-
Bei der vorliegenden Erfindung handelt es sich um ein als Zusatz zu einem
Hauptschaltgerät gedachtes Hilfsschaltgerät, welches in einem neben dem Hauptgerät
befestigten Gehäuse ein bewegliches Schalterbetätigungselement besitzt, das über
Koppelungsmittel mit einem mit den beweglichen Kontakten des Hauptgerätes verbundenen
Organ gekoppelt werden kann, und welches dazu dient, den Strom zwischen zwei
Anschlußklemmen zu schalten.
-
Gegenwärtig werden Kontaktblöcke oder Hilfsschalter angeboten, um entweder auf
der Frontplatte eines Hauptschützes oder seitlich davon angebracht zu werden. Diese
Hilfskontakte bilden Hilfspole des Schaltschützes und werden gleichzeitig mit den
Hauptkontakten betätigt. Sie erfüllen verschiedene Nebenfunktionen: Steuerung der
Selbsthaltefunktion, Einfügung des Zusatzwiderstandes zum Elektromagneten bei
Gleichstrom, Steuerung der Kontroll- und Anzeigefunktionen, Verriegelung zwischen
verschiedenen Schaltschützen, Verbindung mit speicherprogrammierbaren Steuerungen usw.
-
Bimetallrelais oder Trennschalter können gleichfalls mit Hilfskontakten ausgerüstet
werden.
-
Man unterscheidet zwischen unmittelbar öffnenden bzw. schließenden Hilfskontakten,
welche gleichzeitig mit den Hauptpolen schalten, und verzögerten Kontakten, welche mit
einem gewissen Verzug nach dem Schließen bzw. Öffnen des Hauptschützes schalten.
-
Jeder Hilfskontakt besteht, genau wie ein Hauptkontakt, aus einem festen Kontakt
und aus einem beweglichen Kontakt, welcher an den entsprechenden festen Kontakt
angepreßt wird oder nicht. Ein Betätigungsglied der beweglichen Kontakte ist mit den
beweglichen Teilen des Hauptschützes gekoppelt. Die Patente FR-A-2555 804 und EP-A-
0086 698 erläutern traditionelle Hilfskontaktblöcke. Diese traditionellen Hilfskontakte besitzen
den Nachteil, daß sie der Alterung unterworfen sind und vor allem in aggressiver Umgebung
eine beschränkte Lebensdauer aufweisen.
-
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Umschaltvorrichtung als
Schaltgerätzusatz zu bilden, in welcher Detektoren mit statischen (d.h. kontaktlosen)
Ausgängen die traditionellen Hilfskontakte (d.h. mit beweglichen Kontakten) ersetzen. Ein auf
dieser Detektionstechnologie beruhender Hilfskontaktblock besitzt zahlreiche Vorteile.
Zusätzlich zu einem niedrigen Herstellungspreis unterliegt er, unabhängig von der Anzahl der
Schaltspiele, keiner Alterung und keiner Abnutzung. Er paßt hervorragend zu elektronischen
Automatisierungsgeräten, insbesondere zu den Eigenschaften der Eingänge von
speicherprogrammierbaren Steuerungen vom Typ 24V Gleichstrom. Er weist eine gute
Beständigkeit in rauher Industrieumgebung (insbesondere in gefährlicher Atmosphäre) auf.
Das erfindungsgemäße Gerät ist nach Hinzufügen einer Leistungsstufe in der Lage, einen
Strom von mehreren Ampere unter 250 V oder mehr zu schalten. In einer anderen Anwendung
kann es verzögerte Hilfskontakte, Öffner und Schließer, in traditioneller Ausführung durch eine
Ausführung in Halbleitertechnologie ersetzen.
-
Erfindungsgemäß ist das Gerät dadurch gekennzeichnet, daß es eine im Gehäuse
untergebrachte Schaltung vom Typ Annäherungsdetektor besitzt, die in der Lage ist, die
Bewegungen des beweglichen Schalterbetätigungselementes zu erkennen und so je nach
Stellung des beweglichen Organs des Hauptgerätes die Umschaltung zwischen besagten
Anschlußklemmen vorzunehmen.
-
Nach einem bevorzugten Merkmal ist der im Gehäuse untergebrachte Detektor ein
induktiver Detektor, und das bewegliche Element besteht mindestens teilweise aus Metall, um
so mit dem Detektor zusammenarbeiten zu können.
-
Nach einem weiteren bevorzugten Merkmal besitzt das Gerät eine bedruckte
Leiterplatte, die mindestens eine, eine Induktionsspule des Oszillators der induktiven
Schaltung bildende Leiterbahnwindung, aufweist.
-
Nach einem weiteren bevorzugten Merkmal besitzt das Gerät eine mit der
Induktionsspule gekoppelte Detektorschaltung, welche den Kreis zwischen den
Anschlußklemmen öffnet und schließt.
-
Nach einem weiteren bevorzugten Merkmal besitzt das Gerät eine durch die
Detektorschaltung gesteuerte Ausgangsleistungsstufe, welche den Strom zwischen den
Anschlußklemmen schaltet.
-
Nach einem weiteren bevorzugten Merkmal besitzt das Gerät eine zwischen die
Detektorschaltung und die Ausgangsleistungsstufe eingefügte programmierbare elektronische
Verzögerungsschaltung.
-
Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die beispielshalber
angeführten und auf den beigefügten Zeichnungen dargestellten Ausführungsarten im
einzelnen beschrieben. Dabei zeigen:
-
- Bild 1 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Hilfsschaltblockes,
welcher auf die Frontplatte des Hauptschützes montiert wird;
-
- Bild 2 eine schematische Vorderansicht des Hilfsschaltblockes;
-
- Bild 3 eine schematische Darstellung der im Hilfsschaltblock untergebrachten
gedruckten Schaltung;
-
- Bild 4 das Schaltbild der mit dem Hilfsschaltblock verbundenen Elektronik;
-
- Bild 5 eine schematische Darstellung eines mit einer Leistungsstufe ausgerüsteten
erfindungsgemäßen Hilfsgerätes;
-
- Bild 6 eine schematische Darstellung eines eine verzögerte Kontaktfunktion
ausübenden erfindungsgemäßen Hilfsgerätes;
-
- Bild 7 Chronogramme betreffend das verzögerte Gerät nach Bild 6.
-
Das erfindungsgemäße Hilfsschaltgerät 1 wird an einem Hauptgerät 2 angebracht. In
der auf den Bildern 1 und 2 dargestellten Ausführungsart wird dieses Hauptgerät 2 durch ein
Schaltschütz gebildet.
-
Das auf den Bildern 1 und 2 dargestellte Hilfsgerät 1 ist ein Block für frontseitige
Montage. Alternativ könnte es sich um ein Gerät für seitliche Montage handeln.
-
Das Hauptgerät 2 besitzt eine Sohle oder Sockel 22 zur Befestigung auf einer
Montageebene. Es besitzt mehrere Schaltpole zur Steuerung von Leistungskreisen.
-
Das Gehäuse 21 des Hauptgerätes 2 besitzt Wangen oder Trennwände 23, welche
sich rechtwinklig zur Frontplatte erstrecken und mit Klemmschrauben 25 bestückte
Leistungsklemmen 24 abgrenzen. Die Frontplatte des Gehäuses besitzt Befestigungsmittel wie
zum Beispiel 27, um das Gehäuse des Hilfsblockes 1 aufzunehmen.
-
Im Gehäuse 21 ist ein Elektromagnet untergebracht, welcher die Verschiebungen der
beweglichen Kontakte ausführt. Wenn dieses Antriebsorgan gespeist wird, werden die
beweglichen Kontakte gegen die mit den Leistungsklemmen verbundenen festen Kontakte
gedrückt. Das bewegliche Organ 28, welches die beweglichen Kontakte trägt und mit dem
beweglichen Teil des Elektromagneten verbunden ist, führt eine Querbewegung durch, womit
es sich um Kontakte mit zweifacher Unterbrechung handelt. Dieses bewegliche Organ besitzt
Verbindungsmittel 29, welche durch das Gehäuse hindurch nach außen geführt werden.
-
Das Hilfsschaltgerät 1 besitzt ein mit Befestigungs- und Verriegelungsmitteln, die zu
den Befestigungsmitteln 27 des Hauptgerätes passen, ausgerüstetes Gehäuse 11. Diese
Befestigungsmittel bestehen aus einer schwalbenschwanzförmigen Rille, mit welcher das
Gehäuse 11 auf die die Befestigungsmittel 27 bildende Führung geschoben werden kann. Ein
Riegel sorgt für die Verriegelung des Gehäuses 11 auf dem Gehäuse 21. Das Gehäuse 11
weist Hilfsklemmen 12, 13 für äußere Anschlüsse auf.
-
Das Hilfsgerät 1 weist ein mit Verbindungsmitteln 16 ausgerüstetes bewegliches
Element bzw. einen Schieber 14 auf, mit dem es mit den Verbindungsmitteln 29 gekoppelt
werden kann, wenn das Hilfsgerät 1 auf das Hauptschützgerät 2 montiert ist. Dieser
bewegliche Schieber 14 wird im Gehäuse 11 in Querrichtung so geführt, daß er in der
Querbewegungsebene des beweglichen Organs 28 gleitet. Der Schieber 14 bewegt sich
parallel zu einer im Gehäuse 11 untergebrachten und mit den Anschlußklemmen 12 und 13
verbundenen Unterbrechungsschaltung 3. Diese Unterbrechungsschaltung 3 besitzt eine
Schaltung vom Typ Annäherungsdetektor, welche die Bewegungen des beweglichen
Schiebers 14 erkennt und den Strom zwischen den Klemmen 12 und 13 schaltet.
-
In der auf den Zeichnungen dargestellten Ausführungsart ist diese
Unterbrechungsschaltung 3 vom Typ eines induktiven Annäherungsdetektors. Sie wird auf den
Bildern 3 und 6 detailliert dargestellt.
-
Die Unterbrechungsschaltung 3 der auf den Bildern 3 bis 6 dargestellten
Ausführungsarten enthält einen ein wechselndes elektromagnetisches Feld erzeugenden
Oszillator. Der bewegliche Schieber 14 besitzt einen Metallschirm 15, in welchem
Wirbelströme induziert werden, wenn er sich in das magnetische Feld begibt. Die im
Metallschirm umgesetzte elektrische Leistung dämpft die Schwingungen der Schaltung.
-
Die Unterbrechungsschaltung 3 ist im Gehäuse 11 auf einer bedruckten Leiterplatte 6,
die die zur Erfüllung der Unterbrechungsfunktionen notwendigen elektronischen Bauteile trägt,
untergebracht. Die bedruckte Leiterplatte 6 besitzt eine zu der auf Bild 4 detailliert
dargestellten elektronischen Unterbrechungsschaltung 3 gehörende und mit den beiden
Klemmen 12 und 13 verbundene Leiterbahnwindung 31. In der Ausführungsart von Bild 3
besitzt die Leiterplatte 6 eine zu einer zweiten Unterbrechungsschaltung 4 gehörende zweite
Leiterbahnwindung 41. Das Gerät besitzt zwei Schalter. Die bedruckte Leiterplatte 6 trägt die
beiden respektive mit den elektronischen Schaltungen 3 und 4 verbundene Windungen 31 und
41. Die Anzahl und Art dieser Schalter (Schließer, Öffner) können dem jeweiligen
Anwendungsfall angepaßt werden.
-
Die Leiterbahnwindung 31 bzw. 41 bildet eine Induktionsspule, die ein wechselndes
elektromagnetisches Feld erzeugt, in welchem sich der Metallschirm 15 bewegt.
-
Die Schaltung 3 besitzt eine einen induktiven Annäherungsdetektor bildende analoge
Schaltung 32, deren Pins 1 und 6 mit den Anschlußklemmen 12 und 13 verbunden sind. Die
Schaltung 32 umfaßt eine Ausgangsstufe, welche den Kreis zwischen der auf 0 V liegenden
Klemme 12 und der Klemme 13 (+Vcc) öffnet und schließt. Diese Schaltung 32 ist über ihre
Pins 3 und 7 mit der Induktionsspule 31 verbunden, parallel zu welcher ein Kondensator 33
montiert ist. Die Dämpfung dieses Oszillators durch den Metallschirm 15 bewirkt die
Umschaltung der Ausgangsstufe der Schaltung 32.
-
In der auf Bild 5 dargestellten Ausführungsart besitzt das Gerät einen
Leistungsverstärker 34, welcher den Strom zwischen den Klemmen 12 und 13 schaltet. Dieser
Leistungsverstärker 34 wird durch die Detektorschaltung 32 gesteuert. Dieser
Leistungsverstärker 34 besteht bei Gleichstrom aus einem Leistungstransistor und bei
Wechselstrom aus Thyristoren oder Triacs. Damit kann ein Strom von mehreren Ampere unter
250 V oder mehr geschaltet werden.
-
In der auf Bild 6 dargestellten Ausführungsart besitzt das Gerät eine
Verzögerungsfunktion. Eine programmierbare elektronische Verzögerungsschaltung 35
bereitet das Ausgangssignal der Detektorschaltung 32 auf. Dieses Verzögerungsglied 35
steuert eine Ausgangsleistungsstufe 34, die die Umschaltung des Stromes zwischen den
Klemmen 12 und 13 steuert. Dieses Gerät macht es möglich, die herkömmlichen verzögerten
Hilfskontakte, Schließer und Öffner, durch Halbleitertechnologie zu ersetzen.
-
Zu erwähnen ist, daß das Gerät in den beschriebenen Anwendungen stets nur zwei
Anschlußklemmen besitzt.
-
Nachfolgend wird die Funktionsweise des Gerätes erläutert.
-
Im normal geöffneten Zustand wird die zum Funktionieren der elektronischen
Schaltung 3 oder 4 benötigte Energie an den Klemmen 12 und 13 in Form eines für die an den
Klemmen 12 und 13 angeschlossene Last annehmbaren Leckstroms entnommen.
-
Wenn der den Schirm tragende Schieber 14 durch das Hauptgerät quer verschoben
wird, schließt der Detektor den Kreis zwischen den Klemmen 12 und 13 und die zum
Funktionieren notwendige Energie wird durch eine für die Last annehmbare Restspannung
geliefert.
-
Bild 7 zeigt die Chronogramme des verzögerten Gerätes nach Bild 6, für einen
Arbeitskontakt (NO) und einen Ruhekontakt (NC).
-
Selbstverständlich sind verschiedene Varianten und Verbesserungen von
Einzelheiten denkbar, ohne den Rahmen der hiermit beanspruchten Erfindung zu
überschreiten.
-
Der Annäherungsdetektor 3 des Hilfsgerätes könnte statt induktiv von einem andern
Typ sein, zum Beispiel: Hall-Effekt, usw...
-
Das erfindungsgemäße Hilfsgerät könnte auf ein Bimetallrelais montiert werden.