EP1573761B1 - Verfahren und vorrichtung zur bestimmung der restlebensdauer eines schaltgerätes - Google Patents

Abstract

Verfahren und Vorrichtung zur Bestimmung der Restlebensdauer eines SchaltgerätesBei einem Schaltgerät werden die Schaltkontakte von einer Schaltgerätemechanik (100) in Ein- oder Ausschaltstellung gebracht, wobei zum Aufbringen der vorgegebenen Kontaktkraft in Einschaltstellung ein Durchdruck der Kontaktkraftfeder hergestellt wird. Die Lebensdauer eines solchen Schaltgerätes wird durch einen Schaltkontaktabbrand einerseits und einen mechanischen Verschleiß der Schaltgerätemechanik andererseits bestimmt. Bekannt ist es, den Schaltkontaktabbrand durch Erfassung der Durchdruckänderung im Antrieb des Schaltgerätes zu bestimmen, wobei beim Stand der Technik immer beim Ausschaltvorgang gemessen wird. Erfindungsgemäß erfolgt nunmehr die Erfassung der Durchdruckänderung beim Einschaltvorgang, wobei insbesondere auch der mechanische Verschleiß der Schaltgeräte miterfasst werden kann. Bei der zugehörigen Vorrichtung mit einem Magnetantrieb (100) aus Anker (101), Joch (110) und Magnetspulen (102, 102') ist am Magnetanker (110) ein Positionsgeber (120) in kraftschlüssigem Kontakt angekoppelt.

Description

• Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Bestimmung der Restlebensdauer eines Schaltgerätes. Daneben bezieht sich die Erfindung auf eine zugehörige Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.
• Für die Betriebssicherheit von Schaltanlagen ist es wichtig, die Restlebensdauer von Kontaktstücken zu kennen, um durch rechtzeitige Wartungsmaßnahmen, z.B. bei Schützen, durch Austausch der Kontakte, Betriebsstörungen zu vermeiden. Bisher bekannte Verfahren werten die zeitliche Abfolge während des Ausschaltvorganges aus. Für Schütze, insbesondere Luftschütze, wurde ein Verfahren zur Restlebensdauererkennung des Kontaktabbrandes entwickelt, bei dem der Abbrand durch Messung des Zeitintervalls zwischen Ankeröffnung - gekennzeichnet durch einen charakteristischen Peak in der Spulenspannung - und Kontaktöffnung - gekennzeichnet durch das Auftreten einer Schaltstreckenspannung - der Kontaktabbrand und damit die Restlebensdauer gemessen wird.
• Speziell das Verfahren zur Erfassung der Durchdruckänderung als Ersatzkriterium für den Kontaktabbrand ist mit der EP 0 694 937 B1 unter Schutz gestellt. Spezifische Methoden zur Anwendung bei Schaltgeräten sind in der EP 0 878 016 B1, der EP 0 878 015 B1 und der EP 1 002 325 B1 beschrieben. Dabei wird durchweg darauf abgestellt, dass die Durchdruckänderungen beim Ausschaltvorgang, d.h. beim Öffnen der Schaltkontakte durch einen elektromagnetischen Antrieb erfasst werden, woraus speziell der Abbrand an den Schaltkontakten ermittelt und daraus die Restlebensdauer des Schaltgerätes ermittelt wird.
• Daneben ist aus der DE 199 15 978 A1 ein Verfahren zur Bestimmung des Kontaktabbrandes bekannt, bei dem die Abstandsänderung des beweglichen Kontaktstückes zum Kontaktpunkt überwacht wird. Spezifische Ausbildungen von Schaltern mit unterschiedlichen Möglichkeiten der Abbranderfassung werden in der DE 100 28 559 A1 und der EP 0 355 606 B1 beschrieben.
• Davon ausgehend ist es Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren und die zugehörige Vorrichtung anzugeben, bei denen neben dem Kontaktabbrand auch der Verschleiß der Schaltgerätemechanik unter bestimmten Bedingungen berücksichtigt werden kann. Zusätzlich ist eine Überwachung und Steuerung der Einschaltbewegung mit den erfassten Messwerten möglich.
• Die Aufgabe ist erfindungsgemäß durch ein Verfahren gemäß des Patentanspruches 1 gelöst. Eine zugehörige Vorrichtung ist im Patentanspruch 9 angegeben. Weiterbildungen des Verfahrens sowie der zugehörigen Vorrichtung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
• Gemäß der Erfindung erfolgt nunmehr die Erfassung der Durchdruckänderungen speziell beim Einschaltvorgang, d.h. beim Schließen der Schaltkontakte durch den Magnetantrieb, wobei mit wenigstens einem Positionsgeber drei Zeitpunkte zu drei Positionen der Kontakte erfolgt. Bei der zugehörigen Vorrichtung ist für diesen Zweck am Magnetanker des Magnetantriebes ein Positionsgeber kraftschlüssig zum Kontakt angekoppelt.
• Besonders vorteilhaft ist bei der Erfindung, dass nicht nur der Kontaktabbrand als die Lebensdauer des Schaltgerätes im Wesentlichen bestimmende Größe, sondern auch der Verschleiß der Gerätemechanik hierzu berücksichtigt wird. Dies kann dann von Bedeutung sein, wenn das Schaltgerät speziell ein Vakuumschütz ist. Während nämlich bei Luftschützen der Kontakthub vergleichsweise groß ist (bis zu 10 mm) und insofern das durch den Verschleiß der beweglichen Komponenten der Gerätemechanik verursachte Spiel prozentual kaum ins Gewicht fällt, kann dies bei Vakuumschützen eine nicht zu vernachlässigende Größe darstellen.
• Letzteres ist dadurch gegeben, dass der Kontakthub bei Vakuumschaltern gegenüber Luftschaltgeräten vergleichsweise gering ist (bis zu 2 mm), dafür aber durch die Kontaktschließkraft, die durch Kraftbeaufschlagung der Gerätemechanik und einer nur über Hebel erreichbaren Kraftumlenkung und Kraftübersetzung erzeugt wird, Verschleißerscheinungen insbesondere an den Drehpunkten der Gerätemechanik leicht auftreten können.
• Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Figurenbeschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der zeichnung in Verbindung mit den Patentansprüchen. Es zeigen

Figur 1

eine graphische Darstellung zur Berechnung der Kontakt-Schließposition beim Einschaltvorgang,

Figur 2

einen Magnetantrieb für ein Schaltgerät mit einem Positionssensor,

Figur 3

eine spezifische Ausbildung des Positionssensors aus Figur 2 zur Bestimmung einzelner Positionszeitpunkte,

Figur 4

eine zu Figur 3 konkretisierte Anordnung für ein Luftschütz zur Ermittlung von Kontakt-Schließpositionen x₃, x_3neu der Positionszeitpunkte und

Figur 5

ein Flussdiagramm zur rechnerischen Ermittlung der Kontaktlebensdauer eines Schaltgerätes.

• Das nachfolgend beschriebene Verfahren zur Bestimmung der Restlebensdauer von Schaltkontakten besteht im Wesentlichen in der zeitlichen Erfassung vorgegebener, diskreter Positionen eines Magnetankers eines Schützantriebes und/oder bestimmter Komponenten des Schaltgeräteantriebs und in der Bestimmung der Geschwindigkeit und der (mittleren) Beschleunigung des Bauteiles, an dem die Positionsmessung vorgenommen wird, zu diesen vorgegebenen Positionen. Daneben besteht es in der Messung der Einschaltzeitpunkte der Schaltkontakte während ihrer Schließbewegung und der Bestimmung der Kontakt-Schließpositionen relativ zu den erfassten, diskreten Positionen.
• Figur 1 zeigt dazu schematisch den Weg-Zeit-Verlauf 1 eines Bauteiles des Schaltgerätes, dessen Weg mit dem Kontaktweg identisch ist, dessen Weg entweder aber auch über einen konstanten Faktor oder über eine vorgegebene Funktion mit dem Kontaktweg mathematisch verknüpft sein kann.
• Zur Bestimmung der Restlebensdauer werden wenigstens vier Zeitpunkte erfasst, von denen einer, z.B. t₃, den Kontaktschließzeitpunkt darstellt und die anderen, z.B. t₁, t₂ und t₄ Positionszeitpunkte eines oder mehrer Positionsgeber darstellen. Wenigstens zwei dieser Zeitpunkte, z.B. t₁ und t₂, können Zeitwerte zweier nah benachbarter Positionen sein, aus welchen durch die Beziehung $$\mathrm{v}\mathrm{=}\mathrm{(}{\mathrm{x}}_{\mathrm{2}}\mathrm{-}{\mathrm{x}}_{\mathrm{1}}\mathrm{)}\mathrm{/}\left({\mathrm{t}}_{\mathrm{2}}\mathrm{-}{\mathrm{t}}_{\mathrm{1}}\right)$$

  

  
  ein Geschwindigkeitswert des Bauteiles ableitbar ist. Da das überwachte Bauteil während des Einschaltvorganges im allgemeinen eine beschleunigte Bewegung ausführt, wird neben der Geschwindigkeit v für wenigstens ein Zeitintervall, $$\mathrm{z}\mathrm{.}\mathrm{B}\mathrm{.}\mathrm{\Delta t}\mathrm{=}{\mathrm{t}}_{\mathrm{4}}\mathrm{-}{\mathrm{t}}_{\mathrm{1}}\mathrm{oder\; \Delta t}\mathrm{=}{\mathrm{t}}_{\mathrm{4}}\mathrm{-}{\mathrm{t}}_{\mathrm{2}}\mathrm{,}$$

  

  
  ein mittlerer Wert einer konstanten Beschleunigung bestimmt. Aus den ermittelten Werten der Geschwindigkeit und der Beschleunigung, sowie aus den Relativpositionen der Positionsgeber zueinander und ihrer Positionszeitpunkte, kann für den Kontaktschließzeitpunkt t₃ durch eine einfache mathematische Beziehung die Position des schließenden Kontaktes bestimmt werden.
• Die noch unbekannte Kontakt-Schließposition zwischen der Position x₂, welche das Ende des Wegintervalls zur Geschwindigkeitsbestimmung darstellt, und der Position x₄, welche in Schließrichtung des Bauteiles nach der Kontakt-Schließposition liegt, ist unbekannt. Es ist ersichtlich, dass sich die Kontakt-Schließposition x₃ umso genauer bestimmen lässt, je enger das Wegintervall zwischen den Positionen x₁ und x₄ gewählt wird. Im Idealfall werden die Positionen x₁ und x₄ so gewählt, dass sie die durch Verschleiß von Kontakt und/oder Mechanik sich verändernde Kontaktschließposition sicher einschließen, das Wegintervall zwischen ihnen aber nicht wesentlich größer wird, als die Differenz der Kontakt-Schließpositionen zu Beginn und zum Ende der Kontaktlebensdauer.
• Zur Lösung der Positions/Zeit-Erfassung ergeben sich mehrere alternative Verfahren, wozu auf den Aufbau des Schaltgeräteantriebes eingegangen wird:
• In Figur 2 ist ein bekannter Magnetantrieb für ein Schaltgerät dargestellt und pauschal mit 100 bezeichnet. Es besteht in bekannter Weise aus beispielsweise E-förmigem Magnetjoch mit Magnetspulen und einem Magnetanker.
• In Figur 2 ist ein zugehöriges Schaltgerät speziell ein Schütz. Dieses kann ein Luftschütz aber ebenso ein Vakuumschütz sein, wobei in letzterem Fall die Anlenkung des Antriebes an die Bewegkontakte des Schützes komplexer ist.
• In Figur 2 ist ein Magnetjoch mit 101 bezeichnet, auf dem zwei Magnetspulen 102 und 102' zur magnetischen Erregung sitzen. Die Polflächen des Magnetjoches sind mit 103 und 103' bezeichnet. Dem Magnetjoch 101 ist ein Magnetanker 110 zugeordnet, der bei Erregung des Magnetantriebes durch die Magnetspulen vom Magnetjoch angezogen wird.
• In Figur 2 ist die volle Öffnungsposition des Magnetankers 110 dargestellt. Auf dem Magnetanker ist ein Träger 130 für einen Bewegkontakt 141 angeordnet, wobei in Figur 2 der Träger 130 in vertikaler Richtung bewegbar ist. Bei der Einschaltbewegung des Antriebes wird der Bewegkontakt 141 in Schließposition zu dem Festkontakt 151 gebracht.
• In der Figur 2 ist auf der anderen dem Magnetjoch zugewandten Seite des Magnetankers ein Positionsgeber 120 in kraftschlüssigem Kontakt mit dem Magnetanker 110 angeordnet. Der Positionsgeber 120 dient im Wesentlichen zur Erfassung bestimmter Positionszeitpunkte bei der Ankerbewegung und wird in den weiteren Figuren im Einzelnen beschrieben.
• In Figur 3 ist der Magnetantrieb mit einer spezifischen Ausführungsform eines Positionsgebers 120 dargestellt, dessen Vorzüge in seiner Einfachheit, Robustheit und der Präzision bei Erfassung der vorgegebenen Positionen liegt. Wie aus der Figur 3 ersichtlich, kann die konstruktiv vorgebbare Anzahl von zu erfassenden Positionen erheblich über der Mindestzahl von drei Positionen, d.h. (x₁, x₂ und x₄), liegen. Der Positionsgeber 120 ist als zylindrischer Stab ausgebildet, welcher über eine Feder 127 mit mäßiger Federkraft gegen den Magnetanker 110 gedrückt wird und in einem zugehörigen Gehäuse 126 bewegt werden kann. Im Ausschaltzustandes des Magnetantriebes 100 liegt der Positionsgeber 120 am Anker 110 an, wodurch bei der Einschaltbewegung des Ankers 110 der Positionsgeber 120 mitgenommen wird und auf ihn Beschleunigungskräfte einwirken, aber keine Stoßkräfte. Die Zylindermantelfläche 121 des Positionsgebers 120 ist in axialer Richtung in mehrere leitende und nichtleitende Flächenabschnitte 122 bis 124. Da der Außendurchmesser aller Flächenabschnitte 122 bis 124 identisch ist und sie sich ohne Trennfuge aneinander anschließen, erhält man eine glatte Zylinderoberfläche aus in axialer Richtung sich abwechselnden elektrisch leitenden und nichtleitenden Abschnitten.
• Ein derartiger elektrisch leitender Abschnitt kann z.B. ein gut leitender, metallischer Ring 125 sein, dessen Höhe z.B. 1mm oder weniger betragen kann. Die Positionserfassung kann durch elektrische Kontaktgabe äußerer Kontaktglieder mit diesem Metallring erfolgen.
• Um den mechanischen Verschleiß durch Abrieb zwischen den Kontaktgliedern und dem Ring klein zuhalten, kann die Kontaktgabe statt durch einen schleifenden Kontakt durch einen abrollenden Kontakt realisiert sein. An diesen Messkontakt ist ein elektrischer Messkreis angeschlossen, der aus dem Kontaktsignal (Ein/Aus) ein Spannungssignal (Ein/Aus) ableitet. Beträgt z.B. die momentane Schließgeschwindigkeit des Bauteiles 1 m/s, so liefert der Messkontakt beim Vorbeilaufen des 1 mm hohen Metallringes Zeitpunkte der Schaltflanken des Spannungssignals, die einen Zeitabstand von 1 Millisekunde aufweisen. An jeder Segmentgrenze der Flächenabschnitte kann also ein Zeitsignal entnommen werden. Der Positionssensor 120 nach Figur 3 liefert also ein wechselndes Rechteckspannungssignal das mit dem am Messkontakt erzeugten Leitfähigkeitssignal der vorbeistreichenden, segmentierten Zylindermantelfläche zeitlich übereinstimmt.
• In Figur 4 sind der Kontaktapparat 40 eines Luftschützes und der Anker 110 mit dem Positionsgeber 120 auf der einen Seite sowie dem Brückenträger 130 auf der anderen Seite entsprechend Figur 3 dargestellt. An den Brückenträger 130 ist der bewegliche Teil des Kontaktapparates mit seinen Komponenten eingebracht. Im Einzelnen ist eine Kontaktbrücke 140 mit Bewegkontakten 141, 141' an einem Federgehäuse 160 mit Gegenlager 161 angebracht, wobei die Kontaktbrücke 140 bei geöffneten Kontakten durch eine Kontaktkraft-Feder 165 gegen den Brückenträger 130 abgestützt wird. Durch diese Anordnung sind die Bewegkontakte 141, 141' gegenüber den Festkontakten 151, 151', die auf Kontaktträgern 150, 150 befestigt sind, beweglich und in Öffnungs- bzw. Schließstellung bringbar. Die Kontaktkraft-Feder 165 erzeugt dabei die Kontaktkraft und die Schließpositionen von Magnetanker und Kontaktbrücke bestimmen den Durchdruck der Feder.
• Aus der Figur 4 ergeben sich die geometrischen Verhältnisse, welche die Positionszeitpunkte t₁ bis t₄ bestimmen, wobei die gleichen Bezugszeichen wie in Figur 3 verwendet sind. Wesentlich ist in diesem Zusammenhang die Bestimmung der Geberposition x_3neu im Neuzustand der Kontakte und der Geberposition x₃ im Gebrauchtzustand der Kontakte. Weiterhin sind die Ortsmarken x₁(t₁), x₂ (t₂) und x₄ (t₄) dargestellt. Die Kontakte sind als Kontaktringe 122 bis 124 bzw. 125, 125' um den zylindrischen Positionsgeber 120 ausgebildet. Es kann auch genügen, die Oberfläche 121 des Positionsgeber 120 zu beschichten.
• Zur Positionsbestimmung des Kontaktes beim Kontaktschließen werden die Geschwindigkeit zwischen den nah benachbarten Positionen x₁ und x₂ und die mittlere Beschleunigung zwischen x₁ und x₄ benötigt. Es gilt: $$\mathrm{v}\mathrm{=}\mathrm{(}{\mathrm{x}}_{\mathrm{2}}\mathrm{-}{\mathrm{x}}_{\mathrm{1}}\mathrm{)}\mathrm{/}\mathrm{(}{\mathrm{t}}_{\mathrm{2}}\mathrm{-}{\mathrm{t}}_{\mathrm{1}}\mathrm{)}\mathrm{.}$$

  

  $${\mathrm{x}}_{\mathrm{4}}\mathrm{-}{\mathrm{x}}_{\mathrm{1}}\mathrm{=}\mathrm{v}\mathrm{*}\left({\mathrm{t}}_{\mathrm{4}}\mathrm{-}{\mathrm{t}}_{\mathrm{1}}\right)\mathrm{+}\mathrm{0.5}\mathrm{*}{\mathrm{b}}_{\mathrm{m}}\mathrm{*}{\left({\mathrm{t}}_{\mathrm{4}}\mathrm{-}{\mathrm{t}}_{\mathrm{1}}\right)}^{\mathrm{2}}\mathrm{,}$$

  

  $${\mathrm{b}}_{\mathrm{m}}\mathrm{=}\mathrm{2}\mathrm{/}\mathrm{(}{\mathrm{t}}_{\mathrm{4}}\mathrm{-}{\mathrm{t}}_{\mathrm{1}}\mathrm{)}\mathrm{*}\left(\mathrm{(}{\mathrm{x}}_{\mathrm{4}}\mathrm{-}{\mathrm{x}}_{\mathrm{1}}\mathrm{)}\mathrm{/}\mathrm{(}{\mathrm{t}}_{\mathrm{4}}\mathrm{-}{\mathrm{t}}_{\mathrm{1}}\mathrm{)}\mathrm{-}\left({\mathrm{x}}_{\mathrm{2}}\mathrm{-}{\mathrm{x}}_{\mathrm{1}}\mathrm{)}\mathrm{/}\mathrm{(}{\mathrm{t}}_{\mathrm{2}}\mathrm{-}{\mathrm{t}}_{\mathrm{1}}\right)\right)$$

  
• Damit erhält man für die Kontakt-Schließposition x₃ $${\mathrm{x}}_3\mathrm{-}{\mathrm{x}}_{\mathrm{1}}\mathrm{=}\mathrm{v}\mathrm{*}\left({\mathrm{t}}_3\mathrm{-}{\mathrm{t}}_{\mathrm{1}}\right)\mathrm{+}\mathrm{0.5}\mathrm{*}{\mathrm{b}}_{\mathrm{m}}\mathrm{*}{\left({\mathrm{t}}_3\mathrm{-}{\mathrm{t}}_{\mathrm{1}}\right)}^{\mathrm{2}}\mathrm{,}$$

  

  $$\begin{array}{cc}{\mathrm{x}}_{\mathrm{3}}\mathrm{-}{\mathrm{x}}_{\mathrm{1}}& \mathrm{=}\left({\mathrm{x}}_{\mathrm{2}}\mathrm{-}{\mathrm{x}}_{\mathrm{1}}\right)\mathrm{/}\left({\mathrm{t}}_{\mathrm{2}}\mathrm{-}{\mathrm{t}}_{\mathrm{1}}\right)\mathrm{*}\left({\mathrm{t}}_{\mathrm{3}}\mathrm{-}{\mathrm{t}}_{\mathrm{1}}\right)\mathrm{+}\mathrm{(}\left({\mathrm{x}}_{\mathrm{4}}\mathrm{-}{\mathrm{x}}_{\mathrm{1}}\right)\mathrm{/}\mathrm{(}{\mathrm{t}}_{\mathrm{4}}\mathrm{-}{\mathrm{t}}_{\mathrm{1}}\mathrm{)}\mathrm{-}\mathrm{(}{\mathrm{x}}_{\mathrm{2}}\mathrm{-}{\mathrm{x}}_{\mathrm{1}}\mathrm{)}\mathrm{/}\mathrm{(}{\mathrm{t}}_{\mathrm{2}}\mathrm{-}{\mathrm{t}}_{\mathrm{1}}\mathrm{)}\mathrm{*}{\left({\mathrm{t}}_{\mathrm{3}}\mathrm{-}{\mathrm{t}}_{\mathrm{1}}\right)}^{\mathrm{2}}\mathrm{/}\mathrm{(}{\mathrm{t}}_{\mathrm{4}}\mathrm{-}{\mathrm{t}}_{\mathrm{1}}\mathrm{)}\mathrm{.}\end{array}$$

  
• Es ist ersichtlich, dass zur Berechnung der Änderung der Kontakt-Schließposition nur die Differenzen der gemessenen Kontaktzeiten t_i und der bekannten Positionswerte benötigt werden. Eine räumliche Justierung für die Bestimmung absoluter Positionswerte ist also nicht erforderlich.
• Im Neuzustand der Kontakte werden über einen Mikroprozessor die mit dem Positionssensor gemessenen Zeitwerte der Bauteil-Positionen und des Kontakt-Einschaltzeitpunktes zu einem Weg (x₃-x₁)_neu berechnet. Durch Kontaktverschleiß eventuell zusätzlich mit mechanischem Verschleiß erhält man im Schaltbetrieb einen aktuellen Wert des Weges (x₃-x₁).
• Der Verschleiß, z.B. in mm, ist dabei durch die Differenz der berechneten Wege (x₃-x₁) - (x₃-x₁) _neu gegeben. Beim Kontaktabbrand entspricht diese Differenz der Abnahme des Durchdruckes durch Reduzierung der Kontaktstückdicke. Tritt zusätzlich noch eine Durchdruckabnahme durch Verschleiß mechanischer, kraftübertragender Teile des Geräteantriebes auf, so wird die mechanisch, bedingte Durchdruckabnahme als Teil der gesamten Durchdruckabnahme miterfasst, da die Kontakte und die Antriebskomponenten bei der beschleunigten Einschaltbewegung in kraftschlüssigem Kontakt stehen.
• In Figur 5 ist die rechnerische Vorgehensweise anhand eines Flussdiagramms verdeutlicht. Die einzelnen Schritte 201 bis 212 sind weitestgehend selbsterklärend: Über den Start und einer Voreinstellung von Schaltgeräte-Geberdaten entsprechend den Positionen 201 und 202 werden die Zeitpunkte t₂, t₃ und t₄ entsprechend Position 205 ermittelt. Daraus lassen sich entsprechend Position die Ausgabewerte x₃(t₃) und x₁(t₁) bzw. deren Differenz x₃-x₁ berechnen. Durch die Differenz (x₃-x₁)_neu-(x₃-x₁) ergibt sich die aktuelle Durchdruckänderung gemäß Position 210. Gemäß Position 211 wird die Durchdruckänderung mit dem Lebensdauer-Ende der Kontakte korrelliert und bei Erfüllung der vorgegebenen Bedingungen entsprechend Position 212 das Programm beendet. Ist das nicht der Fall, wird zur Position 203 zurückgegangen und es werden t₁, t₂ und t₃ entsprechend den Positionen 204, 205 neu ermittelt. Die Positionen 206 bzw. 208 geben Prüfroutinen für die Mittelwertbildung von x₃-x₁ an.
• Nach dem Erreichen des Kontakt-Lebensdauer-Endes und dem Einbau neuer Kontakte wird zu Beginn eines neuen Lebensdauerzyklus der aktuelle Wert (x₃-x₁)_neu bestimmt, welcher den aktuellen Verschleißzustand der Schaltgerätemechanik implizit beinhaltet. Dadurch ist eine sichere Beurteilung des Kontaktverschleißes in jedem folgenden Lebensdauerzyklus gewährleistet.
• Eine besonders vorteilhafte Weiterbildung der oben beschriebenen Vorgehensweise ist eine Geschwindigkeitsregelung des Antriebes: Für geschwindigkeitsregelbare Antriebe, insbesondere Schützantriebe, die aus einem regelbaren, magnetischen Antrieb bestehen, kann die mit dem Positionssensor gemessene Geschwindigkeit v genutzt werden, um den Antrieb iterativ auf eine vorgegebene Geschwindigkeit einzustellen, oder die Geschwindigkeit auf einen vorgegebenen Wertebereich zu beschränken. Dazu werden die Steuerparameter mit jeder Einschaltung des Antriebes mit einem vorgegebenen Parameterschritt in Richtung höhere Geschwindigkeit gestellt, solange die Geschwindigkeit kleiner als der Sollwert ist oder unterhalb des Sollbereiches liegt, oder in Richtung kleinere Geschwindigkeit gestellt, solange die Geschwindigkeit größer als der Sollwert ist, oder oberhalb des Sollbereiches liegt. Damit wird erreicht, dass die Kontakte nach erreichter Geschwindigkeitseinstellung mit der vorgegebenen Geschwindigkeit schließen.
• Eine Alternative zu vorstehend angegebener Vorgehensweise ergibt sich durch die Bestimmung zweier Zeitpunkte t_Beginn und t_Ende für die Abfolge des Einschaltvorganges und daraus berechneter Restlebensdauer. Es bedeuten:

t_Beginn =

den Zeitpunkt des Anlegens von Spannung an die Spule entweder

• unter Berücksichtigung der Phasenlage der Spannung zur Erfassung der unterschiedlichen Kraftentwicklung oder
• unter Einsatz eines phasengesteuerten Zuschaltens, was der Herbeiführung von Synchronismus dient.

t_Ende =

Erfassung des Kontaktschließens, wozu die Schaltstreckenspannung gemessen wird.

• Ein besonderer Vorteil besteht darin, dass sich das Verfahren an bestehenden Schützen anwenden lässt. Allerdings ist hierzu die Erfassung der Spannungsform mit einem A/D-Wandler oder eine Nulldurchgangsdetektion an der Steuerspannung erforderlich.
• Zur Auswertung des Einschaltweges aus den Zeitpunkten t_Beginn und t_Ende wird die vorgegebene und empirisch bestimmbare Weg-Zeit-Kurve des Magnetantriebes entsprechend Figur 1 herangezogen. Die Änderung des Einschaltweges im Gebrauchszustand hinsichtlich des Neuzustandes liefert dann ein direktes oder proportionales Maß in der Änderung der Kontaktstückdicke.
• Alternativ dazu erfolgt die Bestimmung zweier anderer Zeitpunkte t_Beginn und t_Ende für die Abfolge des Einschaltvorganges und daraus berechneter Restlebensdauer. Die Messgrößen sind folgendermaßen definiert:

t_Beginn =

Zeitpunkt des Kontaktschließens, wozu die Schaltstreckenspannung gemessen wird.

t_Ende =

Erfassung eines Wegepunktes, entweder wenn

• das Magnetsystem schließt, wobei die Messung z.B. durch Anlegen einer Spannung erfolgt, die Joch-Anker-Bewegung und ein Spannungsnullwert gemessen wird, oder
• ein Schalter am Magnetsystem oder beliebigem Wegepunkt angebracht wird.

• Aus der entsprechend Figur 1 empirisch vorgegebenen Weg-Zeit-Kurve des Magnetantriebes wird ein Durchdruckwert der Kontaktkraft-Feder bestimmt und aus dessen Änderung im Gebrauchszustand die verschleißbezogene Durchdruckänderung bestimmt. Vorteil diesen Verfahrens ist eine einfache Erfassung der Zeitmarken. Allerdings kann für das Verfahren eine Abwandlung des Schützaufbaus und damit eine Neukonstruktion erforderlich sein.
• Bei der ersten Alternative kann eine vorteilhafte Ausprägung einer Geschwindigkeitsregelung des Antriebes folgendermaßen erfolgen: Durch mehrere Positionsringe auf einem Positionsgeber besteht die Möglichkeit, den Weg bei der Ankerbewegung zu messen und durch Steuerung der Magnetkraft eine nahezu konstante Geschwindigkeit für das Schließen des Schaltgerätes zu erreichen. Dadurch wird nicht nur die Schaltbewegung optimiert, sondern es werden auch die den Verschleiß bewirkenden Kräfte an den mechanisch bewegten Teilen so weit wie möglich minimiert.

Claims (18)

1. Verfahren zur Bestimmung der Restlebensdauer eines Schaltgerätes, dessen Lebensdauer durch einen Schaltkontaktabbrand einerseits und einen mechanischen Verschleiß einer zugehörigen Schaltgerätemechanik andererseits bedingt ist, mit Schaltkontakten (141, 141', 151, 151'), die von der Schaltgerätemechanik in Ein- oder Ausschaltstellung gebracht werden, wobei zum Aufbringen einer vorgegebenen Kontaktkraft in Einschaltstellung ein Durchdruck einer Kontaktkraftfeder (127) hergestellt wird, und durch Erfassung der Durchdruckänderung insbesondere der Schaltkontaktabbrand bestimmt wird, dadurch gekennzeichnet dass: durchgeführt werden mit folgenden Maßnahmen:

   - die Durchdruckänderung wird beim Einschaltvorgang des Schaltgerätes erfasst,

   - der Schaltkontaktabbrand einerseits und der mechanische Verschleiß der Schaltgerätemechanik andererseits werden durch die Erfassung der Durchdruckänderung beim Einschaltvorgang bestimmt,

   - wozu wenigstens ein Positionsgeber (120) verwendet wird, mit denen mindestens drei Zeitpunkte zu drei Positionen der Kontakte während des Einschaltvorganges bestimmt werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass aus zwei der Positionen und zugehörigen Zeitpunkten die Schließgeschwindigkeit des/der Kontakte bestimmt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass aus dem dritten Zeitpunkt der dritten Position die Zu- oder Abnahme der Schließgeschwindigkeit bestimmt wird.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass aus der Kontaktschließzeit die Kontaktposition berechnet wird.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass aus der Änderung der Kontaktposition die Durchdruckänderung bestimmt wird.
6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zur Durchdruckerfassung eine zeitliche Bestimmung vorgegebener Positionen der beweglichen Komponenten der Schaltgerätemechanik des Schaltgerätes erfolgt.
7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zur Durchdruckerfassung eine Bestimmung der Geschwindigkeit und/oder der Beschleunigung von beweglichen Komponenten der Schaltgerätemechanik einerseits und eine Messung der Einschaltzeitpunkte der Schaltkontakte während ihrer Schließbewegung erfolgt.
8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Geschwindigkeit der beweglichen Komponenten beim Einschaltvorgang geregelt wird.
9. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 oder einem der Ansprüche 2 bis 9, wobei das Schaltgerät ein Schütz ist, bei dem die Bewegkontakte (141, 141') durch den Magnetanker (110) eines Magnetantriebes (100), der aus Anker (110), Joch (101) und Magnetspulen (102, 102') gebildet wird, in Ein- oder Ausschaltstellung gebracht werden, dadurch gekennzeichnet, dass am Magnetanker (110) ein Positionsgeber (120) kraftschlüssig angekoppelt ist.
10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass am Positionsgeber (120) Ringkontakte (122 bis 124) zur Positionsgabe vorhanden sind.
11. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass am Positionsgeber (120) Kontaktrollen (125) zur positionsabhängigen Kontaktgabe angeordnet sind.
12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Positionsgeber als zylindrischer Stab (120) ausgebildet ist, dessen zylindermantelfläche (121) in axialer Richtung in mehrere leitende und nicht leitende Flächenabschnitte (122-124) unterteilt ist.
13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass mit dem Positionsgeber aus dem Kontaktschließzeitpunkt (t₃) eine Relativposition (x₃) des Kontaktes zu den Geberpositionen (x₁, x₂, x₄) ableitbar ist, aus deren Änderung gegenüber einem Neuwert (X_3neu) der Kontaktabbrand bestimmbar ist.
14. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass aus den Kontakt-Relativpositionen (x₃) im Gebrauchszustand und im Neuzustand (X_3neu) die Restlebensdauer bestimmbar ist.
15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 14, gekennzeichnet durch Mittel zum Berechnen und Anzeige der Restlebensdauer des Schaltgerätes.
16. Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel einen Rechner umfassen, in dessen Speicher eine Weg-Zeit-Kurve eingespeichert ist.
17. Vorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass durch Erfassung der Ankerbewegungsbeginns (t_Beginn) beim Einschalten und des Kontaktschließzeitpunktes (t_Ende) beim Einschaltvorgang aus der vorgegebenen Weg-Zeit-Kurve der Schließweg bestimmbar ist und dass aus einer Änderung des Schließweges die Änderung der Kontaktstückdicke berechenbar ist, wobei die Änderung der Kontaktstückdicke dem Abbrand entspricht.
18. Vorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass aus dem Kontaktschließzeitpunkt (t_Beginn) und einem Zeitpunkt (t_Ende) einer vorgegebenen Ankerposition mit Hilfe der vorgegebenen Weg-Zeit-Kurve ein Teil des Ankerweges bestimmbar ist, aus dessen Änderung eine Änderung des Durchdruckes der Kontaktkraftfeder ableitbar ist.

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