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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 9.
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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 102 43 835 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 9 gelöst; die Unteransprüche stellen vorteilhafte Ausgestaltungen dar.
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Die Lösung sieht bezogen auf den Schalter vor, dass eine Einrichtung vorhanden ist, die ein Indikatorelement mit einem leitfähigen Kern aufweist, das sich in einer der beiden Kontaktauflagen befindet und von dem zugehörigen Schaltkontakt aus gesehen in der Kontaktauflage bis zu einer vorgegebenen Tiefe reicht, wobei der Kern gegenüber der Kontaktauflage elektrisch isoliert ist, dass eine Erfassung des elektrischen Potentials des leitfähigen Kerns gegenüber einem Referenzpotential erfolgt, und dass eine Signalisierung einer vorgegebenen Abnutzung der Kontaktauflage erfolgt, wenn eine Änderung des Potentials des leitfähigen Kerns eine vorgegebene Schwelle entweder über- oder unterschreitet.
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Das Problem wird also dadurch gelöst, dass in den beweglichen Schaltkontakt ein isoliertes Indikatorelement (ein Leiter) eingebracht wird, welches sich in der Kontaktauflage befindet (und speziell von dem beweglichen Schaltkontakt bis in die Kontaktauflage reicht) und vollständig gegenüber der Kontaktauflage (und speziell dem beweglichen Schaltkontakt) isoliert ist. Erodiert die Kontaktauflage, so wird bei Erreichen des Indikatorelements auch die Isolierung zerstört (abgenutzt) und das elektrische Potential des Indikatorelements entspricht in etwa dem des beweglichen Schaltkontakts. Der Vergleich mit einem Referenzpotential ergibt eine Änderung der Potentialdifferenz. Die Potentialdifferenz wird als Kontaktzustandsanzeige in dem Sinne genutzt, dass ab einer vorgegebenen Schwelle (Potentialdifferenz) die Kontaktauflage verschlissen ist und nur noch über eine Restdicke verfügt.
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Die Signalisierung einer vorgegebenen Abnutzung durch die Erosion der Kontaktauflage wird ausgelöst, sobald die Isolierung verletzt und damit die vorgegebene Schwelle (Potentialdifferenz) erreicht ist. Der Vorteil besteht darin, da hierzu kein Schalterausbau erforderlich ist.
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Mit Vorteil ist das Indikatorelement als Indikatorstift ausgebildet.
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Zweckmäßigerweise ist das Indikatorelement mit einer geschlossenen Isolierung in Form einer Isolationsschicht versehen.
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Technisch einfach ist es, wenn sich der Indikatorstift durch den beweglichen Schaltkontakt hindurch bis zu der vorgegebenen Tiefe, die einer Restdicke entspricht, in die Kontaktauflage des beweglichen Schaltkontakts hinein erstreckt.
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Bei einer einfachen Ausführung sind die Mantelfläche und zumindest die in der Kontaktauflage befindliche Stirnfläche des Indikatorstifts mit einer geschlossenen Isolationsschicht versehen.
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Die Signalisierung einer vorgegebenen Abnutzung der Kontaktauflage erfolgt dann, wenn ein Vergleich der Differenz des Potentials des leitfähigen Kerns und des Potentials des beweglichen Schaltkontakts als Referenzpotential entweder eine Unterschreitung der Schwelle ergibt.
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Technisch einfach ist es, wenn die elastische Kraftbeaufschlagung am Kontaktträger abgestützt ist und die zweite Kontaktauflage bei geschlossenem Schalter gegen die erste Kontaktauflage drückt.
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Technisch einfach ist es, wenn sich das Indikatorelement in der Kontaktauflage des beweglichen Schaltkontakts befindet und vom beweglichen Schaltkontakt aus gesehen in der Kontaktauflage des beweglichen Schaltkontakts bis zu einer vorgegebenen Tiefe reicht, wobei der Kern gegenüber der Kontaktauflage elektrisch isoliert ist.
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Die Lösung sieht bezogen auf die Einrichtung vor, dass ein Indikatorelement mit einem leitfähigen Kern vorhanden ist, das sich in einer der beiden Kontaktauflage befindet und von dem zugehörigen Schaltkontakt aus gesehen in der Kontaktauflage bis zu einer vorgegebenen Tiefe reicht, wobei der Kern gegenüber der Kontaktauflage elektrisch isoliert ist, dass eine Erfassung des elektrischen Potentials des leitfähigen Kerns gegenüber einem Referenzpotential erfolgt, und dass eine Signalisierung einer vorgegebenen Abnutzung der Kontaktauflage erfolgt, wenn eine Änderung des Potentials des leitfähigen Kerns eine vorgegebene Schwelle über- oder unterschreitet.
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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,
- 3 das Hebelende des bewegliche Schaltkontakts gemäß 2 mit Indikatorstift,
- 4 einen vergrößerten Ausschnitt des unteren Teils des Indikatorstifts gemäß 3 und
- 5 den unteren Teil des Indikatorstifts gemäß 4 bei Erreichen der Restdicke der Kontaktauflagen.
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1 zeigt einen Kontaktträger 1 eines Schalters, der hier als Niederspannungs-Leistungsschalter ausgebildet und in einem 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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2 zeigt einen Längsschnitt durch den Kontaktträger 1 senkrecht auf den Längsschnitt gesehen.Am Kontaktträger 1 ist ein beweglicher Schaltkontakt 9 um eine (zweite) Schwenkachse 10 schwenkbar gelagert, der die Form eines Kontaktfingers aufweist. Der bewegliche Schaltkontakt 9 ist als zweiarmiger Schwenkhebel ausgebildet, wobei im Bereich eines Hebelendes 9a (links von der Schwenkachse 10) eine Kontaktauflage 11 in Form eines Schaltstücks angeordnet ist. 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 angeordnet. Die Kontaktauflage 11 liegt in 2 mit einer elastischen Kraft beaufschlagt an der Kontaktauflage 12 an.
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Die elastische Kraftbeaufschlagung erfolgt mittels zweier Schraubenfedern 14, 15, die beide am Kontaktträger 1 abgestützt sind.
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Der bewegliche Schaltkontakt 9 in 2 ist am anderen Hebelende 9b jeweils über eine elektrische Leitung 16 mit der Anschlussschiene 3 verbunden. 1 und 2 zeigen eine Vielzahl von parallel verlaufenden Leitungen 16, welche die beiden Anschlussschienen 3, 4 jeweils über zwei Kontaktauflagen 11, 12 miteinander verbinden. Die parallelen Leitungen 16 ermöglichen eine entsprechende Schwenkbewegung des Schwenkhebels 9a.
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Eine Signalisierungs-Einrichtung 5 umfasst ein Indikatorelement I, das sich vom beweglichen Schaltkontakt 9 aus gesehen bis zu einer vorgegebenen Tiefe d in der Kontaktauflage 11 befindet. Das Indikatorelement I kann nur in der Kontaktauflage 11 oder im beweglichen Schaltkontakt 9 und in der Kontaktauflage 11 angeordnet sein. Insbesondere kann es sich - wie im Ausführungsbeispiel - durch den beweglichen Schaltkontakt 9 hindurch bis in die Kontaktauflage 11 erstrecken (reichen) .
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Das Indikatorelement I ist hier im Ausführungsbeispiel als Indikatorstift 6 ausgebildet, der sich bezogen auf 2 von oben durch den beweglichen Schaltkontakt 9 hindurch bis zu der vorgegebenen Tiefe d, die einer Restdicke R entspricht, in die Kontaktauflage 11 des beweglichen Schaltkontakts 9 hinein erstreckt. Der hier zylindrisch ausgebildete Indikatorstift 6 ist am Schaltkontakt 9 fest angeordnet und wirkt hier nur mit zwei in der Mitte befindlichen Kontaktauflagen 11, 12 zusammen.
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3 zeigt schematisch das Hebelende 9a des beweglichen Schaltkontakts 9 gemäß 2 ohne die Schraubenfedern 14, 15 in einer vergrößerten Darstellung. Das Indikatorelement I der Signalisierungs-Einrichtung 5 besteht aus einem Kern 6a aus leitfähigem Material, das nach außen hin isoliert ist. Dazu weist die Außenfläche des Indikatorelements I eine Isolierung 6b auf.
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Beim Indikatorstift 6 weist die Mantelfläche und zumindest die (untere) Stirnfläche eine geschlossene Isolierung 6b in Form einer Isolationsschicht (Isolationsbeschichtung) auf, die eine Grenz- oder Zwischenschicht bildet.
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4 zeigt einen vergrößerten Ausschnitt des unteren Teils des Indikatorstifts 6 gemäß 3, der bis zu der Tiefe d in die Kontaktauflage 11 eintaucht (sich erstreckt), die mit ihrer ursprünglichen (noch nicht abgenutzten) Dicke D dargestellt ist, wobei die Tiefe d einer Restdicke R der Kontaktauflage 11 entspricht. Bei der Restdicke R ist eine vorgegebene Abnutzung der Kontaktauflage 11 und damit der beiden zugehörigen Kontaktauflagen 11, 12 erreicht, wenn man davon ausgeht, dass die Abnutzung bei beiden Kontaktauflagen 11, 12 in etwa gleichmäßig erfolgt.
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Das elektrische Potential des leitfähigen Kerns 6a des Indikatorelements I wird gegenüber einem Referenzpotential (einer Referenzstelle) erfasst, die auf dem Potenzial des beweglichen Schaltkontakts 9 liegt, der hier die Referenzstelle bildet. Selbstverständlich ist als Referenzpotential auch das Massepotential oder ein Nullpotenzial geeignet.
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Werden die Kontaktauflagen 11, 12 durch Schaltoperationen abgetragen, so verschleißt bei Erreichen der Restdicke R zuerst die Isolierung 6b (der Stirnfläche des Indikatorstifts 6), was in 5 schematisch dargestellt ist, wo der untere Bereich (beim Indikatorstift 6 die untere Stirnfläche) keine Isolierung 6b mehr aufweist und dadurch mit der Kontaktauflage 11 bzw. den Kontaktauflagen 11, 12 kontaktiert.
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Durch die verschleißbedingte Kontaktierung verändert sich aber auch das elektrische Potential des leitfähigen Kerns 6a gegenüber dem Referenzpotential. Das Potential des leitfähigen Kerns 6a steigt beispielsweise auf das Potenzial des beweglichen Schaltkontakts 9 an und die Potentialdifferenz wird zu Null.
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Der Indikatorstift 6 weist dann also einen größeren oder kleineren Potentialunterschied zur Referenzstelle auf. Ab einem vorgegebenem Potentialunterschied wird ein Auslösesignal generiert, welches anzeigt (signalisiert), dass die vorgegebene Restdicke I erreicht ist (Restdickenanzeige) und die Kontaktauflagen 11, 12 zu erneuern sind.
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Die Herstellung der Einrichtung 5 wird in einer ersten Variante die Kontaktauflage 11 (das Kontaktstück) mit dem Kontakthebel verschweißt. Vorher wird die Kontaktauflage 11 mit einer Aussparung versehen oder aber eine Kontaktauflage 11 mit bereits vorhandener Aussparung verwendet. Dann wird in die Aussparung ein isolierender Klebstoff und der mit einer Isolierung versehene Indikatorstift 6 Leiter eingebracht und seine Stirnseite in der gewünschte Tiefe d so justiert, dass eine aus dem Klebstoff gebildete Isolierung zur Kontaktauflage 11 hin entsteht. Die Kontaktierung erfolgt am anderen Ende des Indikatorstifts 6.
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In einer zweiten Variante wird zur Herstellung der Einrichtung 5 ein stabförmiger elektrischer Leiter als Kern 6a in eine Isolierhülse (z.B. aus Keramik) eingebracht und fixiert (z.B. durch Kleben). Die Isolierhülse mit dem Leiter wird dann in den Kontakthebel eingebracht und ebenso durch Kleben fixiert. Der Vorteil dieser Lösung ist, dass die Isolierung nicht erst im Zusammenbauprozess erstellt werden muss. Ebenso ist die Dicke der Isolierung zum Kern 6a definierter und die vorgegebene Restdicke I z.B. durch Nacharbeit (Abschleifen) leichter herstellbar (justierbar).
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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