DE4131819A1 - Messeinrichtung zur bestimmung des weges an elektrischen schaltgeraeten - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Meßeinrichtung zur Bestimmung der Abhängigkeit des Weges von der zum Zurücklegen des Weges benötigten Zeit eines bewegbaren Teiles an einem elektrischen Schaltgerät, mit einem Meßfühler zur Umsetzung einer Bewegung in ein elektrisches Signal und mit einem Signalwandler zur Um­ setzung des Signals in eine auswertbare Darstellung.

Bisher bekannte Meßeinrichtungen dieser Art sind als in­ duktive Wegaufnehmer ausgebildet. Die Aufzeichnung von Be­ wegungsvorgängen an Schaltgeräten mittels eines solchen Gerätes erfordert umfangreiche Vorarbeiten, zu denen neben der Anbringung einer Meßsonde auch eine Eichung gehört. Mit Rücksicht auf diesen Aufwand waren bisher Messungen von Be­ wegungsvorgängen an Schaltgeräten auf Arbeiten im Zusammen­ hang mit der Entwicklung neuer Schaltgeräte beschränkt. Da­ gegen war es nicht möglich, zur Überwachung eines Schalt­ gerätes im laufenden Betrieb eine Bewegungsmessung durchzu­ führen.

Zur Lösung der Aufgabe, mit geringem Aufwand eine Bewegungs­ messung an Schaltgeräten sowohl im Laufe der Entwicklung eines neuen Schaltgerätes als auch im laufenden Betrieb vorzu­ nehmen, sieht die Erfindung vor, daß als Meßfühler ein Licht­ sender in Verbindung mit einem Lichtempfänger und einem an dem bewegbaren Teil angebrachten, die Weiterleitung des Lichtes vom Lichtsender zum Lichtempfänger modulierenden Raster dient. Da die Frequenz der Modulation des Lichtes direkt von der Geschwindigkeit der Bewegung abhängt, wird ein direkt von der Bewegung abhängiges Signal gewonnen. Da­ mit entfällt ein gesonderter Eichvorgang. Ferner ist die Anbringung der Meßeinrichtung an einem Schaltgerät gegenüber einer induktiven Meßsonde dadurch wesentlich erleichtert, daß mit Hilfe eines Lichtstrahls ein gewisser Abstand zwischen dem bewegbaren Teil des Schaltgerätes und dem Lichtsender und dem Lichtempfänger überbrückt werden kann. Dies ermöglicht die Erfassung von Bewegungsvorgängen auch an verhältnismäßig schlecht zugänglichen Teilen einer Schaltmechanik.

Durch die DE-A-39 05 822 ist es bereits bekannt geworden, eine optische Einrichtung zur Bestimmung eines Auslösever­ zuges an einem Schaltgerät zu verwenden. Hierbei sind gleich­ falls ein Lichtsender und ein Lichtempfänger vorhanden, die mit einer Markierung an einem bewegbaren Teil des Schalt­ gerätes zusammenwirken. Jedoch ist diese Einrichtung nicht zur Erfassung einer Bewegung hinsichtlich ihres zeitlichen Verlaufes geeignet, sondern dient nur dazu, einen gegenüber einem Schaltbefehl zeitlich verzögerten Einsatz der Be­ wegung eines Schaltkontaktes festzustellen.

Im Prinzip ist es möglich, den Lichtsender und den Licht­ empfänger in geringem Abstand von dem Raster anzubringen. Die Anwendung der Meßeinrichtung kann jedoch wesentlich erleich­ tert werden, wenn zwischen dem Lichtsender und dem Raster ein in geringem Abstand von dem Raster endender Lichtwellenleiter angeordnet ist. Ferner kann auch zwischen dem Raster und dem Lichtempfänger ein in geringem Abstand von dem Raster endender Lichtwellenleiter angeordnet sein. Auf diese Weise ist es möglich, die zum Betrieb des Lichtsenders und des Lichtem­ pfängers benötigten Einrichtungen in einer solchen Entfernung von dem bewegbaren Teil des Schaltgerätes anzuordnen, daß die sich aus räumlicher Enge und der Nachbarschaft zu Spannung führenden Teilen ergebenden Probleme vermieden werden.

Vielfach ist es üblich, an einem bewegbaren Schaltstück eines Schaltgerätes oder einem mit diesem unmittelbar in Verbindung stehenden bewegbaren Teil eine sog. Abbrandmarkierung anzu­ bringen. Es kann sich dabei um eine farblich markierte Kerbe, eine zeigerartige Erhebung oder ein ähnliches Merkmal handeln, das durch Vergleich mit einem entsprechenden oder ähnlichen ortsfesten Merkmal erkennen läßt, ob die Schaltstücke noch eine ausreichende Dicke aufweisen oder sich durch Abbrand dem Ende ihrer Lebensdauer genähert haben. Nach einer Weiterbildung der Erfindung kann das bewegbare Teil ein mit einer Abbrand­ markierung versehenes Kontaktteil eines Leistungsschalters sein und das erwähnte Raster kann am Ort der Abbrandmarkierung an dem bewegbaren Teil angebracht sein. Hierdurch sind zuver­ lässige Meßergebnisse zu erzielen.

Aufgrund ihrer einfachen Beschaffenheit kann die beschriebene Meßeinrichtung zwecks ständiger Überwachung eines Schaltge­ rätes diesem fest zugeordnet sein. Insbesondere können das Raster an dem bewegbaren Anschlußbolzen einer Vakuumschalt­ röhre fest angebracht sein und der Lichtsender sowie der Lichtempfänger können Bestandteil eines Vakuumschalters sein.

Durch eine weitere Ausgestaltung der Erfindung kann eine be­ sonders für den festen Einbau in ein Schaltgerät geeignete Meßeinrichtung geschaffen werden. Hierzu ist vorgesehen, daß der Abstand der Felder des Rasters beginnend mit einem kleineren Maß zunimmt und ausgehend von diesem Maß wieder abnimmt, derart, daß bei ordnungsgemäßen Verlauf der zu über­ wachenden Bewegung an dem Lichtempfänger eine Impulsfolge mit gleicher Länge der einzelnen Impulse erhalten wird. Eine sol­ che Impulsfolge ist mit einer entsprechenden, von einem Os­ zillator oder Taktgeber bereitgestellten konstanten Impuls­ folge besonders einfach zu vergleichen. Sind die beiden Im­ pulsfolgen deckungsgleich, so stimmt die überwachte Bewegung mit dem gewünschten Verlauf überein. Jede Abweichung von der Deckungsgleichheit zeigt an, daß eine Veränderung vorliegt, die möglicherweise die Betriebssicherheit des Schaltgerätes beeinträchtigt.

Die Erfindung wird im folgenden anhand der in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert.

Die Fig. 1 zeigt eine Meßeinrichtung in einer schematischen, das Prinzip veranschaulichenden Darstellung.

In der Fig. 2 sind mittels der Meßeinrichtung gemäß der Fig. 1 zu gewinnende Darstellungen eines Bewegungsablaufes gezeigt.

Die Fig. 3 zeigt in einer der Fig. 1 entsprechenden Dar­ stellung eine abgewandelte Ausführungsform einer Meßein­ richtung.

Eine in der Meßeinrichtung gemäß der Fig. 3 auftretende Impulsfolge zeigt die Fig. 4.

In der Fig. 1 sind schematisch Teile eines Vakuumschalters und eine gleichfalls schematisch dargestellte Meßeinrichtung gezeigt. Als Bestandteile eines Vakuumschalters sind eine An­ triebsvorrichtung 1, ein vergrößert dargestellter Abschnitt eine bewegbaren Anschlußbolzens 2 und eine Vakuumschaltröhre 3 gezeigt. Innerhalb der Vakuumschaltröhre 3 sind ein fest­ stehendes Schaltstück 4 und ein bewegbares, mit dem Anschluß­ bolzen 2 in Verbindung stehendes bewegbares Schaltstück 5 angedeutet.

An dem bewegbaren Anschlußbolzen 2 ist in bekannter Weise eine Abbrandmarkierung 6 angebracht. Anschließend an diese Abbrandmarkierung ist der Anschlußbolzen 2 mit einem Raster 7 versehen, welches in bekannter Weise aus einer Vielzahl paralleler Felder mit stärkerer bzw. geringerer Lichtab­ sorption besteht. Das von einem Lichtsender 10 bereitgestellte Licht wird mittels eines Lichtwellenleiters 11 auf das Raster 7 gerichtet. Von dem Raster 7 reflektiertes Licht wird mittels eines weiteren Lichtwellenleiters 12 einem Lichtempfänger 13 zugeführt, der nun ein auswertbares Signal abgibt. Zur Aus­ wertung dieses Signals ist in dem gezeigten Beispiel ein Oszilloskop 14 vorgesehen.

In der Figur sind der Lichtsender 10 und der Lichtempfänger 13 stark vereinfacht gezeigt. Insbesondere sind alle üblichen, der Strombegrenzung und sonstige für den Betrieb erforder­ lichen Bauelemente fortgelassen. Als wesentliche Bestandteile des Lichtsenders 10 sind nur eine Stromquelle 15 und eine Leuchtdiode 16 sowie als Lichtempfänger 13 eine Fotodiode 17 dargestellt.

Anstelle gesonderter Lichtwellenleiter 11 und 12 kann auch ein gemeinsamer Lichtwellenleiter vorgesehen sein, der das Licht des Lichtsenders 10 und das reflektierte Licht führt. Dies führt zu einer weiteren Vereinfachung der Meßeinrichtung.

In der Fig. 2 ist ein Beispiel für ein von der Fotodiode 17 abgegebenes Meßsignal und die Umsetzung dieses Signals in eine Kurvendarstellung gezeigt, welche die Geschwindigkeit des Anschlußbolzens 2 in Abhängigkeit von dem zurückgelegten Weg bei der Bewegung des Anschlußbolzens 2 in der Richtung eines in der Fig. 1 gezeigten Pfeiles 18 darstellt. Die im oberen Teil der Fig. 2 gezeigte Impulsfolge 20 läßt erkennen, daß in Abhängigkeit vom Weg S zunächst Impulse mit größerer und an­ schließend mit geringerer Dauer abgegeben werden. Zum Schluß des Schaltvorganges vergrößert sich wieder der Abstand. Hier­ aus läßt sich der Geschwindigkeitsverlauf des bewegbaren An­ schlußbolzens 2 gewinnen, wie der Kurvenzug 21 im unteren Teil der Fig. 2 zeigt. Danach steigt die Geschwindigkeit V des bewegbaren Anschlußbolzens vom Wert 0 allmählich auf einen Maximalwert an, um gegen Ende der Bewegung beim Zusammen­ treffen der Schaltstücke 4 und 5 der Vakuumschaltröhre 3 in der Einschaltstellung durch Abbremsung wieder zum Wert 0 zu­ rückzukehren. Durch den Vergleich der gezeigten Impulsfolgen bzw. Kurvenzüge im Betrieb eines Schaltgerätes kann Aufschluß über eine Veränderung im Antriebsmechanismus eines Schaltge­ rätes gewonnen werden, die auf eine Störung hindeutet. Ins­ besondere sind die erreichte größte Geschwindigkeit V_max und die Weglänge S_v, entlang der diese Geschwindigkeit anhält, zur Beurteilung des Schalters geeignet.

Die beschriebene Meßeinrichtung eignet sich daher zur Über­ wachung von Schaltgeräten und zur selbsttätigen Meldung des mechanischen Zustandes eines Schaltgerätes. In eine solche Überwachung können sowohl der Einschaltvorgang, wie vor­ stehend beschrieben, als auch der für den Betrieb wichtige Ausschaltvorgang einbezogen sein.

In der Fig. 1 ist noch durch eine gestrichelte Umrandung der gezeigten Komponenten angedeutet, daß das Raster 7, der Licht­ sender 10 und der Lichtempfänger 13 zusammen mit den Licht­ wellenleitern 11 und 12 feste Bestandteile eines Vakuum­ schalters 22 sind. Damit ist eine ständige Überwachung des Vakuumschalters hinsichtlich seiner mechanischen Funktion sichergestellt. Durch den Verlauf der gestrichelten Um­ randung im Bereich des Lichtempfängers 13 ist ferner er­ sichtlich, daß das Oszilloskop 14 oder ein ähnliches Aus­ wertungsgerät auch außerhalb des Vakuumschalters 22, z. B. in einer Schaltwarte, untergebracht sein kann.

Das weitere Ausführungsbeispiel einer Meßeinrichtung gemäß der Fig. 3 ist insbesondere für die laufende Überwachung eines Schaltgerätes vorgesehen. Es stimmt in seinem prinzi­ piellen Aufbau mit dem zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiel überein. Dementsprechend sind in der Fig. 3, soweit zutref­ fend, die gleichen Bezugszeichen wie in der Fig. 1 einge­ tragen. Unterschiede bestehen in der Gestaltung des Rasters und der Auswertung des von dem Lichtempfänger 3 empfangenen Signals. Wie die Fig. 3 zeigt, ist an dem bewegbaren An­ schlußbolzen 2 ein Raster 23 angebracht, dessen Felder im Gegensatz zu dem Raster 7 gemäß der Fig. 1 eine örtlich unterschiedliche Breite aufweisen. Bei genauerer Betrachtung ist erkennbar, daß beginnend mit dem Ort der Lichtwellen­ leiter 11 und 12 zunächst schmale Felder und darauf folgend breitere Felder vorgesehen sind. Auf mehrere dieser breiteren Felder folgen dann wieder schmalere Felder. Sinn dieser in der Fig. 3 nur schematisch angedeuteten Einteilung ist es, den nichtlinearen Bewegungsablauf gemäß dem unteren Teil der Fig. 2, der sich aus einer Beschleunigungsphase, einer Be­ harrungsphase und einer Verzögerungsphase zusammensetzt, in eine konstante Impulsfolge, etwa gemäß der Impulsfolge 25 in der Fig. 4, umzuformen.

Eine solche konstante Impulsfolge bei ordnungsgemäßer Arbeits­ weise eines Schaltgerätes gestattet es, sehr einfache und daher preiswerte und betriebssichere Mittel zur Überwachung des Schaltgerätes einzusetzen. Im wesentlichen wird nämlich nur ein Oszillator oder Taktgeber benötigt, der ebenfalls eine konstante Impulsfolge erzeugt, deren Übereinstimmung mit der an dem Lichtempfänger 13 erzeugten Impulsfolge ge­ prüft wird. Entbehrlich ist also die Speicherung und Bereit­ haltung einer Vergleichskurve für den vorgesehenen Bewegungs­ verlauf, da dieser in der Gestaltung des Rasters unveränder­ lich abgebildet ist. In der Fig. 3 sind als Mittel zur Durch­ führung der Überwachung ein Taktgeber T und ein Komparator K gezeigt. Eine zu dem Vakuumschalter 24 gehörende Anzeigevor­ richtung A kann so ausgebildet sein, daß bei fehlerfreiem Betrieb des Vakuumschalters 24 eine Meldung unterbleibt und nur eine nennenswerte Abweichung der beschriebenen Impuls­ folgen zu einer Anzeige führt. Andererseits kann es erwünscht sein, zugleich die Betriebsbereitschaft der Überwachungsein­ richtung erkennbar zu machen, indem grundsätzlich eine Anzeige des jeweils vorliegenden Ergebnisses erfolgt.

Es sei noch erwähnt, daß in dem Beispiel gemäß der Fig. 3 stets die Bewegung des Anschlußbolzens 2 beim Ausschalten überwacht wird. Dementsprechend ist in der Fig. 3 die Vakuumschaltröhre 3 im Einschaltzustand dargestellt. Ferner weist der Pfeil 26 für die Bewegungsrichtung in die ent­ gegengesetzte Richtung wie in der Fig. 1 und die Licht­ wellenleiter 11 und 12 befinden sich nahe der Abbrandmarke 6. Die beschriebene ungleichförmige Teilung des Rasters 23 ist an die Ausschaltbewegung angepaßt. Soll auch die Ein­ schaltbewegung überwacht werden, so kann es zweckmäßig sein, ein zweites, mit einer der Einschaltbewegung ange­ paßten Teilung der Felder ausgebildetes Raster vorzusehen, das gleichfalls zur Abgabe einer konstanten Impulsfolge an dem Lichtempfänger 13 führt, wenn die Bewegung in der vorge­ sehenen Form abläuft.

In den beschriebenen Ausführungsbeispielen ist jeweils ein bewegbarer Anschlußbolzen einer Vakuumschaltröhre als zu überwachendes Teil vorgesehen. An Schaltgeräten stehen je­ doch auch weitere, für eine Überwachung geeignete Teile zur Verfügung, an denen gleichfalls charakteristische Merkmale des Bewegungsablaufes feststellbar sind. Geeignet ist insbe­ sondere die Schalterwelle, die bei Leistungsschaltern mit Federspeicherantrieb zur Übertragung der mechanischen Schalt­ energie von einem Federspeicher zu den einzelnen Polen dient. Das Raster in einer der möglichen Ausführungen kann hierbei auf der Schalterwelle selbst oder auf einem gesonderten Raster­ träger angebracht sein, der auf der Schalterwelle befestigt ist.

Claims (6)

1. Meßeinrichtung zur Bestimmung des Weges und der zum Zu­ rücklegen des Weges benötigten Zeit eines bewegbaren Teiles (2) an einem elektrischen Schaltgerät (22, 24), mit einem Meßfühler zur Umsetzung einer Bewegung in ein elektrisches Signal und mit einem Signalwandler zur Umsetzung des Signals in eine auswertbare Darstellung, dadurch gekennzeichnet, daß als Meßfühler ein Licht­ sender (10) in Verbindung mit einem Lichtempfänger (13) und einem an dem bewegbaren Teil (2) angebrachten, die Weiter­ leitung des Lichtes vom Lichtsender (10) zum Lichtempfänger (13) modulierenden Raster (7) dient.

2. Meßeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Lichtsender (10) und dem Raster (13) ein Lichtwellenleiter (11) angeordnet ist.

3. Meßeinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Raster (7) und dem Lichtempfänger (13) ein Lichtwellenleiter (12) ange­ ordnet ist.

4. Meßeinrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das bewegbare Teil (2) ein mit einer Abbrandmarkierung (6) ver­ sehenes Kontaktteil eines Leistungsschalters ist und daß das Raster (7) am Ort der Abbrandmarkierung (6) an dem beweg­ baren Teil (2) angebracht ist.

5. Meßeinrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Raster (7) an dem bewegbaren Anschlußbolzen (2) einer Vakuum­ schaltröhre (3) fest angebracht und der Lichtsender (10) sowie der Lichtempfänger (13) Bestandteil eines Vakuumschalters (22) sind.

6. Meßeinrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Ab­ stand der Felder des Rasters (23) beginnend mit einem kleineren Maß zunimmt und ausgehend von diesem Maß wieder abnimmt, derart, daß bei ordnungsgemäßem Ablauf der Bewegung eine Impulsfolge (25) mit gleicher Dauer der einzelnen Impulse erhalten wird.