DE3714802A1

DE3714802A1 - Electrical switch

Info

Publication number: DE3714802A1
Application number: DE19873714802
Authority: DE
Inventors: Reinhard Dr Maier
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1987-05-04
Filing date: 1987-05-04
Publication date: 1988-11-17

Abstract

Monitoring contact erosion. A light guide (optical transmission line) (6) is located between a contact support (2) and the end surface (9) of a contact (8) arranged on it. The light guide (6) is arranged parallel to the end surface (9) of the contact (8). A light source (10) and a light receiver (12) are provided in order to measure the optical transmissivity of the light guide (6). Contact erosion which has progressed as far as the light guide (6) destroys said light guide (6) and thus produces a change in the signal measured at the light receiver (12). Electrical switches. <IMAGE>

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen elektrischen Schalter ge mäß dem Oberbegriff des Hauptanspruches.The invention relates to an electrical switch ge according to the preamble of the main claim.

Die Kontakte elektrischer Schalter sind beim Schalten einem Verschleiß unterworfen. Insbesondere beim Schalten oder Ab schalten von Kurzschlußströmen tritt durch das Auftreten von Lichtbögen an den Kontakten ein Abbrand ein. Dieser Abbrand be grenzt im wesentlichen die Lebensdauer eines Schalters. Außer dem hat ein weitgehend abgebrannter Kontakt ein vermindertes Schaltvermögen. Um einen sicheren Betrieb des Schalters ge währleisten zu können, werden dann beispielsweise unabhängig vom tatsächlichen Abnutzungsgrad des Schalters die Kontakte oder die Schalter nach einer bestimmten Betriebszeit ausge tauscht. Diese erlaubten Betriebszeiten müssen dabei so kurz angesetzt werden, daß eine Fehlfunktion des Schalters auch bei intensiver Belastung während seiner Einsatzzeit nahezu ausge schlossen werden kann.The contacts of electrical switches are one when switching Subject to wear. Especially when switching or down switching of short-circuit currents occurs due to the occurrence of Arcs on the contacts burn up. This burnup essentially limits the life of a switch. Except a largely burned contact has a reduced one Switching capacity. To ensure safe operation of the switch to be able to guarantee, for example, then become independent the contacts from the actual degree of wear of the switch or the switches are switched off after a certain operating time swaps. These permitted operating times must be so short be set that a malfunction of the switch also intense stress during his period of use can be closed.

Um ein zu frühzeitiges Austauschen des Schalters oder der Kon takte und die damit verbundenen Kosten zu vermeiden, sind Schaltgeräte von Vorteil, die eine Überwachung des Kontaktab brandes ermöglichen. Die Überwachung des Kontaktabbrandes kann dabei beispielsweise mit elektrischen, mechanischen oder röntgenographischen Zusatzeinrichtungen erfolgen.In order to replace the switch or the con cycles and the associated costs are to be avoided Switchgear is advantageous, which monitors the contact enable brandes. Monitoring of contact erosion can doing, for example, with electrical, mechanical or additional X-ray equipment.

Aus der deutschen Auslegeschrift 24 05 149 ist beispielsweise ein Schaltgerät bekannt, bei dem die durch den Kontaktabbrand verursachte Längenänderung des Schalthubs über ein Gestänge auf einem außerhalb des Schaltgefäßes angeordneten Bolzen über tragen wird, dessen Überstand über einen Steg als Maß für den Kontaktabbrand verwendet werden kann. Um eine sichere Anzeige des Kontaktabbrandes zu erreichen, ist dabei jedoch eine relativ aufwendige mechanische Konstruktion erforderlich, die außerdem bei jedem Schaltvorgang einem zusätzlichen Verschleiß unterworfen ist.From the German interpretation 24 05 149, for example a switching device is known in which by the contact erosion caused change in length of the switching stroke on a linkage a bolt arranged outside of the switching vessel will wear, the protrusion over a web as a measure of Contact erosion can be used. For a safe display Achieving contact burnup is one relatively complex mechanical construction required additional wear with each shift is subject.

In der deutschen Offenlegungsschrift 26 40 922 ist ein Schalt gerät offenbart, das mit Haltevorrichtungen zur Aufnahme einer Röntgenröhre und eines Röntgenfilmes zu sehen ist. Zur Über wachung des Kontaktabbrandes wird dann in vorgegebenen War tungsabständen eine Röntgenaufnahme des Schalters durchgeführt. Dies stellt jedoch einen beträchtlichen Aufwand sowohl hin sichtlich der sicherheitstechnischen Maßnahmen für die Her stellung der Röntgenaufnahme als auch hinsichtlich der nach träglich zu erfolgenden Auswertung dar.In the German patent application 26 40 922 is a circuit device disclosed that with holding devices for receiving a X-ray tube and an X-ray film can be seen. About Monitoring of contact erosion is then carried out in the specified war an X-ray of the switch. However, this places a considerable amount of effort visually the safety measures for the manufacturer position of the x-ray as well as in terms of to be carried out

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, einen Schalter anzugeben, der mit einer Einrichtung zur Überwachung des Kon taktabbrandes versehen ist, die mit geringem Aufwand in den Schalter zu integrieren ist und weitgehend verschleißfrei eine sichere Überwachung des Zustandes der Kontakte ermöglicht.The invention is based on the object of a switch specify that with a facility for monitoring the Kon clock erosion is provided with little effort in the Integrate switches and is largely wear-free enables reliable monitoring of the status of the contacts.

Die genannte Aufgabe wird gelöst mit den kennzeichnenden Merk malen des Anspruches 1. Ein unzulässig fortgeschrittener Kon taktabbrand führt zu einer Zerstörung des Lichtleiters und somit zu einer Änderung seiner optischen Transmissionseigen schaft. Diese Änderung kann mittels geeigneter optischer Hilfs einrichtungen gemessen werden und dient zur Feststellung eines unzulässigen Kontaktabbrandes.The stated task is solved with the characteristic note paint the claim 1. An impermissibly advanced Kon clock erosion leads to destruction of the light guide and thus a change in its optical transmission properties shaft. This change can be made using suitable optical aids facilities are measured and used to determine a inadmissible contact erosion.

In einer bevorzugten Ausführungsform ist der Kontakt mit einer Nut versehen, in die der Lichtleiter eingebettet ist. Durch diese Maßnahme kann eine Zerstörung der Kontakte bereits in einem Stadium angezeigt werden, in dem noch eine begrenzte Lebensdauer der Kontakte erwartet werden kann.In a preferred embodiment, the contact with a Provide groove in which the light guide is embedded. By this measure can already destroy the contacts at a stage when there is still a limited Life of the contacts can be expected.

Zur weiteren Erläuterung der Erfindung wird auf die Zeichnung verwiesen, in derenTo further explain the invention, reference is made to the drawing referenced in their

Fig. 1 ein Schalter mit einer erfindungsgemäßen Einrichtung schematisch im Schnitt veranschaulicht ist. In Fig. 1 is a switch with a device according to the invention is illustrated schematically in section. In

Fig. 2 ist eine vereinfachte Ausführungsform schematisch dar gestellt. Fig. 2 is a simplified embodiment is shown schematically.

Fig. 3 zeigt die Anordnung des Lichtleiters zwischen dem Kon takt und dem Kontaktträger ebenfalls im Schnitt. In Fig. 3 shows the arrangement of the light guide between the con tact and the contact carrier also in section. In

Fig. 4 ist eine bevorzugte Ausführungsform der Anordnung des Lichtleiters im Kontakt dargestellt. Fig. 4 shows a preferred embodiment of the arrangement of the light guide in contact.

Entsprechend Fig. 1 ist auf Kontaktträgern 2 jeweils ein elek trischer Kontakt 8 angeordnet. Das Schließen des elektrischen Schalters erfolgt durch eine Relativbewegung der Kontaktträger 2, von denen beispielsweise einer als Festkontakt ausgebildet sein kann. Beim Schließen und Öffnen der elektrischen Kontakte 8 können zwischen ihren Stirnflächen 9 Lichtbögen entstehen, die zu einem allmählichen Abbrand der Kontakte 8 und somit zu einem verminderten Schaltvermögen führen. Im Beispiel der Figur ist jeweils ein Lichtleiter 6 parallel zur Stirnfläche 9 des Kontaktes 8 zwischen dem Kontaktträger 2 und dem Kontakt 8 angeordnet. In die Stirnflächen 61 der Lichtleiter 6 wird jeweils das von einer Lichtquelle 10, beispielsweise einer LED, emittierte Licht eingekoppelt. Das sich durch die Lichtleiter 6 ausbreitende Licht tritt an den Stirnflächen 62 wieder aus und wird jeweils in einen Lichtempfänger 12, beispielsweise eine Fotodiode, eingekoppelt. Das vom Lichtempfänger 12 empfangene Signal wird an eine Auswerteelektronik 14 weitergeleitet und kann zu Überwachungszwecken herangezogen werden. Ist der Kontakt 8 bis auf den Lichtleiter 6 abgebrannt, so wird dieser durch den Lichtbogen wenigstens teilweise zerstört. Mit Beginn der Zerstörung des Lichtleiters 6 nimmt die im Lichtempfänger 12 empfangene Lichtintensität ab. Wenn ein vorgegebener Schwell wert unterschritten wird, erzeugt die Auswerteelektronik 14 ein Statussignal, das den unzulässig hohen Kontaktabbrand im Schal ter anzeigt. Anstelle von getrennten Lichtquellen 10 kann auch eine einzige Lichtquelle vorgesehen sein, die beispielsweise über faseroptische Strahlteiler an verschiedene Lichtleiter 6 optisch gekoppelt wird. In einer vereinfachten Ausführungsform kann auch nur ein einziger Lichtempfänger vorgesehen sein, der mit den Stirnflächen 62 der Lichtleiter 6 ebenfalls über faser optische Strahlteiler gekoppelt sein kann.According to Fig. 1 is arranged on contact carriers 2 are each an elec tric contact 8. The electrical switch is closed by a relative movement of the contact carriers 2 , one of which can be designed as a fixed contact, for example. When the electrical contacts 8 are closed and opened, arcs can occur between their end faces 9 , which lead to a gradual erosion of the contacts 8 and thus to a reduced switching capacity. In the example of the figure, a light guide 6 is arranged parallel to the end face 9 of the contact 8 between the contact carrier 2 and the contact 8 . The light emitted by a light source 10 , for example an LED, is coupled into the end faces 61 of the light guides 6 . The light propagating through the light guides 6 emerges again at the end faces 62 and is coupled into a light receiver 12 , for example a photodiode. The signal received by the light receiver 12 is forwarded to an evaluation electronics 14 and can be used for monitoring purposes. If the contact 8 has burned down to the light guide 6 , this is at least partially destroyed by the arc. With the beginning of the destruction of the light guide 6 , the light intensity received in the light receiver 12 decreases. If the value falls below a predetermined threshold, the evaluation electronics 14 generates a status signal which indicates the impermissibly high contact erosion in the switch. Instead of separate light sources 10 , a single light source can also be provided, which is optically coupled to different light guides 6 , for example, via fiber-optic beam splitters. In a simplified embodiment, only a single light receiver can also be provided, which can also be coupled to the end faces 62 of the light guides 6 via fiber-optic beam splitters.

In der Ausführungsform nach Fig. 2 ist eine Stirnfläche 61 des Lichtleiters 6 mit einer spiegelnden Schicht 63 versehen. Das von der Lichtquelle 10 emittierte Licht wird über einen Licht leiter 16 einen Faserkoppler 11 zugeleitet, von dem ausgehend es über einen weiteren Lichtleiter 18 in die andere Stirnfläche 62 des Lichtleiters 6 eingekoppelt wird und von dort aus an die verspiegelte Stirnfläche 61 gelangt, wo es reflektiert wird und an der Stirnfläche 62 wieder aus dem Lichtleiter 6 aus tritt. Das austretende Licht wird in den Lichtleiter 18 einge koppelt und über den y-förmigen Faserkoppler 11 und einen Lichtleiter 20 an den Lichtempfänger 12 weitergeleitet.In the embodiment according to FIG. 2, an end face 61 of the light guide 6 is provided with a reflective layer 63 . The light emitted by the light source 10 is fed via a light guide 16 to a fiber coupler 11 , from which it is coupled via a further light guide 18 into the other end face 62 of the light guide 6 and from there to the mirrored end face 61 , where it arrives is reflected and emerges from the light guide 6 on the end face 62 . The emerging light is coupled into the light guide 18 and passed on to the light receiver 12 via the y-shaped fiber coupler 11 and a light guide 20 .

Bei den Ausführungsformen nach den Fig. 1 und 2 können je nach Schaltertyp die zur Messung der optischen Durchlässigkeit des Lichtleiters 6 erforderlichen Komponenten teilweise in den Schalter integriert sein. Bei großen Vakuumschaltern ist es beispielsweise möglich, die Lichtquelle 10 und den Lichtempfän ger 12 in das Innere des Gehäuses zu verlegen und den Schalter mit einer Auswerteelektronik 14 zu versehen, die den Status des Schalters beispielsweise durch am Schalter angeordnete LEDs andauernd anzeigt. Einfachere Ausführungsformen können z.B. am Gehäuse mit Buchsen für Lichtleiter-Kabel versehen sein, von denen aus im Innern des Gehäuses verlegte Lichtleiter jeweils an eine oder beide Stirnflächen 62 bzw. 61 der Lichtleiters 6 führen. Zur Überwachung des Kontaktabbrandes kann dann ein peripheres Meßgerät, das die Lichtquelle 10 und den Lichtempfän ger 12 sowie die Auswerteelektronik 14 enthält, über eine optische Steckverbindung an den Schalter zur routinemäßigen Kontrolle angeschlossen werden.In the embodiments according to FIGS. 1 and 2, depending on the switch type, the components required for measuring the optical transmission of the light guide 6 can be partially integrated in the switch. In the case of large vacuum switches, it is possible, for example, to move the light source 10 and the light receiver 12 into the interior of the housing and to provide the switch with evaluation electronics 14 which continuously display the status of the switch, for example by LEDs arranged on the switch. Simpler embodiments can, for example, be provided on the housing with sockets for light guide cables, from which light guides laid in the interior of the housing each lead to one or both end faces 62 and 61 of the light guide 6 . To monitor the contact erosion, a peripheral measuring device containing the light source 10 and the light receiver 12 and the evaluation electronics 14 can then be connected to the switch for routine control via an optical plug connection.

Die Überwachung der Kontakte 8 kann dabei so erfolgen, daß für jeden Kontakt eine getrennte Überwachungseinrichtung vorgesehen ist. Für viele Fälle ist es jedoch ausreichend, die Kontakte im Verbund zu überwachen. Bei der transmissiven Anordnung nach Fig. 1 können dann beispielsweise mehrere Lichtleiter 6 optisch in Serie geschaltet werden, so daß das Gehäuse nur mit einer Buchse zur Einkopplung des Lichtes und nur mit einer Buchse zur Auskopplung des Lichtes versehen sein muß. Bei der reflexiven Anordnung nach Fig. 2 ist es entsprechend erfor derlich, die Lichtleiter 6 über einen oder mehrere Strahlteiler parallel zu schalten, so daß nur eine einzige Buchse, in die das Licht sowohl ein- als ausgekoppelt wird, erforderlich ist.The contacts 8 can be monitored in such a way that a separate monitoring device is provided for each contact. In many cases, however, it is sufficient to monitor the contacts in the network. In the transmissive arrangement according to FIG. 1, for example, several light guides 6 can then be optically connected in series, so that the housing only has to be provided with a socket for coupling in the light and only with a socket for coupling out the light. In the reflective arrangement of FIG. 2, it is accordingly erfor sary to switch the light guide 6 via one or more beam splitters in parallel, so that only a single socket into which the light is coupled out as both one-, is required.

Entsprechend Fig. 3 ist der Lichtleiter 6 in einer zwischen Kontakt 8 und Kontaktträger 2 befindlichen Lötschicht 4 einge bettet. Da der Lichtleiter 6 aus elektrisch isolierendem Mate rial, beispielsweise Glas, besteht,ist es notwendig, den Licht leiter 6 so zu gestalten, daß seine größte, parallel zur Stirn fläche 9 orientierte Querschnittsfläche gegenüber der in der gleichen Schnittebene liegenden stromdurchflossenen Fläche vernachlässigbar ist.According to FIG. 3, the light guide 6 is embedded in between the contact 8 and the contact carrier 2 located solder layer 4. Since the light guide 6 made of electrically insulating mate rial, for example glass, it is necessary to design the light guide 6 so that its largest, parallel to the end face 9 oriented cross-sectional area is negligible compared to the current-carrying area lying in the same cutting plane.

In der besonders bevorzugten Ausführungsform nach Fig. 4 ist der Kontakt 8 an seiner der Oberfläche des Kontaktträgers 2 zu gewandten Stirnfläche mit einer Nut 82 versehen, in die der Lichtleiter 6 eingebettet ist. Durch diese Maßnahme wird ein unzulässiger Kontaktabbrand bereits erkannt, bevor die Löt schicht 4 erreicht wird und die Gefahr von Fehlfunktionen wird weitgehend verringert.In the particularly preferred embodiment according to FIG. 4, the contact 8 is provided on its end face facing the surface of the contact carrier 2 with a groove 82 in which the light guide 6 is embedded. This measure detects an inadmissible contact erosion before the solder layer 4 is reached and the risk of malfunctions is largely reduced.

Claims

1. Electrical switch with a device for monitoring the contact erosion of contacts ( 2 ), which are each arranged on a contact carrier ( 8 ), characterized by the following features:

a) at least one of the contacts ( 8 ) is assigned a light guide ( 6 ),
b) the light guide ( 6 ) is arranged between the end face ( 9 ) of the contact and the associated contact carrier ( 2 ) little least approximately parallel to the end face ( 9 ).

2. Electrical switch according to claim 1, characterized in that the light guide ( 6 ) is arranged in a groove ( 82 ) of the contact ( 8 ) which is in the surface of the contact ( 8 ) facing the contact carrier ( 2 ).