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Die Erfindung betrifft einen Hilfsschalter für ein Schaltgerät.
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Schaltgeräte wie Leistungsschütze können zusätzlich zu den Hauptkontakten auch Hilfskontakte aufweisen, über die beispielsweise Signalleitungen für eine SPS (Speicherprogrammierbare Steuerung) geschaltet werden. Über die Hilfskontakte fließen üblicherweise nur sehr geringe Ströme, und es fallen an diesen Kontakten nur kleine Spannungen ab. Die Hilfskontakte sind ebenso wie die Hauptkontakte mechanisch an den Schaltantrieb gekoppelt, so dass die Bewegung der Hauptkontakte durch den Schaltantrieb auch auf die Hilfskontakte übertragen wird.
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In der europäischen Patentanmeldung
EP 1 435 635 A1 ist ein Hilfsschalter beschrieben, der einen berührungslosen Sensor, beispielsweise einen Hall-Sensor aufweist. Der Sensor wird über ein den Zustand eines Magnetfelds aktiviert, das abhängig von einem Kontaktindikator des Schaltgeräts verändert wird. Der Kontaktindikator wird zwischen einer geöffneten Position der Schaltkontakte des Schaltgeräts und einer geschlossenen Position der Schaltkontakte bewegt und weist entweder einen Magnet auf oder ist selbst magnetisiert, um einen Magneten zu bilden. Der Vorteil dieses Hilfsschalters besteht darin, dass keine mechanische Kopplung zwischen dem Hilfs- und Hauptschalter erforderlich ist.
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Die deutsche Offenlegungsschrift
DE 102 60 248 A1 betrifft ein Verfahren zur Bestimmung der Restlebensdauer eines Schaltgerätes, bei dem in einem Ausführungsbeispiel ein in eine Tauchspule eintauchender Permanentmagnet mit Schaltkontakten einer Vakuumschaltröhre gekoppelt ist, so dass bei Bewegung der Schaltkontakte durch einen in der Tauchspule durch den ebenfalls bewegten Permanentmagneten induzierten Spannungsimpuls eine Zeitintervallmessung bis zur Öffnung der Schaltkontakte gestartet wird. Das gemessene Zeitintervall ist ein Maß für den Gesamtverschleiß bestehend aus Kontaktabbrand und mechanischem Verschleiß der Antriebskomponenten.
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Die deutsche Übersetzung
DE 691 08 394 T2 der europäischen Patentschrift
EP 0 536 176 B1 betrifft einen elektronischen Hilfskontakt für einen Schütz, bei dem zwei Implementierungen von Positionssensoren (Ausführungsbeispiele der Ansprüche 2 und 3 der
DE 691 08 394 T2 ) eingesetzt werden, nämlich – wie oben bereits erläutert – ein Hallsensor mit einem Permanentmagneten oder ein induktiver Sensor mit einem Metallstück.
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Die deutsche Offenlegungsschrift
DE 10 2010 043 744 A1 betrifft eine Schaltungsanordnung sowie ein Verfahren zur Überwachung des Schaltens einer Energiequelle zur Versorgung eines Elektroantriebs. Gemäß einer Ausführungsform wird als Sensor zur Erfassung eines Schaltzustands eines Schützes ein Oszillator mit einem zugehörigen induktiven Element eingesetzt, wobei die Oszillatorspannung von der Position eines Betätigungselements zum Verbinden von Kontakten des Schützes abhängt.
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Die
deutsche Offenlegungsschrift 10 2005 045 095 A1 betrifft ein Verfahren zum Bestimmen des Abbrandes von Kontakten eines elektromagnetischen Schaltgerätes, bei dem während des Einschaltens eine den zeitlichen Verlauf der von einem Aktuator verursachten Relativbewegung zwischen den Kontakten charakterisierende mechanische Größe gemessen und durch Auswertung des zeitlichen Verlaufes der Relativbewegung der Zeitpunkt ermittelt wird, in dem die Kontakte schließen, und die bis zu diesem Zeitpunkt von dem oder den Kontakten oder die ab diesem Zeitpunkt vom Aktuator bis zu dessen Endposition zurückgelegte Wegstrecke zumindest mittelbar erfasst und mit einem gespeicherten Referenzwert verglichen wird. Die Größe kann mit einem mechanisch mit dem Aktuator gekoppelten Sensor gemessen werden. Als Sensor kann ein Beschleunigungssensor verwendet werden.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es nun, einen verbesserten Hilfsschalter für ein Schaltgerät vorzuschlagen.
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Diese Aufgabe wird durch den Gegenstand des Hauptanspruchs gelöst. Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
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Ein der vorliegenden Erfindung zugrunde liegender Gedanke besteht darin, einen aktiven Hilfsschalter anzugeben, der die mechanische Bewegung der Hauptkontakte eines Schaltgeräts, insbesondere eines Leistungsschützes in ein elektrisches Signal umwandelt. Diese Technik besitzt gegenüber den eingangs beschriebenen, herkömmlichen und teilweise signaltechnisch rein passiv arbeitenden Hilfskontakten viele Vorteile. Beispielsweise können aktive Hilfskontakte gemäß der Erfindung eigene Signale generieren und damit nicht nur von extern zugeleitete Signale schalten, sondern aktiv einem externen Gerät einen Schaltvorgang signalisieren, beispielsweise durch einen elektrischen Impuls, der direkt vom erzeugenden aktiven Hilfsschalter erzeugt und weitergeleitet wird. Ein aktiver Hilfsschalter gemäß der Erfindung kann zudem im Unterschied zu den eingangs geschilderten Hilfsschalter-Technologien ohne eigene Energieversorgung betrieben werden
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Eine Ausführungsform der Erfindung betrifft nun einen Hilfsschalter für ein Schaltgerät mit einem Permanentmagneten, einer Koppelvorrichtung zum mechanischen Koppeln des Permanentmagneten mit der Schaltkontaktbewegungsmechanik eines Schaltgeräts, und einer Spule, die derart angeordnet ist, dass durch eine über die Koppelvorrichtung von der Schaltkontaktbewegungsmechanik des Schaltgeräts auf den Permanentmagneten übertragene Bewegung eine elektrische Spannung in der Spule induziert wird. Wie bereits eingangs erwähnt kann ein derartiger Hilfsschalter bei einem Schaltvorgang (der Hauptkontakte) des Schaltgeräts aktiv ein elektrisches Signal erzeugen, was für verschiedene Funktionen genutzt werden kann. Kennzeichengemäß ist im Gehäuse des Hilfsschalters ein Langloch vorgesehen, und die Koppelvorrichtung weist eine mit der Schaltkontaktbewegungsmechanik eines Schaltgeräts koppelbare und im Langloch stehend und beweglich angeordnete Achse und eine Haltevorrichtung zum Halten des Permanentmagneten an der Achse auf. Das Langloch dient hierbei als Führen der Achse und definiert die Bewegung des über die Haltevorrichtung mit der Achse gekoppelten Permanentmagneten. Eine solche Ausgestaltung kann ohne großen technischen Aufwand implementiert werden.
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Die Spule kann derart angeordnet sein, dass der Permanentmagnet durch eine über die Koppelvorrichtung von der Schaltkontaktbewegungsmechanik des Schaltgeräts übertragene Bewegung zumindest teilweise in die Spule hinein- oder herausbewegt wird. Hierbei wird der Permanentmagnet in die Spule bei einem Kontaktierungsvorgang im mit dem Hilfsschalter gekoppelten Schaltgerät „eingetaucht“ oder aus dieser „herausgezogen“, wodurch gewährleistet wird, dass eine ausreichend starkes elektrisches Signal erzeugt wird, das auch für Energieversorgungszwecke ausreicht.
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Weiterhin kann ein Kondensator zum Speichern einer in der Spule induzierten Spannung vorgesehen sein. Dadurch kann ein Schaltzustand des Schaltgeräts gespeichert werden und beispielsweise durch eine Fernsteuerung oder -überwachung ausgelesen werden.
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Eine im Kondensator gespeicherte Spannung kann auch zur Energieversorgung genutzt werden. Hierzu kann eine Energieversorgungseinheit vorgesehen sein, die ausgebildet ist, diese Energieversorgung durch die gespeicherte Spannung zur Verfügung zu stellen. Die Energieversorgungseinheit kann beispielsweise eine Spannungsstabilisierung oder Spannungswandlung bewirken, um eine Elektronik im Hilfsschalter zu betreiben.
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Weiterhin kann eine Verarbeitungseinheit zum Verarbeiten einer induzierten Spannung vorgesehen ist, die derart konfiguriert sein, dass bei einer induzierten Spannung ein Impuls erzeugt und ausgegeben wird, Daten erzeugt und über einen elektrischen Daten-Bus oder einen Lichtwellenleiter ausgegeben werden, und/oder ein Steuersignal zum Ansteuern eines weiteren Geräts, beispielsweise eines Schaltgeräts erzeugt und ausgegeben wird. Hierdurch können Schaltvorgänge im Schaltgerät aktiv vom Hilfsschalter an weitere Geräte signalisiert werden, ohne dass diese Geräte eine gesonderte Spannungsversorgung oder Überwachungssignale bereitstellen müssten.
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Weitere Vorteile und Anwendungsmöglichkeiten der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung in Verbindung mit den in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen.
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In der Beschreibung, in den Ansprüchen, in der Zusammenfassung und in den Zeichnungen werden die in der hinten angeführten Liste der Bezugszeichen verwendeten Begriffe und zugeordneten Bezugszeichen verwendet.
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Die Zeichnungen zeigen in
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1 eine Ansicht eines Ausführungsbeispiels eines Hilfsschalters gemäß der Erfindung.
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In der folgenden Beschreibung können gleiche, funktional gleiche und funktional zusammenhängende Elemente mit den gleichen Bezugszeichen versehen sein. Absolute Werte sind im Folgenden nur beispielhaft angegeben und sind nicht als die Erfindung einschränkend zu verstehen.
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1 zeigt eine Draufsicht auf eine Aufsetzplatte 22 eines Hilfsschalters 10, die auf ein (nicht dargestelltes) Schütz aufgesetzt wird, so dass der Hilfsschalter 10 an das Schütz angekoppelt werden kann. In der Aufsetzplatte 22 ist ein Langloch 20 eingebracht, das als Führung für eine Achse 14 dient, die senkrecht im Langloch stehend und in diesem beweglich angeordnet ist. Wenn der Hilfsschalter 10 mit dem Schütz gekoppelt ist, greift die Achse 14 in eine Schaltkontaktbewegungsmechanik des Schützes derart ein, dass bei einer Bewegung der Schützkontakte durch die Schaltkontaktbewegungsmechanik die Achse 14 entsprechend im Langloch – wie durch den Doppelpfeil angedeutet – bewegt wird. Die Achse 14 wird also über diese rein mechanische Kopplung der Bewegung der Schützkontakte im Langloch 20 nachgeführt.
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Über eine (gestrichelt dargestellte) Haltestange 16, die sich im Gehäuse des Hilfsschalters 10 unterhalb der Aufsetzplatte 22 befindet, ist ein ebenfalls im Hilfsschalter-Gehäuse und unterhalb der Aufsetzplatte 22 angeordneter Permanentmagnet 12 mit der Achse 14 mechanisch starr gekoppelt, so dass sich eine Bewegung der Achse 14 unmittelbar auf den Permanentmagneten 12 überträgt. Durch die Bewegung des Permanentmagneten 12 kann dieser in eine Spule 18 zumindest teilweise ein- und aus dieser wieder herausgeführt werden. Beim Eintauchen des Permanentmagneten 12 in die Spule 18, oder umgekehrt, wird die folgende Spannung induziert: uSpule = d⌀ / dt·N mit N: Anzahl der Windungen der Spule 18, Φ magnetischer Fluss. Die induzierte Spannung uSpule hängt hierbei von der Bewegungsrichtung des Permanentmagneten 12 ab.
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Die Anordnung von Spule 18 und Permanentmagneten 12 kann derart bemessen sein, dass durch eine Bewegung der Schaltkontaktbewegungsmechanik der Permanentmagnet 12 soweit in die Spule 18 oder aus dieser herausbewegt wird, dass die in der Spule induzierte elektrische Spannung uSpule so groß ist, dass sie für die Energieversorgung bestimmter elektronischer oder elektrischer Einheiten des Hilfsschalters 10 oder des Schützes zumindest für einen gewissen Zeitraum ausreicht, beispielsweise um einen Mikrokontroller für eine bestimmte Zeit zu betreiben oder ein Löschsystem für (DC-)Lichtbögen des Schützes zu versorgen.
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Hierzu kann die induzierte Spannung uSpule beispielsweise in einem (nicht dargestellten) Kondensator des Hilfsschalters 10 zwischengespeichert werden. Die gespeicherte Spannung kann auch als Indikator für den Schaltzustand des Schützes dienen, und hierzu von einem Prozessor, insbesondere einem Mikrokontroller ausgelesen werden, der das Schütz überwacht. Um die im Kondensator gespeicherte Energie optimal auszunutzen, kann auch eine Energieversorgungseinheit vorgesehen werden, die ausgebildet ist, die im Kondensator gespeicherte Spannung für die Nutzung durch weitere Einheiten aufzubereiten, beispielsweise wie ein Spannungswandler.
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Die induzierte Spannung uSpule kann nun auch für weitere und im Folgenden beschriebene Funktionen genutzt werden, die von einer (nicht dargestellten) Verarbeitungseinheit zum Verarbeiten der induzierten Spannung implementiert werden können:
Die induzierte Spannung uSpule kann beispielsweise genutzt werden, um direkt bei einem Schaltvorgang des Schützes einen Impuls auszugeben, der beispielsweise einer Ferndiagnose- oder Fernsteuerungseinheit für das Schütz den Schaltvorgang aktiv signalisiert, ohne dass die Ferndiagnose- oder Fernsteuerungseinheit ein Signal wie bei herkömmlichen Hilfsschaltern erzeugen und an die Hilfsschalter übertragen muss.
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Eine weitere Funktion kann implementiert werden, indem die induzierte Spannung uSpule von der Verarbeitungseinheit genutzt wird, um Daten zu erzeugen und diese über einen elektrischen Daten-Bus oder einen Lichtwellenleiter auszugegeben. Beispielsweise kann die Verarbeitungseinheit durch bei einem Schaltvorgang induzierte Spannung getriggert werden, um ein entsprechendes Datensignal, das den Schaltvorgang und weitere Informationen hierzu (wie beispielsweise ein durch Auswerten der induzierten Spannung festgestelltes Öffnen oder Schließen der Schützkontakte) kodiert, zu erzeugen und über eine (nicht dargestellte) Datenschnittstelle des Hilfsschalters 10 auszugeben. Die Datenschnittstelle kann hierbei eine optische Schnittstelle aufweisen, die mit einem Lichtwellenleiter gekoppelt ist, über den die ausgegebenen Daten übertragen werden.
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Die Verarbeitungseinheit kann auch eine Funktion implementieren, durch welche die induzierte Spannung uSpule genutzt wird, um ein weiteres Steuersignal zum Ansteuern eines weiteren Geräts wie eines Schaltgeräts zu erzeugen und auszugeben. Hierdurch kann ein Hilfsschalter parallel mehrere Schütze ansteuern.
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Die Erfindung besitzt neben den bereits erwähnten Vorteilen außerdem den Vorteil, dass keine oder geringe Abdruckkräfte im Hilfsschalter eingebaut wären. Außerdem muss der erfindungsgemäße Hilfsschalter nicht separat an eine Spannungsversorgung angeschlossen werden, die von diesem durchgeschaltet wird, sondern wandelt mechanische Energie in elektrische Energie um, und ist daher ein aktives Element, das ohne separate Spannungsversorgung eingesetzt werden kann. Weiterhin tritt beim erfindungsgemäßen Hilfsschalter eine geringe mechanische Beeinflussung des Hauptschalters des Schaltgeräts auf. Durch den erfindungsgemäßen Hilfsschalter implementierte Funktionen sind während oder zumindest kurz nach einem Schaltereignis des Hauptschalters, das auf den Hilfsschalter übertragen wird, aufrufbar. Die Erfindung eignet sich vor allem für Leistungsschütze, d.h. Schützen großer Leistung, und insbesondere für Schaltgeräte, die mit Hilfsschaltern nachgerüstet werden können. Schließlich besteht ein Vorteil der Erfindung darin, dass durch den erfindungsgemäßen Aufbau bei einem Hilfsschalter keine Abdruckfedern wie bei herkömmlichen Hilfsschaltern benötigt werden, deren Abdruckkräfte zum Teil recht hoch sein müssen.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Hilfsschalter
- 12
- Permanentmagnet
- 14
- Achse
- 16
- Haltestange für den Permanentmagneten 12
- 18
- Spule
- 20
- Langloch zur Führung der Achse 14
- 22
- Aufsetzplatte des Hilfsschalters
