DE10260249A1 - Method and device for determining the remaining service life of a switching device - Google Patents

Method and device for determining the remaining service life of a switching device Download PDF

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Abstract

Bei einem Schaltgerät werden die Schaltkontakte von einer Schaltgerätemechanik (100) in Ein- oder Ausschaltstellung gebracht, wobei zum Aufbringen der vorgegebenen Kontaktkraft in Einschaltstellung ein Durchdruck der Kontaktkraftfeder hergestellt wird. Die Lebensdauer eines solchen Schaltgerätes wird durch einen Schaltkontaktabbrand einerseits und einen mechanischen Verschleiß der Schaltgerätemechanik andererseits bestimmt. Bekannt ist es, den Schaltkontaktabbrand durch Erfassung der Durchdruckänderung im Antrieb des Schaltgerätes zu bestimmen, wobei beim Stand der Technik immer beim Ausschaltvorgang gemessen wird. Erfindungsgemäß erfolgt nunmehr die Erfassung der Durchdruckänderung beim Einschaltvorgang, wobei insbesondere auch der mechanische Verschleiß der Schaltgeräte miterfasst werden kann. Bei der zugehörigen Vorrichtung mit einem Magnetantrieb (100) aus Anker (101), Joch (110) und Magnetspulen (102, 102') ist am Magnetanker (110) ein Positionsgeber (120) in kraftschlüssigem Kontakt angekoppelt.In the case of a switching device, the switching contacts are brought into a switch-on or switch-off position by a switchgear mechanism (100), with the contact force spring being pressed through in order to apply the predetermined contact force in the switch-on position. The service life of such a switching device is determined on the one hand by a switch contact erosion and on the other hand by mechanical wear of the switching device mechanism. It is known to determine the switch contact erosion by detecting the change in pressure in the drive of the switching device, with the prior art always measuring during the switch-off process. According to the invention, the change in through-pressure during the switch-on process is now recorded, and in particular the mechanical wear of the switching devices can also be recorded. In the associated device with a magnetic drive (100) consisting of armature (101), yoke (110) and magnetic coils (102, 102 '), a position sensor (120) is coupled to the magnetic armature (110) in a force-locking contact.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Bestimmung der Restlebensdauer eines Schaltgerätes gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1. Daneben bezieht sich die Erfindung auf eine zugehörige Vorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 10.The invention relates to a Method for determining the remaining service life of a switching device according to the preamble of claim 1. In addition, the invention relates to an associated device according to the generic term of claim 10.

Für die Betriebssicherheit von Schaltanlagen ist es wichtig, die Restlebensdauer von Kontaktstücken zu kennen, um durch rechtzeitige Wartungsmaßnahmen, z.B. bei Schützen, durch Austausch der Kontakte, Betriebsstörungen zu vermeiden. Bisher bekannte Verfahren werten die zeitliche Abfolge während des Ausschaltvorganges aus. Für Schütze, insbesondere Luftschütze, wurde ein Verfahren zur Restlebensdauererkennung des Kontaktabbrandes entwickelt, bei dem der Abbrand durch Messung des Zeitintervalls zwischen Ankeröffnung – gekennzeichnet durch einen charakteristischen Peak in der Spulenspannung – und Kontaktöffnung – gekennzeichnet durch das Auftreten einer Schaltstreckenspannung – der Kontaktabbrand und damit die Restlebensdauer gemessen wird.For The operational safety of switchgear is important to the remaining life of contact pieces know in order to take timely maintenance measures, e.g. in shooters, by Exchange of contacts to avoid malfunctions. So far Known methods evaluate the time sequence during the Switch-off process. For Sagittarius, especially Contactors, a procedure for the detection of the remaining life of the contact wear has been developed, in which the erosion is characterized by measuring the time interval between anchor opening by a characteristic peak in the coil voltage - and contact opening - characterized by the occurrence of a switching path voltage - the contact erosion and thus the remaining life is measured.

Speziell das Verfahren zur Erfassung der Durchdruckänderung als Ersatzkriterium für den Kontaktabbrand ist mit der EP 0 694 937 B1 unter Schutz gestellt. Spezifische Methoden zur Anwendung bei Schaltgeräten sind in der EP 0 878 016 B1 , der EP 0 878 015 B1 und der EP 1 002 325 B1 beschrieben. Dabei wird durchweg darauf abgestellt, dass die Durchdruckänderungen beim Ausschaltvorgang, d.h. beim Öffnen der Schaltkontakte durch einen elektromagnetischen Antrieb erfasst werden, woraus speziell der Abbrand an den Schaltkontakten ermittelt und daraus die Restlebensdauer des Schaltgerätes ermittelt wird.In particular, the procedure for recording the change in through-pressure as a replacement criterion for contact erosion is based on the EP 0 694 937 B1 under protection. Specific methods for use with switchgear are in the EP 0 878 016 B1 , the EP 0 878 015 B1 and the EP 1 002 325 B1 described. It is consistently based on the fact that the pressure changes during the switch-off process, ie when the switch contacts are opened, are recorded by an electromagnetic drive, from which the erosion of the switch contacts is determined and the remaining service life of the switching device is determined therefrom.

Davon ausgehend ist es Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren und die zugehörige Vorrichtung anzugeben, bei denen neben dem Kontaktabbrand auch der Verschleiß der Schaltgerätemechanik unter bestimmten Bedingungen berücksichtigt werden kann. Zusätzlich ist eine Überwachung und Steuerung der Einschaltbewegung mit den erfassten Messwerten möglich.Based on this, it is the task of Invention to provide a method and the associated device where, in addition to the contact erosion, the wear on the switchgear mechanism considered under certain conditions can be. additionally is a surveillance and control of the switch-on movement with the recorded measured values possible.

Die Aufgabe ist bei einem Verfahren gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1 erfindungsgemäß durch das kennzeichnende Merkmal gelöst. Eine zugehörige Vorrichtung ist im Patentanspruch 10 angegeben. Weiterbildungen des Verfahrens sowie der zugehörigen Vorrichtung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.The task is with a procedure according to the generic term of claim 1 according to the invention by the characterizing Feature solved. A associated Device is specified in claim 10. further developments the procedure and the associated Device are the subject of the dependent claims.

Gemäß der Erfindung erfolgt nunmehr die Erfassung der Durchdruckänderungen speziell beim Einschaltvorgang, d.h. beim Schließen der Schaltkontakte durch den Magnetantrieb. Bei der zugehörigen Vorrichtung ist für diesen Zweck am Magnetanker des Magnetantriebes ein Positionsgeber im kraftschlüssigen Kontakt angekoppelt.According to the invention, this is now done the detection of changes in printing especially when switching on, i.e. when closing the switch contacts the magnetic drive. At the associated Device is for this purpose on the magnetic armature of the magnetic drive, a position encoder in the frictional Contact connected.

Vorteilhaft ist bei der Erfindung, dass nicht nur der Kontaktabbrand als die Lebensdauer des Schaltgerätes im Wesentlichen bestimmende Größe, sondern auch der Verschleiß der Gerätemechanik hierzu berücksichtigt werden kann. Dies kann dann von Bedeutung sein, wenn das Schaltgerät speziell ein Vakuumschütz ist. Während nämlich bei Luftschützen der Kontakthub vergleichsweise groß ist (bis zu 10 mm) und insofern das durch den Verschleiß der beweglichen Komponenten der Gerätemechanik verursachte Spiel prozentual kaum ins Gewicht fällt, kann dies bei Vakuumschützen eine nicht zu vernachlässigende Größe darstellen.It is advantageous in the invention that not only the contact erosion is essentially the lifespan of the switching device determining size but also the wear of the Device mechanics for this considered can be. This can be important if the switchgear is specifically one vacuum contactor is. While namely in air riflemen the contact stroke is comparatively large (up to 10 mm) and in this respect that through the wear of the moving components of the device mechanics play is hardly significant in percentage, this can be a problem with vacuum contactors not negligible Represent size.

Letzteres ist dadurch gegeben, dass der Kontakthub bei Vakuumschaltern gegenüber Luftschaltgeräten vergleichsweise gering ist (bis zu 2 mm), dafür aber durch die Kontakutschließkraft, die durch Kraftbeaufschlagung der Gerätemechanik und einer nur über Hebel erreichbaren Kraftumlenkung und Kraftübersetzung erzeugt wird, Verschleißerscheinungen an Drehpunkten und dergleichen leicht auftreten können.The latter is given by the fact that the contact stroke in vacuum switches compared to air switches is comparatively high is small (up to 2 mm), for that but through the contact closing force, that by applying force to the device mechanics and one only via lever achievable power redirection and power transmission is generated, signs of wear can easily occur at pivot points and the like.

Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Figurenbeschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnung in Verbindung mit den Patentansprüchen. Es zeigenMore details and advantages the invention result from the following description of the figures of embodiments based on the drawing in conjunction with the claims. It demonstrate

1 eine graphische Darstellung zur Berechnung der Kontakt-Schließposition beim Einschaltvorgang, 1 a graphical representation for calculating the contact closing position during the switch-on process,

2 einen Magnetantrieb für ein Schaltgerät mit einem Positionssensor, 2 a magnetic drive for a switching device with a position sensor,

3 eine spezifische Ausbildung des Positionssensors aus 2 zur Bestimmung einzelner Positionszeitpunkte, 3 a specific training of the position sensor 2 to determine individual positions,

4 eine zu 3 konkretisierte Anordnung für ein Luftschütz zur Ermittlung von Kontakt-Schließpositionen x3, x3neu der Positionszeitpunkte und 4 one too 3 Specified arrangement for an air contactor to determine contact closing positions x 3 , x 3 new the position times and

5 ein Flussdiagramm zur rechnerischen Ermittlung der Kontaktlebensdauer eines Schaltgerätes. 5 a flowchart for arithmetically determining the contact life of a switching device.

Das nachfolgend beschriebene Verfahren zur Bestimmung der Restlebensdauer von Schaltkontakten besteht im Wesentlichen in der zeitlichen Erfassung vorgegebener, diskreter Positionen eines Magnetankers eines Schützantriebes und/oder bestimmter Komponenten des Schaltgeräteantriebs und in der Bestimmung der Geschwindigkeit und der (mittleren) Beschleunigung des Bauteiles, an dem die Positionsmessung vorgenommen wird, zu diesen vorgegebenen Positionen. Daneben besteht es in der Messung der Einschaltzeitpunkte der Schaltkontakte während ihrer Schließbewegung und der Bestimmung der Kontakt-Schließpositionen relativ zu den erfassten, diskreten Positionen.The method described below for determining the remaining service life of switch contacts essentially consists in the temporal recording of predetermined, discrete positions of a magnet armature of a contactor drive and / or certain components of the switchgear drive and in determining the speed and (average) acceleration of the component on which the Position measurement is made to these predetermined positions. It also consists of Measurement of the switch-on times of the switching contacts during their closing movement and the determination of the contact closing positions relative to the detected, discrete positions.

1 zeigt dazu schematisch den Weg-Zeit-Verlauf 1 eines Bauteiles des Schaltgerätes, dessen Weg mit dem Kontaktweg identisch ist, dessen Weg entweder aber auch über einen kon stanten Faktor oder über eine vorgegebene Funktion mit dem Kontaktweg mathematisch verknüpft sein kann. 1 shows schematically the path-time course 1 a component of the switching device, the path of which is identical to the contact path, the path of which can be mathematically linked either via a constant factor or via a predetermined function to the contact path.

Gemäß 1 werden zur Bestimmung der Restlebensdauer wenigstens vier Zeitpunkte erfasst, von denen einer, z.B. t3, den Kontaktschließzeitpunkt darstellt und die anderen, z.B. t1, t2 und t4 Positionszeitpunkte eines oder mehrer Positionsgeber darstellen. Wenigstens zwei dieser Zeitpunkte, z.B. t1 und t2, können Zeitwerte zweier nah benachbarter Positionen sein, aus welchen durch die Beziehung v = (x2 – x1)/(t2 – t1) (1)ein Geschwindigkeitswert des Bauteiles ableitbar ist. Da das überwachte Bauteil während des Einschaltvorganges im allgemeinen eine beschleunigte Bewegung ausführt, wird neben der Geschwindigkeit v für wenigstens ein Zeitintervall,
z. B. Δt = t4 – t1 oder Δt = t4 – t2,
ein mittlerer Wert einer konstanten Beschleunigung bestimmt. Aus den ermittelten Werten der Geschwindigkeit und der Beschleunigung, sowie aus den Relativpositionen der Positionsgeber zueinander und ihrer Positionszeitpunkte, kann für den Kontaktschließzeitpunkt t3 durch eine einfache mathematische Beziehung die Position des schließenden Kontaktes bestimmt werden.According to 1 To determine the remaining service life, at least four points in time are recorded, one of which, for example t 3 , represents the contact closing time and the other, for example t 1 , t 2 and t 4, represents position times of one or more position transmitters. At least two of these points in time, for example t 1 and t 2 , can be time values of two closely adjacent positions, from which by the relationship v = (x 2 - x 1 ) / (T 2 - t 1 ) (1) a speed value of the component can be derived. Since the monitored component generally performs an accelerated movement during the switch-on process, in addition to the speed v for at least one time interval,
z. B. Δt = t 4 - t 1 or Δt = t 4 - t 2 ,
an average value of constant acceleration is determined. The position of the closing contact can be determined for the contact closing time t 3 from the determined values of the speed and the acceleration, as well as from the relative positions of the position transmitters to one another and their position times.

In 1 ist die noch unbekannte Kontakt-Schließposition zwischen der Position x2, welche das Ende des Wegintervalls zur Geschwindigkeitsbestimmung darstellt, und der Position x4, welche in Schließrichtung des Bauteiles nach der Kontakt-Schließposition liegt, angenommen. Es ist ersichtlich, dass sich die Kontakt-Schließposition x3 umso genauer bestimmen lässt, je enger das Wegintervall zwischen den Positionen x1 und x4 gewählt wird. Im Idealfall werden die Positionen x1 und x4 so gewählt, dass sie die durch Verschleiß von Kontakt und/oder Mechanik sich verändernde Kontaktschließposition sicher einschließen, das Wegintervall zwischen ihnen aber nicht wesentlich größer wird, als die Differenz der Kontakt- Schließpositionen zu Beginn und zum Ende der Kontaktlebensdauer.In 1 The as yet unknown contact closing position between position x 2 , which represents the end of the path interval for determining the speed, and position x 4 , which lies in the closing direction of the component after the contact closing position, is assumed. It can be seen that the closer the contact interval x 3 can be determined, the more precisely the path interval between the positions x 1 and x 4 is selected. Ideally, the positions x 1 and x 4 should be selected so that they securely enclose the contact closing position, which changes due to wear of the contact and / or mechanics, but the path interval between them does not become significantly larger than the difference between the contact closing positions at the beginning and at the end of the contact life.

Zur Lösung der Positions/Zeit-Erfassung ergeben sich mehrere alternative Verfahren, wozu auf den Aufbau des Schaltgeräteantriebes eingegangen wird:
In 2 ist ein bekannter Magnetantrieb für ein Schaltgerät dargestellt und pauschal mit 100 bezeichnet. Es besteht in bekannter Weise aus beispielsweise E-förmigem Magnetjoch mit Magnetspulen und einem Magnetanker.There are several alternative methods for solving the position / time detection, for which the structure of the switching device drive is discussed:
In 2 a known magnetic drive for a switching device is shown and generally designated 100. It consists in a known manner of, for example, an E-shaped magnetic yoke with magnetic coils and a magnetic armature.

In 2 ist ein zugehöriges Schaltgerät speziell ein Schütz. Dieses kann ein Luftschütz aber ebenso ein Vakuumschütz sein, wobei in letzterem Fall die Anlenkung des Antriebes an die Bewegkontakte des Schützes komplexer ist.In 2 is an associated switching device, especially a contactor. This can be an air contactor but also a vacuum contactor, in the latter case the linkage of the drive to the moving contacts of the contactor is more complex.

In 2 ist ein Magnetjoch mit 101 bezeichnet, auf dem zwei Magnetspulen 102 und 102' zur magnetischen Erregung sitzen. Die Polflächen des Magnetjoches sind mit 103 und 103' bezeichnet. Dem Magnetjoch 101 ist ein Magnetanker 110 zugeordnet, der bei Erregung des Magnetantriebes durch die Magnetspulen vom Magnetjoch angezogen wird.In 2 is a magnetic yoke with 101 referred to, on which two solenoids 102 and 102 ' sit for magnetic excitation. The pole faces of the magnetic yoke are with 103 and 103 ' designated. The magnetic yoke 101 is a magnetic anchor 110 assigned, which is attracted by the magnetic yoke when the magnetic drive is excited by the magnetic coils.

In 2 ist die volle Öffnungsposition des Magnetankers 110 dargestellt. Auf dem Magnetanker ist ein Träger 130 für einen Bewegkontakt 141 angeordnet, wobei in 2 der Träger 130 in vertikaler Richtung bewegbar ist. Bei der Einschaltbewegung des Antriebes wird der Bewegkontakt 141 in Schließposition zu dem Festkontakt 151 gebracht.In 2 is the full open position of the magnet armature 110 shown. There is a support on the magnet armature 130 for a moving contact 141 arranged, being in 2 the carrier 130 is movable in the vertical direction. When the drive is switched on, the moving contact becomes 141 in the closed position to the fixed contact 151 brought.

In der 2 ist auf der anderen dem Magnetjoch zugewandten Seite des Magnetankers ein Positionsgeber 120 in kraftschlüssigem Kontakt mit dem Magnetanker 110 angeordnet. Der Positionsgeber 120 dient im Wesentlichen zur Erfassung bestimmter Positionszeitpunkte bei der Ankerbewegung und wird in den weiteren Figuren im Einzelnen beschrieben.In the 2 is a position sensor on the other side of the magnet armature facing the magnet yoke 120 in frictional contact with the magnetic armature 110 arranged. The position encoder 120 essentially serves to record certain positions in time during the armature movement and is described in detail in the other figures.

In 3 ist der Magnetantrieb mit einer spezifischen Ausführungsform eines Positionsgebers 120 dargestellt, dessen Vorzüge in seiner Einfachheit, Robustheit und der Präzision bei Erfassung der vorgegebenen Positionen liegt. Wie aus der 3 ersichtlich, kann die konstruktiv vorgebbare Anzahl von zu erfassenden Positionen erheblich über der Mindestzahl von drei Positionen, d.h. (x1, x2 und x4), liegen. Der Positionsgeber 120 ist als zylindrischer Stab ausgebildet, welcher über eine Feder 125 mit mäßiger Federkraft gegen den Magnetanker 110 gedrückt wird und in einem zugehörigen Gehäuse bewegt werden kann. Im Ausschaltzustandes des Magnetantriebes 100 liegt der Positionsgeber 120 am Anker 110 an, wodurch bei der Einschaltbewegung des Ankers 110 der Positionsgeber mitgenommen wird und auf ihn Beschleunigungskräfte einwirken, aber keine Stoßkräfte. Die Zylindermantelfläche des Positionsgebers ist in axialer Richtung in mehrere leitende und nichtleitende Flächenabschnitte unterteilt. Da der Außendurchmesser aller Flächenabschnitte identisch ist und sie sich ohne Trennfuge aneinander anschließen, erhält man eine glatte Zylinderoberfläche aus in axialer Richtung sich abwechselnden elektrisch leitenden und nichtleitenden Abschnitten.In 3 is the magnetic drive with a specific embodiment of a position sensor 120 shown, the advantages of which are its simplicity, robustness and precision in detecting the specified positions. As from the 3 can be seen, the constructively predeterminable number of positions to be recorded can be considerably higher than the minimum number of three positions, ie (x 1 , x 2 and x 4 ). The position encoder 120 is designed as a cylindrical rod, which has a spring 125 with moderate spring force against the magnet armature 110 is pressed and can be moved in an associated housing. When the magnetic drive is switched off 100 is the position encoder 120 at anchor 110 on, causing the armature to turn on 110 the position transmitter is taken along and acceleration forces act on it, but no impact forces. The cylindrical surface of the position sensor is divided into several conductive and non-conductive surface sections in the axial direction. Since the outer diameter of all surface sections is identical and they adjoin one another without a joint, a smooth cylinder surface is obtained from electrically conductive and non-conductive sections alternating in the axial direction.

Ein derartiger elektrisch leitender Abschnitt kann z.B. ein gut leitender, metallischer Ring sein, dessen Höhe z.B. 1 mm oder weniger betragen kann. Die Positionserfassung kann durch elektrische Kontaktgabe äußerer Kontaktglieder mit diesem Metallring erfolgen.Such an electrically conductive Section can e.g. be a highly conductive, metallic ring whose Height e.g. Can be 1 mm or less. The position detection can be done by electrical contacting of external contact members done with this metal ring.

Um den mechanischen Verschleiß durch Abrieb zwischen den Kontaktgliedern und dem Ring klein zuhalten, kann die Kontaktgabe statt durch einen schleifenden Kontakt durch einen abrollenden Kontakt realisiert sein. An diesen Messkontakt ist ein elektrischer Messkreis angeschlossen, der aus dem Kontuaktsignal (Ein/Aus) ein Spannungssignal (Ein/Aus) ableitet. Beträgt z.B. die momentane Schließgeschwindigkeit des Bauteiles 1 m/s, so liefert der Messkontakt beim Vorbeilaufen des 1 mm hohen Metallringes Zeitpunkte der Schaltflanken des Spannungssignals, die einen Zeitabstand von 1 Millisekunde aufweisen. An jeder Segmentgrenze der Flächenabschnitte kann also ein Zeitsignal entnommen werden. Der Positionssensor 120 nach 3 liefert also ein wechselndes Rechteckuspannungssignal das mit dem am Messkontakt erzeugten Leitfähigkeitssignal der vorbeistreichendeun, segmentierten Zylindermantelfläche zeitlich übereinstimmt.To prevent mechanical wear from ab rubbed between the contact members and the ring to keep small, the contact can be realized by a rolling contact instead of a sliding contact. An electrical measuring circuit is connected to this measuring contact, which derives a voltage signal (on / off) from the contact signal (on / off). If, for example, the instantaneous closing speed of the component is 1 m / s, the measuring contact supplies times of the switching edges of the voltage signal as they pass the 1 mm high metal ring, which have a time interval of 1 millisecond. A time signal can therefore be taken from each segment boundary of the surface sections. The position sensor 120 to 3 thus delivers an alternating square-wave voltage signal that coincides in time with the conductivity signal of the passing, segmented cylinder jacket surface generated at the measuring contact.

In 4 sind der Kontaktaupparat 40 eines Luftschützes und der Anker 110 mit dem Positionsgeber 120 auf der einen Seite sowie dem Brückenträger 130 auf der anderen Seite entsprechend 3 dargestellt. An den Brückenträger 130 ist der bewegliche Teil des Kontaktapparates mit seinen Komponenten eingebracht. Im Einzelnen ist eine Kontaktbrücke 140 mit Bewegkontakten 14, 14' an einem Federgehäuse 160 mit Gegenlager 161 angebracht, wobei die Kontaktbrücke 140 bei geöffneten Kontakten durch eine Kontaktkraft-Feder 165 gegen den Brückenträger 130 abgestützt wird. Durch diese Anordnung sind die Bewegkontakte 141, 141' gegenüber den Festkontakten 151, 151', die auf Kontaktträgern 150, 150' befestigt sind, beweglich und in Öffnungs- bzw. Schließstellung bringbar. Die Kontaktkraft-Feder 165 erzeugt dabei die Kontaktkraft und die Schließpositionen von Magnetanker und Kontaktbrücke bestimmen den Durchdruck der Feder.In 4 are the contact set 40 an air contactor and the anchor 110 with the position transmitter 120 on one side and the bridge girder 130 on the other hand accordingly 3 shown. On the bridge girder 130 the moving part of the contact apparatus with its components is inserted. In detail there is a contact bridge 140 with moving contacts 14 . 14 ' on a spring case 160 with counter bearing 161 attached, the contact bridge 140 with open contacts by a contact force spring 165 against the bridge girder 130 is supported. With this arrangement, the moving contacts 141 . 141 ' towards the fixed contacts 151 . 151 ' that on contact carriers 150 . 150 ' are attached, movable and can be brought into the open or closed position. The contact force spring 165 generates the contact force and the closing positions of the armature and contact bridge determine the spring pressure.

Aus der 4 ergeben sich die geometrischen Verhältnisse, welche die Positionszeitpunkte t1 bis t4 bestimmen, wobei die gleichen Bezugszeichen wie in 3 verwendet sind. Wesentlich ist in diesem Zusammenhang die Bestimmung der Geberposition x3neu im Neuzustand der Kontakte und der Geberposition x3 im Gebrauchtzustand der Kontakte. Weiterhin sind die Ortsmarken x1(t1), x2(t2) und x4(t4) dargestellt. Die Kontakte sind als Kontaktringe 122 bis 124 bzw. 125, 125' um den zylindrischen Positionsgeber 120 ausgebildet. Es kann auch genügen, die Oberfläche 121 des Positionsgeber 120 zu beschichten.From the 4 the geometric relationships that determine the position instants t 1 to t 4 result , the same reference numerals as in FIG 3 are used. It is important in this context to determine the encoder position x 3 new when the contacts are new and the encoder position x 3 when the contacts are used. The placemarks x 1 (t 1 ), x 2 (t 2 ) and x 4 (t 4 ) are also shown. The contacts are as contact rings 122 to 124 respectively. 125 . 125 ' around the cylindrical position encoder 120 educated. It may also be enough the surface 121 of the position transmitter 120 to coat.

Zur Positionsbestimmung des Kontaktes beim Kontaktschließen werden die Geschwindigkeit zwischen den nah benachbarten Positionen x1 und x2 und die mittlere Beschleunigung zwischen x1 und x4 benötigt. Es gilt: v = (x2 – x1)/(t2 – t1). (1) x4 – x1 = v·(t4 – t1) + 0,5·bm·(t4 – t1)2, (2.1) bm = 2/(t4 – t1)·((x4 – x1)/(t4 – t1) – (x2 – x1)/(t2 – t1)) (2.2) To determine the position of the contact when making contact, the speed between the closely adjacent positions x 1 and x 2 and the average acceleration between x 1 and x 4 are required. The following applies: v = (x 2 - x 1 ) / (T 2 - t 1 ). (1) x 4 - x 1 = v · (t 4 - t 1 ) + 0.5 · b m · (T 4 - t 1 ) 2 , (2.1) b m = 2 / (t 4 - t 1 ) * ((X 4 - x 1 ) / (T 4 - t 1 ) - (x 2 - x 1 ) / (T 2 - t 1 )) (2.2)

Damit erhält man für die Kontakt-Schließposition x3 x3 – x1 = v·(t3 – t1) + 0,5·bm·(t3 – t1)2, (3.1) x3 – x1 = (x2 – x1)/(t2 – t1)·(t3 – t1) + ((x4 – x1)/(t4 – t1) – (x2 – x1)/(t2 – t1))·(t3 – t1)2/(t4 – t1). (3.2) This gives the contact closed position x 3 x 3 - x 1 = v · (t 3 - t 1 ) + 0.5 · b m · (T 3 - t 1 ) 2 , (3.1) x 3 - x 1 = (x 2 - x 1 ) / (T 2 - t 1 ) * (T 3 - t 1 ) + ((x 4 - x 1 ) / (T 4 - t 1 ) - (x 2 - x 1 ) / (T 2 - t 1 )) * (T 3 - t 1 ) 2 / (T 4 - t 1 ). (3.2)

Es ist ersichtlich, dass zur Berechnung der Änderung der Kontakt-Schließposition nur die Differenzen der gemessenen Kontaktzeiten ti und der bekannten Positionswerte benötigt werden. Eine räumliche Justierung für die Bestimmung absoluter Positionswerte ist also nicht erforderlich.It can be seen that only the differences in the measured contact times t i and the known position values are required to calculate the change in the contact closing position. A spatial adjustment for the determination of absolute position values is therefore not necessary.

Im Neuzustand der Kontakte werden über einen Mikroprozessor die mit dem Positionssensor gemessenen Zeitwerte der Bauteil-Positionen und des Kontakt-Einschaltzeitpunktes zu einem Weg (x3 – x1)neu berechnet. Durch Kontaktverschleiß eventuell zusätzlich mit mechanischem Verschleiß erhält man im Schaltbetrieb einen aktuellen Wert des Weges (x3 – x1).When new, the contacts are on a microprocessor the measured with the position sensor values of the component positions and the contact switch-on to a path (x 3 - x 1) recalculated. Contact wear, possibly with mechanical wear, gives a current value of the travel (x 3 - x 1 ) in switching operation.

Der Verschleiß, z.B. in mm, ist dabei durch die Differenz der berechneten Wege (x3 – x1) – (x3 – x1)neu gegeben. Beim Kontaktabbrand entspricht diese Differenz der Abnahme des Durchdruckes durch Reduzierung der Kontaktstückdicke. Tritt zusätzlich noch eine Durchdruckabnahme durch Verschleiß mechanischer, kraftübertragender Teile des Geräteantriebes auf, so wird die mechanisch, bedingte Durchdruckabnahme als Teil der gesamten Durchdruckabnahme miterfasst, da die Kontakte und die An triebskomponenten bei der beschleunigten Einschaltbewegung in kraftschlüssigem Kontakt stehen.The wear, for example in mm is in the process by the difference of the calculated paths (x 3 - x 1) - (x 3 - x 1) was added again. In the case of contact erosion, this difference corresponds to the decrease in the through-pressure by reducing the contact piece thickness. If there is also a decrease in pressure due to wear and tear of mechanical, power-transmitting parts of the device drive, the mechanical, pressure-related decrease in pressure is also included as part of the overall decrease in pressure, since the contacts and the drive components are in positive contact during the accelerated switch-on movement.

In 5 ist die rechnerische Vorgehensweise anhand eines Flussdiagramms verdeutlicht. Die einzelnen Schritte 201 bis 212 sind weitestgehend selbsterklärend: Über den Start und einer Voreinstellung von Schaltgeräte-Geberdaten entsprechend den Positionen 201 und 202 werden die Zeitpunkte t2, t3 und t4 entsprechend Position 205 ermittelt. Daraus lassen sich entsprechend Position die Ausgabewerte x3(t3) und x1(t1) bzw. deren Differenz x3 – x1 berechnen. Durch die Differenz (x3 – x1)neu – (x3 – x1) ergibt sich die aktuelle Durchdruckänderung gemäß Position 210. Gemäß Position 211 wird die Durchdruckänderung mit dem Lebensdauer-Ende der Kontakte korrelliert und bei Erfüllung der vorgegebenen Bedingungen entsprechend Position 212 das Programm beendet. Ist das nicht der Fall, wird zur Position 203 zurückgegangen und es werden t1, t2 und t3 entsprechend den Positionen 204, 205 neu ermittelt. Die Positionen 206 bzw. 208 geben Prüfroutinen für die Mittelwertbildung von x3 – x1 an.In 5 the arithmetic procedure is illustrated using a flow chart. The individual steps 201 up to 212 are largely self-explanatory: by starting and presetting switchgear encoder data according to the positions 201 and 202 the times t 2 , t 3 and t 4 correspond to the position 205 determined. From this, the output values x 3 (t 3 ) and x 1 (t 1 ) or their difference x 3 - x 1 can be calculated according to the position. The difference (x 3 - x 1 ) new - (x 3 - x 1 ) results in the current change in print through according to position 210 , According to position 211 the change in pressure is correlated with the end of the service life of the contacts and, if the specified conditions are met, according to the position 212 the program ends. If this is not the case, it becomes a position 203 decreased and there will be t 1 , t 2 and t 3 according to the positions 204 . 205 newly determined. The positions 206 and 208 indicate test routines for averaging x 3 - x 1 .

Nach dem Erreichen des Kontakt-Lebensdauer-Endes und dem Einbau neuer Kontakte wird zu Beginn eines neuen Lebensdauerzyklus der aktuelle Wert (x3 – x1)n eu bestimmt, welcher den aktuellen Verschleißzustand der Schaltgerätemechanik implizit beinhaltet. Dadurch ist eine sichere Beurteilung des Kontaktverschleißes in jedem folgenden Lebensdauerzyklus gewährleistet.After reaching the contact-lifetime-end and the installation of new contacts at the start of a new life cycle of the current value (x 3 - x 1) n eu determines which the current The state of wear of the switchgear mechanism implicitly includes. This ensures a reliable assessment of contact wear in every subsequent life cycle.

Eine besonders vorteilhafte Weiterbildung der oben beschriebenen Vorgehensweise ist eine Geschwindigkeitsregelung des Antriebes: Für geschwindigkeitsregelbare Antriebe, insbesondere Schützantriebe, die aus einem regelbaren, magnetischen Antrieb bestehen, kann die mit dem Positionssensor gemessene Geschwindigkeit v genutzt werden, um den Antrieb iterativ auf eine vorgegebene Geschwindigkeit einzustellen, oder die Geschwindigkeit auf einen vorgegebenen Wertebereich zu beschränken. Dazu werden die Steuerparameter mit jeder Ein schaltung des Antriebes mit einem vorgegebenen Parameterschritt in Richtung höhere Geschwindigkeit gestellt, solange die Geschwindigkeit kleiner als der Sollwert ist oder unterhalb des Sollbereiches liegt, oder in Richtung kleinere Geschwindigkeit gestellt, solange die Geschwindigkeit größer als der Sollwert ist, oder oberhalb des Sollbereiches liegt. Damit wird erreicht, dass die Kontakte nach erreichter Geschwindigkeitseinstellung mit der vorgegebenen Geschwindigkeit schließen.A particularly advantageous development of The procedure described above is a cruise control of the drive: For variable speed drives, especially contactor drives, which consist of an adjustable, magnetic drive, can speed v measured with the position sensor can be used, to iteratively set the drive to a specified speed, or the speed to a predetermined range of values restrict. For this purpose, the control parameters are activated each time the drive is switched on with a given parameter step in the direction of higher speed as long as the speed is lower than the setpoint or is below the target range, or in the direction of smaller ones Speed set as long as the speed is greater than that Is setpoint, or is above the setpoint range. So that will achieved that the contacts after speed setting close at the specified speed.

Eine Alternative zu vorstehend angegebener Vorgehensweise ergibt sich durch die Bestimmung zweier Zeitpunkte tBeginn und tEnde für die Abfolge des Einschaltvorganges und daraus berechneter Restlebensdauer. Es bedeuten:
tBeginn = den Zeitpunkt des Anlegens von Spannung an die Spule entweder

  • – unter Berücksichtigung der Phasenlage der Spannung zur Erfassung der unterschiedlichen Kraftentwicklung oder
  • – unter Einsatz eines phasengesteuerten Zuschaltens, was der Herbeiführung von Synchronismus dient.

tEnde = Erfassung des Kontaktschließens, wozu die Schaltstreckenspannung gemessen wird.An alternative to the procedure described above results from the determination of two points in time t start and t end for the sequence of the switch-on process and the remaining service life calculated therefrom. It means:
t start = the time of applying voltage to the coil either
  • - Taking into account the phase position of the voltage to record the different force development or
  • - Using a phase-controlled connection, which serves to bring about synchronism.

t end = detection of contact closure, for which purpose the switching path voltage is measured.

Ein besonderer Vorteil besteht darin, dass sich das Verfahren an bestehenden Schützen anwenden lässt. Allerdings ist hierzu die Erfassung der Spannungsform mit einem A/D-Wandler oder eine Nulldurchgangsdetektion an der Steuerspannung erforderlich.A particular advantage is that the procedure can be applied to existing shooters. Indeed is the acquisition of the voltage form with an A / D converter or a zero crossing detection at the control voltage is required.

Zur Auswertung des Einschaltweges aus den Zeitpunkten tBeginn und tEnde wird die vorgegebene und empirisch bestimmbare Weg-Zeit-Kurve des Magnetantriebes entsprechend 1 herangezogen. Die Änderung des Einschaltweges im Gebrauchszustand hinsichtlich des Neuzustandes liefert dann ein direktes oder proportionales Maß in der Änderung der Kontaktstückdicke.In order to evaluate the switch-on path from the times t start and t end , the predetermined and empirically determinable path-time curve of the magnetic drive becomes corresponding 1 used. The change in the switch-on distance in the state of use with respect to the new state then provides a direct or proportional measure in the change in the contact piece thickness.

Alternativ dazu erfolgt die Bestimmung zweier anderer Zeitpunkte tBeginn und tEnde für die Abfolge des Einschaltvorganges und daraus berechneter Restlebensdauer. Die Messgrößen sind folgendermaßen definiert:
tBeginn = Zeitpunkt des Kontaktschließens, wozu die Schaltstreckenspannung gemessen wird.
tEnde = Erfassung eines Wegepunktes, entweder wenn

  • – das Magnetsystem schließt, wobei die Messung z.B. durch Anlegen einer Spannung erfolgt, die Joch-Anker-Bewegung und ein Spannungsnullwert gemessen wird, oder
  • – ein Schalter am Magnetsystem oder beliebigem Wegepunkt angebracht wird.
Alternatively, two other times t start and t end are determined for the sequence of the switch-on process and the remaining service life calculated therefrom. The measurands are defined as follows:
t Start = time of contact closure, for which the switching path voltage is measured.
t end = acquisition of a waypoint, either if
  • The magnet system closes, the measurement being carried out, for example, by applying a voltage, the yoke-armature movement and a zero voltage value being measured, or
  • - A switch is attached to the magnet system or any waypoint.

Aus der entsprechend 1 empirisch vorgegebenen Weg-Zeit-Kurve des Magnetantriebes wird ein Durchdruckwert der Kontaktkraft-Feder bestimmt und aus dessen Änderung im Gebrauchszustand die verschleißbezogene Durchdruckänderung bestimmt. Vorteil diesen Verfahrens ist eine einfache Erfassung der Zeitmarken. Allerdings kann für das Verfahren eine Abwandlung des Schützaufbaus und damit eine Neukonstruktion erforderlich sein.From the corresponding 1 A through-pressure value of the contact force spring is determined empirically predetermined path-time curve of the magnetic drive and the wear-related change in through-pressure is determined from its change in the state of use. The advantage of this method is that the time stamps can be recorded easily. However, a modification of the contactor structure and thus a new design may be necessary for the method.

Bei der ersten Alternative kann eine vorteilhafte Ausprägung einer Geschwindigkeitsregelung des Antriebes folgendermaßen erfolgen: Durch mehrere Positionsringe auf einem Positionsgeber besteht die Möglichkeit, den Weg bei der Ankerbewegung zu messen und durch Steuerung der Magnetkraft eine nahezu konstante Geschwindigkeit für das Schließen des Schaltgerätes zu erreichen. Dadurch wird nicht nur die Schaltbewegung optimiert, sondern es werden auch die den Verschleiß bewirkenden Kräfte an den mechanisch bewegten Teilen so weit wie möglich minimiert.In the first alternative, one advantageous expression speed control of the drive is carried out as follows: There are several positioning rings on one position encoder Possibility, to measure the path during anchor movement and by controlling the Magnetic force an almost constant speed for closing the switchgear to reach. This not only optimizes the switching movement, but also the forces causing the wear on the mechanically moving parts minimized as much as possible.

Claims (19)

Verfahren zur Bestimmung der Restlebensdauer eines Schaltgerätes, mit Schaltkontakten, die von einer Schaltgerätemechanik in Ein- oder Ausschaltstellung gebracht werden, wobei zum Aufbringen einer vorgegebenen Kontaktkraft in Einschaltstellung ein Durchdruck der Kontaktkraftfeder hergestellt wird und wobei die Lebensdauer durch einen Schaltkontaktabbrand einerseits und einen mechanischen Verschleiß der Schaltgerätemechanik andererseits bestimmt wird, wobei insbesondere der Schaltkontaktabbrand durch Erfassung der Durchdruckänderung im Antrieb des Schaltgerätes erfolgt, gekennzeichnet durch die Erfassung der Durchdruckänderung beim Einschaltvorgang.Procedure for determining the remaining life a switching device, with switch contacts that are switched on or off by a switchgear mechanism be brought, whereby to apply a predetermined contact force A pressure is produced by the contact force spring in the switched-on position and the service life due to a switch contact erosion on the one hand and mechanical wear of the switchgear mechanism on the other hand is determined, in particular the switch contact erosion by detecting the change in pressure in the drive of the switching device takes place, characterized by the detection of the change in pressure when switching on. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zur Durchdruckerfassung eine zeitliche Bestimmung vorgegebener Positionen der beweglichen Komponenten der Schaltgerätemechanik des Schaltgerätes erfolgt.A method according to claim 1, characterized in that a predetermined time for predetermined pressure detection Positions of the moving components of the switchgear mechanism of the switchgear he follows. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , dass zur Durchdruckerfassung eine Bestimmung der Geschwindigkeit und/oder der Beschleunigung von beweglichen Komponenten der Schaltgerätemechanik einerseits und eine Messung der Einschaltzeitpunkte der Schaltkontakte während ihrer Schließbewegung erfolgt.A method according to claim 1, characterized in that a determination of the speed and / or the Be Acceleration of moving components of the switchgear mechanism, on the one hand, and measurement of the switch-on times of the switch contacts during their closing movement. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Geschwindigkeit der beweglichen Komponenten beim Einschaltvorgang geregelt wird.Method according to one of the preceding claims, characterized characterized that the speed of the moving components is regulated during the switch-on process. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein oder mehrere Positionsgeber vorhanden sind, mit denen mindestens drei Zeitpunkte zu drei Positionen bestimmt werden.Method according to one of the preceding claims, characterized marked that one or more position sensors are available, with which at least three points in time are determined at three positions become. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass aus zwei der Positionen und zugehörigen Zeitpunkten die Schließgeschwindigkeit des/der Kontakte bestimmt wird.A method according to claim 5, characterized in that from two of the positions and associated times, the closing speed of the Contacts is determined. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass aus dem dritten Zeitpunkt der dritten Position die Zu- oder Abnahme der Schließgeschwindigkeit bestimmt wird.A method according to claim 5, characterized in that from the third point in time of the third position the addition or Decrease in closing speed is determined. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass aus der Kontaktschließzeit die Kontaktposition berechnet wird.Method according to one of the preceding claims, characterized characterized that the contact position is calculated from the contact closing time. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass aus der Änderung der Kontaktposition die Durchdruckänderung bestimmt wird.A method according to claim 8, characterized in that from the change the change in pressure is determined in the contact position. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 oder einem der Ansprüche 2 bis 9, wobei das Schaltgerät ein Schütz ist, bei dem die Bewegkontakte durch den Magnetanker eines Magnetantriebes, der aus Anker, Joch und Magnetspulen gebildet wird, in Ein- oder Ausschaltstellung gebracht werden, dadurch gekennzeichnet, dass am Magnetanker (110) ein Positionsgeber (120) kraftschlüssig angekoppelt ist.Apparatus for carrying out the method according to claim 1 or one of claims 2 to 9, wherein the switching device is a contactor in which the moving contacts are brought into the on or off position by the magnet armature of a magnet drive, which is formed from armature, yoke and magnet coils , characterized in that on the magnetic armature ( 110 ) a position transmitter ( 120 ) is non-positively coupled. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass am Positionsgeber (120) Ringkontakte (122 bis 124) zur Positionsgabe vorhanden sind.Apparatus according to claim 10, characterized in that on the position transmitter ( 120 ) Ring contacts ( 122 to 124 ) are available for positioning. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass am Positionsgeber (120) Kontaktrollen (125) zur positionsabhängigen Kontaktgabe angeordnet sind.Device according to claim 11, characterized in that on the position transmitter ( 120 ) Contact roles ( 125 ) are arranged for position-dependent contacting. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Positionsgeber als zylindrischer Stab (120) ausgebildet ist, dessen Zylindermantelfläche (121) in axialer Richtung in mehrere leitende und nicht leitende Flächenabschnitte (122–124) unterteilt ist.Device according to claim 12, characterized in that the position transmitter as a cylindrical rod ( 120 ) is formed, the cylinder jacket surface ( 121 ) in the axial direction into several conductive and non-conductive surface sections ( 122 - 124 ) is divided. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mit dem Positionsgeber aus dem Kontaktschließzeitpunkt (t3) eine Relativposition (x3) des Kontaktes zu den Geberpositionen (x1, x2, x4) ableitbar ist, aus deren Änderung gegenüber einem Neuwert (X3neu) der Kontaktabbrand bestimmbar ist.Device according to one of the preceding claims, characterized in that with the position transmitter, a relative position (x 3 ) of the contact to the transmitter positions (x 1 , x 2 , x 4 ) can be derived from the contact closing time (t 3 ), from their change compared to one New value (X 3 new ) the contact erosion can be determined. Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass aus den Kontakt-Relativpositionen (x3) im Gebrauchszustand und im Neuzustand (X3neu) die Restlebensdauer bestimmbar ist.Device according to claim 14, characterized in that the remaining service life can be determined from the contact relative positions (x 3 ) in the use state and in the new state (X 3 new ). Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 15, gekennzeichnet, durch Mittel zum Berechnen und Anzeige der Restlebensdauer des Schaltgerätes.Device according to one of claims 10 to 15, characterized in by means of calculating and displaying the remaining service life of the switching device. Vorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel einen Rechner umfassen, in dessen Speicher eine Weg-Zeit-Kurve eingespeichert ist.Apparatus according to claim 16, characterized in that the means comprise a computer, in the memory of which one Path-time curve is stored. Vorrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass durch Erfassung der Ankerbewegungsbeginns (tBeginn) beim Einschalten und des Kontaktschließzeitpunktes (tEnde) beim Einschaltvorgang aus der vorgegebenen Weg-Zeit-Kurve der Schließweg bestimmbar ist und dass aus einer Änderung des Schließweges die Änderung der Kontaktstückdicke berechenbar ist, wobei die Änderung der Kontaktstückdicke dem Abbrand entspricht.Apparatus according to claim 17, characterized in that the closing path can be determined by detecting the start of the armature movement (t start ) when switching on and the contact closing time (t end ) when switching on, from the predetermined path-time curve and that the change in the closing path changes Contact piece thickness can be calculated, the change in the contact piece thickness corresponding to the erosion. Vorrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass aus dem Kontaktschließzeitpunkt (tBeginn) und einem Zeitpunkt (tEnde) einer vorgegebenen Ankerposition mit Hilfe der vorgegebenen Weg-Zeit-Kurve ein Teil des Ankerweges bestimmbar ist, aus dessen Änderung eine Änderung des Durchdruckes der Kontaktkraftfeder ableitbar ist.Apparatus according to claim 17, characterized in that from the contact closing time (t start ) and a time (t end ) of a predetermined anchor position with the help of the predetermined path-time curve, part of the anchor path can be determined, from the change of which a change in the pressure of the Contact force spring can be derived.
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