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Die
Erfindung betrifft eine elektrische Zustandsanzeige bei maritimen
Schaltapparaten insbesondere den Bereich der Energieversorgung von Schiffs-Containern über schaltbare
Container-Steckdosen.
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Bei
der elektrischen Energieversorgung und elektronischen Überwachung
von im besonderen Kühl-Containern
an Bord von Schiffen oder an Land im Verladebereich ist es üblich, Einzelsteckverbindungen
für beide
Funktionen an geeigneter Stelle zu positionieren. In einer nächsten Entwicklungsstufe werden
die Einzelsteckdosen in schutzart- und -klassegeeigneten Gehäusen in
Mehrfachsteckdosen zusammengefaßt
und im Bereich des Container-Aufstellungsbereichs vorgehalten.
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Auf
Grund von internationalen Normen und Bestimmungen unterliegt die
elektrische Steckverbindung zur Energieversorgung speziellen Vorschriften,
die u.a. besagen, daß die
Steckverbindung nur lastfrei getrennt werden darf, d.h. daß während des Steckens
oder des Trennens der Steckverbindung der Energiefluß nicht
durch die Steckerkontakte derselben beeinflußt wird, sondern die Schalthandlung in
einem schaltverhaltenangepaßten
Schalter erfolgt, der über
die Steckeinrichtung elektrisch und mechanisch verriegelt ist. Vorzugsweise
wird als Schalter ein elektrischer Leistungsschalter eingesetzt,
der auch einen Überlast-
und/oder Kurzschlußschutz aufweisen
kann.
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Weitergehende
Entwicklungen bei Container-Steckdosen sehen vor, daß eine mechanische Betätigungsvorrichtung
die Schalthandlung bewirkt. Eine mechanische, meist drehbar gelagerte
Betätigungsvorrichtung
besitzt an den Enden je einen Hebel, der einerseits im Innengehäuse auf
die Betätigung
des Leistungsschalters wirkt und – nach außen geführt – auf die Verriegelung des
Steckers in der Steckdose, so daß der Stecker nicht unter Last
gezogen werden kann.
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Eine
weitere Ausführungsform
integriert den außen
wirkenden Hebel in die Steckvorrichtung derart, daß der gesteckte
Stecker in eine Kontaktierungsposition – Schalthandlung – gedreht
werden muß und
diese Drehung über
Gestänge
die Freischaltung des Leistungsschalters bewirkt; eine optische
Schaltstellungserkennung ist nicht mehr gegeben.
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Eine
weitere Modifikation erfährt
die Vorrichtung dadurch, daß – bei Mehrfach-Anordnung der Steckdosen – diese
modulartig aufgebaut ist, wobei ein Modul aus Steckdose, Leistungsschalter
und mechanischem Schalter gebildet wird.
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Nach
dem Stand der Technik sind eine Vielzahl von Anwendungen bekannt
geworden, die sich dem Thema 'Schaltbare
Container-Steckdose' widmen.
Im folgenden wird der Stand der Technik bezogen auf die Container-Steckdose
gewürdigt.
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In
dem Gebrauchsmuster
DE 94 17
178 wird eine Vorrichtung zur Energieversorgung von Containern
vorgestellt derart, daß alle
für die
schaltbare Mehrfach-Steckdosenanordnung notwendigen Komponenten
auf einer Grundplatte eines Gehäuses montiert
sind. Weiterhin sorgt eine Riegelwelle mit Schubblech für die Einschaltfreigabe
nach Einführung
des Steckers.
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Die
Schalteinrichtung mit Steckerverriegelung wird mechanisch durchgeführt.
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Die
deutsche Patentschrift
DE 196
01 967 offenbart eine gehäuste Vorrichtung zur elektrischen Verbindung
von Bauteilen – insbesondere
eine Container-Steckdose – welches
Führungsschienen
für das
Anschlußelement
aufweist und daß zur
Sicherung einer mit dem Kupplungselement verbundenen Gegenkupplung
im Bereich des Anschlußelements eine
mechanisch lösbare
Verbindung angeordnet ist.
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Das
unbeabsichtigte Herausziehen der Gegenkupplung wird durch eine lösbare mechanische Verriegelung
verhindert; die mechanische Position ist optisch wahrnehmbar.
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Die
deutsche Patentschrift
DE 197
06 358 stellt eine Betätigungsvorrichtung
für einen
Leistungsschalter für
eine von außen
zugängliche
mehrpolige Steckdosenanordnung vor, insbesondere für die Energieversorgung
von thermischen Containern. Ein von außen her zugänglicher Schaltknebel, angeordnet
auf einer Schwenkwelle, wirkt im Innern des Gehäuses auf den Kippschaltteil
des Leistungsschalters und bewirkt im eingeschalteten Zustand außerhalb
des Gehäuses,
daß ein
gesteckter Stecker nicht mehr herausgezogen werden kann.
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Die
Schalthandlung wird mechanisch durchgeführt und wirkt auf den Kippschaltteil
im Innern des Gehäuses; äußerlich
ist die Stellung des Schaltknebels optisch wahrnehmbar.
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Gebrauchsmuster
DE 202 10 357 offenbart eine
Vorrichtung mit Gehäuse,
mindestens einem Leistungsschalter und mindestens einer Steckeraufnahme – insbesondere
auf Schiffen zur Versorgung von Containern mit elektrischer Energie – wobei
der Leistungsschalter vorzugsweise im Gehäuse und die Steckeraufnahmen
vorzugsweise außen
am Gehäuse
angeordnet sind sowie das Gehäuse
als Tiefziehteil mit mindestens einem Deckel ausgestattet ist und der
Leistungsschalter auf einem Einschubteil angeordnet und letzteres
durch eine Öffnung
in das Gehäuse
einschieb- und ausziehbar
gestaltet ist.
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Der
Leistungsschalter ist nur dann einschaltbar, wenn die Steckeraufnahme
belegt ist, und der Stecker nur dann entnehmbar, wenn der Leistungsschalter
abgeschaltet ist. Eine entsprechende mechanische Verriegelung zeigt
dies optisch an.
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Der
Hauptanspruch des Gebrauchsmusters
DE
202 18 445 ist identisch mit dem obigen aus Gebrauchsmuster
DE 202 10 357 . Weiterhin
befinden sich Deckel und Steckeraufnahmen an verschiedenen Seiten
bzw. -flächen
des Gehäuses.
Darüber
hin aus wird im besonderen auf den Deckelüberstand und die Dichtmaßnahmen
verwiesen.
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Auch
hier sind mechanische Verriegelungen vorgesehen, deren Zustand optisch
wahrnehmbar ist.
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Gebrauchsmuster
DE 203 17 764 widmet sich
der mechanischen Betätigungseinrichtung
des Leistungsschalters einer Container-Steckdose und insbesondere
mindestens einem Sperrmittel für
die Betätigungseinrichtung,
die eine drehbare Schaltwelle aufweist, die über ein Kupplungsstück auf den Leistungsschalter
wirkt.
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Die
Schaltwelle weist einen quergerichteten Blockierhebel auf, wobei
die Stellung der Schaltwelle über
den Blockierhebel auf den Stecker in der Steckeraufnahme wirkt.
Die Verriegelungseinrichtung wirkt mechanisch optisch.
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Das
deutsche Gebrauchsmuster
DE
298 07 529 stellt eine Betätigungsvorrichtung für einen
Leistungsschalter vor für
eine von außen
zugängliche mehrpolige
Steckdose vorzugsweise für
die Energieversorgung von Containern, wobei eine von außen bedienbare
Schaltachse auf den innenliegenden Leistungsschalter derart einwirkt,
daß ein
Drehteil über
eine Kupplung auf das Schaltteil wirkt, sowie ebenfalls ein von
dem einzusteckenden Stecker bewegbarer Stift, der nur bei eingestecktem
Stecker die Drehbewegung freigibt und daß im eingeschalteten Zustand
die Steckerentnahme verhindert.
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Eine
von außen
her zugängliche
Schaltachse wirkt im Innern des Gehäuses auf den Schaltteil des
Leistungsschalters und stellt sicher, daß
- – der Stecker
nur dann aus der Steckdose entfernt werden, wenn zuvor der Leistungsschalter
ausgeschaltet worden ist
- – der
Leistungsschalter nicht eingeschaltet werden kann, wenn sich kein
Stecker in der Steckdose befindet.
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Die
Schalthandlung erfolgt mechanisch, die Schaltstellung kann optisch
wahrgenommen werden.
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Das
deutsche Gebrauchsmuster
DE
20 2004 010 818 stellt eine Vorrichtung zur Betätigung eines in
einem Gehäuse
angeordneten Leistungsschalters derart vor, daß die Steckeraufnahme einen
drehbaren Teil besitzt, der bei Drehbewegung über ein Kupplungsstück auf die
Schalteinrichtung des Leistungsschalters wirkt. Bei dieser vorgeschlagenen
Anordnung entfällt
der bisher angewendete zusätzliche, meist
als Kipphebel ausgeprägte
Schalt- und Kupplungsmechanismus vollständig. Der Stecker kann nur in
einer bestimmten Drehlage eingesteckt oder entfernt werden.
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Der
Vorteil des geringeren mechanischen Aufwands steht als Nachteil
bei dieser Anordnung gegenüber,
daß nur
aus der Drehlage des gesteckten Steckers auf den Schaltzustand des
Leistungsschalters geschlossen werden kann.
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Allen
vorgestellten Container-Steckdosenlösungen gereicht zum Nachteil,
daß die
elektrische Zustandsanzeige nur unzureichend ausgeprägt ist – sowohl
auf der Primär-
als auch auf der Sekundärseite
der Container-Steckdose. Alle vorgestellten Veröffentlichungen eignen sich
nur bedingt oder gar nicht für
den spezifischen Einsatz als Container-Steckdose mit elektrischer
Zustandsanzeige.
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Der
Erfindung liegt daher die Aufgabe zu Grunde, eine Einrichtung nach
dem Oberbegriff des Anspruchs 1 – eine Container-Steckdose
mit elektrischer Zustandsanzeige – unabhängig, für möglichst universellen Einsatz
zu schaffen, die obigen Nachteile zu verbessern, die Vielzahl möglicher
Ausführungen
zu reduzieren und damit die Herstellung und die Lagerhaltung zu
vereinfachen.
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Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die
kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Die elektrischen eingangsseitigen
Zustände
der Container-Steckdose
sowie – ausgangsseitig – nach dem
Leistungsschalter werden dargestellt sowie die Schaltstellung des
Leistungsschalters.
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Der
vorgestellten Erfindung gereicht gegenüber den oben vorgestellten
Applikationen zum Vorteil, daß dem
Bedienpersonal vor der Einleitung einer Schalthandlung die Möglichkeit
gegeben wird, seine eigenen Maßnahmen
vor, während
und nach Einleitung der Schalthandlung zu prüfen. Die elektrische Zustandsanzeige
ist so gestaltet, daß sie
von dem zuständigen
Schiffspersonal erlernt und bedient werden kann.
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Ein
weiterer Vorteil der erfinderischen Neuheit ist dadurch gegeben,
daß der
Bediener nach Inbetriebnahme der Container-Steckdose eine leichte Übersichtlichtlichkeit über das
Gesamtsystem behält, was
insofern von besonderer Bedeutung ist, da sich bei den elektrisch
versorgten, zu überwachenden Containern
um Transporte mit sensiblem Transportgut handelt. Die elektrisch
optische Zustandsdarstellung hat gegenüber der mechanischen den Vorteil, daß sie auch
bei schlechter Sicht oder Dunkelheit wahrnehmbar ist.
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Die
Anwendung der Erfindung hat allgemeingültigen Charakter und eignet
sich für
alle leistungs- und/oder schutzgeschalteten elektrischen Systeme.
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Die
Herstellbarkeit der Container-Steckdose mit elektrischer Zustandsanzeige
mit branchenüblichen
Technologien, Betriebsmitteln und Anlagen, Einrichtungen und Werkzeugen
ist gegeben. Die Herstellkosten der erfindungsgemäßen Container-Steckdose dürfte deutlich
unter den Herstellkosten vergleichbarer mechanischer geschalteter
Container-Steckdosen liegen.
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Unabhängig von
den charakteristischen Forderungen an Komponenten elektrischer Schiffsausrüstung wie
Temperaturstabilität – auch bei
Wechseleinsätzen – Einsatz
selbstverlöschender
Materialien – über die
Schwerentflammbarkeit hinaus – vibrationsfeste
Werkstoffe und Verbindungstechnik – sind die Drehstromnetze vom
Generator kommend 3-phasig plus Schutzleiter verlegt; der Nulleiter
ist nicht verdrahtet. Die Netze werden erdschlußüberwacht; meßtechnische
Einrichtungen dürfen
einen Fehlerstrom von < 30
mA nicht überschreiten.
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Bevorzugte
Ausführungsbeispiele
des Erfindungsgegenstands werden im folgenden näher erläutert.
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Eine
Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, daß die elektrische Zustandsanzeige
sowohl fremdversorgt – Versorgung
1, netzversorgt und/oder auch Lithium-Akkumulator mit Goldcap-Speicher
in Kombination – als
auch energieautark – Versorgung
2, solargestützt
und/oder schwingungserregt – aufgebaut sein
kann; die für
die Anzeigen benötigten
Energiemengen sind sehr gering. Bei höherem Energiebedarf kommen
ein Drehstromtransformator oder drei einphasige Transformatoren
ggf. mit künstlicher Sternpunktbildung
zum Einsatz.
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Eine
weitere Ausgestaltung der Erfindung sieht den Einsatz einer Niedrigstrom-LED
(Light Emitting Diode) – Anzeige
1 – als
Anzeigeeinheit in Kombination mit einer Fremdversorgung vor.
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Eine
weitere Ausprägungsform
der erfinderischen Neuheit ist dadurch gegeben, daß eine Flüssigkristall-Segment-Anzeige
(LCD) – Anzeige
2 – eingesetzt
wird in Verbindung mit einem Lithium-Akkumulator mit Zwischenspeicherung.
Es wird eine kundenspezifische Symbolik aufgebracht. Eine Verschattung
gegen Sonneneinstrahlung – Blendung – ist sicherlich
erforderlich.
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Gemäß einer
weiteren Ausgestaltung der Erfindung kann die Anzeige auch über elektrolumineszenzbasierende
Folienanzeigen (EL) – Anzeige
3 – erfolgen,
jedoch ist hier noch intensiver gegen Fremdeinstrahlung zu verschatten.
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Eine
weitere Ausprägung
der Erfindung sieht vor, daß auf
Grund des Niedrigststromverbrauchs die Glimmlampe mit Vorwiderstand – Anzeige
4, auch kapazitiv eingekoppelt – eine
respektable Lösung
darstellt.
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Gemäß einer
weiteren Ausgestaltung der optischen Anzeige ist der Einsatz der
Glühlampe – Anzeige
5 – ebenfalls
vorgesehen. Die Glühlampe
ist als ohmscher Verbraucher stromintensiv und muß fremdversorgt
werden, jedoch ist auch eine stromsparende Hell/Dunkel-, Tag/Nacht-Regelung vorgesehen.
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Eine
weitere Ausgestaltung der Erfindung sieht den Einsatz einer Polymer-Flüssigkristallanzeige
(Polymer LCD) – Anzeige
6 – vor,
welche ohne Fremdversorgung auskommt. Jedoch ist im Gegenzug die
ausgebrachte Strahlungsleistung zu messen und zu prüfen.
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Eine
Flüssigkristallanzeige
mit Gedächtnis (LCD) – Anzeige
7 – kann
ebenfalls als Problemlöser in
Frage kommen; die Energieversorgung für diese Anzeige ist ebenfalls äußerst gering,
allerdings auch die Wiedergabequalität.
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Eine
weitere Ausprägungsform
der erfinderischen Neuheit ist durch eine selbstleuchtende, fluoreszierende
Ferranti-Anzeige – Anzeige
8 – gegeben, da
hier zur Anzeige nur Stromimpulse notwendig sind, die einer Lithiumzelle
mit Goldcap gesteuert entnommen werden können.
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Das
Vakuumfluoreszenz-Röhrenprinzip – Anzeige
9 – auch
als 'Magisches Auge' bekannt – kommt
ebenfalls als Anzeige in Frage und zeichnet sich durch hohe Tempe raturbeständigkeit
und Lebensdauer aus. Jedoch ist hier eine Fremdversorgung angebracht
und der Einsatzfall muß den
Bauteilepreis rechtfertigen.
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Der
Ausbau der optischen Anzeige mit logischen Verknüpfungen und ggf. akustischen
oder weiteren Signalgebern – je
nach Zustand und Fehlersituation – ist vorgesehen.
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Unabhängig von
Typ und Ausprägung
der Anzeigeeinrichtung werden zwei unterschiedliche Meß- und Anzeigeverfahren
vorgeschlagen, die dann an den unterschiedlichen Stellen des 3-phasigen Verdrahtungsverlaufs
installiert werden können.
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Die
erste Variante – Variante
1 – sieht
vor, jede der drei Phasen einer Anzeige zuzuführen – ggfs. ohmsch, induktiv oder
kapazitiv angekoppelt – und über den
künstlich
gebildeten Sternpunkt abgeschlossen oder – alternativ – ohmsch,
induktiv oder kapazitiv massepotentialverbunden. Vorteil der Installation
ist die Überwachung
aller drei Phasen.
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Bei
der zweiten Varianten – Variante
2 – wird mittels
jeder der drei Phasen ohmsch, kapazitiv oder induktiv ein künstlicher
Sternpunkt gebildet, der über eine
Anzeige ohmsch, induktiv oder kapazitiv massepotentialverbunden
wird. Nachteil der Installation ist, daß der Ausfall einzelner Phasen
nicht erkannt wird.
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Da
der Leistungsschalter über
einen Zustandskontakt – Öffner und/oder
Schließer – verfügt, genügt eine
hochohmige Abfrage und Anzeige zur optischen Darstellung des Leistungsschalter-Zustands.
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Bevorzugte
Ausführungsbeispiele
des Erfindungsgegenstands sind in den Zeichnungen dargestellt und
werden im folgenden näher
beschrieben. Es zeigen
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1 Zustandsanzeige
einzelner Phasen des Systems
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2 Anzeige
des globalen Zustands des Systems.
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Gleiche
und gleichwirkende Bestandteile der Ausführungsbeispiele sind in den
Figuren jeweils mit denselben Bezugszeichen versehen.
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Die
Beschreibung der erfindungsgemäßen Einrichtung
wird fortgesetzt anhand der Erläuterung der
Bilder.
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1 zeigt
die Überwachung
des elektrischen Zustands aller drei Phasen des Systems an. Die
drei Leiter – Leiter
L1 1, Leiter L2 2 und Leiter L3 3 – werden
mit den drei optischen Anzeigen – Anzeige L1 4, Anzeige
L2 5 und Anzeige L3 6 – verbunden, die über die
drei Vorwiderstände – Vorwiderstand
X1 7, Vorwiderstand X2 8 und Vorwiderstand X3 9 – einen
Sternpunkt bilden, der wiederum über
den Widerstand Xm1 10 mit dem Massepotential 11 verbunden
ist. Alle drei Strecken sind so kapazitiv hochohmig – X = 1/(ω × C) = 1/(2 × π × f × C) ≈ 106 Ω – daß quasi
kein Strom I ≈ 0
fließt.
Den Betriebszustand aller drei Phasen 1, 2, 3 unter
Spannung zeigen die drei Anzeigen 4, 5, 6 an;
fällt eine
der drei Phasen aus, so erlischt die entsprechende Anzeige.
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2 zeigt
den globalen Zustand des dreiphasigen Systems an. Fällt eine
Phase 1, 2, 3 aus, erlischt die Anzeige 15 – es liegt
ein Fehlerfall vor; es kann aus der erloschenen Anzeige nicht auf
die ausgefallene Phase geschlossen werden. Die drei Leiter – Leiter
L1 1, Leiter L2 2 und Leiter L3 3 – werden
mit den drei Vorwiderständen – Vorwiderstand
X1s 12, Vorwiderstand X2s 13 und Vorwiderstand
X3s 14 – zu einem
Sternpunkt verbunden. Der Sternpunkt ist wiederum über die
Anzeige L1/L2/L3 15 und den Widerstand Xm2 16 mit
dem Massepotential 11 verbunden. Die Strecke ist so kapazitiv
hochohmig – X
= 1/(ω × C) = 1/(2 × π × f × C) ≈ 106 Ω – daß quasi
kein Strom I ≈ 0
fließt.
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Container-Steckdosenverteiler
werden mit bis zu 11 Leistungsschaltern/Steckdosen bestückt, d.h.
wird der Spannungseingang zustandsüberwacht sowie der Spannungsausgang
jeder Steckdose und Phase, so sind in Summe 36 Anzeigen/Container
zu überwachen;
hinzu kommen noch einmal 11 Betriebszustände der Leistungsschalter,
d.h. 47 Anzeigen/Containeranschluß. Unter Berücksichtigung
der Praktikabilität
wird vorgeschlagen, die Eingangsüberwachung
3-phasig – Variante
1 – und
die Ausgangsüberwachung
1-phasig – Variante
2 – sowie
die Leistungsschalter-Zustandsüberwachung
zu realisieren, was die Darstellung von 25 Anzeigen bedeutet. Da die
Anzeigen ergonomisch angeordnet sind, ist ein 'Ablesen – Überfliegen' der Betriebszustände für das zuständige Schiffspersonal zumutbar.
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Alternativ
kann die Summe der Signale kodiert und algorithmisch verarbeitet
werden und als Kode zur Anzeige gebracht werden. Die Kodierung als
Ergebnis 3-er Betriebszustände
von Eingangsspannung, x Leistungsschaltern/Steckdosen und x Leistungsschalter-Betriebszuständen ist
vom zuständigen
Schiffspersonal auszuwerten und richtig zu interpretieren. Ohne
eine hinterlegte Aussage und/oder textliche/symbolische Anzeige
der angezeigten Kodierung ist diese Lösung nicht praktikabel.
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Die
mit der Erfindung erzielbaren Vorteile bestehen insbesondere darin,
daß unter
Wegfall der vollkommen mechanischen Verriegelungen und Anzeigen über Schaltstellung
und Steckerbestückung von
Leistungsschalter und Steckdosen eine mit dem Stecken des Steckers
verbundene Schalthandlung durchgeführt, elektrisch ausgeführt, erkannt
und überwacht
werden kann.
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Vorteilhafte
Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche; die
zahlreichen Möglichkeiten
und Vorteile der Ausgestaltung der Erfindung spiegeln sich in der
Anzahl der Schutzrechtsansprüche
wider.
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- 1
- Leiter
L1
- 2
- Leiter
L2
- 3
- Leiter
L3
- 4
- Optische
Anzeige L1
- 5
- Optische
Anzeige L2
- 6
- Optische
Anzeige L3
- 7
- Vorwiderstand
X1
- 8
- Vorwiderstand
X2
- 9
- Vorwiderstand
X3
- 10
- Widerstand
Xm1
- 11
- Massepotential
- 12
- Vorwiderstand
X1s
- 13
- Vorwiderstand
X2s
- 14
- Vorwiderstand
X3s
- 15
- Optische
Anzeige L1/L2/L3
- 16
- Widerstand
Xm2