DE19707729A1 - Electromechanical switch-gear e.g. for circuit breaker - Google Patents

Electromechanical switch-gear e.g. for circuit breaker

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DE19707729A1
DE19707729A1 DE1997107729 DE19707729A DE19707729A1 DE 19707729 A1 DE19707729 A1 DE 19707729A1 DE 1997107729 DE1997107729 DE 1997107729 DE 19707729 A DE19707729 A DE 19707729A DE 19707729 A1 DE19707729 A1 DE 19707729A1
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Abstract

An electromechanical switchgear arrangement including at least one movable contact and associated drive in device housing with device provided for contactless detection of switch condition or status. Magnetic field sensors are used at suitable points within and/or outside device housing. A high-sensitivity magnet-field sensor (@) is made available at least for positional monitoring of switch operating handle (52) while additional devices (20,39,80) are provided for ascertaining switch condition or status i.e. electrical on/off, and/or short-circuit current.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein elektromechanisches Schaltgerät mit wenigstens einem beweglichen Kontakt und zugehörigem Antrieb in einem Gerätegehäuse, mit Mitteln zur berührungslosen Erkennung des Schaltzustandes, wobei Magnet feldsensoren vorhanden sind, die an geeigneter Stelle inner halb und/oder außerhalb des Gerätegehäuses angeordnet sind und die mit jeweils einem von mehreren Schaltzuständen ver knüpfte Magnetfeldwerte erfassen, wobei das Gerätegehäuse einen zur Handauslösung bestimmten Schaltgriff aufweist. The invention relates to an electromechanical switching device with at least one movable contact and associated drive in a device housing, with means for the contactless detection of the switching state, in which field sensors magnet are present, which are arranged at a suitable location within half and / or outside of the device housing and detect each having a plurality of switching states of ver tied magnetic field values, wherein the device housing comprises a compartment intended for manual release control handle.

Für die berührungslose Schaltzustandserkennung an Leitungs schutzschaltern wird in der älteren, nicht vorveröffentlich ten DE 44 30 382 A sowie 195 11 795 A vorgeschlagen, die verschiedenen Schaltzustände, dh "Mechanisch Ein/Aus", Überstromauslösung, Kurzschlußauslösung und Kontaktver schweißung, mittels Magnetosensorik, beispielsweise durch Differential-Hall-Effekt-Sensor mit Permanentmagnet, Reed kontakt oder dgl. und gegebenenfalls auch durch Schall detektion zur Kurzschlußerkennung zu erfassen. circuit breakers for non-contact switching state recognition on line 44 30 382 A and 195 11 795 A is in the older, not vorveröffentlich th DE suggested the different switching states, ie, "Mechanical On / Off" weld, overcurrent trip, short trip and Kontaktver means magnetometer sensor, for example, contact by differential Hall-effect sensor with a permanent magnet, reed or the like., and optionally also by sound detection to detect the short circuit detection.

Insbesondere für die Anwendung der Differential-Hall-Effekt Sensoren müssen jedoch geeignete Geberelemente, dh ferro magnetische Körper, zur Verfügung stehen, die durch Posi tionswechsel eine ausreichende Verzerrung des magnetischen Feldes hervorrufen. In particular for the application of the differential Hall-effect sensors, however, have suitable donor elements, ie ferro magnetic body are available, cause a sufficient distortion of the magnetic field, the alternating tion by Posi. Diese Voraussetzung wurde im Rahmen der früheren Anmeldung dadurch realisiert, indem z. This condition was realized in the context of the previous application characterized by z. B. der ferro magnetische Antriebsbügel des Schaltgriffs auf 2.5 mm ⌀ ver größert wurde und an der Klinke für Überstromauslösung sowie an der Kontaktachse zur Erfassung der Verschweißung Eisen zylinder von 4,5 mm ⌀ angebracht wurden. B. the ferromagnetic drive yoke of the control handle enlarges ⌀ was ver to 2.5 mm and were mounted on the pawl for ⌀ overcurrent trip as well as the contact axis for detecting the welding iron cylinder of 4.5 mm.

Eine derartige konstruktive Veränderung ist bei einer Schalt geräteneukonstruktion unproblematisch. Such a design change is geräteneukonstruktion unproblematic at a switching. Für bestehende Lei tungsschutzschalter ist jedoch eine Lösung anzustreben, die keine konstruktive Veränderung am Schaltgerät erfordert. For existing Lei tung breaker, however, is to seek a solution that requires no structural changes at the switching device. Die Einrichtung zur Schaltzustandserkennung ist vielmehr in einem eigenen Gehäuse anzuordnen, welches durch seitlichen Anbau mit dem zu überwachenden Leitungsschutzschalter in engen Kontakt gebracht wird. The means for shifting state detection is to be arranged rather in a separate housing, which is accommodated by lateral attachment to the monitoring at the line protection switch in close contact.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, für bestehende Schalt geräte ohne konstruktive Veränderung eine Sensoreinrichtung anzugeben, mit welcher nicht nur die Schaltzustände "Mecha nisch Ein/Aus" und "Fehlerauslösung" sicher erkannt werden, sondern auch bei Fehlerauslösung zwischen einer Überstrom- und einer Kurzschlußauslösung unterschieden werden kann. The object of the invention is, therefore, existing circuit device without structural change to specify with which are "nic / off mecha" recognized and "tripping" safe not only the shift states but also in fault trip between a current and a short-circuit triggering a sensor device can be distinguished. Weiterhin ist es Aufgabe der Erfindung, Möglichkeiten zur Erfassung zusätzlicher Störzustände anzugeben, wie Kontakt verschweißung, fehlende Kontaktgabe und Netzspannungsausfall. Furthermore, it is an object of the invention to provide ways of detecting additional fault conditions, such as contact welding, lack of contact making and mains voltage failure.

Die Aufgabe ist erfindungsgemäß bei einem Schaltgerät der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß wenigstens zur Positionsüberwachung des Schaltgriffes ein hochempfindlicher Magnetfeldsensor und daß weitere Mittel zur Erfassung des Schaltzustandes "Elektrisch Ein/Aus" und/oder eines Kurz schlußstrahles vorhanden sind, wobei zur Unterscheidung der verschiedenen Schaltzustände eine Auswertung der charakte ristischen Zeitfolge der erfaßten Sensorsignale erfolgt. The object is inventively achieved in a switching device of the aforementioned type in that at least for monitoring the position of the shift knob, a highly sensitive magnetic field sensor and that further means for detecting the switching state "Electrical On / Off" and / or are short beam present, wherein to distinguish the different switching states, an evaluation of the characte ristic time sequence of the sensor signals detected. Vorzugsweise ist eine Handauslösung dadurch bestimmbar, daß der Zeitabstand zwischen dem Positionssignal "Aus" des Schaltgriffes und dem Schaltzustand "Elektrisch Aus" einen vorgegebenen ersten Grenzwert unterschreitet. Preferably characterized determinable a manual release, that the time interval between the position signal "off" of the shift knob and the switching state "Electrically off" falls below a predetermined first limit value. Die Überstrom auslösung ist dadurch bestimmbar, daß der Zeitabstand zwi schen dem Positionssignal "Aus" des Schaltgriffes und dem Schaltzustandssignal "Elektrisch Aus" einen vorgegebenen zweiten Grenzwert, welcher größer oder gleich dem ersten Grenzwert ist, überschreitet. The overcurrent tripping can be determined in that the time interval Zvi rule the position signal "off" of the shift knob and the switching state signal "Electrically off" a predetermined second limit value which is greater or equal to the first threshold value exceeds.

Im Rahmen der erfindungsgemäßen Problemlösung wird als hochempfindlichen Magnetfeldsensor ein sog. Giant-Magneto- Resistive-Position-Sensor (GMR), ein sog. Anisotropic- Magneto-Resistive-Sensor (AMR) und u. In the context of the problem solution of the invention is used as a highly sensitive magnetic field sensor is a so-called. Giant magneto resistive position sensor (GMR), a so-called. Anisotropic- Magneto-Resistive sensor (AMR) and u. U. ein dynamischer Differtial-Hall-Effekt Sensor (DHE) oder eine Miniatur induktivität mit Ferritkern zur Positionsüberwachung des Schaltgriffs mit Antriebsbügel verwendet. U. dynamic Differtial Hall effect sensor (DHE) or a miniature inductor with a ferrite core for monitoring the position of the control handle used to drive yoke. Hinzu kommen die kapazitive Überwachung des Schaltzustandes "Elektrisch Ein/ Aus", die Erfassung des Auslöser-Magnetfeldes im Kurzschluß fall, z. There are also the capacitive monitoring of the switching state "Electrical On / Off", the detection of the trigger-magnetic field in the case of short circuit, z. B. mit Reedkontakt, Drossel, Hallelement und/oder des dabei auftretenden Schallsignals. B. with a reed contact, throttle, Hall element and / or the sound signal occurring in this case.

Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Figurenbeschreibung von Ausführungs beispielen anhand der Zeichnung in Verbindung mit weiteren Unteransprüchen. Further details and advantages of the invention will become apparent from the following description of embodiments with reference to the drawing execution, in conjunction with further subclaims. Es zeigen Show it

Fig. 1 in vereinfachter Schnittdarstellung ein Schaltgerät aus Gerätegehäuse und darin befindlichen Schaltelementen mit Sensorik, Fig. 1 is a simplified sectional view of a switching device of the device housing and therein switching elements with sensors,

Fig. 2 als Explosionsdarstellung die Zuordnung der Sensorik zur Positionsüberwachung des Schaltgriffs gemäß Fig. 1, Fig. 2 as an exploded view of the assignment of sensors for monitoring the position of the control handle of FIG. 1,

die Fig. 3 bis 5 Oszillogramme mit charakteristischen Zeit folgen für die Fälle von Handauslösung, Überstromaus lösung und Kurzschlußauslösung eines Leitungsschutz schalters, FIGS. 3 to 5 oscillograms with characteristic time sequences for the cases of manual release, switch Überstromaus solution and short-circuit triggering a protection line,

Fig. 6 eine Schaltungsanordnung zur Auswertung der Sensorik gemäß den Fig. 1 und 2, Fig. 6 shows a circuit arrangement for evaluating the sensor shown in FIGS. 1 and 2,

Fig. 7 die Realisierung von Fig. 6 zur Erkennung einer Über stromauslösung und Fig. 7 shows the realization of Fig. 6 for detecting a current tripping over and

Fig. 8 die Realisierung von Fig. 6 zur Erkennung einer Kurz schlußauslösung. Fig. 8, the realization of Fig. 6 for detecting a short-circuit tripping.

Die Figuren werden nachfolgend teilweise gemeinsam beschrie ben. The figures will be in part ben together beschrie.

Ein wesentliches Problem der Schaltzustandserkennung ist die Erkennung transienter Störzustände, wie insbesondere der Überstromauslösung. A major problem of the switching state detection is the detection of transient fault conditions, in particular the current trip. Die Problemlösung erfolgt durch Auswer tung der charakteristischen Zeit folge der erfaßten Sensor signale. The problem solution is carried out by Auswer than the characteristic time of the sensor detected sequence signals.

Fig. 1 zeigt die an einer Versuchseinrichtung gewählte, räum liche Anordnung der Sensorik für einen Leitungsschutzschal ter, wobei sich die Sensorik außerhalb des Schaltergehäuses in geringem Abstand zur Gehäuseseitenwand befindet und in Projektion auf das Schaltgerät wiedergegeben ist. Fig. 1 shows the selected on a test device, cavities Liche arrangement of the sensors for a line protection scarf ter, wherein the sensor is located outside of the switch housing at a small distance to the housing side wall and is shown in projection on the switching device. In einem Schaltergehäuse 1 sind in bekannter Weise die Anschlußklemmen 2 und 3 , eine Kontaktanordnung aus Festkontakt 4 und Beweg kontakt 5 , zugehörigen Anschlüssen mit einem Bimetall als Leitungsverbindung 7 sowie eine Magnetspule 8 in vereinfach ter Darstellung wiedergegeben. In a switch housing 1, the terminals 2 and 3, a contact assembly of the fixed contact 4 and Mot are in a known manner, contact 5, reproduced associated terminals having a bimetal as line connection 7 and a solenoid coil 8 in simplifying ter representation. Der Festkontakt 4 befindet sich auf einem starren Kontaktträger 40 , der Bewegkontakt 5 auf einem beweglichen Kontaktträger 50 , der über einen An triebsbügel 51 aus ferromagnetischem Material und einen Dreh griff 52 aktivierbar ist. The fixed contact 4 is located on a rigid contact support 40, the moving contact 5 on a movable contact carrier 50, the driving bow 51 of ferromagnetic material and a rotation of a handle 52 to be activated is.

In projizierter Darstellung ist "unter" dem beweglichen Kontaktträger 50 ein Permanentmagnet 11 angebracht, dem ein sogenannter GMR-Sensor 10 zugeordnet ist. In view of projected "under" the movable contact carrier 50, a permanent magnet 11 is mounted, the a so-called GMR sensor is assigned to the 10th Weiterhin sind im Bereich der Anschlußklemmen 2 und 3 in der Projektionsebene jeweils eine Kapazitätselektrode 20 bzw. 30 angebracht. Furthermore, a capacity electrode 20 are mounted or 30 in the region of the terminals 2 and 3 in the projection plane. Schließlich befindet sich "auf" der Magnetspule 8 eine Drossel 80 . Finally, is "on", the magnet coil 8, a throttle 80th

Um die Position des ferromagnetischen Antriebsbügels mit dem GMR-Sensor 10 zu erfassen, wird das Magnetfeld des Permanent magneten 11 auf den Antriebsbügel 51 eingekoppelt und zur Feldverstärkung ein Eisenplättchen 12 auf der vom Antriebs bügel 51 abgewandten Seite des Permanentmagneten 11 aufge bracht, welches den GMR-Sensor 10 etwa bis zu dessen Mitte überragt. In order to detect the position of the ferromagnetic drive hanger and the GMR sensor 10, the magnetic field of the permanent an iron platelet is magnet 11 coupled to the drive bracket 51 and the field enhancement brought up to the bow from the drive 51 side facing away from the permanent magnet 11 12 which GMR the sensor 10 approximately up to the center thereof projects beyond.

Gemäß Fig. 2 befindet sich der GMR-Sensor 10 also zwischen den annähernd parallelen Schenkeln eines U-förmigen Magnetkreises aus Antriebsbügel 51 und Eisenplättchen 12 , dessen Quer schenkel durch den Permanentmagneten 11 gebildet wird. Referring to FIG. 2, the GMR sensor 10 is thus between the approximately parallel legs of a U-shaped magnetic circuit of the drive bracket 51 and iron plates 12, whose transverse leg is formed by the permanent magnet 11. Die Magnetisierungsrichtung ist dabei so gewählt, daß das Magnet feld senkrecht zur Zeichenebene der Fig. 1 aus dem Permanent magneten 11 austritt. The magnetization direction is chosen so that the magnetic magnet field perpendicular to the plane of FIG. 1 from the permanent exits. 11

Der Positionssensor 10 der Fig. 1 kann in einer anderen Aus führungsform so positioniert sein, daß das Magnetfeld des Antriebsbügels 52 in einer Zwischenstellung zwischen der Ein- und Ausschaltposition die Sensorebene nicht senkrecht durch dringt, sondern daß die Sensorebene zur Ebene der Magnetfeld linien annähernd parallel orientiert ist. The position sensor 10 of FIG. 1 can guide die in another From be positioned so that the magnetic field of the drive yoke 52 does not penetrate in an intermediate position between the on and off position the sensor plane normal, but that the sensor plane to the plane of the magnetic field lines approximately parallel is oriented. Der Positionssensor 10 liefert dann ein Meßsignal, das mit der Richtung des Magnetfeldvektors korrespondiert. The position sensor 10 then supplies a measurement signal which corresponds to the direction of the magnetic field vector. In einer weiteren Ausfüh rungsform kann der Permanentmagnet 11 in der Darstellung der Fig. 1 in Projektionsrichtung "über" dem Sensor 10 angeordnet sein. 1 can approximate shape in a further exporting the permanent magnet 11 in the illustration of FIG. In the direction of projection be arranged "over" the sensor 10.

Mit den beiden Kapazitätselektroden 20 und 30 wird gemessen, ob bei anliegender Netzspannung die Kontakte des Leitungs schutzschalters geöffnet oder geschlossen sind. With the two capacitor electrodes 20 and 30 is measured, whether the contacts of the line breaker is opened or closed when the mains voltage. Die Span nungssignale der Kapazitätselektroden 20 und 30 werden dazu als Differenzspannung mittels eines Differenzverstärkers weiterverarbeitet. The clamping voltage signals of the capacitance electrodes 20 and 30 are to processed further as a voltage difference by means of a differential amplifier. Aus diesem Sensorsignal kann der Zeitpunkt des Kontaktöffnens, der Ausfall der Netzspannung und eine mögliche Kontaktverschweißung abgeleitet werden. For this sensor signal, the timing of the contact opening, the power failure and a possible contact welding can be derived.

Um die kapazitive Sensorik unabhängig von der Netzspannung einsetzen zu können, kann über eine dritte Elektrode eine höherfrequente Hilfsspannung, z. In order to use the capacitive sensor independent of the mains voltage, can a third electrode, a higher frequency auxiliary voltage such. B. 5 kHz bis 500 kHz Sinus/ Rechteck mit Û = 15 V, in den Leitungsschutzschalter ein gekoppelt werden, wobei die Hilfsspannung bei geschlossenem Schaltkontakt als Differenzsignal Null und bei offenem Schaltkontakt als höherfrequentes Meßsignal gemessen werden kann. B. 5 kHz to 500 kHz sine / square U = 15 V, are coupled in the line protection switch, wherein the auxiliary voltage can be measured with a closed switching contact as the difference signal is zero and with an open switching contact as a higher-frequency measuring signal. Gegenüber der einfachen kapazitiven Messung der Netz spannung ist jedoch ein zusätzlicher elektronischer Aufwand erforderlich. Compared with the simple capacitive measuring the network voltage but an additional electronic effort is required.

Für die Kurzschlußerfassung ist ein Magnetfeldsensor zur Messung des magnetischen Streufeldes des Magnetauslösers vorgesehen. For the short-circuit detecting a magnetic field sensor to measure the magnetic stray field of the magnetic release is provided. Dies kann z. This can be. B. mit Hallsensoren oder mit einem Reedkontakt erfolgen. As with Hall sensors or with a reed contact take place.

Zur Verwendung einer Schaltzustanderkennungseinrichtung vor zugsweise in Wechselstromnetzen kann als Magnetfeldsensor in einfacher Weise eine Drossel 80 , z. For use of a switching state detecting means before preferably in AC networks can be used as magnetic field sensor in a simple manner, a throttle 80, z. B. eine Entstördrossel (4700 µH, R = 60 Ω, Abmessungen: 1 = 9 mm, ⌀ = 3,5 mm) ver wendet werden. B. (= 60 Ω, dimensions 4700 .mu.H, R 1 = 9 mm, ⌀ = 3.5 mm) a suppression choke are ver turns. Bei seitlicher Anordnung mit z. In the lateral arrangement with z. B. 7 mm Abstand zur Magnetspule 8 eines herkömmlichen Leitungsschutzschalters B 16 liefert die Drossel 80 ein (dI/dt)-proportionales Span nungssignal von z. B. 7 mm distance from the magnet coil 8 of a conventional circuit breaker B 16 supplies the throttle 80 a (dI / dt) -proportionales clamping voltage signal of z. B. 1/3 mV/A bei 50 Hz Netzfrequenz. B. 1/3 mV / A at 50 Hz mains frequency. Für die Kurzschlußerkennung wird ein Mindestwert der Drossel-Induk tionsspannung vorgegeben, beispielsweise von 20 mV, was einem Überstrom von 4·I n entspricht. For the short circuit detection, a minimum value of the throttle-Induk tion is specified voltage, for example 20 mV, corresponding to an overcurrent of 4 · I n. Bei Änderung der Auslösecharak teristik von Leitungsschutzschaltern von z. When changing the Auslösecharak teristik line circuit breakers of z. B. Charakteristik B auf C kann die zur Auslösung notwendige AW-Zahl bei einem Schaltertyp erhalten bleiben, bei einem anderen Schaltertyp jedoch ansteigen. B. characteristic B to C can be maintained for the necessary triggering AW-number in a switch type, but rise by another type of switch. Im zweiten Fall könnte die Drossel-Induk tionsspannung den für eine Kurzschlußerkennung vorgegebenen Mindestwert von z. In the second case, the throttle-Induk could tion the predetermined voltage for a short circuit detection minimum value of z. B. 20 mV, überschreiten, obwohl der Magnet auslöser noch nicht anspricht. B. 20 mV, passing, although the magnetic trigger not respond.

Das Problem der Kurzschlußbewertung kann nun dadurch gelöst werden, daß bei einer tatsächlichen Kurzschlußauslösung die Anzahl der auftretenden Stromhalbwellen auf n < 10 begrenzt ist und für eine Kurzschlußerfassung eine Stromflußzeit t I < 0,1 sec vorausgesetzt werden kann. The problem of short-circuit evaluation can now be solved in that in an actual short-circuit tripping, the number of current half-waves occur is limited to n <10 and for a short circuit detecting a current flowing time t I <0.1 sec can be provided. Eine Kurzschlußaus lösung wird daher als solche erkannt, wenn eine genügende Drossel-Induktionsspannung vorhanden ist, z. A Kurzschlußaus solution is therefore recognized as such when a sufficient throttling induction voltage is present, z. B. 20 mV, die Stromflußzeit t I < 0,1 sec ist und innerhalb dieses Zeit intervalls die kapazitive Spannungsmessung den Schaltzustand "Elektrisch Aus" liefert. B. is 20 mV, the current flow time t I <0.1 sec interval and the capacitive voltage measuring the switching state "Electrically off" supplies within this time.

Die Fig. 3 bis 5 zeigen Oszillogramme gemessener Sensor signale, nach welchen zwischen Handauslösung, Überstromaus lösung, Kurzschlußauslösung, Freiauslösung, Kontaktver schweißung und Netzspannungsausfall unterschieden werden kann: Figs. 3 to 5 show oscillograms measured sensor signals, according to which between manual release, weld Überstromaus solution, short-circuit triggering, trip-free, Kontaktver and mains voltage failure can be distinguished:
Gemäß Fig. 3 liegt eine Handauslösung vor, wenn der Signal wechsel am kapazitiven und am GMR-Sensor in einem Zeit abstand 1 ms erfolgt. FIG. 3 is a manual release before, if the signal change at the capacitive and the GMR sensor at a time interval 1 ms is carried out.

Gemäß Fig. 4 liegt eine Überstromauslösung vor, wenn der Signalwechsel am kapazitiven- und am GMR-Sensor in einem Zeitabstand t, 2 ms t 10 ms erfolgt. According to FIG. 4 2 is an overcurrent trip occurs when the signal change at the kapazitiven- and the GMR sensor in a time interval t, t ms 10 ms takes place.

Gemäß Fig. 5 liegt eine Kurzschlußauslösung vor, wenn die Drossel-Induktionsspannung einen vorgegebenen Spannungsabso lutwert überschreitet, beispielsweise bei einem Leitungs schutzschalter B 16, U Drossel = 20 mV, das Kurzschlußsignal der Drossel nicht länger als 100 ms ansteht und das zeitliche Ende des Kurzschlußsignals an der Drossel mit dem zeitlichen Beginn des Spannungssignals, dh bei geöffnetem Kontakt, am kapazitiven Sensor 20 bzw. 30 annähernd zusammenfällt. FIG. 5 is a short-circuit trip occurs when the throttle induced voltage exceeds a predetermined Spannungsabso lutwert, such as a miniature circuit breakers B 16, U throttle = 20 mV, is present, the short-circuit signal of the throttle not longer than 100 ms and the temporal end of the short-circuit signal approximately coincident to the reactor with the starting time of the voltage signal, that is, with an open contact, the capacitive sensor 20 and 30 respectively.

Die angegebenen Zeitwerte sind nicht als starre Zeitgrenzen anzusehen, sondern sie können nach Bedarf an unterschiedliche Schaltgeräte und Sensoren angepaßt sein. The values ​​given are not to be regarded as a rigid time limits, but they can be adapted as needed to different switching devices and sensors.

Mit den so beschriebenen Oszillogrammen lassen sich allein aus den Sensorsignalen weitere unterschiedliche Fälle dis kriminieren: With the so-described oscillograms more different cases can be dis detective kidney alone from the sensor signals:

  • - Freiauslösung bei Überstrom oder Kurzschluß liegt vor, wenn ein Signalwechsel des Sensors 10 in einem vorgegebenen Zeitbereich, z. - free mechanism for overcurrent or short circuit occurs when a signal change of the sensor 10 in a predetermined time range, eg. B. +/- 10 ms, des Signalwechsels des kapa zitiven Sensors ausbleibt. absent as +/- 10 ms, the signal change of the kapa zitiven sensor.
  • - Eine Kontaktverschweißung liegt vor, wenn der GMR-Sensor 10 einen Signalwechsel anzeigt, dieser jedoch beim kapazitiven Sensor 20 bzw. 30 ausbleibt. - A contact welding occurs when the GMR sensor 10 indicative of a signal change, but it is absent at the capacitive sensor 20 and 30 respectively.
  • - Netzspannungsausfall liegt vor, wenn die elektrische Span nung an den Kapazitätselektroden 20 bzw. 30 einen vorge gebenen Grenzwert nicht überschreitet. - a power failure occurs when the electric clamp voltage does not exceed a pre-given threshold value at the capacitor electrodes 20 and 30 respectively. Als Grenzwert kann z. As the limit for can. B. die Hälfte der Meßspannung vorgegeben werden, die bei der kleinsten vorgesehenen Netzspannung (z. B. U N = 110 V∼, gemessen wird. B. half of the measured voltage are predetermined, the (at least provided mains voltage z. B. N U = 110 V AC, is measured.

Der bei der vorstehend beschriebenen Anordnung verwendete Sensor 10 muß gegen starke Magnetfelder funktionssicher sein. The sensor 10 used in the arrangement described above must be functionally reliable against strong magnetic fields. Neben einem GMR-Sensor oder einem AMR-Sensor kann als Sensor 10 z. In addition to a GMR sensor or an AMR sensor can be used as sensor 10 z. B. auch ein dynamischer Differential-Hall-Effekt Sensor verwendet werden, wenn eine unterbrechungsfreie Stromversor gung der Sensorelektronik gewährleistet ist. As well as a dynamic differential Hall-effect sensor can be used if an uninterruptible power sup ply of the sensor electronics is ensured.

In der Fig. 6 sind in der Kopfzeile die gewünschten Erken nungsfunktionen jeweils als einzelne Blöcke dargestellt. In FIG. 6, the desired Erken are in the header of each voltage function depicted as single blocks. Es bedeuten Block 101 die Erkennung der Schaltstellung, Block 102 die Erkennung des Kurzschlusses, Block 103 die Erkennung des Überstromes, Block 104 die Erkennung von Kontaktver schweißen, Block 105 die Erkennung einer Freiauslösung und Block 106 die Erkennung eines Netzspannungsausfalls. 101, it means block the detection of the shift position, block 102 detection of the overcurrent, block 104 weld the detection of the short circuit, block 103 detection of Kontaktver, block 105 detection of a trip-free release and block 106 detection of a power failure. Jeder dieser Blöcke 101 bis 106 ist über eine eigene Signalsammel leitung 111 bis 116 mit jeweils einem Auswertemodul 121 bis 126 für eine dynamische und/oder statische Signalauswertung verbunden. Each of these blocks 101 to 106 is connected via its own signal manifold 111 to 116 each having an evaluation module 121 through 126 connected to a dynamic and / or static signal evaluation. Nachgeschaltet ist eine Zustandsanzeige 140 , welche jeweils für die einzelnen Erkennungsfunktionen eine Ein/Aus- bzw. Ja/Nein-Aussage liefert. Downstream is a status display 140 which provides an on / off or yes / no statement for the individual recognition functions.

In der Fig. 6 sind in der ersten Spalte die verwendeten Sensoren dargestellt, welche anhand der Fig. 1 und 2 im ein zelnen beschrieben wurden. In FIG. 6, the sensors used are shown in the first column which have been described with reference to FIGS. 1 and 2 in an individual. Verdeutlicht ist ein Block 110 für den Positionssensor, beispielsweise GMR, AMR oder DHE, ein Block 180 für einen Kurzschlußsensor und ein Block 120 für einen Kapazitätssensor mit Kapazitätselektroden. Illustrates a block 110 for the position sensor, for example GMR, AMR or DHE, a block 180 for a short circuit sensor and a block 120 for a capacitance sensor with capacitance electrodes. Der Block 180 für den Kurzschlußsensor kann entweder die Drossel 80 gemäß Fig. 1 für das B-Feld beinhalten, oder aber auch einen Schallsensor darstellen, mit dem das Schaltgeräusch beim Schalten erfaßt wird. The block 180 for the short circuit sensor can either include the throttle 80 according to FIG. 1 for the B-field, or also be a sound sensor, with which the switching noise is detected during shifting. Die Sensoreinheiten 110 , 120 und 180 sind jeweils mit Signalleitungen an die diesbezügliche Sammelleitung angeschlossen, wobei der jeweils zugehörige Signalanschluß gekennzeichnet ist. The sensor units 110, 120 and 180 are respectively connected to signal lines of the related manifold, wherein the respective associated signal terminal is characterized.

Unter der dynamischen Signalauswertung entsprechend den Ein heiten 121 bis 126 wird in vorliegendem Fall die Auswertung der Zeit folge der charakteristischen Sensorsignale entspre chend den Oszillogrammen gemäß den Fig. 3 bis 5 verstanden. Under the dynamic signal analysis in accordance with the A units 121 to 126 is in the present case, the evaluation of the time sequence of the characteristic sensor signals accordingly the oscillograms shown in FIGS. 3 to 5 understood. Dagegen beinhaltet die statische Signalauswertung die Aus wertung der statischen bzw. quasi statischen Sensorsignale durch logische Verknüpfung. In contrast, includes the static signal evaluation From the evaluation of the static or quasi-static sensor signals by logically combining.

In Fig. 7 ist die Einheit 120 der Fig. 6 mit den Kapazitäts elektroden 20 bzw. 30 der Fig. 1 dargestellt, welche mit der Einheit 110 der Fig. 6 mit dem Positionssensor über nachge schaltete Einheiten 141 , 142 zur Signalformung verknüpft ist. In Fig. 7, the unit 6 is 120 of Fig. With the capacitance electrodes 20 and 30 of FIG. 1, which the unit 110 of Fig. 6 to the position sensor on an obligation on downstream units 141, 142 is connected to signal shaping. Nach Generierung entsprechender Signale lassen sich aus Rechtecksignalen die Zeitabstände t₁ und t₂ ableiten, welche in einer Koinzidenzschaltung 150 überprüft werden. After generation of corresponding signals, the time intervals T₁ and T₂ can be derived, which are checked in a coincidence circuit 150 of square-wave signals. Es wird das Signal Δt = t₂-t₁ gebildet, wobei eine Überstromauslösung dann angezeigt wird, wenn für Δt gilt: 2 ms < Δt 10 ms. It is the signal formed .DELTA.t = t₂-t₁, wherein an overcurrent trip is displayed, if for .DELTA.t: 2 ms <10 ms .DELTA.t. Am Signalausgang 151 kann dann unmittelbar die Überstromaus lösung angezeigt werden. At the signal output 151 can then immediately displays the Überstromaus solution.

Ganz entsprechend sind in der Fig. 8 zur Erkennung einer Kurz schlußauslösung die Einheiten 110 und 180 der Fig. 6 mitein ander verknüpft, wobei jeweils über Signalformungsglieder 141 , 142 wieder entsprechende Normsignale erzeugt werden. 8 are quite correspondingly in the Fig. For detecting a short-circuit trip units 110 and 180 of Fig. 6 mitein other links, wherein respective standard signals are generated again respectively through signal shaping elements 141, 142. Insbesondere ein B-Feld-Sensor 80 aus Fig. 1 als Kurzschluß sensor zeigt einen Kurzschluß < 10 Halbwellen an und gene riert so das Signal t₂. Specifically, a B-field sensor 80 of FIG. 1 as a short circuit sensor shows a short circuit at <10 half-waves and generate riert so t₂ the signal. Dazu wird das an der Drossel 80 indu zierte Spannungssignal durch ein als Teil des Kurzschluß sensors zu betrachtendes Signalformungsglied in einen Recht eckpuls geformt, dessen Pulsdauer der Kurzschlußdauer ent spricht. For this purpose the indu ed at the throttle 80 is formed by a voltage signal as part of the short-circuit sensors to be viewed waveform shaping member in a right eckpuls speaks the pulse duration of the short-circuit duration ent. In der Koinzidenzschaltung 150 wird ein Signal für eine Kurzschlußauslösung aus der Differenz Δt = t₂-t₁ dann generiert, wenn für Δt gilt: 0 ms Δt 20 ms. In the coincidence circuit 150 a signal for a short trip from the difference .DELTA.t = t₂-t₁ is then generated, if for .DELTA.t: 0 ms .DELTA.t 20 ms. Am Ausgang 151 kann dann das Signal für Kurzschlußauslösung angezeigt werden. At the output 151, the signal for short trip can then be displayed.

In einer anderen Ausführungsform wird bei einer Kurzschluß abschaltung durch einen Schallsensor aus dem Schaltgeräusch ein Normsignal abgeleitet, das in der Koinzidenzschaltung 150 bezüglich einer Kurzschlußauslösung ausgewertet wird. In another embodiment, a standard signal which is evaluated in the coincidence circuit 150 with respect to a short-circuit release is in a short-circuit by a sound sensor from the switching noise derived.

Claims (15)

  1. 1. Elektromechanisches Schaltgerät mit wenigstens einem be weglichen Kontakt und zugehörigem Antrieb in einem Geräte gehäuse mit Mitteln zur berührungslosen Erkennung des Schalt zustandes, wobei Magnetfeldsensoren vorhanden sind, die an geeigneter Stelle innerhalb und/oder außerhalb des Geräte gehäuses angeordnet sind und die mit jeweils einem von mehre ren Schaltzuständen verknüpfte Magnetfeldwerte erfassen, wo bei das Gerätegehäuse einen zur Handauslösung bestimmten Schaltgriff aufweist, dadurch gekenn zeichnet, daß wenigstens zur Positionsüberwachung des Schaltgriffes ( 51 ) ein hochempfindlicher Magnetfeldsensor ( 10 ) und daß weitere Mittel ( 20 , 30 , 80 ) zur Erfassung des Schaltzustandes "Elektrisch Ein/Aus" und/oder eines Kurz schlußstromes vorhanden sind, wobei zur Unterscheidung der verschiedenen Schaltzustände eine Auswertung der charakteri stischen Zeitfolge der erfaßten Sensorsignale erfolgt. 1. Electromechanical switching device with at least one be moveable contact and associated drive in a device housing with means for the contactless detection of the switching state, wherein magnetic field sensors are provided which are arranged at a suitable location within and / or outside of the apparatus housing and each having a of several ren switching states linked detect where having in the device housing a compartment intended for manual release control handle, characterized in that at least for monitoring the position of the shift knob (51), a highly sensitive magnetic field sensor (10) and that further means (20, 30, 80) to the magnetic field values detecting the switching state "Electrical on / Off" and / or a short-circuit current are provided, wherein in order to distinguish between the different switching states, an evaluation of the CHARACTERI stischen time sequence of the sensor signals detected.
  2. 2. Schaltgerät nach Anspruch 1, dadurch ge kennzeichnet, daß eine Handauslösung dadurch bestimmbar ist, daß der Zeitabstand zwischen dem Positions signal ("Aus") des Schaltgriffes ( 52 ) und dem Schaltzustand ("Elektrisch Aus") einen vorgegebenen ersten Grenzwert unter schreitet. 2. Switching device according to claim 1, characterized in that a manual release is thereby determined that the time interval between the position signal ( "off") of the shift knob (52) and the switching state ( "Electrically Off") below a predetermined first threshold value among ,
  3. 3. Schaltgerät nach Anspruch 1, dadurch ge kennzeichnet, daß eine Überstromauslösung dadurch bestimmbar ist, daß der Zeitabstand zwischen dem Positionssignal ("Aus") des Schaltgriffes ( 15 ) und dem Schaltzustandssignal ("Elektrisch Aus") einen vorgegebenen zweiten Grenzwert, welcher größer oder gleich dem ersten Grenzwert ist, überschreitet. 3. Switching device according to claim 1, characterized in that an overcurrent trip characterized is determined, that the time interval between the position signal ( "off") of the shift knob (15) and the switching state signal ( "Electrically Off") exceeds a predetermined second limit value which is larger or equal to the first threshold value exceeds.
  4. 4. Schaltgerät nach Anspruch 3, dadurch ge kennzeichnet, daß die Mittel ( 80 ) zur Erfassung eines Kurzschlusses ein Zeitsignal liefern. 4. Switching device according to claim 3, characterized in that the means (80) for detecting a short circuit, providing a time signal.
  5. 5. Schaltgerät nach Anspruch 4, dadurch ge kennzeichnet, daß eine Kurzschlußauslösung dann vorliegt, wenn die Dauer des vom Kurzschluß erfaßten Sensor signals einen vorgegebenen dritten Grenzwert unterschreitet und der Zeitabstand zwischen dem Eintritt des Sensorsignals "Kurzschluß abgeschaltet" und dem Schaltzustandssignal "Elektrisch Aus" einen vierten Grenzwert unterschreitet. 5. Switching device according to claim 4, characterized in that a short-circuit triggering is present when the length of the sensor detected by the short circuit falls below signal a predetermined third limit value and the time interval between the occurrence of the sensor signal "short-circuit turned off" and the switching state signal "Electrically Off" a fourth limit value falls below.
  6. 6. Schaltgerät nach Anspruch 1, dadurch ge kennzeichnet, daß der hochempfindliche Magnet feldsensor ( 10 ) ein sogenannter "Giant Magneto Resistive Position Sensor" (GMR) ist. 6. Switching device according to claim 1, characterized in that the highly sensitive magnetic field sensor (10) a so-called "Giant Magneto Resistive position sensor" (GMR).
  7. 7. Schaltgerät nach Anspruch 1, dadurch ge kennzeichnet, daß der hochempfindliche Magnet feldsensor ( 10 ) ein sogenannter "Anisotropic Magneto Resistive Sensor" (AMR) ist. 7. Switching device according to claim 1, characterized in that the highly sensitive magnetic is a so-called "Anisotropic Magneto Resistive sensor" (AMR) frame sensor (10).
  8. 8. Schaltgerät nach Anspruch 1, dadurch ge kennzeichnet, daß der hochempfindliche Magnet feldsensor ( 10 ) ein dynamischer Differential-Hall-Effekt- Sensor (DHE) ist. 8. Switching device according to claim 1, characterized in that the highly sensitive magnetic is a dynamic differential Hall-effect sensor (DHE) field sensor (10).
  9. 9. Schaltgerät nach Anspruch 1, dadurch ge kennzeichnet, daß der hochempfindliche Magnet feldsensor eine Miniatur-Induktivität mit Ferritkern ist. 9. Switching device according to claim 1, characterized in that the highly sensitive magnetic field sensor is a miniature inductor with ferrite core.
  10. 10. Schaltgerät nach Anspruch 1, dadurch ge kennzeichnet, daß zur Überwachung des Schalt zustandes "Elektrisch Ein/Aus" Mittel ( 20 , 30 ) zur Erfassung von wenigstens zwei elektrischen Potentialen vorhanden sind. 10. Switching device according to claim 1, characterized in that are provided for monitoring the switching state "Electrical On / Off" means (20, 30) for detecting at least two electrical potentials.
  11. 11. Schaltgerät nach Anspruch 10, dadurch ge kennzeichnet, daß die Mittel zur Erfassung von Änderungen des elektrischen Potentials Elektroden ( 20 , 30 ) sind, die im Abstand am Gerätegehäuse ( 1 ) angebracht sind. 11. Switching device according to claim 10, characterized in that the means for detecting changes of the electric potential electrodes (30 20) are mounted at a distance from the device housing (1).
  12. 12. Schaltgerät nach Anspruch 1, dadurch ge kennzeichnet, daß die Mittel ( 80 ) zur Erfassung eines Kurzschlusses das Auslöser-Magnetfeld im Kurzschlußfall bestimmen. 12. Switching device according to claim 1, characterized in that the means (80) for detecting a short circuit determine the trigger-magnetic field in the case of short circuit.
  13. 13. Schaltgerät nach Anspruch 12, dadurch ge kennzeichnet, daß die Mittel zur Erfassung des Auslöser-Magnetfeldes im Kurzschlußfall ein Reed-Kontakt, eine Drossel ( 80 ) und/oder ein Hall-Element sind. 13. Switching device according to claim 12, characterized in that the means for detecting the trigger-magnetic field in the short circuit case, a reed contact, a throttle (80) and / or a Hall element.
  14. 14. Schaltgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß als Mittel zur Erfassung eines Kurzschlusses bei ein- und mehr poligen Schaltgeräten ein Schallsensor das bei der Kurz schlußabschaltung erzeugte Schaltgeräusch erfaßt. 14. Switching device according to one of the preceding claims, characterized in that the detected as means for detecting a short circuit in single and multi-pole switching devices, a sound sensor at the short-circuit disconnection generated switching noise.
  15. 15. Schaltgerät nach Anspruch 6, 11 und 14, dadurch gekennzeichnet, daß der Positions-Sensor ( 10 ), die Kapazitätselektroden ( 20 , 30 ) sowie der Kurzschluß- Sensor ( 80 ) außerhalb des Gerätegehäuses ( 1 ) angeordnet sind. 15. Apparatus according to claim 6, 11 and 14, characterized in that the position sensor (10), the capacitance electrodes (20, 30) and the short circuit sensor (80) outside of the apparatus housing (1) are arranged.
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