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Dokumentenidentifikation DE102004062270A1 13.07.2006
Titel Verfahren und Vorrichtung zum sicheren Betrieb eines Schaltgerätes
Anmelder Siemens AG, 80333 München, DE
Erfinder Adunka, Robert, Dr., 92237 Sulzbach-Rosenberg, DE;
Hartinger, Peter, 92439 Bodenwöhr, DE;
Koppmann, Bardo, 92700 Kaltenbrunn, DE;
Mitlmeier, Norbert, 92289 Ursensollen, DE;
Niebler, Ludwig, 93164 Laaber, DE;
Pohl, Fritz, 91334 Hemhofen, DE;
Wabner, Alf, Dr., 09648 Mittweida, DE;
Zimmermann, Norbert, 92237 Sulzbach-Rosenberg, DE
DE-Anmeldedatum 23.12.2004
DE-Aktenzeichen 102004062270
Offenlegungstag 13.07.2006
Veröffentlichungstag im Patentblatt 13.07.2006
IPC-Hauptklasse H01H 71/74(2006.01)A, F, I, 20051017, B, H, DE
Zusammenfassung Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum sicheren Betrieb eines Schaltgerätes mit zumindest einem ein- und ausschaltbaren Hauptkontakt, der Kontaktstücke und eine bewegliche Kontaktbrücke aufweist, und mit zumindest einem Steuermagneten, der einen beweglichen Anker aufweist, wobei der Anker und die Kontaktbrücke so in Wirkverbindung stehen, dass beim Ein- oder Ausschalten der entsprechende Hauptkontakt schließ- oder öffenbar ist, wobei das Verfahren die folgenden Schritte aufweist:
a) Erkennen einer Wegdifferenz, die der Anker nach dem Ein- oder Ausschalten zurücklegt,
b) Auslösen von Mitteln zum Aufbrechen von geschlossenen Hauptkontakten durch eine Auslöseeinrichtung, wenn die erkannte Wegdifferenz einen vorgegebenen Wert unterschreitet und eine bestimmte Zeitdauer nach dem Ausschalten abgelaufen ist.

Beschreibung[de]

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum sicheren Betrieb eines Schaltgerätes gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie eine entsprechende Vorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 6.

Mit Schaltgeräten, insbesondere Niederspannungsschaltgeräten, lassen sich die Strombahnen zwischen einer elektrischen Versorgungseinrichtung und Verbrauchern und damit deren Betriebsströme schalten. Das heißt, indem vom Schaltgerät Strombahnen geöffnet und geschlossen werden, lassen sich die angeschlossenen Verbraucher sicher ein- und ausschalten.

Ein elektrisches Niederspannungsschaltgerät, wie beispielsweise ein Schütz, ein Leistungsschalter oder ein Kompaktstarter, weist zum Schalten der Strombahnen einen oder mehrere so genannte Hauptkontakte auf, die von einem oder auch mehreren Steuermagneten gesteuert werden können. Prinzipiell bestehen die Hauptkontakte dabei aus einer beweglichen Kontaktbrücke und festen Kontaktstücken an die der Verbraucher und die Versorgungseinrichtung angeschlossen sind. Zum Schließen und Öffnen der Hauptkontakte wird ein entsprechendes Ein- oder Ausschaltsignal an die Steuermagnete gegeben, woraufhin diese mit ihrem Anker so auf die beweglichen Kontaktbrücken einwirken, dass die Kontaktbrücken eine Relativbewegung in Bezug auf die festen Kontaktstücke vollziehen und entweder die zu schaltende Strombahnen schließen oder öffnen.

Zur besseren Kontaktierung zwischen den Kontaktstücken und den Kontaktbrücken sind an Stellen, an denen beide aufeinander treffen, entsprechend ausgebildete Kontaktflächen vorgesehen. Diese Kontaktflächen bestehen aus Materialien, wie beispielsweise Silberlegierungen die an diesen Stellen sowohl auf die Kontaktbrücke als auch die Kontaktstücke aufgebracht sind und eine bestimmte Dicke aufweisen.

Die Materialien der Kontaktflächen sind bei jedem der Schaltvorgänge einem Verschleiß unterworfen. Faktoren, die diesen Verschleiß beeinflussen können, sind: der mit steigender Anzahl von Ein- und Ausschaltvorgängen zunehmende Kontaktabbrand oder Kontaktabrieb, zunehmende Verformungen, zunehmende Kontaktkorrosion durch Lichtbogeneinwirkung oder Umwelteinflüsse, wie beispielsweise Dämpfe oder Schwebstoffe, usw. Als Folge davon werden die Betriebsströme nicht mehr sicher geschaltet, was zu Stromunterbrechungen, Kontaktaufheizungen oder zu Kontaktverschweißungen führen kann.

So wird sich insbesondere mit zunehmendem Kontaktabbrand die Dicke der an den Kontaktflächen aufgebrachten Materialien verringern. Damit wird der Schaltweg zwischen den Kontaktflächen der Kontaktbrücke und der Kontaktstücke länger, was letztendlich die Kontaktkraft beim Schließen verringert. Als Folge davon werden mit zunehmender Anzahl von Schaltvorgängen die Kontakte nicht mehr richtig schließen. Durch die daraus resultierenden Stromunterbrechungen oder aber auch durch ein verstärktes Einschaltprellen kann es dann zu einer Kontaktaufheizung und damit zu einem zunehmenden Aufschmelzen des Kontaktmaterials kommen, was dann wiederum zu einem Verschweißen der Kontaktflächen der Hauptkontakte führen kann.

Ist ein Hauptkontakt des Schaltgerätes verschlissen oder sogar verschweißt, kann das Schaltgerät den Verbraucher nicht mehr sicher ausschalten. So wird gerade bei einem verschweißten Kontakt trotz des Ausschaltsignals zumindest die Strombahn mit dem verschweißten Hauptkontakt weiter Strom- bzw. spannungsführend bleiben und damit der Verbraucher nicht vollständig von der Versorgungseinrichtung getrennt. Da somit der Verbraucher in einem nicht sicheren Zustand verbleibt, stellt das Schaltgerät eine potentielle Fehlerquelle dar. So kann beispielsweise bei Kompaktstartern nach IEC 60 947-6-2, bei denen der Schutzmechanismus auf dieselbe Schaltstelle wirkt wie der elektromagnetische Antrieb beim betriebsmäßigen Schalten, dadurch die Schutzfunktion blockiert werden. Gerade solche Fehlerquellen sind aber zum sicheren Betrieb von Schaltgeräten und damit zum Schutz des Verbrauchers und der elektrischen Anlage zu vermeiden.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, solche potentielle Fehlerquellen zu erkennen und entsprechend darauf zu reagieren.

Diese Aufgabe wird gelöst durch das Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1, sowie durch die Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 6.

Die vorliegende Erfindung ermöglicht mit geringem Aufwand eine Kontaktverschweißung beim Ausschalten und damit einen nicht mehr sicheren Betrieb des Schaltgerätes zu erkennen, um entsprechend darauf reagieren zu können.

Erfindungsgemäß wird dazu eine Wegdifferenz die der Anker nach dem Ein- oder Ausschalten zurücklegt erkannt, und es werden Mittel zum Aufbrechen von geschlossenen Hauptkontakten durch eine Auslöseeinrichtung ausgelöst, wenn die erkannte Wegdifferenz einen vorgegebenen Wert unterschreitet und eine bestimmte Zeitdauer nach dem Ausschalten abgelaufen ist.

Der vorgegebene Wert wird dabei einer ermittelten Wegdifferenz entsprechen, bei der die Kontaktbrücke bei ausgeschaltetem Steuermagnet gerade noch mit den Kontaktstücken in Verbindung steht, so dass das Vorliegen einer Verschweißung angenommen werden kann. Die Wegdifferenz kann dabei direkt am Anker, aber auch an der mit dem Anker in Wirkverbindung stehenden Kontaktbrücke, oder an den Mitteln, die diese Wirkverbindung herstellen, ermittelt werden.

Ist nach Ablauf einer vorher bestimmten Zeitdauer die vom Anker zurückgelegte Wegdifferenz kleiner als dieser vorgegebene Wert, so kann davon ausgegangen werden, dass eine Verschweißung und damit ein nicht sicherer Betrieb des Schaltgerätes vorliegt. Durch das Auslösen entsprechender Mittel zum Aufbrechen der verschweißten Hauptkontakte können diese verschweißten Hauptkontakte wieder aufgebrochen und damit geöffnet werden. Durch weitere Maßnahmen, wie beispielsweise das Abschalten des Schaltgerätes, und/oder das Erzeugen entsprechender Warnsignale kann zusätzlich der nicht sichere Betrieb des Schaltgerätes angezeigt werden.

Weitere vorteilhafte Ausführungen und bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen.

Die Erfindung sowie vorteilhafte Ausführungsbeispiele derselben werden im Weiteren anhand der nachfolgenden Figuren näher beschrieben. Es zeigen:

1 eine erste Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung,

2 eine zweite Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung,

3 eine dritte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung,

4 eine weitere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung,

5 ein vereinfachtes Flussdiagramm des erfindungsgemäßen Verfahrens,

6 und 7 schematische Darstellung der Zeitverläufe charak teristischer Größen zu 1 und 2.

Wie in 5 dargestellt, werden bei dem erfindungsgemäßen Verfahren im Wesentlichen die beiden folgenden Schritte durchgeführt:

Schritt a) Erkennen einer Wegdifferenz, die der Anker nach dem Ein- oder Ausschalten zurücklegt,

Schritt b) Auslösen von Mitteln zum Aufbrechen von geschlossenen Hauptkontakten durch eine Auslöseeinrichtung, wenn die erkannte Wegdifferenz einen vorgegebenen Wert unterschreitet und eine bestimmte Zeitdauer nach dem Ausschalten abgelaufen ist.

Der Gedanke, der dem erfindungsgemäßen Verfahren zugrunde liegt, ist dabei, dass die Auslöseeinrichtung eine vorgegebene zeitliche Trägheit und damit eine Ansprechzeit, die im Folgenden auch als benötigte Auslösezeit bezeichnet wird, aufweist, die bei regulärem Schaltbetrieb größer ist als ein, durch die vollständige Ankerbewegung festgelegtes Auslösezeitfenster. Dadurch ist sichergestellt, dass nur im Fall der Kontaktverschweißung, nämlich dann, wenn der Anker aufgrund der Verschweißung der Kontakte nur eine geringe Wegdifferenz zurücklegt, nach einer durch die vorgegebene Trägheit festgelegten Zeitdauer die Auslösung erfolgt.

Durch diese Auslösung können entsprechende Mittel, das heißt Kraftspeicher, wie z.B. ein Schaltschloss, entriegelt werden, um den oder die verschweißten Hauptkontakte aufzubrechen. Zusätzlich kann ein weiteres Schaltelement vorgesehen sein, das im Falle der Auslösung den weiteren Betrieb des Schaltgerätes blockiert und damit das Schaltgerät bis zu einem Rücksetzen gesperrt ist. Die Sperrung des betriebsmäßigen Schaltens kann zudem durch ein Display, durch ein mechanisches Anzeige- und Rücksetzglied, durch einen Meldekontakt, oder über einen Datenbus angezeigt und/oder weiterverarbeitet werden.

Am Beispiel eines Schützes werden im Folgenden verschiedene Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Vorrichtung näher beschrieben.

Im fehlerfreien und damit sicheren Betrieb des Schaltgerätes wird sich beim betriebsmäßigen Ausschalten des, beispielsweise in 1 dargestellten, Steuermagneten 110, der Magnetanker 120 nach Absinken der Magnetkraft unter den Wert einer entgegengerichteten Federöffnungskraft einer Feder 130, in Öffnungsrichtung bewegen. Nach wenigen Millimeter Öffnungsweg von beispielsweise 2mm treffen die an den Anker 120 gekoppelten, und hier nicht näher dargestellten, mechanischen Betätigungsglieder gegen die Kontaktbrücke des oder der Hauptkontakte des Schaltgerätes. Mit der weiteren Öffnungsbewegung des Magnetankers 120 wird die Kontaktbrücke in ihre endgültige Öffnungsposition bewegt. Der gesamte Ankerweg &Dgr;x von der Einschaltstellung bei geschlossenem Hauptkontakt bis zur Ausschaltstellung bei geöffnetem Hauptkontakt kann so ca. 6mm betragen. Bei der beschleunigten Öffnungsbewegung des Magnetankers aus der Einschaltstellung in die Ausschaltstellung wird bei Schalterschützen und Schützen eine typische Öffnungsgeschwindigkeit zwischen 0,5 und 2 m/s erreicht. Im Fall einer Kontaktverschweißung wird die Öffnungsbewegung des Ankers im vorliegenden Beispiel nach 2 mm Öffnungsweg abrupt gebremst. Nach vielleicht einem Millimeter weiteren Öffnungsweg, nachdem das mechanisches Spiel überwunden und die Verformung ausgebildet sind, wird die Ankerbewegung dann vollständig gestoppt.

Zwischen dem nichtverschweißten Fall und dem verschweißten Zustand der Kontakte beträgt die Differenz des Ankerweges somit ca. 3mm. Dieser Differenzweg wird im nichtverschweißten Fall dann z.B. in 1,5 ms, was einer Geschwindigkeit von v = 2 m/s entspricht, oder in 6 ms, was einer Geschwindigkeit von v = 0,5 m/s entspricht, zurückgelegt. Wird dieser Differenzweg als mechanisches Auslösefenster betrachtet, so entspricht diesem ein Auslösezeitfenster der Zeitdauer 1,5 ms oder 6 ms. Der zeitlich träge Auslösemechanismus muss also die Bedingung erfüllen, im sicheren Betrieb während dieses kurzen Zeitfensters nicht anzusprechen.

Anhand der 1 soll nun eine erste Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung erläutert werden.

Die Vorrichtung umfasst hier einen drehbar gelagerten Auslösehebel 150 als Auslöseeinrichtung. Dieser Auslösehebel 150 wird durch die Magnetkraft eines Permanentmagneten 151, der mit dem Auslösehebel 150 fest verbunden ist, gegen eine entgegenwirkende Auslösefeder 170 an einer verschiebbaren, ferromagnetischen Kulisse 160 berührungsfrei gefesselt. Die ferromagnetische Kulisse 160 besteht aus einem Blech mit einer Ausnehmung 161, und wird bei der Schließ- und Öffnungsbewegung durch Ankopplung 140 an den Magnetanker 120, mit diesem mitbewegt. Permanentmagnet 151 und Kulisse 160 sind nun so zueinander positioniert, dass im Fall einer Kontaktverschweißung, das heißt einer Bewegung des Ankers von wenigen Millimetern, die Kulissenausnehmung 161 dem Permanentmagneten 151 gegenübersteht und damit dessen magnetische Fesselungskraft unter den Wert der entgegen gerichteten Auslösefederkraft der Feder 170 sinkt. Das bedeutet, dass die Fesselungskraft nur dann abnimmt, wenn die Kulissenausnehmung 161 dem Permanentmagneten gegenübersteht weil der Anker nur eine Wegdifferenz zurückgelegt hat, die einen bestimmten Wert, im vorliegenden Beispiel 3 mm, unterschreitet. Da sich die Kulisse 160 aufgrund der Verschweißung nicht weiterbewegt, wirkt ein ständiger Kraftüberschuss der Auslösefeder 170, so dass nach Ablauf der durch die zeitliche Trägheit vorgegebenen Zeitdauer der Auslösehebel in die Auslösestellung bewegt wird und damit beispielsweise ein Schaltschloss 180 entklinkt wird.

Durch eine entsprechend hohe Federkraft des Schaltschlosses das auf den Hauptkontakt einwirkt, kann dann die Kontaktverschweißung aufgebrochen werden, wodurch sich der Anker mit den Kontaktbrücken in die Ausschaltstellung bewegt. In diesem Fall wo das Schaltschloss in eine Ausschalt- bzw. Auslösestellung geht kann es zweckmäßig sein, diese Schaltschlossstellung mit einer Trennung des Steuerstromkreises des Magnetantriebes zu verknüpfen um zur Fehlererkennung das Schaltgerät gegen den weiteren Betrieb zu schützen. Erst durch eine aktive Quittierung oder Rücksetzung, beispielsweise im Rahmen einer Wartungsmaßnahme am Schaltgerät, wird dann der Auslösehebel wieder in den Zustand zurückgesetzt, in der er durch die Magnetkraft des Permanentmagneten an die ferromagnetische Kulisse gefesselt ist und damit die Auslösevorrichtung für den weiteren sicheren Betrieb verriegelt ist.

Ergänzend kann, wie in 1 dargestellt, vorgesehen sein, die Auslösefunktion zur Behebung von Kontaktverschweißungen beim Einschalten des Magnetantriebes zu sperren. Damit kann zum Beispiel das Problem umgangen werden, dass das Auslösezeitfenster aufgrund einer geringen Ankerschließgeschwindigkeit größer ist, als die Ansprechzeit des Auslösemechanismus. So kann eine fehlerhafte Auslösung vermieden werden. Dazu wird der Auslösehebel 150 durch eine zusätzliche, gleichzeitig mit dem Magnetantrieb 110 eingeschaltet Magnetspule 190 in der Nichtausgelöststellung gefesselt.

Zusätzlich kann vorgesehen sein, die zeitliche Trägheit des Auslösemechanismus beim Ausschaltvorgang dadurch zu vergrößern, dass diese Magnetspule nach Unterbrechung der Versorgungs- und damit der Steuerspannung durch einen geladenen Kondensator für eine begrenzte Zeit, in der das Kulissenfenster am Permanentmagneten vorbeigeführt wird, stromerregt bleibt.

Als weitere Ausführungsvariante kann eine zusätzliche Fesselung des Auslösehebels beim Einschalten des Magnetantriebes dadurch erreicht werden, indem das nicht näher dargestellte magnetische Streufeld des Ankerluftspaltes eine Fesselungskraft auf eine Komponente ausübt, die mit dem Auslösehebel verbunden ist. Im Fall einer magnetischen Gleichfelderregung kann dies der Permanentmagnet 151 des Auslösehebels sein, und im Fall einer magnetischen Wechselfelderregung eine zusätzliche auf den Auslösehebel aufgebrachte ferromagnetische Komponente.

2 zeigt eine zweite Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung. Als mechanisches Auslösefenster wird hier der gesamte Ankerweg von der Einschaltstellung bis zur Ausschaltstellung betrachtet. Hierzu korrespondiert ein Auslösezeitfenster von z.B. 10–20 Millisekunden Breite, wenn im Beispiel des Schalterschützes die mittlere Öffnungsgeschwindigkeit des Ankers zwischen 0,3 und 0,6 m/s liegt. Das Auslösezeitfenster kann noch durch die Abklingzeit des Magnetfeldes nach dem Ausschaltkommando des Steuerstromkreises vergrößert sein. Wie bei 1 muss der zeitlich träge Auslösemechanismus von 2 also die Bedingung erfüllen, während dieses Auslösezeitfensters nicht anzusprechen.

Der Auslösemechanismus enthält dazu eine Sperreinrichtung, wie z.B. einen Sperrhebel 240, die vom Magnetanker des betriebsmäßigen Magnetantriebes betätigt sein kann und eine Auslöseeinrichtung, wie z.B. einen Auslösehebel 250, die von einem zusätzlichen Aktor 270 betätigt wird. Die Sperreinrichtung 240 und die Auslöseeinrichtung 250 sind in der Weise miteinander verknüpft, dass nur im nichtgesperrten Zustand das Auslösen möglich ist. Eine Realisierungsmöglichkeit hierzu ist, dass der Sperrhebel 240 und der Auslösehebel 250 eine mechanische Einheit bilden und die Sperrkraft des Magnetankers 210 die Auslösekraft des Aktors 270 erheblich überwiegt. Damit im nichtverschweißten Fall keine Auslösung erfolgt, muss die Sperrung der Auslöseeinrichtung 250 durch den Magnetanker 210 vor der versuchten Auslösung durch den Aktor 270 erfolgen. Das Auslösezeitfenster ist in diesem Fall für eine Auslösung durch den Aktor 270 zu kurz. Dem Aktor 270 wird hierzu für den Ausschaltvorgang ein zeitlich träges Verhalten gegeben. Als Aktor 270 kann dabei ein Magnetauslöser bekannter Bauweise verwendet werden.

Bei einem Schalterschütz mit DC-Magnetantrieb kann das zeitlich träge Verhalten dieses Magnetauslösers 270 durch eine Freilaufschaltung 271, das heißt durch eine zum Magnetauslöser 270 parallel geschalteten Freilaufdiode hergestellt werden. Die Steuerstromkreise des DC-Magnetantriebes und des Magnetauslösers sind dabei, beispielsweise über eine Diodenschaltung, gegenseitig elektrisch zu entkoppeln. Beim Einschalten des Magnetantriebes 210 wird gleichzeitig der Magnetauslöser 270 eingeschaltet und es wird der Magnetauslöseranker dabei in die Nichtauslöseposition bewegt und dort gegen die Auslöserfeder magnetisch gefesselt, solange der Magnetauslöser im Einschaltzustand verbleibt. Beim Ausschalten des DC-Magnetantriebs 210 wird gleichzeitig der Magnetauslöser 270 ausgeschaltet. Durch den Freilaufkreis 271 wird das Abklingen des Magnetfeldes der Magnetauslösers 270 zeitlich verzögert und der Magnetauslöseranker fällt erst nach einer Verzögerungszeit ab. Eine zusätzliche Verzögerung wird erreicht, indem ein geladener Kondensator 273, der parallel zum Freilaufkreis geschaltet ist, den Magnetauslöser 270 noch eine vorgegebene Zeitspanne über das Ausschaltsignal des Magnetantriebes 210 hinaus mit Spannung versorgt.

6 und 7 zeigen die entsprechenden Diagramme der nach dem Ausschalten wirkenden Kräfte bzw. der nach dem Ausschalten vorliegender Schaltstellung für die beiden in 1 und 2 dargestellten Ausführungsformen. Dabei zeigt insbesondere das obere Diagramm von 6 das Kraft-/Zeitdiagramm für die erste, in 1 dargestellte Ausführungsform im normalen, das heißt nicht verschweißten Betrieb, und das untere Diagramm von 6 das Kraft-/Zeitdiagramm im gestörten, das heißt verschweißten Betrieb. Entsprechend zeigt das obere Diagramm der 7 die Schaltstellung der in 2 dargestellten Ausführungsform im normalen Betrieb und das untere Diagramm der 7 dieselbe Ausführung im gestörten Betrieb. Die Zeitdauer, die bei den erfindungsgemäßen Verfahren und der erfindungsgemäßen Vorrichtung dabei abgelaufenen sein muss, ist hier mit &tgr; dargestellt.

3 zeigt eine dritte Ausführungsform als Alternative zu der in 2 dargestellten Ausführungsform, wenn das Schalterschütz mit einem AC-Magnetantrieb 310 ausgerüstet ist.

Der Steuerstromkreis des Magnetauslösers 370 ist hier über einen Brückengleichrichter 372 an den Steuerstromkreis des AC-Magnetantriebes 310 angeschlossen, und das zeitlich träge Verhalten des Magnetauslösers 370 kann wiederum durch eine Freilaufdiode 371 hergestellt werden. Um eine zusätzliche Verzögerung des Magnetauslösers 370 zu erreichen, kann auch hier ein geladener Kondensator 373 zu dem Freilaufkreis 371 parallel geschaltet sein. Bei der Schaltung in 3 nutzt der AC-Magnetantrieb 310 bei der Ausschaltung des Steuerstromkreises den Stromkreis des Magnetauslösers 370 als eine Art Freilaufkreis, was zu einem verzögerten Abfall des Magnetankers des Magnetantriebes 310 führt. Um diese Verzögerung zu beschränken, ist im Auslöserstromkreis ein Begrenzungswiderstand 374 vorgesehen. Die Zeitkonstante des Magnetfeldabklingens beim Ausschalten des AC-Magnetantriebes ist dann durch eine Zeitdauer gegeben, die (LMagnetantrieb + LAuslöser)/(RMagnetantrieb + RAuslöser + R) bestimmt ist

4 zeigt eine weitere Ausführungsform einer Vorrichtung zum sicheren Betrieb eines Schaltgerätes. Hier wirkt die Auslöseeinrichtung 450 allerdings beim Einschalten des betriebsmäßigen Schaltgeräteantriebes.

Hierzu ist ein Aktor 470 vorgesehen, welcher nahezu zeitgleich mit dem Einschaltsignal angesteuert wird und dessen Pulsdauer durch eine Zeitsteuerung auf eine vorgegebene Zeitdauer, z.B. 1–10ms, begrenzt ist. Derartige Zeitsteuerung, sowohl in analoger als auch digitaler Elektronik, sind dem Fachmann bekannt. So kann aus oder zu dem Einschaltsignal des Steuermagneten ein Rechtecksignal generiert werden, zu dessen steigender Signalflanke ein einzelner Spannungspuls vorgegebener Zeitdauer erzeugt wird. Die von der Zeitsteuerung vorgegebene Zeitdauer, zumindest ein wesentlicher Teil davon, wird als Ansprechzeit des Aktors 470 bezeichnet. Während der Ansprechzeit kann der Aktor 470 genügend Energie zur Auslösung gegen die Aktor-Fesselungsfeder und die Schaltschlossverklinkung aufnehmen, wenn er sich ungehindert in Auslöserichtung bewegen kann.

Im Fall einer Kontaktverschweißung, d.h. bei nicht gesperrtem Aktor 470, löst dieser das Schaltschloss 480 beim Einschalten des betriebsmäßigen Schaltgeräteantriebes unverzögert aus.

Das mechanische Auslösefenster ist hier durch die Wegdifferenz zwischen Ausschaltstellung und Verschweißstellung der beweglichen Antriebskomponente gegeben, und das Auslösezeitfenster ist größer als die vorgegebene Ansprechzeit des Aktors.

Bei nicht verschweißten Kontakten ist die Länge des mechanischen Auslösefensters durch die Wegdifferenz zwischen der Ausschaltstellung und der momentanen Position der beweglichen Antriebskomponente während des Ansteuerpulses gegeben. Dieses mechanische Auslösezeitfenster wird vom Aktor in einer Zeit, die kürzer als die Ansprechzeit des Aktors ist, durchlaufen, so dass nicht genügend Energie für eine Auslösung des Schaltschlosses aufgenommen wird.


Anspruch[de]
  1. Verfahren zum sicheren Betrieb eines Schaltgerätes mit zumindest einem ein- und ausschaltbaren Hauptkontakt, der Kontaktstücke und eine bewegliche Kontaktbrücke aufweist, und mit zumindest einem Steuermagneten der einen beweglichen Anker aufweist,

    – wobei der Anker und die Kontaktbrücke so in Wirkverbindung stehen, dass beim Ein- oder Ausschalten der entsprechende Hauptkontakt schließ- oder öffenbar ist,

    mit den Schritten:

    a) Erkennen einer Wegdifferenz, die der Anker nach dem Ein- oder Ausschalten zurücklegt,

    b) Auslösen von Mitteln zum Aufbrechen von geschlossenen Hauptkontakten durch eine Auslöseeinrichtung, wenn die erkannte Wegdifferenz einen vorgegebenen Wert unterschreitet und eine bestimmte Zeitdauer nach dem Ausschalten abgelaufen ist.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel zum Aufbrechen einen Kraftspeicher umfasst, der entklinkt wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Auslösung durch einen Auslösehebel als Auslöseeinrichtung erfolgt, der drehbar gelagert ist und an einem Ende mit dem Anker und an dem anderen Ende mit Mitteln zum Erzeugen einer Gegenkraft in Wirkverbindung steht.
  4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Erkennen der Wegdifferenz durch eine ferromagnetische Kulisse erfolgt, die zusammen mit dem Anker bewegt wird, und in Wirkverbindung mit einem Magneten auf dem Auslöshebel steht, und die eine Kraftbindung zwischen Kulisse und Magnet aufhebt, wenn die vom Anker zurückgelegte Wegdifferenz den vorgegebenen Wert unterschritten hat.
  5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Erkennen der Wegdifferenz durch eine Verbindung zwischen Anker und Auslösehebel erfolgt, die keine Kraft mehr auf den Auslösehebel ausübt, wenn die vom Anker zurückgelegte Wegdifferenz den vorgegebenen Wert nicht unterschreitet.
  6. Vorrichtung zum sicheren Betrieb eines Schaltgerätes, wobei das Schaltgerät zumindest einen ein- und ausschaltbaren Hauptkontakt, der Kontaktstücke und eine bewegliche Kontaktbrücke aufweist, und zumindest einen Steuermagneten, der einen beweglichen Anker aufweist, umfasst, wobei der Anker und die Kontaktbrücke so in Wirkverbindung stehen, dass beim Ein- oder Ausschalten der entsprechende Hauptkontakt schließ- oder öffenbar ist,

    dadurch gekennzeichnet, dass

    – eine Auslöseeinrichtung vorgesehen ist, die Mittel zum Aufbrechen von geschlossenen Hauptkontakten auslöst,

    – wobei die Auslösung dann erfolgt, wenn beim Ausschalten die vom Anker zurückgelegte Wegdifferenz einen vorgegebenen Wert unterschreitet und eine bestimmte Zeitdauer nach dem Abschalten abgelaufen ist.
  7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel zum Aufbrechen einen Kraftspeicher umfasst, der von dem Auslösehebel entklinkbar ist.
  8. Vorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Auslöseinrichtung ein Auslösehebel ist, der drehbar gelagert ist und an einem Ende mit dem Anker und an dem anderen Ende mit Mitteln zum Erzeugen einer Gegenkraft in Wirkverbindung steht.
  9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass eine ferromagnetische Kulisse vorgesehen ist, die zusammen mit dem Anker bewegt wird, und in Wirkverbindung mit einem Magneten auf dem Auslöshebel steht, und die eine Kraftbindung zwischen Kulisse und Magnet aufhebt, wenn die vom Anker zurückgelegte Wegdifferenz den vorgegebenen Wert unterschritten hat.
  10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass eine mechanische Koppeleinrichtung zwischen Anker und Auslösehebel vorgesehen ist, die so ausgebildet ist dass von der Koppeleinrichtung keine Kraft mehr auf den Auslösehebel ausgeübt wird, wenn die vom Anker zurückgelegte Wegdifferenz den vorgegebenen Wert nicht unterschreitet.
  11. Schaltgerät das zum sicheren Schalten von Verbrauchern das Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5 durchführt, wobei das Schaltgerät ein Schütz oder ein Leistungsschalter oder ein Kompaktabzweig ist.
  12. Schaltgerät zum sicheren Schalten von Verbrauchern mit einer Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 10, wobei das Schaltgerät ein Schütz oder ein Leistungsschalter oder ein Kompaktabzweig ist.
  13. Schaltgerät nach Anspruch 11 oder 12 dadurch gekennzeichnet, dass das Schaltgerät ein dreipoliges Schaltgerät mit drei Hauptkontakten zum Ein- und Ausschalten von drei Strombahnen mit einem Steuermagneten ist.
Es folgen 6 Blatt Zeichnungen






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