Mindestwert U_S _MIN1 wird dabei etwa auf das 0,75- bis 0,95-fache, insbesondere auf das 0,9-fache, des zweiten Mindestwertes U_{S MIN2} festgelegt.
Die Ansteuereinheit 7 weist ein Zeitglied 9 in Form eines Kondensators C auf, das zur Bestimmung des Zeitpunktes der Erhöhung der Speisespannung U_S von dem ersten Mindestwert U_S _MIN1 auf den zweiten Mindestwert U_{S MIN1} vorgesehen ist . Als Teil der Ansteuereinheit 7 ist unter anderem auch ein Schaltelement 10 in Form eines Optokopplers OC vorgesehen, das zur Ansteuerung eines Spannungsbegrenzers 11 dient. Die Ansteuerung der Spannungsstelleinheit 8 durch die Ansteuereinheit 7 erfolgt schaltabhängig über das Schaltelement 10. Das Schaltelement 10 kann in einer alternativen Ausführungsvariante auch in der Spannungsstelleinheit 8 vorgesehen werden.
Die Spannungsstelleinheit 8 weist zudem den Spannungsbegrenzer 11 in Form einer Zenerdiode Z auf, der zur Begrenzung der Speisespannung U_S auf den ersten Mindestwert U_S
MIN1, zur Freigabe der Speisespannung auf den zweiten Mindestwert U_{S MIN2} sowie zur Ansteuerung eines in der Spannungsstelleinheit 8 angeordneten Stellgliedes 12 vorgesehen ist. In einer alternativen Ausführungsvariante kann der Spannungsbegrenzer 11 auch in der Ansteuereinheit 7 angeordnet werden. Das Stellglied 12 in Form eines Transistors T dient dabei zur Ansteuerung der Spule 2, wobei dessen Stelleingang mit einem ebenfalls in der Spannungsstelleinheit 8 angeordneten ersten Widerstand R1 verbunden ist. Eine Rücksetzung des Zeitgliedes 9 erfolgt mittels eines Rücksetzgliedes 13, welches Teil der Ansteuereinheit 7 ist.
Das Rücksetzglied 13 besteht hierbei aus einer Diode D und einem zu dieser in Reihe geschalteten zweiten Widerstand R2. Der in dem Rücksetzglied 13 angeordnete zweite Widerstand R2 wirkt hierbei zusammen mit dem parallelgeschalteten, als Zeitglied 9 verwendeten, Kondensator C im Sinne eines RC-Gliedes. Der Optokoppler OC besteht aus einem Fototransistor FT und einer Fotodiode FD, die in Reihe zu dem Kondensator C und der Diode D angeordnet ist. Der Fototransistor FT liegt an einer seiner Zonen mit der Zenerdiode ZD und diese ihrerseits mit dem ersten Widerstand R1 und mit dem Stelleingang des Transistors T in Reihe. Der Transistor T steht schließlich an einer seiner Zonen mit der Spule 2 in einer elektrisch leitenden Verbindung.
Die Spannungsversorgung der Vorrichtung 6 erfolgt rein beispielhaft durch ein ggf. allstromspeisbares Gleichrichtermodul 14 und/oder durch ein elektronisches Versorgungsmodul 15, welche zur Gleichrichtung bzw. zur Glättung der Speisespannung U_S dienen.
Über das Gleichrichtermodul 14 gelangt die Speisespannung U_S an das elektronische Versorgungsmodul 15, welches die Fotodiode FD des Optokopplers OC spannungsversorgt, wobei diese mittels eines Lichtsignals den Fototransistor FT ansteuert. Der Fototransistor FT steuert durch und wird niederohmig, so dass die Zenerdiode Z spannungsbeaufschlagt wird und an dieser dabei die Zenerspannung, die dem ersten Mindestwert der Speisespannung U_{S MIN1} also ca. 0,9 U_S entspricht, abfällt. Mittels des ersten Widerstandes R1 wird dann die Spule 2 des elektromagnetischen Schaltgerätes 1 über den Transistor T ansteuert. Die beweglichen Schaltkontakte 4 gehen dabei im Verlauf des ersten Kontaktweges s_K1 die Kontaktierung mit den feststehenden Schaltkontakten 5 ein.
Gleichzeitig mit der Ansteuerung des Fototransistors FT wird über die Fotodiode FD der Kondensator C spannungsversorgt. Dadurch beginnt sich dieser zeitabhängig bis auf das Niveau der Speisespannung U_S aufzuladen und bei Erreichung dieses Niveaus auf den Optokoppler OC einzuwirken. Die Fotodiode FD emittiert an den Fototransistor FT infolgedessen kein Lichtsignal mehr, wodurch dieser hochohmig wird. Die Zenerdiode Z wird nicht mehr angesteuert, so dass der Spannungsabfall in Höhe der Zenerspannung entfällt. Der Transistor T steuert dadurch voll auf und bewirkt eine Beaufschlagung der Spule 2 mit dem höheren zweiten Mindestwert der Speisespannung U_{S MIN2} Die beweglichen und die feststehenden Schaltkontakte 4 bzw. 5 gehen dabei in die hinreichende gegenseitige druckbeauf schlagte Kontaktierung S_{K P2} über. Sofern die Speisespannung U_S abgeschaltet wird, erfolgt eine Rücksetzung des Zeitgliedes 9 durch eine Entladung des Kondensators C über die Diode D an dem zweiten Widerstand R2.
Die leicht zu montierende und ggf. nachzurüstende Vorrichtung 6 zur Reduzierung der Schaltgeräusche eines elektromagnetischen Schaltgerätes 1, z.B. in Form eines Schützes oder eines Relais, eignet sich unter anderem für die Verwendung in einer fördertechnischen Anlage, insbesondere in einer Aufzugsanlage. Das Niveau der jeweiligen Speisespannung U_S ist dabei ein Maß für die Höhe der Schaltgeräusche. Übliche Werte der Speisespannung liegen bei Gleichstromschützen in etwa zwischen 24 V und 110 V; bei Wechselstromschützen in etwa zwischen 110 V und 230 V. Bei einem Gleichstromschütz, der mit ca. 90% der ursprünglichen Speisespannung U_S, die beispielsweise zwischen 85 V und 110 V liegen kann, angesteuert wird, erfolgt eine Verringerung der Einschaltgeräusche um etwa 6 dB. Aufwendige Schalldämmungsmaßnahmen können demnach entfallen.
Die Erfindung kann wie folgt zusammengefasst werden:
Um eine Reduzierung von Schaltgeräuschen bei Betätigung eines elektromagnetischen Schaltgerätes mit geringem Aufwand zu erzielen, erfolgt die Ansteuerung der Spule 2 für die Bewegung des Ankers 3 mit den beweglichen Schaltkontakten 4 zum Erreichen der Kontaktierung mit einem ersten Mindestwert U_{S MIN1} der Speisespannung U_S, wobei diese von dem ersten Mindestwert U_S _MIN1 auf einen zweiten Mindestwert U_{S MIN2} zeitabhängig derart erhöht ist, dass die beweglichen Schaltkontakte 4 mit den feststehenden Schaltkontakten 5 in eine hinreichende gegenseitige druckbeaufschlagte Kontaktierung bringbar sind.

Claims

Verfahren zur Reduzierung des Schaltgeräusches eines eine mit einer Speisespannung ansteuerbaren Spule (2) aufweisenden elektromagnetischen Schaltgerätes (1) mit einem bewegliche Schaltkontakte (4) in eine Kontaktierung mit feststehenden Schaltkontakten (5) bewegenden Anker (3) mit folgenden Verfahrensschritten: a) zunächst wird ein zumindest für die Bewegung des Ankers (3) mit den beweglichen Schaltkontakten (4) hinreichender erster Mindestwert (U_S
MIN1) der Speisespannung (U_s) festgelegt, b) dann wird die Spule (2) und dadurch der Anker (3) mit den beweglichen Schaltkontakten (4) mit dem ersten Mindestwert (U_{S MIN1}) der Speisespannung (U_S) zumindest bis zum Erreichen der Kontaktierung angesteuert, c) anschließend wird die Speisespannung (U_S) von dem ersten Mindestwert (U_{S MIN1}) auf einen demgegenüber zweiten Mindestwert (U_{S MIN2}) zeitabhängig derart erhöht, dass die beweglichen Schaltkontakte (4) mit den feststehenden Schaltkontakten (5) in eine hinreichende gegenseitige druckbeaufschlagte Kontaktierung bringbar sind.
Verfahren nach Anspruch 1, mit folgendem Verfahrensschritt: – für den ersten Mindestwert (U_{S MIN1}) wird etwa das 0,9-fache des zweiten Mindestwertes (U_{S MIN2}) festgelegt.
Verwendung eines Verfahrens nach Anspruch 1 oder 2 in einer fördertechnischen Anlage, insbesondere in einer Aufzugsanlage.
Vorrichtung zur Reduzierung des Schaltgeräusches eines eine mit einer Speisespannung ansteuerbaren Spule (2) aufweisenden elektromagnetischen Schaltgerätes (1) mit einem bewegliche Schaltkontakte (4) in eine Kontaktierung mit feststehenden Schaltkontakten (5) bewegenden Anker (3), a) mit einer Spannungsstelleinheit (8), mit der die Speisespannung (U_S) für die Bewegung des Ankers (3) mit den beweglichen Schaltkontakten (4) zumindest auf einen hinreichenden ersten Mindestwert (U_{S MIN1}) festlegbar ist, b) mit einer Ansteuereinheit (7), mit der die Spule (2) mit dem ersten Mindestwert (U_{S MIN1}) der Speisespannung (U_S) zumindest bis zum Erreichen der Kontaktierung ansteuerbar und anschließend die Speisespannung (U_S) über die Spannungsstelleinheit (8) von dem ersten Mindestwert (U_{S MIN1}) auf einen demgegenüber zweiten Mindestwert (U_{S MIN2}) in Abhängigkeit eines als Teil der Ansteuereinheit (7) vorgesehenen Zeitgliedes (9) derart erhöht ist, dass die beweglichen Schaltkontakte (4) mit den feststehenden Schaltkontakten (5) in eine hinreichende gegenseitige druckbeaufschlagte Kontaktierung bringbar sind.
Vorrichtung nach Anspruch 4, – mit einer Ausführung des Zeitgliedes (9) in Form eines Kondensators (C) als Teil der Ansteuereinheit (7) zur Bestimmung des Zeitpunktes der Erhöhung der Speisespannung (U_S) von dem ersten Mindestwert (U_{S MIN1}) auf den zweiten Mindestwert (U_{S MIN2}).
Vorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, – mit einem Schaltelement (10), insbesondere mit einem Optokoppler (OC), als Teil der Ansteuereinheit (7) zur Ansteuerung eines Spannungsbegrenzers (11).
Vorrichtung nach Anspruch 6, – mit dem Schaltelement (10) als Teil der Spannungsstelleinheit (8).
Vorrichtung nach Anspruch 6, – mit dem Spannungsbegrenzer (11) als Teil der Ansteuereinheit (7) zur Begrenzung der Speisespannung (U_S) auf den ersten Mindestwert (U_{S MIN1}), zur Freigabe der Speisespannung (U_S) auf den zweiten Mindestwert (U_{S MIN2}) sowie zur Ansteuerung eines in der Spannungsstelleinheit (8) angeordneten Stellgliedes (12).
Vorrichtung nach Anspruch 6, – mit dem Spannungsbegrenzer (11) als Teil der Spannungsstelleinheit (8).
Vorrichtung nach Anspruch 8, – mit dem Stellglied (12) als Teil der Spannungsstelleinheit (8) zur Ansteuerung der Spule (2).
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 6 oder 8, – mit einem Rücksetzglied (13) als Teil der Ansteuereinheit (7) zur Rücksetzung des Zeitgliedes (9) bei Abschaltung der Speisespannung (U_S).
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 11, – mit einer Schaltabhängigkeit zwischen der Ansteuereinheit (7) und der Spannungsstelleinheit (8) über das Schaltelement (10).
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4-12, – mit einer Festlegung des ersten Mindestwertes (U_{S MIN1}) auf etwa das 0,9-fache des zweiten Mindestwertes (U_S
MIN2)
Verwendung einer Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 13 in einer fördertechnischen Anlage, insbesondere in einer Aufzugsanlage.