DE4309177A1 - Schaltgerät, insbesondere Schütz- oder Leistungsschalter - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Schaltgerät, insbeson­ dere Schütz oder Leistungsschalter, mit Kontaktstücken, die auf einem Kontaktträger befestigt sind, und mit Mit­ teln zur Detektion des Kontaktabbrandes.

In Schaltgeräten tritt bei jedem Schalten ein Abbrand an den Kontaktstücken auf. Dieser Abbrand führt je nach Be­ anspruchung durch den Strom bzw. die Spannung letztendlich zum Versagen des Schaltgerätes. Insbesondere gilt dies für das Schalten von Kurzschlußströmen bei Leistungsschaltern, da die hierbei auftretenden Lichtbögen die Kontaktober­ flächen besonders stark abtragen.

Hauptsächlich der Abbrand begrenzt die Lebensdauer eines Schalters. Derzeit werden routinemäßig nach einer bestimm­ ten Schaltzahl die Kontaktstücke oder auch das gesamte Schaltgerät ausgetauscht, unabhängig davon, ob an den Kontaktstücken tatsächlich ein weitgehender Abbrand auf­ getreten ist oder nicht.

Vom Stand der Technik sind bereits Vorschläge bekannt, die eine Überwachung des Kontaktabbrandes ermöglichen sollen. Der Kontaktabbrand soll dabei beispielsweise mit elektri­ schen, mechanischen oder auch röntgenographischen Zusatz­ einrichtungen erfolgen. Beispielsweise ist aus der DE-AS 24 05 149 ein Schaltgerät bekannt, bei dem die durch den Kontaktabbrand verursachte Längenänderung des Schalthubes erfaßt wird. Um auf diesem Wege eine sichere Anzeige des Kontaktabbrandes zu erreichen, ist dafür jedoch eine rela­ tiv aufwendige mechanische Konstruktion erforderlich. Weiterhin ist aus der DE-OS 37 14 802 ein elektrischer Schalter bekannt, bei dem wenigstens einem der Kontakt­ stücke ein Lichtleiter zugeordnet ist, dessen Transmis­ sionseigenschaften von außen mittels geeigneter optischer Hilfseinrichtungen gemessen werden können. Durch ent­ sprechende Anordnung des Lichtleiters führt ein unzuläs­ sig fortgeschrittener Kontaktabbrand zur Zerstörung des Lichtleiters und damit zur Änderung der optischen Trans­ missionseigenschaften. Allerdings ist das Einbringen der Lichtleitfasern in die auf Kontaktträger aufzubringenden Kontaktstücke mit einem zusätzlichen Bearbeitungsvorgang verbunden. Derartige mit Lichtleitern komplettierte Kon­ taktstücke sind ebenfalls aufwendig und zudem schwierig im Rahmen einer integrierten Fertigung handhabbar.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Schaltgerät mit anderen Mitteln zur Überwachung des Kontaktabbrandes zu schaffen. Beim neuen Schaltgerät soll das Lebensdauerende der Kontaktstücke vorausgesagt werden können, ohne den Betrieb des Schaltgerätes unterbrechen oder das Schalt­ gerätgehäuse öffnen zu müssen.

Die Aufgabe ist erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Kontaktträger geteilt ist und daß die Kontaktstücke rück­ seitig geschlitzt und auf dem geteilten Kontaktträger auf­ gebracht sind. Vorzugsweise ist der Kontaktträger asymme­ trisch geteilt und sind die Kontaktstücke rückseitig asym­ metrisch geschlitzt. Dafür kommen sowohl der bewegliche als auch der feste Kontaktträger mit den diesbezüglichen Kontaktstücken in Frage.

Beim erfindungsgemäßen Schaltgerät werden die im Neuzu­ stand der Kontaktstücke verbundenen Kontaktträger bei hinreichend großem Kontaktabbrand getrennt. Die damit verbundenen veränderten physikalischen Verhältnisse lassen sich in einfacher Weise detektieren. Dabei kann die Detek­ tion einerseits anhand des Schwingungsverhaltens der Kon­ taktbrücke erfolgen, wenn ein Schwingungsaufnehmer an der Kontaktbrücke oder ein Mikrophon im Gehäuse angebracht ist. Andererseits kann insbesondere die Spannung zwischen den beiden Kontaktträgern gemessen werden, die ein Signal für den Kontaktabbrand zumindest während des Schaltvor­ ganges ist.

Bei der Erfindung ist besonders vorteilhaft, daß allein durch konstruktive Änderung des Kontaktträgers und der zugehörigen Kontaktstücke die Voraussetzungen für die Detektion des Kontaktabbrandes geschaffen werden. Die diesbezüglichen Sensoren sind innerhalb des Gehäuses oder am Gehäuse des Schaltgerätes untergebracht.

Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Figurenbeschreibung von Aus­ führungsbeispielen anhand der Zeichnung in Verbindung mit den weiteren Unteransprüchen. Es zeigen in schematischer Darstellung

Fig. 1 einen herkömmlich ausgebildeten Kontaktträger,

Fig. 2 einen neuartigen Kontaktträger mit jeweils zugehö­ rigen Kontaktstücken sowie die

Fig. 3 und 4 zwei verschiedene Auswertemöglichkeiten bei einem Kontaktträger gemäß Fig. 2.

In den Figuren sind gleiche Teile mit gleichen Bezugs­ zeichen versehen. Fig. 1 bis 3 sind als Perspektive, Fig. 4 als Seitenansicht dargestellt. Die Figuren werden teilweise zusammen beschrieben.

In Fig. 1 ist ein Kontaktträger 1 dargestellt, an dessen Enden jeweils ein Kontaktstück 2 befestigt ist. Die Kon­ taktstücke 2 können zusammen mit dem Kontaktträger 1 eine bewegliche Kontaktbrücke bilden, welche innerhalb des Gehäuses eines Schaltgerätes derart angebracht ist, daß durch Bewegung der Kontaktbrücke ein Kontaktschluß er­ reicht wird. Dabei wird die Kontaktfläche 3 der Kontakt­ stücke 2, also die dem Kontaktträger 1 entgegengesetzte Fläche, mit in Fig. 1 nicht dargestellten Gegenkontakten in Berührung gebracht, was einen Schaltvorgang beinhal­ tet.

Bei derartigen elektrischen Schaltvorgängen kommt es durch den jeweiligen Lichtbogen zwangsläufig zu einem Abbrand an Kontaktmaterial und damit zum Verschleiß der Kontakt­ stücke. Da der tatsächliche Abnutzungsgrad der Kontakt­ stücke von außerhalb des Schaltgerätegehäuses nicht er­ kannt werden kann und sich erst bei vollständigem Ausfal­ len des Schaltgerätes bemerkbar macht, werden derzeit die Kontaktstücke bzw. komplette Schalter nach bestimmten Betriebszeiten ausgetauscht. Dabei sind üblicherweise die erlaubten Betriebszeiten von Schaltgeräten so kurz ange­ setzt, daß eine Fehlfunktion des Schalters auch bei inten­ siver Belastung während seiner Einsatzzeit nahezu ausge­ schlossen werden kann.

Gemäß Fig. 2 ist ein Kontaktträger 10 aus zwei parallelen Trägerteilen 11 und 12 gebildet. Die zugehörigen Kontakt­ stücke 20 sind dafür jeweils an ihrer Rückseite mit einem Schlitz 21 versehen und im geschlitzten Zustand auf den Trägerteilen 11 und 12 befestigt. Im Neuzustand ist die Schaltfläche 23 der Kontaktstücke wie die Schaltfläche 3 der Kontaktstücke 2 ausgebildet.

Entsprechend dem Abbrand der Kontaktstücke 20 ändern sich allerdings die physikalischen Verhältnisse hinsichtlich des Kontaktträgers 10. Insbesondere ist das Schwingungs­ verhalten des Kontaktträgers 10 mit den beiden Trägertei­ len 11 und 12 ohne Abbrand der Kontaktstücke 20 anders als das Schwingungsverhalten des Kontaktträgers 10 mit durch den Abbrand der Kontaktstücke 20 separierten Trägerteilen 11 und 12. Speziell das Schwingungsverhalten läßt sich beispielsweise durch einen Schwingungsaufnehmer an der Kontaktbrücke detektieren. Alternativ dazu kann ein Mikrophon im Gehäuse des Schaltgerätes angebracht sein.

Zur Verstärkung des unterschiedlichen Schwingungsverhal­ tens im Neuzustand und im abgebrannten Zustand der Kon­ taktstücke 20 kann der Spalt im Kontaktträger 10 auch asymmetrisch angebracht sein. Die Aussage der Detektion wird dadurch eindeutiger, da bei unterschiedlicher Breite der Trägerteile 11 und 12 zwei verschiedene Frequenzen im Schwingungsverhalten vorliegen.

In Fig. 2 ist die Teilung des Kontaktträgers 10 in die Trägerteile 11 und 12 und die Schlitzung der diesbezüg­ lichen Kontaktstücke am beweglichen Kontakt vorgenommen worden. Es ist möglich, das Prinzip der Teilung bzw. Schlitzung in entsprechender Weise auf die Festkontakte, die ebenfalls auf geeignet ausgebildeten Kontaktträgern befestigt sind, anzuwenden und auch alle Kontaktstücke geschlitzt auszubilden. Die Detektionsempfindlichkeit kann gegebenenfalls dadurch verbessert werden.

Als Alternative zur Detektion des Schwingungsverhaltens läßt sich die Spannung zwischen den beiden Teilen 11 und 12 des Kontaktträgers 10 der Fig. 2 messen, wobei bei genügendem Kontaktabbrand zumindest während des Schalt­ vorganges ein meßbares Spannungssignal vorliegt, das ausgewertet werden kann.

In Fig. 3 ist der Kontaktträger 10 mit den geteilten Trä­ gerteilen 11 und 12 und den Kontaktstücken 20 gemäß Fig. 2 im Kontaktschluß mit Festkontaktstücken 30 auf angedeute­ ten Kontaktträgern 31, über die beispielsweise eine Phase eines Leitungssystems geschaltet wird, in entsprechender Perspektive dargestellt. Bei dieser Anordnung ist die Rückseite der Trägerteile 11 und 12 über einen Widerstand 13 und eine Photodiode 16 kurzgeschlossen. Der Photodiode 16 ist ein Phototransistor 17 im Gerätegehäuse zugeordnet. Durch eine derartige Schaltung kann das Spannungssignal, das bei abgebrannten Kontaktstücken 20 zwischen den Trä­ gerteilen 11 und 12 entsteht, direkt als optisches Signal eine Anzeige für die Unbrauchbarkeit der Schaltstücke 20 abgeben. Entsprechend kann das Spannungssignal über den durch die Photodiode 16 und den Phototransistor gebildeten potentialtrennenden Optokoppler 15 einer Auswerteeinrich­ tung zugeführt werden.

In Fig. 4 ist ein entsprechend Fig. 2 ausgebildeter Kon­ taktträger 10 mit Trägerteilen 11 und 12 und diesbezüg­ lichen Kontaktstücken 20 mit den zugehörigen Festkontakt­ stücken 30 auf Kontaktträgern 31 im Seitenriß dargestellt. Üblicherweise wird die so gebildete Schaltbrücke über einen Elektromagneten 40 mit Anker 42 und Joch 43 für den Schaltvorgang betätigt. Dafür ist eine Betätigungsstange 41 mit dem Anker 42 verbunden, der dem Joch 43 des Elektromagneten 40 gegenüberliegt. Das Joch 43 des Elektro­ magneten 40 hat eine Spule 44 zur elektrischen Betätigung. Es hat sich gezeigt, daß sich die Schwingung des Kontakt­ trägers 10 als Oberschwingungen im Spulenstrom des Betäti­ gungsmagneten 40 bemerkbar machen. Wenn sich durch den Abbrand der Kontaktstücke 20 das Schwingungsverhalten des Kontaktträgers 10 ändert und schließlich zwei getrennt schwingende Trägerteile 11 und 12 entstehen, ändern sich damit auch die Frequenzen der Oberschwingungen im Spulen­ strom. Durch geeignete Filter können die diesbezüglichen Frequenzen detektiert werden.

Insbesondere in Fig. 4 sind also keine zusätzlichen Meß­ mittel zur Erfassung des Schwingungsverhaltens des Kon­ taktträgers möglich. Dadurch wird der Aufbau weiter ver­ einfacht.

Claims (11)

1. Schaltgerät, insbesondere Schütz oder Leistungsschal­ ter, mit Kontaktstücken, die in einem Schaltgerätegehäuse auf einem Kontaktträger befestigt sind, und mit Mitteln zum Überwachen des Kontaktabbrandes, dadurch gekennzeichnet, daß der Kontaktträger (10, 11, 12) geteilt ist und daß die Kontaktstücke rück­ seitig geschlitzt und auf dem geteilten Kontaktträger (10, 11, 12) aufgebracht sind.

2. Schaltgerät nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Kontaktträger (10) asymmetrisch geteilt und daß die Kontaktstücke rückseitig asymmetrisch geschlitzt sind.

3. Schaltgerät nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, ge­ kennzeichnet in der Anwendung auf den be­ weglichen und/oder den festen Kontaktträger und die diesbezüglichen Kontaktstücke.

4. Schaltgerät nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, ge­ kennzeichnet durch Mittel zur Detektion des Schwingungsverhaltens des Kontaktträgers (10) bei der Schaltbewegung.

5. Schaltgerät nach Anspruch 4, dadurch ge­ kennzeichnet, daß am Kontaktträger (10) ein Schwingungsaufnehmer angebracht ist.

6. Schaltgerät nach Anspruch 4, dadurch ge­ kennzeichnet, daß am Schaltgerätegehäuse ein Mikrophon angebracht ist.

7. Schaltgerät nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, ge­ kennzeichnet durch Mittel zur Messung und Anzeige der elektrischen Spannung zwischen den beiden Kontaktträgern (11, 12).

8. Schaltgerät nach Anspruch 7, dadurch ge­ kennzeichnet, daß eine Photodiode (16) zur Anzeige des Abbrandes vorhanden ist.

9. Schaltgerät nach Anspruch 8, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Photodiode (16) ein Phototransistor (17) nachgeschaltet ist und als Optokopp­ ler (35) zur potentialmäßigen Trennung der Meßspannung für eine Auswerteeinrichtung (40) dient.

10. Schaltgerät nach Anspruch 1 oder Anspruch 2 mit einem Elektromagneten zur Betätigung der Schaltbewegung, ge­ kennzeichnet durch Mittel zur Detektion der Oberschwingungen im Spulenstrom des Betätigungsmagneten (40), wobei die Oberschwingungen ein Signal für die Schwingung des Kontaktträgers (10; 11, 12) sind.

11. Schaltgerät nach Anspruch 9, dadurch ge­ kennzeichnet, daß zur Detektion der Ober­ schwingungen des Stromes Filter vorhanden sind.