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Dokumentenidentifikation DE10102316A1 25.07.2002
Titel Motorstarteranordnung
Anmelder MOELLER GmbH, 53115 Bonn, DE
Erfinder Skupin, Johann, 53840 Troisdorf, DE
DE-Anmeldedatum 19.01.2001
DE-Aktenzeichen 10102316
Offenlegungstag 25.07.2002
Veröffentlichungstag im Patentblatt 25.07.2002
IPC-Hauptklasse H02H 7/085
Zusammenfassung Die Erfindung betrifft eine Motorstarteranordnung, umfassend ein erstes elektrisches Schaltgerät (2), insbesondere Leistungsschalter, mit einer elektronischen Auslöseeinheit (2a) und ein zweites elektrisches Schaltgerät (4), insbesondere Schütz. Die Schaltgeräte (2, 4) sind in Serie geschaltet zur Verbindung beziehungsweise Trennung einer mindestens 1-phasigen Last (M) mit beziehungsweise von einer Stromquelle. Erfindungsgemäß sind Mittel (6) zur bidirektionalen Kommunikation zwischen erstem und zweitem Schaltgerät (2, 4) vorhanden, wobei das erste Schaltgerät (2) und die Mittel (6) zur Kommunikation derart ausgebildet sind, dass ein Auslösevorgang des ersten Schaltgerätes (2) bei Auftreten einer Überlast zeitlich verzögert wird, innerhalb dieser Zeit das zweite Schaltgerät (4) durch die Mittel (6) zur Kommunikation zur Trennung veranlasst wird und im Fall der Nichttrennung durch das zweite Schaltgerät (4) die Auslösung durch das erste Schaltgerät (2) erfolgt.

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft eine Motorstarteranordnung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Vorzugsweise umfasst die Motorstarteranordnung einen Leistungsschalter mit elektronischer Auslöseeinheit und ein Schütz. Dabei sind Leistungsschalter und Schütz, zur Verbindung beziehungsweise Trennung einer mindestens einphasigen Last mit beziehungsweise von einer Stromquelle, in Serie geschaltet.

Der Begriff des Motorstarters definiert sich als "die Kombination aller zum Ingangsetzen und Stillsetzen eines Motors erforderlichen Geräte in Verbindung mit einem geeigneten Überlastschutz". Der klassische Motorstarter besteht aus Schmelzsicherungen, Leistungsschütz und Motorschutzrelais (Fig. 1) während die Trennerfunktion vielfach von einem Hauptschalter für mehrere Motorstarter gemeinsam übernommen wird. Man unterscheidet hand- und fernbetätigte Motorstarter. Motorstarter mit Schützen ermöglichen die Einleitung der Ein- und Ausschaltung auch aus der Ferne oder durch anderweitige Signalgeber wie Sensoren. Kommt es bei derartigen Anordnungen zu einem Verschweißen der Kontakte des auslösenden Schaltgerätes ist bei einer auftretenden Überlast die unweigerliche Folge die Zerstörung des Verbrauchers. Verschiedene Arten von Motorstartern sind in dem Artikel "Höhere Verfügbarkeit kleiner Antriebe im ausfallkritischen Betrieb", W. Esser, Elektropraktiker, Berlin 50 (1996) 9, S. 764-772 beschrieben.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Motorstarteranordnung zu schaffen, die eine erhöhte Sicherheit für Mensch und Maschine gewährleistet.

Ausgehend von Anordnungen im Stand der Technik wird die Aufgabe erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des unabhängigen Anspruches gelöst, während den abhängigen Ansprüchen vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung zu entnehmen sind.

Durch die erfindungsgemäße Anordnung wird die Funktionalität derselben verbessert, in dem Mittel zur bidirektionalen Kommunikation zwischen erstem und zweitem Schaltgerät angeordnet sind. Dabei sind das erste Schaltgerät und die Mittel zur Kommunikation derart ausgebildet, dass ein Auslösevorgang des ersten Schaltgerätes bei Auftreten einer Überlast zeitlich verzögert wird, innerhalb dieser Zeit das zweite Schaltgerät durch die Mittel zur Kommunikation zur Auslösung veranlasst wird und im Fall der Nichtauslösung durch das zweite Schaltgerät die Auslösung durch das erste Schaltgerät erfolgt.

Auch wird hierdurch die Sicherheit für Mensch und Maschine deutlich erhöht, da im Falle einer Kontaktverschweißung des zweiten Schaltgerätes die elektronischen Auslösemittel des ersten Schaltgerätes aktiviert werden und so der Stromkreis sicher unterbrochen wird. Hierfür weisen das erste Schaltgerät sowie die Mittel zur bidirektionalen Kommunikation vorzugsweise programmtechnische Mittel auf, die bei auftretender Überlast ein Überlastauslösesignal generieren und dieses nur zeitlich verzögert unter der Bedingung, dass innerhalb dieser Verzögerungszeit - in der das Überlastauslösesignal an das zweite Schaltgerät zu dessen Auslösung weitergeleitet wurde - das zweite Schaltgerät nicht sicher den Strompfad getrennt hat, an die Auslösemittel des ersten Schaltgerätes weiterleiten. Dabei wird das Überlastsignal vom ersten Schaltgerät, welches die Überlast erfasst, während der Verzögerungszeit nicht zum Zwecke der eigenen Auslösung weiterverarbeitet, sondern über die vorzugsweise als separates Koppelmodul ausgebildeten Mittel zur bidirektionalen Kommunikation an das zweite Schaltgerät weitergeleitet und das zweite Schaltgerät zur Auslösung beziehungsweise Trennung veranlasst. Erst im Falle einer Nichttrennung durch das zweite Schaltgerät wird das Überlastsignal vom ersten Schaltgerät erzeugt, welches dann intern einen Auslösevorgang zur sicheren Trennung des Strompfades einleitet.

Sollten umgekehrt die Kontakte des ersten Schaltgerätes nicht zu öffnen sein, wird das generierte Auslöse- oder Abschaltsignal trotzdem immer das zweite Schaltgerät auslösen. Zusätzlich kann für jeden Fehlerfall eine Fehlermeldung erzeugt werden.

In einer bevorzugten Ausführungsform können auch normale (Ein- /Ausschaltvorgänge; d. h. unabhängig von einer auftretenden Überlast oder einem auftretenden Kurzschluß) Schaltvorgänge eines der beiden oder beider Schaltgeräte durch Initiierung des Koppelmoduls durchgeführt werden. Mit Vorteil werden sowohl die Abschaltvorgänge aufgrund eines Überlastzustandes als auch die normalen Abschaltvorgänge durch Abschaltung über das zweite Schaltgerät (Schütz) durchgeführt. Hierdurch wird das erste Schaltgerät (Leistungsschalter), was die auszuführenden Schaltungen betrifft, deutlich entlastet und somit die Lebensdauer einer derartigen Motorstarteranordnung erhöht.

Weiterhin wird durch die erfindungsgemäße Anordnung sowohl ein Handbetrieb als auch ein Automatikbetrieb ermöglicht. Sobald der Überlastzustand beseitigt ist, beziehungsweise das Überlastauslöseorgan (z. B. als mechanisches oder elektronisch nachgebildetes Bimetall) wieder "abgekühlt" ist, beziehungsweise der aufgetretene Fehler beseitigt ist, kann das Schütz über das Koppelmodul wieder eingeschaltet werden. Vorzugsweise weist das Koppelmodul eine zusätzliche Schnittstelle für die Datenfernübertragung (DFÜ) auf. Hierdurch kann die Anordnung auch aus der Ferne per PC oder SPS geschaltet und überwacht werden.

Dadurch, dass in einem Hauptstromkreis zwei Unterbrecherstellen (erstes und zweites Schaltgerät) in Serie hintereinander geschaltet sind und diese durch das separate Koppelmodul steuerbar sind, wird die Sicherheitsanforderung der Kategorie 4 gemäß der Normenvorschrift EN 954-1 erreicht. Wird das Koppelmodul über eine Busschnittstelle mit weiteren Systemkomponenten wie PC oder SPS oder dergleichen verbunden, kann die Kategorie 4 aufrechterhalten werden, wenn ein Sicherheitsbus der Kategorie 4 verwendet wird.

Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus dem folgenden, anhand von Figuren erläuterten Ausführungsbeispiel. Es zeigen:

Fig. 1 eine Motorstarteranordnung nach dem Stand der Technik,

Fig. 2 eine Motorstarteranordnung gemäß der Erfindung im schematischer Darstellung und

Fig. 3 eine mögliche Ausführungsform der Motorstarteranordnung gemäß Fig. 2.

In der Fig. 2 ist die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung in einem schematischen Aufbau dargestellt. Die Schaltungsanordnung umfasst ein erstes elektrisches Schaltgerät 2, insbesondere Leistungsschalter, mit einer elektronischen Auslöseeinheit 2a und ein zweites elektrisches Schaltgerät 4, insbesondere Schütz. Die Schaltgeräte sind in Serie geschaltet zur Verbindung beziehungsweise Trennung einer mindestens einphasigen Last mit bzw. von einer Stromquelle (Hauptstromkreis).

Gemäß der Erfindung sind Mittel 6 zur bidirektionalen Kommunikation zwischen dem ersten Schaltgerät 2 und dem zweiten Schaltgerät 4 angeordnet. Mit Vorteil sind die beiden Schaltgeräte 2, 4 hierfür über ein Koppelmodul miteinander verbunden. Dabei ist das erste Schaltgerät 2 über eine erste, insbesondere seriell ausgebildete Schnittstelle 8 und das zweite Schaltgerät 4 über eine zweite, insbesondere seriell ausgebildete Schnittstelle 12 an das Koppelmodul elektrisch angeschlossen. Erfindungsgemäß sind zwischen erstem und zweitem Schaltgerät 2, 4 Mittel 6 zur bidirektionalen Kommunikation angeordnet, wobei das erste Schaltgerät 2 beziehungsweise die Mittel 6 zur Kommunikation derart ausgebildet sind, dass ein Auslösevorgang des ersten Schaltgerätes 2 bei Auftreten einer Überlast zeitlich verzögert wird, innerhalb dieser Zeit das zweite Schaltgerät 4 durch die Mittel 6 zur Kommunikation zur Auslösung veranlasst wird und im Fall der Nichtauslösung durch das zweite Schaltgerät 4 die Auslösung durch das erste Schaltgerät 2 erfolgt.

Die Mittel 6 zur bidirektionalen Kommunikation sind vorzugsweise durch ein separates Koppelmodul gebildet. Dabei weist das Koppelmodul eine programmtechnisch unterstützte Elektronik (z. B. Mikroprozessor, Mikrokontroller, ASIC, oder dergleichen) auf. Ferner sind die Mittel derart ausgebildet, dass ein aufgrund einer Überlast zu erfolgender Auslöseschaltvorgang oder ein durch gezieltes Ein- beziehungsweise Ausschalten zu erfolgender Schaltvorgang des ersten und/oder zweiten Schaltgerätes 2, 4 initiierbar ist. Zum Beispiel wird ein Schaltvorgang in einen definiert sicheren Zustand durch das Koppelmodul initiiert, sobald das Koppelmodul eine Störung innerhalb der Datenübertragung zwischen Koppelmodul und erstem bzw. zweitem Schaltgerät 2, 4 oder zwischen erstem und zweiten Schaltgerät 2, 4 über das dann als "Datendurchreiche" fungierende Koppelmodul erkennt. Für einen solchen Schaltvorgang wird mit Vorteil für beide Schaltgeräte 2, 4 ein Auslöse- beziehungsweise Abschaltsignal generiert und an diese weitergeleitet.

Die erfindungsgemäße Anordnung dient der Abschaltung einer elektrischen Überlast, wobei ein erstes elektrisches Schaltgerät 2, insbesondere Leistungsschalter, mit einer elektronischen Auslöseeinheit 2a zur Erzeugung von Überlastauslösesignalen und Kurzschlußauslösesignalen und ein zweites elektrisches Schaltgerät 4, insbesondere Schütz in Serie geschaltet sind zur Verbindung beziehungsweise Trennung einer mindestens einphasigen Last M mit beziehungsweise von einer Stromquelle. Der erfindungsgemäße Funktionsablauf wird wie folgt realisiert:

Das erste Schaltgerät 2 erzeugt bei auftretender Überlast ein Überlastauslösesignal, wobei der aufgrund des generierten Überlastauslösesignals initiierte Auslösevorgang des ersten Schaltgerätes verzögert und innerhalb dieser Verzögerungszeit der Auslösevorgang des zweiten Schaltgerätes 4 initiiert wird. Schließlich überwachen die Mittel 6 zur bidirektionalen Kommunikation den Auslöse- beziehungsweise Abschaltvorgang des zweiten Schaltgerätes, so dass im Fall der Nichtauslösung durch das zweite Schaltgerät 4 der Auslösevorgang des ersten Schaltgerätes 2 durch die Mittel 6 initiiert wird.

Fig. 3 zeigt die erfindungsgemäße Motorstarteranordnung in detaillierterer Darstellung umfassend einen Leistungsschalter, ein Schütz und das Koppelmodul. Dabei umfasst der Leistungsschalter eine elektronische Auslöseeinheit 2a, Stromsensoren 2b, Unterbrecherkontakte 2c, einen Magnetauslöser 2d sowie eine Schnittstelle 8. Die Schnittstelle 8 dient zur Anbindung an das Koppelmodul. Das Schütz umfasst standardmäßig Unterbrecherkontakte sowie einen Magnetauslöser. In einer bevorzugten Ausführungsform ist das Koppelmodul als programmierbares Steuergerät mit integrierter Bedien- und Anzeigeeinheit 6b, 6a ausgebildet. Somit sind die Auslöse-Grenzwerte unmittelbar über das Koppelmodul veränderbar.

Des Weiteren weist das Koppelmodul vorzugsweise eine weitere Schnittstelle 14, insbesondere zum Anschluß an ein Bussystem, vorzugsweise ein Sicherheitsbus auf. Über diese weitere Schnittstelle 14, die auch als separates Busanschlussmodul ausgeführt sein kann, ist die Motorstarteranordnung über andere an das Bussystem angeschlossene Komponenten wie SPS oder PC oder dergleichen steuerbar.

Sollte ein Auslöse-/Ausschaltbefehl (z. B. Not-Aus) von extern über PC oder SPS über die serielle Schnittstelle 14 des Koppelmoduls an eines der Schaltgeräte 2 oder 4 gesendet werden und das Schaltgerät diesen Befehl nicht ausführen können, wird die Durchführung wie oben beschrieben über das andere Schaltgerät eingeleitet.

Bei einer Steuerung der Motorstarteranordnung mittels Datenfernübertragung (DFÜ; Schnittstelle 14) sind die Grenzwerte mit Vorteil nur in einer Richtung veränderbar. Die Grenzwerte dürfen dann über das Koppelmodul nur so verändert werden, dass ein empfindlicheres Auslöseverhalten der Motorstarteranordnung gewährleistet ist. Vorzugsweise wird hierfür bei einer ersten oder bei jeder Inbetriebnahme der Motorstarteranordnung eine Initialisierungsroutine durchgeführt, bei der voreingestellte Auslöse-Grenzwerte - falls vorhanden - angezeigt werden, bestätigt oder verändert werden, so dass eine Grundeinstellung einmalig eingestellt ist. Ausgehend von dieser Grundeinstellung können die voreingestellten Auslöse-Grenzwerte während des Betriebs der Motorstarteranordnung nur noch für ein empfindlicheres Auslöseverhalten (frühere Auslösung) eingestellt werden.

Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die vorstehend beschriebenen Ausführungsformen beschränkt, sondern umfaßt auch alle im Sinne der Erfindung gleichwirkenden Ausführungsformen. Zum Beispiel kann das zweite Schaltgerät 4 anstelle als "nicht intelligentes Schaltgerät" (ohne Recheneinheit bzw. Elektronikauslöser) z. B. Schütz auch als "intelligentes Schaltgerät" (mit Recheneinheit bzw. Elektronikauslöser) z. B. Leistungsschalter ausgebildet sein.


Anspruch[de]
  1. 1. Motorstarteranordnung umfassend

    ein erstes elektrisches Schaltgerät (2), insbesondere Leistungsschalter, mit einer elektronischen Auslöseeinheit (2a) zur Erzeugung von Überlastauslösesignalen und

    ein zweites elektrisches Schaltgerät (4), insbesondere Schütz,

    wobei die Schaltgeräte (2, 4) in Serie geschaltet sind zur Verbindung beziehungsweise Trennung einer mindestens einphasigen Last (M) mit beziehungsweise von einer Stromquelle, gekennzeichnet durch

    Mittel (6) zur bidirektionalen Kommunikation zwischen erstem und zweitem Schaltgerät (2, 4) und wobei

    das erste Schaltgerät (2) und die Mittel (6) zur Kommunikation derart ausgebildet sind, dass ein Auslösevorgang des ersten Schaltgerätes (2) bei Auftreten einer Überlast zeitlich verzögert wird, innerhalb dieser Zeit das zweite Schaltgerät (4) durch die Mittel (6) zur Kommunikation zur Trennung veranlasst wird und im Fall der Nichttrennung durch das zweite Schaltgerät (4) die Auslösung durch das erste Schaltgerät (2) erfolgt.
  2. 2. Motorstarteranordnung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel (6) zur Kommunikation zumindest teilweise programmtechnisch ausgebildet sind.
  3. 3. Motorstarteranordnung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel (6) zur Kommunikation derart ausgebildet sind, dass sowohl der Auslösevorgang als auch ein gezielter Schaltvorgang initüerbar ist.
  4. 4. Motorstarteranordnung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel (6) zur Kommunikation derart ausgebildet sind, dass bei Störung der Kommunikation zwischen dem Mittel (6) zur Kommunikation und zumindest einem der beiden Schaltgeräte (2; 4) gewährleistet ist, das beide Schaltgeräte (2; 4) in einen definiert sicheren Zustand überführt werden.
  5. 5. Motorstarteranordnung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel (6) zur Kommunikation derart ausgebildet sind, dass die Zustände der Schaltkontakte beider Schaltgeräte (2, 4) erfassbar sind und bei einer Diskrepanz zwischen Meßwerten oder Schaltbefehlen und dem tatsächlichen Zustand der Schaltkontakte eines Gerätes (2) ein Auslösevorgang für das andere Gerät (4) initüerbar ist.
  6. 6. Motorstarteranordnung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schnittstellen (8, 12) zwischen dem ersten Schaltgerät (2) und dem Mittel (6) zur Kommunikation sowie zwischen dem zweiten Schaltgerät (4) und dem Mittel (6) zur Kommunikation seriell ausgebildet sind.
  7. 7. Motorstarteranordnung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Mittel (6) zur Kommunikation programmierbar ausgebildet ist und vorzugsweise eine integrierte Bedieneinheit (6b) und eine integrierte Anzeigeeinheit (6a) aufweist.
  8. 8. Motorstarteranordnung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Mittel (6) zur Kommunikation derart ausgebildet ist, dass es eine Schnittstelle (14) zur Datenfernübertragung aufweist.
  9. 9. Motorstarteranordnung nach vorstehendem Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass das Mittel (6) zur Kommunikation derart ausgebildet ist, dass bei einer Einstellung der Parameterwerte für eines der Schaltgeräte (2, 4) insbesondere bei Einstellung über Datenfernübertragung (DFÜ), nur Werte einstellbar sind, die die Empfindlichkeit des Auslösers des jeweiligen Schaltgerätes (2, 4) erhöhen.






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