DE19707729C2

DE19707729C2 - Electromechanical switching device

Info

Publication number: DE19707729C2
Application number: DE19707729A
Authority: DE
Inventors: Fritz Pohl
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1996-02-26
Filing date: 1997-02-26
Publication date: 2000-05-11
Anticipated expiration: 2017-02-27
Also published as: DE19707729A1

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 non-contact detection of the switching state, with magnet Field sensors are available, which are located at a suitable location are arranged half and / or outside of the device housing and each with one of several switching states associated magnetic field values, the device housing has a switch intended for manual release.

Für die berührungslose Schaltzustandserkennung an Leitungs schutzschaltern wird in der älteren, nicht vorveröffentlich ten DE 44 30 382 A1 sowie DE 195 11 795 A1 vorgeschlagen, die verschiedenen Schaltzustände, d. h. "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.For non-contact switching status detection on cables Circuit breakers are in the older, not pre-published proposed DE 44 30 382 A1 and DE 195 11 795 A1, the different switching states, d. H. "Mechanical on / off", Overcurrent release, short circuit release and contact ver welding, by means of magneto sensors, for example by Differential Hall effect sensor with permanent magnet, reed contact or the like and possibly also by sound Detection to detect short-circuit.

Insbesondere für die Anwendung der Differential-Hall-Effekt Sensoren müssen jedoch geeignete Geberelemente, d. h. ferro magnetische Körper, zur Verfügung stehen, die durch Posi tionswechsel eine ausreichende Verzerrung des magnetischen Feldes hervorrufen. Diese Voraussetzung wurde im Rahmen der früheren Anmeldung dadurch realisiert, indem 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. Especially for the application of the differential Hall effect However, sensors must have suitable encoder elements, i. H. ferro magnetic bodies, available through Posi tion change a sufficient distortion of the magnetic Field. This requirement was met within the earlier application realized by z. B. the ferro magnetic drive bracket of the control handle to 2.5 mm ∅ ver was enlarged and on the jack for overcurrent release as well Iron on the contact axis to record the weld cylinders of 4.5 mm ∅ were attached.

Eine derartige konstruktive Veränderung ist bei einer Schalt geräteneukonstruktion unproblematisch. Für bestehende Lei tungsschutzschalter ist jedoch eine Lösung anzustreben, die keine konstruktive Veränderung am Schaltgerät erfordert. 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.Such a design change is in a switching device redesign unproblematic. For existing lei However, a circuit breaker is to be striven for a solution that does not require any design changes to the switchgear. The Rather, device for switching state detection is in one to arrange their own housing, which by side mounting with the circuit breaker to be monitored in narrow Is brought into contact.

Aus der EP 0 685 866 A1 ist es bekannt, zur Zustandserfassung bei elektromechanischen Schutzschaltern mit Schaltschloß, Schaltkontakten und Auslöseeinrichtung berührungslose Sen soren außen am Schaltergehäuse anzuordnen. Dabei können die Sensoren speziell in einem zu Schutzschaltern anreihbaren Überwachungsgehäuse benachbart zur Anbauwand angeordnet sein. Damit lassen sich Leitungsschutzschalter und Fehlerstrom schutzschalter komplettieren.It is known from EP 0 685 866 A1 for condition detection for electromechanical circuit breakers with switch lock, Switch contacts and triggering device non-contact sen Arrange sensors on the outside of the switch housing. The Sensors especially in a row that can be added to circuit breakers Monitoring housing can be arranged adjacent to the add-on wall. This allows circuit breakers and residual current Complete the circuit breaker.

Ausgehend vom Stand der Technik ist es Aufgabe der Erfindung, für bestehende Schaltgeräte ohne konstruktive Veränderung eine Sensoreinrichtung anzugeben, mit welcher nicht nur die Schaltzustände "Mechanisch Ein/Aus" und "Fehlerauslösung" sicher erkannt werden, sondern auch bei Fehlerauslösung zwischen einer Überstrom- und einer Kurzschlußauslösung unterschieden werden kann. Weiterhin ist es Aufgabe der Erfindung, Möglichkeiten zur Erfassung zusätzlicher Stör zustände anzugeben, wie Kontaktverschweißung, fehlende Kontaktgabe und Netzspannungsausfall.Starting from the prior art, it is an object of the invention for existing switchgear without design changes to specify a sensor device with which not only the Switching states "Mechanical on / off" and "Error triggering" can be reliably recognized, but also when errors are triggered between overcurrent and short-circuit tripping can be distinguished. It is also the task of Invention, ways to capture additional sturgeon states such as contact welding, missing Contact and mains voltage failure.

Die Aufgabe ist erfindungsgemäß bei einem Schaltgerät der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß wenigstens zur Positionsüberwachung des Schaltgriffes ein Magnetfeldsensor und daß weitere Mittel zur Erfassung des Schaltzustandes "Elektrisch Ein/Aus" und/oder eines Kurzschlußstromes vor handen sind, wobei zur Unterscheidung der verschiedenen Schaltzustände eine Auswertung der charakteristischen Zeit folge der erfaßten Sensorsignale erfolgt. 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. Die Überstromauslösung ist dadurch bestimmbar, daß der Zeitabstand zwischen dem Positionssignal "Aus" des Schaltgriffes und dem Schaltzustandssignal "Elek trisch Aus" einen vorgegebenen zweiten Grenzwert, welcher größer oder gleich dem ersten Grenzwert ist, überschreitet.The object of the invention is in a switching device initially mentioned type in that at least for Position monitoring of the control handle a magnetic field sensor and that further means for detecting the switching state "Electrical on / off" and / or a short-circuit current are available, whereby to differentiate the different Switching states an evaluation of the characteristic time follow the detected sensor signals. Preferably a manual release can be determined by the time interval between the position signal "off" of the control handle and the Switching state "Electrical off" a predetermined first Falls below the limit. This is the overcurrent release determinable that the time interval between the position signal "Off" of the control handle and the switching status signal "Elek trisch Aus "a predefined second limit value, which is greater than or equal to the first limit value.

Die Magnetfeldsensoren sind wegen ihrer hohen Empfindlichkeit für die erfindungsgemäße Problemlösung besonders geeignet. Vorzugsweise wird als Magnetfeldsensor ein sog. Giant-Magne to-Resistive-Position-Sensor (GMR), ein sog. Anisotropic- Magneto-Resistive-Sensor (ANR) und u. U. ein dynamischer Differential-Hall-Effekt-Sensor zur Positionsüberwachung des Schaltgriffs mit Antriebsbügel verwendet. Hinzu kommen die kapazitive Überwachung des Schaltzustandes "Elektrisch Ein/ Aus", die Erfassung des Auslöser-Magnetfeldes im Kurzschluß fall, z. B. mit Reed-Kontakt, Drossel, Hall-Element, und/oder des dabei auftretenden Schallsignals.Because of their high sensitivity, the magnetic field sensors are particularly suitable for the problem solution according to the invention. Preferably, as the magnetic field sensor is a so-called. Iant- G M Agne to-resistive position sensor (GMR), a so-called. Anisotropic- magneto R esistive sensor (ANR) and u. U. a dynamic differential Hall effect sensor used to monitor the position of the control handle with drive bracket. In addition, there is the capacitive monitoring of the switching state "electrical on / off", the detection of the trigger magnetic field in the event of a short circuit, for. B. with reed contact, choke, Hall element, and / or the sound signal that occurs.

Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Figurenbeschreibung von Ausführungs beispielen anhand der Zeichnung in Verbindung mit weiteren Unteransprüchen. Es zeigenFurther details and advantages of the invention emerge from the following figure description of execution examples using the drawing in conjunction with others Subclaims. Show it

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

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 Leitungsschutzschalters, FIGS. 3 to 5 oscillograms with characteristic time sequences for the cases of manual release, solution Überstromaus and short-circuit tripping a circuit breaker,

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 an overcurrent release and

Fig. 8 die Realisierung von Fig. 6 zur Erkennung einer Kurz schlußauslösung. Fig. 8 shows the realization of Fig. 6 for the detection of a short circuit.

Die Figuren werden nachfolgend teilweise gemeinsam beschrie ben.The figures are partly described below together ben.

Ein wesentliches Problem der Schaltzustandserkennung ist die Erkennung transienter Störzustände, wie insbesondere der Überstromauslösung. Die Problemlösung erfolgt durch Auswer tung der charakteristischen Zeitfolge der erfaßten Sensor signale.A major problem with switching state detection is that Detection of transient disturbances, such as in particular Overcurrent trip. The problem is solved by Auswer the characteristic time sequence of the detected sensor 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. 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. 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. Fig. 1 shows the selected on a test facility, spatial arrangement of the sensors for a circuit breaker ter, the sensor is located outside the switch housing at a short distance from the housing side wall and is shown in projection on the switching device. In a switch housing 1 , the terminals 2 and 3 , a contact arrangement of fixed contact 4 and moving contact 5 , associated connections with a bimetal as line connection 7 and a solenoid 8 are shown in a simplified manner in a known manner. The fixed contact 4 is located on a rigid contact carrier 40 , the moving contact 5 on a movable contact carrier 50 , the handle 52 on a drive bracket 51 made of ferromagnetic material and a rotary handle can be activated.

In projizierter Darstellung ist "unter" dem beweglichen Kontaktträger 50 ein Permanentmagnet 11 angebracht, dem ein sogenannter GMR-Sensor 10 zugeordnet ist. Weiterhin sind im Bereich der Anschlußklemmen 2 und 3 in der Projektionsebene jeweils eine Kapazitätselektrode 20 bzw. 30 angebracht. Schließlich befindet sich "auf" der Magnetspule 8 eine Drossel 80. In a projected representation, a permanent magnet 11 is attached "below" the movable contact carrier 50 , to which a so-called GMR sensor 10 is assigned. Furthermore, in the area of the connection terminals 2 and 3 , a capacitance electrode 20 or 30 is attached in the projection plane. Finally, there is a choke 80 "on" the solenoid 8 .

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 will magnet 11 coupled to the drive bracket 51 and positioned for field enhancement, an iron plate 12 on the actuator 51 side facing away bracket of the permanent magnet 11 placed which the GMR -Sensor 10 protrudes approximately to the middle.

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. Die Magnetisierungsrichtung ist dabei so gewählt, daß das Magnet feld senkrecht zur Zeichenebene der Fig. 1 aus dem Permanent magneten 11 austritt.According to FIG. 2, a U-shaped so is the GMR sensor 10 between the approximately parallel legs of the magnetic circuit of the drive bracket 51 and iron plates 12, whose transverse leg is formed by the permanent magnet 11. The direction of magnetization is chosen so that the magnetic field emerges perpendicular to the plane of FIG. 1 from the permanent magnet 11 .

Der Positionssensor 10 der Fig. 1 kann in einer anderen Aus führungsform so positioniert sein, daß das Magnetfeld des Antriebsbügels 51 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. Der Positionssensor 10 liefert dann ein Meßsignal, das mit der Richtung des Magnetfeldvektors korrespondiert. In einer weiteren Ausfüh rungsform kann der Permanentmagnet 11 in der Darstellung der Fig. 1 in Projektionsrichtung "über" dem Sensor 10 angeordnet sein.The position sensor 10 of FIG. 1 can be positioned in another embodiment, so that the magnetic field of the drive bracket 51 does not penetrate the sensor plane perpendicularly in an intermediate position between the on and off position, but rather that the sensor plane lines approximately parallel to the plane of the magnetic field is oriented. The position sensor 10 then delivers a measurement signal which corresponds to the direction of the magnetic field vector. In a further embodiment, the permanent magnet 11 in the illustration in FIG. 1 can be arranged “above” the sensor 10 in the projection direction.

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

Um die kapazitive Sensorik unabhängig von der Netzspannung einsetzen zu können, kann über eine dritte Elektrode eine höherfrequente Hilfsspannung, z. 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. Gegenüber der einfachen kapazitiven Messung der Netz spannung ist jedoch ein zusätzlicher elektronischer Aufwand erforderlich.To the capacitive sensors regardless of the mains voltage To be able to use a third electrode higher-frequency auxiliary voltage, e.g. B. 5 kHz to 500 kHz sine / Rectangle with Û = 15 V, in the circuit breaker be coupled, the auxiliary voltage when closed Switch contact as differential signal zero and when open Switch contact can be measured as a higher-frequency measurement signal can. Compared to the simple capacitive measurement of the network However, voltage is an additional electronic effort required.

Für die Kurzschlußerfassung ist ein Magnetfeldsensor zur Messung des magnetischen Streufeldes des Magnetauslösers vorgesehen. Dies kann z. B. mit Hallsensoren oder mit einem Reedkontakt erfolgen.A magnetic field sensor is used for short-circuit detection Measurement of the stray magnetic field of the magnetic release intended. This can e.g. B. with Hall sensors or with a Reed contact.

Zur Verwendung einer Schaltzustanderkennungseinrichtung vor zugsweise in Wechselstromnetzen kann als Magnetfeldsensor in einfacher Weise eine Drossel 80, z. B. eine Entstördrossel (4700 µH, R = 60 Ω, Abmessungen: 1 = 9 mm, ∅ = 3, 5 mm) ver wendet werden. Bei seitlicher Anordnung mit z. B. 7 mm Abstand zur Magnetspule 8 eines herkömmlichen Leitungsschutzschaltes B 16 liefert die Drossel 80 ein (dI/dt)-proportionales Span nungssignal von z. B. 1/3 mV/A bei 50 Hz Netzfrequenz. Für die Kurzschlußerkennung wird ein Mindestwert der Drossel-Induk tionsspannung vorgegeben, beispielsweise von 20 mV, was einem Überstrom von 4 . I_n entspricht. Bei Änderung der Auslösecharak teristik von Leitungsschutzschaltern von z. B. Charakteristik B auf C kann die zur Auslösung notwendige AW-Zahl bei einem Schaltertyp erhalten bleiben, bei einem anderen Schaltertyp jedoch ansteigen. Im zweiten Fall könnte die Drossel-Induk tionsspannung den für eine Kurzschlußerkennung vorgegebenen Mindestwert von z. B. 20 mV, überschreiten, obwohl der Magnet auslöser noch nicht anspricht.To use a switching state detection device before preferably in AC networks, a choke 80 , for. B. a suppression choke (4700 µH, R = 60 Ω, dimensions: 1 = 9 mm, ∅ = 3.5 mm) can be used ver. With side arrangement with z. B. 7 mm distance to the solenoid 8 of a conventional circuit breaker B 16, the inductor 80 provides a (dI / dt) proportional voltage signal from z. B. 1/3 mV / A at 50 Hz mains frequency. For the short-circuit detection, a minimum value of the choke induction voltage is specified, for example of 20 mV, which is an overcurrent of 4. I _n corresponds. When changing the Auslösecharak teristik of circuit breakers z. B. Characteristic B on C, the AW number required for tripping can be retained in one switch type, but can increase in another switch type. In the second case, the choke induction voltage could be the minimum value for z. B. 20 mV exceed, although the magnet trigger does not yet 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. Eine Kurzschlußaus lösung wird daher als solche erkannt, wenn eine genügende Drossel-Induktionsspannung vorhanden ist, 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.The problem of short-circuit evaluation can now be solved by the fact that the number of current half-waves occurring is limited to n <10 when an actual short-circuit is triggered and a current flow time t _I <0.1 sec can be assumed for short-circuit detection. A short circuit solution is therefore recognized as such if there is sufficient choke induction voltage, e.g. B. 20 mV, the current flow time t _I <0.1 sec and within this time interval the capacitive voltage measurement delivers the switching state "electrical off".

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, Überstromaus solution, short-circuit triggering, trip-free, weld 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.According to FIG. 3, there is a manual release when the signal change at the capacitive and GMR sensors occurs at a time interval ≦ 1 ms.

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, there is an overcurrent trip when the signal change at the capacitive and GMR sensors occurs at a time interval t, 2 ms ≦ t ≦ 10 ms.

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, d. h. 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, the short circuit signal of the throttle not longer than 100 ms is pending and the temporal end of the short-circuit signal at the choke with the start of the voltage signal, ie with the contact open, approximately coincides with the capacitive sensor 20 or 30 .

Die angegebenen Zeitwerte sind nicht als starre Zeitgrenzen anzusehen, sondern sie können nach Bedarf an unterschiedliche Schaltgeräte und Sensoren angepaßt sein.The stated time values are not rigid time limits to look at, but they can be adjusted to different needs Switchgear and sensors must be adapted.

Mit den so beschriebenen Oszillogrammen lassen sich allein aus den Sensorsignalen weitere unterschiedliche Fälle dis kriminieren:
With the oscillograms described in this way, further different cases can be discriminated solely from the sensor signals:

- Free trip in the event of overcurrent or short circuit is present when a signal change of the sensor 10 in a predetermined time range, for. B. +/- 10 ms, the signal change of the capacitive sensor fails.
- Contact welding occurs when the GMR sensor 10 indicates a signal change, but this does not occur with the capacitive sensor 20 or 30 .
- Mains voltage failure is when the electrical voltage at the capacitance electrodes 20 and 30 does not exceed a predetermined limit. As a limit z. B. half of the measuring voltage can be specified, which is measured at the smallest provided mains voltage (e.g. UN = 110 V ~).

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

In der Fig. 6 sind in der Kopfzeile die gewünschten Erken nungsfunktionen jeweils als einzelne Blöcke dargestellt. 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. 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. Nachgeschaltet ist eine Zustandsanzeige 140, welche jeweils für die einzelnen Erkennungsfunktionen eine Ein/Aus- bzw. Ja/Nein-Aussage liefert.In FIG. 6, the desired voltage are Erken functions as individual blocks shown in the header. Block 101 means the detection of the switching position, block 102 the detection of the short circuit, block 103 the detection of the overcurrent, block 104 the detection of contact welding, block 105 the detection of a free trip and block 106 the detection of a mains voltage failure. Each of these blocks 101 to 106 is connected via a separate signal bus line 111 to 116 to an evaluation module 121 to 126 for dynamic and / or static signal evaluation. A status display 140 is connected downstream , 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. 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. 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. Die Sensoreinheiten 110, 120 und 180 sind jeweils mit Signalleitungen an die diesbezügliche Sammelleitung angeschlossen, wobei der jeweils zugehörige Signalanschluß gekennzeichnet ist.In Fig. 6, the sensors used are shown in the first column, which were described with reference to FIGS . 1 and 2 in an individual. 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 are illustrated. The block 180 for the short-circuit sensor can either contain the choke 80 according to FIG. 1 for the B-field, or it can also represent a sound sensor with which the switching noise during switching is detected. The sensor units 110 , 120 and 180 are each connected to the relevant collecting line with signal lines, the respectively associated signal connection being identified.

Unter der dynamischen Signalauswertung entsprechend den Ein heiten 121 bis 126 wird in vorliegendem Fall die Auswertung der Zeitfolge der charakteristischen Sensorsignale entspre chend den Oszillogrammen gemäß den Fig. 3 bis 5 verstanden. Dagegen beinhaltet die statische Signalauswertung die Aus wertung der statischen bzw. quasi statischen Sensorsignale durch logische Verknüpfung. Dynamic signal evaluation in accordance with units 121 to 126 is understood in the present case to mean the evaluation of the time sequence of the characteristic sensor signals in accordance with the oscillograms according to FIGS . 3 to 5. In contrast, the static signal evaluation includes the evaluation of the static or quasi-static sensor signals by logical combination.

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. Nach Generierung entsprechender Signale lassen sich aus Rechtecksignalen die Zeitabstände t₁ und t₂ ableiten, welche in einer Koinzidenzschaltung 150 überprüft werden. Es wird das Signal Δt = t₂ - t₁ gebildet, wobei eine Überstromauslösung dann angezeigt wird, wenn für Δt gilt: 2 ms < Δt ≦ 10 ms. Am Signalausgang 151 kann dann unmittelbar die Überstromaus lösung angezeigt werden.In Fig. 7, the unit 120 of FIG. 6 with the capacitance electrodes 20 and 30 of FIG. 1 is shown, which is linked to the unit 110 of FIG. 6 with the position sensor via downstream units 141 , 142 for signal shaping. After generation of corresponding signals, the time intervals t ₁ and t ₂ can be derived from square-wave signals, which are checked in a coincidence circuit 150 . The signal Δt = t ₂ - t _{1 is} formed, an overcurrent trip being indicated when the following applies to Δt: 2 ms <Δt ≦ 10 ms. The overcurrent release can then be displayed directly at signal output 151 .

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. 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. 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. 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. Am Ausgang 151 kann dann das Signal für Kurzschlußauslösung angezeigt werden.In accordance with FIG. 8, units 110 and 180 of FIG. 6 are linked to one another in order to detect a short-circuit tripping, corresponding standard signals being generated again in each case via signal shaping elements 141 , 142 . In particular, a B-field sensor 80 from FIG. 1 as a short-circuit sensor indicates a short-circuit <10 half-waves and thus generates signal t ₂ . For this purpose, the voltage signal induced at the inductor 80 is shaped into a rectangular pulse by a signal shaping element to be considered as part of the short-circuit sensor, the pulse duration of which corresponds to the short-circuit duration. A signal for short-circuit tripping is generated in the coincidence circuit 150 from the difference Δt = t ₂ -t ₁ if the following applies to Δt: 0 ms ≦ Δt ≦ 20 ms. The signal for short-circuit tripping can then be displayed at output 151 .

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, in the event of a short-circuit shutdown by a sound sensor, a standard signal is derived from the switching noise, which is evaluated in the coincidence circuit 150 with regard to a short-circuit triggering.

Claims

1. Electromechanical switching device with at least one movable contact and associated drive in a device housing with means for contactless detection of the switching state, magnetic field sensors being present, which are arranged at a suitable point inside and / or outside the device housing and each with one Detect associated magnetic field values from several switching states, where the device housing has a switching handle intended for manual release, characterized in that at least for position monitoring of the switching handle ( 52 ), a magnetic field sensor ( 10 ) and that further means ( 20 , 30 , 80 ) for recording the switching state "electrical on / off" and / or a short-circuit current are present, with an evaluation of the characteristic sequence of the detected sensor signals to distinguish the different switching states.

2. Switching device according to claim 1, characterized in that a manual release can be determined in that the time interval between the position signal ("off") of the control handle ( 52 ) and the switching state ("electrically off") falls below a predetermined first limit .

3. Switching device according to claim 1, characterized in that an overcurrent release can be determined in that the time interval between the position signal ("off") of the control handle ( 52 ) and the switching state signal ("electrical off") a predetermined second limit value, which is greater or is equal to the first limit.

4. Switching device according to claim 3, characterized in that the means ( 80 ) for detecting a short circuit deliver a time signal.

5. Switching device according to claim 4, characterized ge indicates that a short-circuit release then is present when the duration of the sensor detected by the short circuit signals falls below a predetermined third limit and the time interval between the entry of the sensor signal "Short circuit switched off" and the switching status signal "Electrical off" falls below a fourth limit.

6. Switching device according to claim 1, characterized in that the magnetic field sensor ( 10 ) is a so-called " G iant M agneto R esistive position sensor" (GMR).

7. Switching device according to claim 1, characterized in that the magnetic field sensor (10) a so-called A nisotropic M agneto R esistive Sensor "(AMR) is.

8. Switching device according to claim 1, characterized in that the magnetic field sensor ( 10 ) is a dynamic D ifferential H all E EFFekt sensor (DHE).

9. Switching device according to claim 1, characterized ge indicates that the magnet field sensor is a miniature inductor with a ferrite core.

10. Switching device according to claim 1, characterized in that for monitoring the switching state "electrical on / off" means ( 20 , 30 ) for detecting at least two electrical potentials are available.

11. Switching device according to claim 10, characterized in that the means for detecting changes in the electrical potential are electrodes ( 20 , 30 ) which are attached at a distance to the device housing ( 1 ).

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 event of a short circuit.

13. Switching device according to claim 12, characterized in that the means for detecting the trigger magnetic field in the event of a short circuit are a reed contact, a choke ( 80 ) and / or a Hall element.

14. Switching device according to one of the preceding claims, characterized in that as Means for detecting a short circuit in one and more pole switchgear a sound sensor in the short switch-off generated switching noise detected.

15. Switching device 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 ) are arranged outside the device housing ( 1 ).