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Die Erfindung betrifft einen Schalter, insbesondere einen Niederspannungs-Leistungsschalter, mit einer Signalisierung des Vorliegens einer vorgegebenen Abnutzung seiner Kontaktauflagen gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und eine entsprechende Einrichtung für einen Schalter gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 7.
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Niederspannungs-Leistungsschalter sind als spezielle elektromechanische Schalter bekannt, die eine Schaltkontaktanordnung mit einem feststehenden Schaltkontakt und einem beweglichen Schaltkontakt aufweisen, wobei der bewegliche Schaltkontakt an einem Kontaktträger um eine Achse schwenkbar gelagert ist. Die an den Schaltkontakten befindlichen Kontaktauflagen (Kontaktstücke) liegen bei geschlossenem Schalter aneinander an und der bewegliche Schaltkontakt ist mittels einer am Kontaktträger abgestützten Feder mit einer Kontaktkraft beaufschlagt.
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Die Schaltkontakte unterliegen durch das Schalten von elektrischen Lasten im Laufe der Zeit einer Kontaktabnutzung (Abbrand, Kontakterosion, Kontaktverschleiß), durch den insbesondere die Dicke der Kontaktauflagen der Schaltkontakte abnimmt. Sind die Kontaktauflagen zu stark abgenutzt, ist kein weiterer Betrieb möglich. Daher ist es notwendig, die Dicke der Kontaktauflagen regelmäßig zu prüfen, um eine Wartung oder rechtzeitig einen Austausch der Schaltkontakte vornehmen zu können, was zumindest dann erforderlich ist, wenn die Dicke ein vorgegebene Mindestdicke unterschreitet.
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Aus der
DE 10243835 ist bereits ein Niederspannungs-Leistungsschalter mit einem beweglichen Schaltkontakt bekannt, der an einem Kontaktträger schwenkbar gelagert ist. An dem Kontaktträger ist eine Kontaktabnutzungsanzeige angeordnet, die über einen Anzeigestift verfügt, welcher mit einem Ende an dem beweglichen Schaltkontakt befestigt ist. Dadurch folgt der Anzeigestift jeweils einer Verschiebung des beweglichen Schaltkontakts gegenüber dem Kontaktträger, die im Laufe des Schalterbetriebs durch die abnutzungsbedingte Dickenabnahme eintritt. Um die Kontaktabnutzung zu bestimmen, wird von einer Bedienperson jeweils geprüft, ob und wie weit der Anzeigestift über eine Anzeigefläche am Kontaktträger hinausragt, was relativ ungenau ist.
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Nachteilig ist dabei, dass der Schalter dazu außer Betrieb genommen und geöffnet werden muss. Die Feststellung einer Unterschreitung der Mindestdicke ist mit dieser Kontaktabnutzungsanzeige während des laufenden Betriebs aber nicht möglich.
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Die Aufgabe der Erfindung ist es, eine Signalisierung der Abnutzung der Kontaktauflagen während des Betriebs zu erzielen.
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Die Aufgabe wird bezogen auf den Schalter durch die Merkmale des Anspruchs 1 und bezogen auf die Einrichtung durch die Merkmale des Anspruchs 7 gelöst; die Unteransprüche stellen vorteilhafte Ausgestaltungen dar.
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Die Lösung sieht bezogen auf den Schalter vor, dass eine Einrichtung zur Signalisierung einer vorgegebenen Abnutzung der Kontaktauflagen vorhanden ist, wobei eine Signalisierung erfolgt, wenn der Indikatorstift bei geschlossenem Schalter durch eine Längsverschiebung (des Indikatorstifts aufgrund einer Dickenabnahme der Kontaktauflagen) eine Auslöseposition erreicht, wobei auf einander gegenüberliegenden Seiten einander zugewandt eine Lichtquelle und ein Lichtempfänger angeordnet sind, zwischen denen sich der Indikatorstift im Strahlengang (zwischen der Lichtquelle und dem Lichtempfänger) befindet, dass ein Vergleich des Signals des Lichtempfängers, das dem empfangenen Licht entspricht, mit einem vorgegebenen Schwellwert erfolgt, welcher der Auslöseposition des Indikatorstifts entspricht, und dass eine Signalisierung erfolgt, wenn das Signal den Schwellwert überschreitet (und damit die Auslöseposition erreicht ist).
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Vorteilhafterweise ist die Lichtquelle eine Licht emittierende Diode und der Lichtempfänger ein Photodiodenarray.
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Die Einrichtung vereinfacht sich, wenn das Photodiodenarray mehrere Felder aufweist, die in Längsrichtung des Indikatorstifts hintereinander angeordnet sind und dass ein Feld jeweils eine Aktivierung erfährt, wenn eine vorgegebene Lichtmenge auf das Feld trifft.
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Mit Vorteil ist die Auslöseposition erreicht, wenn eine vorgegebene Zahl an Feldern des Photodiodenarrays aktiviert ist.
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Eine einfache Ausführung sieht vor, dass das Signal mit der Position der oberen Kante des Indikatorstifts korrespondiert.
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Die Genauigkeit lässt sich erhöhen, wenn vor und/oder hinter dem Indikatorstift ein Spalt vorhanden ist, der von dem zweiten Ende des längsverschieblichen Indikatorstifts verschließbar ist.
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Die Lösung sieht bezogen auf die Einrichtung vor, dass eine Signalisierung erfolgt, wenn der Indikatorstift bei geschlossenem Schalter durch eine Längsverschiebung eine Auslöseposition erreicht, wobei auf einander gegenüberliegenden Seiten einander zugewandt eine Lichtquelle und ein Lichtempfänger angeordnet sind, zwischen denen sich der Indikatorstift im Strahlengang befindet, dass ein Vergleich des Signals des Lichtempfängers, das dem empfangenen Licht entspricht, mit einem vorgegebenen Schwellwert erfolgt, welcher der Auslöseposition des Indikatorstifts entspricht, und dass die Signalisierung erfolgt, wenn das Signal den Schwellwert überschreitet.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels beschrieben. Es zeigen:
- 1 einen Kontaktträger eines Schalters,
- 2 einen Längsschnitt durch den Kontaktträger gemäß 1 und das obere Ende eines Indikatorstifts einer Signalisierungs-Einrichtung,
- 3 eine Ansicht senkrecht auf den Längsschnitt gemäß 2 gesehen,
- 4 die Signalisierungs-Einrichtung gemäß 1 in einer vergrößerten Darstellung,
- 5 eine Ansicht senkrecht auf die Signalisierungs-Einrichtung gemäß 4 gesehen und
- 6 eine Ansicht von schräg oben auf die Signalisierungs-Einrichtung gemäß 4 gesehen.
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1 zeigt einen Kontaktträger 1 eines Schalters, der hier als Niederspannungs-Leistungsschalter ausgebildet und in einem aus einem Gehäuseoberteil und einem Gehäuseunterteil bestehendes Gehäuse (nicht gezeigt) angeordnet ist. Der Kontaktträger 1 des in 1 in seiner Schließstellung gezeigten Schalters 1 verbindet zwei durch das Gehäuse nach außen geführte Anschlussschienen 2, 3 elektrisch miteinander. Zum Öffnen und Schließen des Schalters ist der Kontaktträger 1 um eine (erste) Schwenkachse 4 schwenkbar gelagert, was mittels eines nicht gezeigten Schaltschlosses erfolgt.
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Oberhalb der Anschlussschiene 2 ist am Kontaktträger 1 eine optische Einheit 5 angeordnet, die in den Kontaktträger 1 als einbaufertige Einheit in eine entsprechende Vertiefung eingesetzt und mittels Schrauben 5a am Kontaktträger 1 befestigt ist. Zur Justage dient eine Justierschraube 5b.
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2 und 3 zeigen einen Längsschnitt durch den Kontaktträger 1 und die optische Einheit 5, 3 senkrecht auf den Längsschnitt gesehen.
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Am Kontaktträger 1 ist ein beweglicher Schaltkontakt 9 in Form eines Kontaktfingers um eine (zweite) Schwenkachse 10 schwenkbar gelagert. Der bewegliche Schaltkontakt 9 ist als zweiarmiger Schwenkhebel ausgebildet, welcher im Bereich eines Hebelendes 9a (in 2 und 3 links von der Schwenkachse 10) eine Kontaktauflage 11 in Form eines Schaltstücks aufweist. Auf dieser Seite des Hebelendes 9a und der Kontaktauflage 11 zugewandt ist eine Kontaktauflage 12 eines feststehenden Schaltkontakts 13 in Form eines Schaltstücks an der Anschlussschiene 2 fest angeordnet. Die Kontaktauflage 11 liegt in 2 und 3 mit einer elastischen Kraft beaufschlagt an der Kontaktauflage 12 an.
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Die elastische Kraftbeaufschlagung erfolgt zumindest mittels einer Schraubenfeder 14 oder 15, hier mittels zweier Schraubenfedern 14, 15, die beide am Kontaktträger 1 abgestützt sind.
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Wie 2 und 3 erkennen lässt, ist der bewegliche Schaltkontakt 9 am anderen Hebelende 9b über parallel verlaufende elektrische Leitungen 16 mit der Anschlussschiene 3 verbunden. Die parallelen Leitungen 16 ermöglichen eine Schwenkbewegung des Schwenkhebels 9a.
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1, 2 und 3 zeigen eine Vielzahl von Leitungen 16, welche die beiden Anschlussschienen 3, 4 jeweils über zwei Kontaktauflagen 11, 12 miteinander verbinden.
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Die optische Einheit 5 umfasst eine Signalisierungs-Einrichtung 5c, zu der ein Indikatorstift 6 gehört, der sich mit seinem (zweiten) Ende durch den Kontaktträger 1 hindurch in die Signalisierungs-Einrichtung 5 erstreckt.
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Der Indikatorstift 6, der aus einem nicht leitfähigen Material besteht, insbesondere um eine Spannungsverschleppung zu vermeiden, wirkt hier nur mit den beiden in der Mitte befindlichen Kontaktauflagen 11, 12 zusammen.
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Er verläuft durch den zylindrischen Innenraum (Hohlraum) der Schraubenfeder 15. Sein bezogen auf 2 unteres (erstes) Ende ist auf der Seite, die der Kontaktauflage 11 gegenüber liegt, am Kontakthebelende 9b (am Schaltkontakt 9) befestigt. Die Befestigung weist etwas Spiel hinsichtlich einer Schwenkbewegung auf; in Längsrichtung des Indikatorstifts 6 ist kein Spiel vorhanden. Dazu weist das (erste) Ende des Indikatorstifts 6 eine (hier zylindrische) Verdickung 6a auf, an welcher die elastische Kraftbeaufschlagung angreift, indem sich die Schraubenfeder 15 an der Verdickung 6a abstützt und so den Indikatorstift 6 gegen den beweglichen Schaltkontakt 9 drückt. Die Verdickung 6a weist am ersten Ende des Indikatorstifts 6 eine zum Schaltkontakt 9 hin offene Ausnehmung 6b auf, in welche ein am beweglichen Schaltkontakt 9 angeordneter Vorsprung 6c eingreift. Die Schraubenfeder 15 bildet hier eine Längsführung für den Indikatorstift 6.
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3 zeigt insbesondere die beiden Kraft beaufschlagt aneinander anliegenden Kontaktauflagen 11, 12 deutlicher als 2.
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4 zeigt einen vertikalen Schnitt durch die optische Einheit 5 mit der Signalisierungs-Einrichtung 5c, wobei der Schnitt längs durch den Indikatorstift 6 und quer zu 3 verläuft. 5 zeigt eine Ansicht senkrecht auf die Signalisierungs-Einrichtung gemäß 4 gesehen und 6 noch eine Ansicht von schräg oben auf die Signalisierungs-Einrichtung gemäß 4 gesehen.
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Man erkennt in 4, 5 und 6 sehr gut das obere Ende des Indikatorstifts 6, der längsbeweglich in einem Hohlzylinder 6a einer Längsführung 6b geführt ist. In der Längsführung 6b sind beidseitig des Indikatorstifts 6 zwei Spalte 6c (in Form von Durchgangsöffnungen) vorhanden, die sich auf gleicher Höhe befinden und in 4 von dem zweiten Ende des Indikatorstifts 6 (von dem Indikatorstift 6) verschlossen sind.
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Jedem Spalt 6c zugewandt ist ein Fotoelement angeordnet, bezogen auf 4 links eine LED (Licht emittierende Diode) als Lichtquelle Q und rechts ein Photodiodenarray A als Lichtempfänger E. Von der LED ist in 4 nur eine Halterung H von der Seite zu sehen. Der Indikatorstift 6 befindet sich im optischen Strahlengang zwischen der LED und dem Photodiodenarray A. Man erkennt, dass das obere Ende des Indikatorstifts 6 bei einer Verschiebung in Pfeilrichtung R nach unten den Licht-Durchgang durch die beiden Spalte 6c mehr und mehr freigibt, so dass im Verlauf der Verschiebung immer mehr Licht von der LED auf das Photodiodenarray A gelangt.
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Das Photodiodenarray A bildet ein Ausgangssignal, das mit der Höhen-Position des Indikatorstifts 6 korrespondiert, insbesondere mit der Position des zweiten Endes (der oberen Kante) des Indikatorstifts 6. Eine vorgegebene Höhen-Position entspricht einer Auslöseposition und damit einer Mindestdicke (Restdicke) der Kontaktauflagen 11, 12. Die Signalisierungs-Einrichtung 5c gibt bei Erreichen der Auslöseposition ein Auslösesignal ab. Eine Abgabe des Auslösesignals erfolgt jeweils, wenn das Ausgangssignal einen Schwellwert überschreitet.
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Das Photodiodenarray A weist mehrere Felder auf, die in Längsrichtung des Indikatorstifts 6 hintereinander angeordnet sind. Trifft eine vorgegebene Lichtmenge auf eines der Felder, wird das entsprechende Feld aktiviert. Die Zahl der aktivierten Felder des Photodiodenarrays A korreliert mit der Höhen-Position des Indikatorstifts 6, die Auslöseposition mit einer entsprechenden Anzahl aktivierter Felder.
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Zur Justage dient eine Justierschraube 5b, die nach Lösen der Schrauben 5a am Kontaktträger 1 eine Tiefen- und Höhenverschiebung bewirkt. Dazu ist die Längsführung 6b mittels zweier zusammenwirkender Keile tiefen- und höhenverschiebbar, wobei einer der beiden Keile mittels der Justierschraube 5b tiefenverschiebbar ist.
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Bei einer Ausführung werden das Photodiodenarray A und die LED jeweils auf einer kleinen Platine in die optische Einheit 5 gesteckt und mittels Kabel mit einer Auswerte- und Messeinrichtung verbunden sind. Alternativ kann die Ausführung auch integriert mittels der MID-Technologie (Moulded lnterconnected Device Technology) erfolgen, bei der die elektrischen Verbindungen in den Kunststoffträger bereits integriert und die elektronischen Bauelemente direkt als SMD-Bauteile aufgelötet sind. Eine weitere Ausführung kann mittels flexibler Leiterfolien erfolgen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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