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Die vorliegende Erfindung betrifft einen Schaltspielzähler mit unabhängiger Energieversorgung, und sie betrifft ein elektrisches Gerät, das einen solchen Schaltspielzähler aufweist.
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Ein herkömmlicher Schaltspielzähler hat eine Zählvorrichtung, die die Schaltvorgänge des Schalters zählt und die gezählte Anzahl an einem Anzeigeelement anzeigt. Bei Schaltern der Mittelspannung ist aufgrund einer beschränkten Lebensdauer dieser Schalter eine Anzeige der ausgeführten Schaltspiele direkt am Schalter unbedingt erforderlich.
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Der mechanische Verschleiß des Zählers und dessen mechanische Ankopplung und eine eventuell damit eintretende Falschzählung können problematisch sein. Weiterhin ist es möglich, mittels nachgelagerten elektronischen Geräten - meist als Teilfunktion der in Schaltern und Schaltanlagen miteingesetzten Schutzgeräte - eine elektronische Zählung durchzuführen und permanent zu speichern. Diese müssen jedoch permanent mit Energie versorgt werden, da sonst keine Zählung erfolgen kann. Ein Ausfall der Energieversorgung während der Schalthandlung bedeutet, dass eine vorgenommene Schalthandlung nicht mitgezählt wird.
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Für Schaltelemente in der Niederspannung bei kleinen Leistungen wird in
EP 2 574 946 B1 ein Verfahren beschrieben, wie die Anzahl der Schalthandlungen über ein Element angezeigt werden kann, das die angezeigten Informationen ohne Energiezufuhr beibehält. Diese Zähleinrichtung ist jedoch nicht eigenversorgt, sondern wird über die Antriebsspannung des Schaltelementes betrieben. Dieser Zähler zählt die Anzahl der Anregungsereignisse des Schaltelementes, nicht jedoch die tatsächliche Zahl der Schalthandlungen des Schalters.
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Die
US20100264906A1 offenbart einen Stromwandler mit einer Sekundärwicklung zum Abgreifen uns Speichern elektrischer Energie.
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Die
US20140254052A1 beschreibt eine Anzeige von Schaltvorgängen bei Leistungsschaltern, wobei die eine Speicher-Anzeige ist.
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Die
US20160209451A1 zeigt eine Überwachung des Stromverbrauchs an verschieden Punkten, wie beispielsweise Leistungsschaltern.
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Die
EP2574946B1 offenbart eine Vorrichtung zum Zählen von Erregungsereignissen und die Anzeige der Anzahl der Erregungsereignisse.
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Die
DE69110695T2 beschreibt einen Schaltungsunterbrecher, der Betriebsdaten mittels eines Mikroprozessors erfasst und in einem nicht flüchtigen Speicher speichert. Dazu ist aber immer eine externe Stromspeisung notwendig.
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Es besteht ein Bedarf an einem Schaltspielzähler und an einem elektrischen Gerät, die diese Nachteile überwinden, insbesondere ohne auf eine externe Stromspeisung angewiesen zu sein. Dieser Bedarf kann durch den Gegenstand des unabhängigen Anspruchs 1 erfüllt werden. Die vorliegende Erfindung ist entsprechend den abhängigen Ansprüchen weitergebildet.
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Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung weist ein Schaltspielzähler zum Zählen von Schaltvorgängen eines Schalters, der mindestens einen beweglichen Teil aufweist, der während eines Schaltvorgangs bewegt wird, Folgendes auf: eine Energieerzeugungsvorrichtung, die mittels einer Bewegung des beweglichen Teils des Schalters eine Energie erzeugt; eine elektrische Zählvorrichtung, die die Schaltvorgänge des Schalters zählt und die gezählte Anzahl in einem Speicher der Zählvorrichtung speichert, wobei die Zählvorrichtung durch die Energie gespeist wird, die durch die Energieerzeugungsvorrichtung erzeugt wird; und ein Anzeigeelement, das die gezählte Anzahl der Schaltvorgänge anzeigt, wobei das Anzeigeelement zur Aufrechterhaltung der Anzeige keine oder im Wesentlichen keine Energie benötigt.
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Dieser eigenversorgte Schaltspielzähler besteht im Wesentlichen aus drei Modulen, nämlich die Energieerzeugungsvorrichtung; die elektrische Zählvorrichtung bzw. Zählelektronik beispielsweise mit einem nichtflüchtigen Speicher, wobei die benötigte Speichergröße lediglich 16 Bit betragen kann; und das Anzeigeelement, das zur Aufrechterhaltung der Anzeige keine oder im Wesentlichen keine Erhaltungsspannung benötigt. Im Kontext der vorliegenden Erfindung kann der Begriff „keine oder im Wesentlichen keine Energie“ so verstanden werden, dass zum Betrieb des Anzeigeelements keine (gesonderte) Energieversorgung benötigt wird. Insbesondere kann dieser Begriff so verstanden werden, dass die Anzeige an dem Anzeigeelement über einen längeren Zeitraum, beispielsweise einen Tag, eine Woche oder länger betragen kann, aufrechterhalten werden kann. Des Weiteren kann zum Ändern der Anzeige an dem Anzeigeelement auf die Energie von der Energieerzeugungsvorrichtung zurückgegriffen werden.
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Durch das (im Wesentlichen) energielose Anzeigeelement ist nur eine kurzeitige Bereitstellung der Energie erforderlich, wenn zum Beispiel die Anzeige geändert wird. Diese Energie kann mittels direkter Ankopplung an den beweglichen Teil des Schalters, beispielsweise an eine Antriebseinrichtung des Schalters, durch verschiedene physikalische Effekte erzeugt werden.
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Damit wird ein mechanischer Schaltspielzähler, insbesondere für Mittelspannungsschalter, bereitgestellt, wobei durch Nutzung der Energie von bereits vorhanden beweglichen Elementen des Schalters auf eine bisherige mechanische Anzeige verzichtet werden kann.
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Durch die vorliegende Erfindung können Schaltspielzähler für ein größeres Schalterportfolio vereinheitlicht werden, d.h. es ist u.U. lediglich eine mechanische Anpassung der Energieerzeugungsvorrichtung an die jeweiligen Schaltertypen notwendig. Der Konstruktionsaufwand für neue Schalter wird dadurch verringert. Weiterhin fallen zusätzliche bewegliche Teile weg, was ebenfalls zu einer deutlichen Kosteneinsparung beiträgt. Da nur wenige elektronische Bauteile erforderlich sind, können bei dem erfindungsgemäßen Schaltspielzähler die Kosten gegenüber konventionellen Schaltspielzählern reduziert werden.
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In einem Ausführungsbeispiel weist die Energieerzeugungsvorrichtung eine Spule auf, die dazu konfiguriert ist, mit dem beweglichen Teil so gekoppelt zu werden, dass bei einer Bewegung des beweglichen Teils, welcher ein metallisches und/oder magnetisches Material aufweist, eine elektrische Spannung in der Spule induziert wird.
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In einem Ausführungsbeispiel weist die Energieerzeugungsvorrichtung ein piezoelektrisches Element auf, das dazu konfiguriert ist, mit dem beweglichen Teil so gekoppelt zu werden, dass bei einer Bewegung des beweglichen Teils eine elektrische Spannung in dem piezoelektrischen Element erzeugt wird.
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In einem Ausführungsbeispiel ist der Speicher ein nicht-flüchtiger Speicher, zum Beispiel mit 16 Bit.
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In einem Ausführungsbeispiel ist das Anzeigeelement ein so genanntes elektronisches Papier. Das elektronische Papier reflektiert das Licht wie gewöhnliches Papier, d.h. es handelt sich um passive, nicht leuchtende Anzeigevorrichtungen. Zur Aufrechterhaltung der Anzeige wird keine oder im Wesentlichen keine Erhaltungsspannung benötigt; jedoch kann die Anzeige durch kurzeitige Energiezufuhr geändert werden. Die zum Ändern der Anzeige benötigte Energie kann durch die Energieerzeugungsvorrichtung bereitgestellt werden. Alternativ kann das Anzeigeelement selbstverständlich durch eine andere Energiequelle gespeist werden, zum Beispiel durch eine Stromversorgung des elektrischen Geräts oder durch eine eingebaute Batterie.
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In einem Ausführungsbeispiel hat der Schaltspielzähler des Weiteren eine Vergleichsvorrichtung, beispielsweise in der elektrischen Zählvorrichtung, und die Vergleichsvorrichtung ist dazu konfiguriert, die gezählte Anzahl der Schaltvorgänge mit einem Schwellwert zu vergleichen und das Anzeigeelement zum Anzeigen eines Signals zu veranlassen, wenn die gezählte Anzahl der Schaltvorgänge größer ist als der Schwellwert. Damit kann der Schaltspielzähler dazu genutzt werden, beim Erreichen einer bestimmten festeingestellten oder programmierbaren Schaltspielzahl ein kurzeitiges binäres Signal auszugeben, mit dem signalisiert werden kann, dass ein Wartungsintervall stattfinden muss oder das Ende der Lebensdauer erreicht ist.
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Gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung ist ein elektrisches Gerät vorgesehen, das einen Schalter und den Schaltspielzähler aufweist, wobei der Schalter den beweglichen Teil aufweist, der während des Schaltvorgangs bewegt wird.
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In einem Ausführungsbeispiel ist zwischen der Energieerzeugungsvorrichtung und der elektrischen Zählvorrichtung und/oder zwischen der elektrischen Zählvorrichtung und dem Anzeigeelement eine Kabelverbindung vorgesehen. In einem Ausführungsbeispiel hat das elektrische Gerät des Weiteren ein Gehäuse, wobei das Anzeigeelement an dem Gehäuse angeordnet ist.
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Der Ort des elektronischen Schaltspielzählers kann damit weitgehend unabhängig von der tatsächlichen mechanischen Anregung gewählt werden. So ist auch mittels elektrischer Kupplung eine Anbringung des Schaltspielzählers in der Gehäusefront einer Schaltanlage denkbar.
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Die vorstehend definierten Aspekte und weitere Aspekte der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus den nachfolgend beschriebenen Ausführungsbeispielen. Die Erfindung wird für ihre Ausführbarkeit im Folgenden anhand der Ausführungsbeispielen näher beschrieben, auf die die Erfindung jedoch nicht beschränkt ist.
- 1 zeigt eine schematische Ansicht eines Schaltspielzählers gemäß einem Ausführungsbeispiel;
- 2 zeigt eine schematische Ansicht eines Schaltspielzählers gemäß einem Ausführungsbeispiel;
- 3 zeigt eine schematische Ansicht eines Schaltspielzählers gemäß einem Ausführungsbeispiel; und
- 4 zeigt eine schematische Ansicht eines elektrischen Geräts gemäß einem Ausführungsbeispiel.
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Die Zeichnungen sind schematisch dargestellt. Es wird darauf hingewiesen, dass in verschiedenen Figuren ähnliche oder identische Elemente mit denselben Bezugszeichen versehen sind.
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1 zeigt eine schematische Ansicht eines Schaltspielzählers 1 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Der Schaltspielzähler 1 dient zum Zählen von Schaltvorgängen eines Schalters 2, der mindestens einen beweglichen Teil 3 aufweist, das während eines Schaltvorgangs bewegt wird. Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist der bewegliche Teil 3 derart beweglich, dass ein elektrischer Strom je nach Position des beweglichen Teils 3 durch den Schalter 2 durchgelassen oder unterbrochen wird.
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Der Schaltspielzähler 1 hat eine Energieerzeugungsvorrichtung 4, die mittels einer Bewegung des beweglichen Teils 3 des Schalters 2 eine Energie erzeugt. Der Schaltspielzähler 1 hat ferner eine elektrische Zählvorrichtung 5, die die Schaltvorgänge des Schalters 2 zählt und die gezählte Anzahl in dem Speicher der Zählvorrichtung 5 speichert, wobei die Zählvorrichtung 5 durch die Energie gespeist wird, die durch die Energieerzeugungsvorrichtung 4 erzeugt wird. Schließlich hat der Schaltspielzähler 1 ein Anzeigeelement 6, das mit der Zählvorrichtung 5 verbunden ist und die durch die Zählvorrichtung 5 gezählte Anzahl der Schaltvorgänge anzeigt, wobei das Anzeigeelement 6 zur Aufrechterhaltung der Anzeige keine oder im Wesentlichen keine Energie benötigt. Die Anzeige kann durch kurzeitige Energiezufuhr geändert werden. Die zum Ändern der Anzeige benötigte Energie kann durch die Energieerzeugungsvorrichtung 4 bereitgestellt werden. Alternativ kann das Anzeigeelement 6 selbstverständlich durch eine andere Energiequelle gespeist werden, zum Beispiel durch eine Stromversorgung eines elektrischen Geräts oder durch eine eingebaute Batterie.
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Die Energieerzeugungsvorrichtung 4 kann in beliebiger Weise die Energie erzeugen, mit der die Zählvorrichtung 5 gespeist wird. Beispiele einer Energieerzeugungsvorrichtung 4 werden nachfolgend beschrieben.
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2 zeigt eine schematische Ansicht eines Schaltspielzählers 1 gemäß einem Ausführungsbeispiel, bei dem die Energieerzeugungsvorrichtung 4 eine Spule aufweist, die dazu konfiguriert ist, mit dem beweglichen Teil 3 so gekoppelt zu werden, dass bei einer Bewegung des beweglichen Teils 3, welcher ein metallisches und/oder magnetisches Material aufweist, eine elektrische Spannung in der Spule induziert wird. Bei dem Ausführungsbeispiel der 2 ist der bewegliche Teil 3 mit einem Metallteil, wie zum Beispiel einem länglichen Eisen- oder Stahlkern, vorzugsweise magnetisiert, gekoppelt. Wenn der bewegliche Teil 3 bewegt wird, um den Schalter 2 zu betätigen, wird der Metallteil in die Spule hinein oder aus der Spule heraus bewegt. Damit wird eine elektrische Spannung in der Spule induziert, die zur Energieversorgung herangezogen werden kann.
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Dieses Ausführungsbeispiel kann dahingehend abgewandelt werden, dass nicht der Metallteil, sondern die Spule mechanisch mit dem beweglichen Teil 3 gekoppelt ist. Der Metallteil wiederum kann ortsfest angeordnet sein. Wenn der bewegliche Teil 3 bewegt wird, um den Schalter 2 zu betätigen, wird der Metallteil ebenfalls in die Spule hinein oder aus der Spule heraus bewegt, um die elektrische Spannung in der Spule zu induzieren.
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3 zeigt eine schematische Ansicht eines Schaltspielzählers 1 gemäß einem Ausführungsbeispiel, bei dem die Energieerzeugungsvorrichtung 4 ein piezoelektrisches Element aufweist, das dazu konfiguriert ist, mit dem beweglichen Teil 3 so gekoppelt zu werden, dass bei einer Bewegung des beweglichen Teils 3 eine elektrische Spannung in dem piezoelektrischen Element erzeugt wird. Wenn der bewegliche Teil 3 bewegt wird, um den Schalter 2 zu betätigen, wird ein mechanischer Druck auf das piezoelektrische Element aufgebracht, wodurch dort die elektrische Spannung erzeugt wird, die zum Speisen der Zählvorrichtung 5 dient.
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In allen Ausführungsbeispielen kann der Speicher ein nicht-flüchtiger Speicher sein, zum Beispiel ein relativ kleiner Speicher mit 16 Bit.
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Das Anzeigeelement 6 kann ein so genanntes elektronisches Papier sein, das zur Aufrechterhaltung der Anzeige keine oder im Wesentlichen keine Erhaltungsspannung benötigt. Das elektronische Papier wird in Fachkreisen auch als E-Papier, epaper, E-Paper, ePaper oder auch als E-ink bezeichnet. Das elektronische Papier reflektiert das Licht wie gewöhnliches Papier, d.h. es handelt sich um passive, nichtleuchtende Anzeigevorrichtungen. Zur Aufrechterhaltung der Anzeige wird keine oder im Wesentlichen keine Erhaltungsspannung benötigt; jedoch kann die Anzeige durch kurzeitige Energiezufuhr geändert werden. Die zum Ändern der Anzeige benötigte Energie kann durch die Energieerzeugungsvorrichtung 4 bereitgestellt werden. Alternativ kann das Anzeigeelement 6 durch eine andere Energiequelle gespeist werden, zum Beispiel durch eine Stromversorgung des elektrischen Geräts oder durch eine eingebaute Batterie.
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Das Anzeigeelement 6 kann auch eine analoge Zählvorrichtung sein, die ähnlich wie eine analoge Wasseruhr oder ein analoger Kilometerzähler eines Kraftfahrzeugs arbeitet. Bei jedem einzelnen Zählvorgang wird ein erstes Zählerrad für Einerschritte durch die Energie von der Energieerzeugungsvorrichtung 4 weitergedreht. Nach jedem zehnten Zählvorgang wird ein zweites Zählerrad für Zehnerschritte durch die Energie von der Energieerzeugungsvorrichtung 4 weitergedreht, usw.
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Der Schaltspielzähler 1 kann des Weiteren eine Vergleichsvorrichtung (nicht gezeigt) beispielsweise in der elektrischen Zählvorrichtung 5 aufweisen, die dazu konfiguriert ist, die gezählte Anzahl der Schaltvorgänge mit einem Schwellwert zu vergleichen und das Anzeigeelement 6 zum Anzeigen eines Signals zu veranlassen, wenn die gezählte Anzahl der Schaltvorgänge größer ist als der Schwellwert. Die Vergleichsvorrichtung kann auch dazu genutzt werden, beim Erreichen des Schwellwerts, der als eine bestimmte festeingestellte oder programmierbaren Schaltspielzahl vorab definiert wird, ein (kurzeitiges) binäres Signal auszugeben, mit dem signalisiert werden kann, dass ein Wartungsintervall stattfinden muss oder das Ende der Lebensdauer des Schalters 2 erreicht ist.
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4 zeigt eine schematische Ansicht eines elektrischen Geräts 100 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Das elektrische Gerät 100 weist den 2 Schalter und den Schaltspielzähler auf, wobei der Schalter 2 wiederum den beweglichen Teil 3 aufweist, das während des Schaltvorgangs bewegt wird. Zwischen der elektrischen Zählvorrichtung 5 und dem Anzeigeelement 6 ist eine Kabelverbindung 7 vorgesehen. Alternativ oder zusätzlich kann zwischen der Energieerzeugungsvorrichtung 4 und der elektrischen Zählvorrichtung 5 eine Kabelverbindung vorgesehen sein.
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Das elektrische Gerät 100 hat des Weiteren ein Gehäuse 8, wobei das Anzeigeelement 6 an dem Gehäuse 8 angeordnet ist.
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Der Ort des elektronischen Schaltspielzählers 1 kann mithilfe der vorliegenden Erfindung weitgehend unabhängig von der tatsächlichen mechanischen Anregung gewählt werden. So ist auch mittels elektrischer Kupplung eine Anbringung des Schaltspielzählers 1 an dem Gehäuse 8, beispielsweise in der Gehäusefront einer Schaltanlage, denkbar.
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In den dargestellten Ausführungsbeispielen handelt es sich um einen mechanische Schaltspielzähler 1, der insbesondere für Mittelspannungsschalter geeignet ist und durch Nutzung der vorhanden beweglichen Elemente eine elektronische Anzeige aufweist, die eine Vielzahl von bekannten mechanischen Herausforderungen ersetzt.
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Durch die vorliegende Erfindung können Schaltspielzähler 1 für ein größeres Schalterportfolio vereinheitlicht werden, d.h. es ist u.U. lediglich eine mechanische Anpassung der Energieerzeugungsvorrichtung 4 an die jeweiligen Schaltertypen notwendig. Der Konstruktionsaufwand für neue Schalter 2 wird dadurch verringert. Weiterhin fallen zusätzliche bewegliche Teile weg, was ebenfalls zu einer deutlichen Kosteneinsparung beiträgt. Da nur wenige elektronische Bauteile erforderlich sind, können bei dem erfindungsgemäßen Schaltspielzähler 1 die Kosten gegenüber konventionellen Schaltspielzählern reduziert werden.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Schaltspielzähler
- 2
- Schalter (z.B. Mittelspannungsschalter)
- 3
- beweglicher Teil
- 4
- Energieerzeugungsvorrichtung
- 5
- elektrische Zählvorrichtung
- 6
- Anzeigeelement
- 7
- Kabelverbindung
- 8
- Gehäuse
- 100
- elektrisches Gerät
