EP2290666A1 - Aufsatzmodul mit Lebensdauerüberwachung für elektromagnetische Schaltgeräte und zugehöriges Verfahren - Google Patents

Aufsatzmodul mit Lebensdauerüberwachung für elektromagnetische Schaltgeräte und zugehöriges Verfahren Download PDF

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EP2290666A1
EP2290666A1 EP09010997A EP09010997A EP2290666A1 EP 2290666 A1 EP2290666 A1 EP 2290666A1 EP 09010997 A EP09010997 A EP 09010997A EP 09010997 A EP09010997 A EP 09010997A EP 2290666 A1 EP2290666 A1 EP 2290666A1
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    • H01H2071/048—Means for indicating condition of the switching device containing non-mechanical switch position sensor, e.g. HALL sensor

Definitions

  • the invention relates to an attachment module, in particular a communication module with a movable plunger, which is connected via an interface with a switching device having at least one contact piece for switching a contact with contact material.
  • the invention also relates to a method for monitoring the life of a switching device with an attachment module, in particular a communication module with a movable plunger, which is connected via an interface with the switching device having at least one contact piece for switching a contact with contact material.
  • Electromagnetic switching devices include contactors, disconnectors, power relays and circuit breakers. For such electromagnetic switching devices, in particular for contactors, it is necessary in a large number of applications to detect the actual switching state of the electromagnetic switching device, in contrast, if necessary, to a driving state of the electromagnetic switching device in order to evaluate it otherwise.
  • a mechanical switching contact is arranged in the housing, which changes its switching state when transferring the plunger from one to the other end position.
  • the switching contact is connected via lines to an evaluation device, so that the switching position of the switching contact and thus the switching state of the electromagnetic switching device can be detected by the evaluation device.
  • the detection device is a separate device, which is different from the electromagnetic switching device.
  • the detection device for detecting the switching state of an electromagnetic switching device has a housing in which a plunger is movably mounted.
  • the plunger is movable between two mechanical end positions, wherein the end positions of the plunger correspond to the switching state of the electromagnetic switching device.
  • a sensor device is arranged, from which it can be detected, in which of the end positions the plunger is located, and from which a corresponding electrical signal can be emitted.
  • the sensor device is designed such that the position of the plunger can be detected by it, without touching the plunger.
  • a disadvantage of the prior art is that the end of life of the switching devices used is not displayed in order to make a timely replacement as part of a maintenance can.
  • the invention is therefore based on the object to provide a top module, in particular a communication module for switching devices, which allows life monitoring.
  • the invention has for its object to provide a method of the type mentioned above, which allows easy life monitoring of the switching device.
  • an attachment module in particular a communication module with a movable plunger, which is connected via an interface with a switching device having at least one contact piece for switching a contact with contact material.
  • the invention is characterized in that means are provided for measuring the change in position of the plunger with the contact closed, which takes place due to the erosion of the contact material with repeated switching of the contact.
  • a particularly advantageous embodiment is when the means for measuring the change in position of the plunger comprise a sensor, and the plunger is provided with a detectable by the sensor element.
  • the element is a magnet attached to the plunger.
  • a further advantageous embodiment is when the switching device has a processor for evaluating a sensor signal received by the sensor, with which the change in position of the plunger can be determined in the closed contact due to the contact erosion.
  • the processor advantageously serves for logging the values of the position change and for comparing these values with stored empirical values.
  • the switching device is provided with a communication interface which serves to transfer an information determined by the processor.
  • a further advantageous embodiment is when the communication interface is provided for the connection to a bus.
  • bus is an AS-Interface or IO-Link.
  • the inventive method for monitoring the life of a switching device with attachment module in particular communication module with a movable plunger which is connected via an interface with the switching device having at least one contact piece for switching a contact with contact material, characterized in that via means the change in position of Tappet is measured when the contact is closed, the change in position due to the contact erosion occurs with repeated switching.
  • a particularly advantageous embodiment is when the value determined for the position change is compared with stored values and from this information relating to the life of the switching device is derived.
  • FIG. 1 An inventive attachment module 1 is shown with a plunger 2 in a first position on the left and in a second position on the right. Due to the large number of switching operations during the life of a switching device, the contact material wears off by burning. The life span of a switching device therefore depends on the remaining amount, that is, the thickness of the contact material and must therefore be monitored.
  • the contact wear has a change in position 3 of the plunger 2 with closed contact result. The change in position 3 of the plunger 2 when the contact is closed, as shown by the two positions in the drawing, therefore an indication of the contact erosion and is therefore measured according to the invention by means of a sensor 4.
  • the sensor 4 detects in the present embodiment, the magnetic field of a fixedly attached to the plunger 2 magnet 5 and then passes a sensor signal to a processor 6, which is preferably integrated in the switching device 9 and evaluates this sensor signal.
  • a processor 6 which is preferably integrated in the switching device 9 and evaluates this sensor signal.
  • empirical values are stored, with which the measured value for the position change 3 is compared. From the comparison, a information relating to the life of the switching device 9 is derived.
  • the determination of the change in position 3 can take place, inter alia, from a time measurement for the path traveled by the plunger 2 during closing and retracting. The time measurement begins when the magnet 5 of the plunger 2 is detected during the closing of the sensor 4 and ends after closing the contact when the plunger 2 falls back and in turn while the magnet 5 is detected by the sensor 4.
  • the processor 6 is provided with a communication interface 7 in order to be able to communicate this information to a controller 8.
  • the sensor 4 can be combined together with the processor 9 in a module, not shown here, which can be placed on the switching device 9.
  • the invention which can be placed on a switching device essay module, in particular communication module is characterized by the fact that it is on the measurement of the change in position of the plunger with closed contact, which is caused by the burning of the contact material with repeated switching of the contact conclusions on the possible end of life of Switching device allows so that the switching device can be replaced in good time before its possible failure.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Aufsatzmodul, insbesondere ein Kommunikationsmodul (1) mit einem beweglichen Stößel (2), der über eine Schnittstelle mit einem Schaltgerät (9) verbunden ist, das mindestens ein Schaltstück zum Schalten eines Kontakts mit Kontaktmaterial aufweist. Die Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass Mittel (4,5) zur Messung der Positionsänderung (3) des Stößels (2) bei geschlossenem Kontakt vorgesehen sind. Außerdem wird ein zugehöriges erfindungsgemäßes Verfahren zur Lebensdauerüberwachung eines Schaltgeräts angegeben.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Aufsatzmodul, insbesondere ein Kommunikationsmodul mit einem beweglichen Stößel, der über eine Schnittstelle mit einem Schaltgerät verbunden ist, das mindestens ein Schaltstück zum Schalten eines Kontaktes mit Kontaktmaterial aufweist.
  • Die Erfindung betrifft außerdem ein Verfahren zur Lebensdauerüberwachung eines Schaltgeräts mit einem Aufsatzmodul, insbesondere einem Kommunikationsmodul mit einem beweglichen Stößel, der über eine Schnittstelle mit dem Schaltgerät verbunden ist, das mindestens ein Schaltstück zum Schalten eines Kontakts mit Kontaktmaterial aufweist.
  • Elektromagnetische Schaltgeräte umfassen Schütze, Trennschalter, Leistungsrelais sowie Leistungsschalter. Für derartige elektromagnetische Schaltgeräte, insbesondere für Schütze, ist es bei einer Vielzahl von Anwendungsfällen erforderlich, den tatsächlichen Schaltzustand des elektromagnetischen Schaltgeräts, im Gegensatz gegebenenfalls zu einem Ansteuerzustand des elektromagnetischen Schaltgeräts zu erfassen, um ihn anderweitig auswerten zu können.
  • Im Stand der Technik erfolgt eine derartige Erfassung mittels einer Erfassungseinrichtung. Hierbei ist im Gehäuse ein mechanischer Schaltkontakt angeordnet, der beim Überführen des Stößels von der einen in die andere Endstellung seinen Schaltzustand wechselt. Der Schaltkontakt wird über Leitungen mit einer Auswertungseinrichtung verbunden, so dass von der Auswertungseinrichtung die Schaltstellung des Schaltkontakts und damit der Schaltzustand des elektromagnetischen Schaltgeräts erfassbar sind. Meist ist die Erfassungseinrichtung eine eigene, vom elektromagnetischen Schaltgerät verschiedene Einrichtung.
  • Dazu geht aus der DE 10 2007 002 176 A1 eine Erfassungseinrichtung zum Erfassen eines Schaltzustands eines elektromagnetischen Schaltgeräts hervor. Die Erfassungseinrichtung zum Erfassen des Schaltzustands eines elektromagnetischen Schaltgeräts weist ein Gehäuse auf, in welchem ein Stößel beweglich gelagert ist. Der Stößel ist zwischen zwei mechanischen Endstellungen bewegbar, wobei die Endstellungen des Stößels mit dem Schaltzustand des elektromagnetischen Schaltgeräts korrespondieren. Im Gehäuse ist eine Sensoreinrichtung angeordnet, von der erfassbar ist, in welcher der Endstellungen sich der Stößel befindet, und von der ein hiermit korrespondierendes elektrisches Signal abgebbar ist. Die Sensoreinrichtung ist derart ausgebildet, dass die Stellung des Stößels von ihr erfassbar ist, ohne den Stößel zu berühren.
  • Nachteilig am Stand der Technik ist jedoch, dass das Lebensdauerende der eingesetzten Schaltgeräte nicht angezeigt wird, um gegebenenfalls im Rahmen einer Wartung rechtzeitig einen Austausch vornehmen zu können.
  • Daher liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Aufsatzmodul, insbesondere ein Kommunikationsmodul für Schaltgeräte zu schaffen, das eine Lebensdauerüberwachung ermöglicht.
  • Außerdem liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der oben genannten Art anzugeben, das eine einfache Lebensdauerüberwachung des Schaltgeräts ermöglicht.
  • Diese Aufgaben werden durch ein Kommunikationsmodul mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 sowie durch ein Verfahren zur Lebensdauerüberwachung eines Schaltgeräts mit Aufsatzmodul, insbesondere Kommunikationsmodul gemäß Anspruch 9 gelöst. Vorteilhafte Aus- und Weitebildungen, welche einzeln oder in Kombination miteinander eingesetzt werden können, sind der Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
  • Erfindungsgemäß wird die erste Aufgabe durch ein Aufsatzmodul, insbesondere ein Kommunikationsmodul mit einem beweglichen Stößel gelöst, der über eine Schnittstelle mit einem Schaltgerät verbunden ist, das mindestens ein Schaltstück zum Schalten eines Kontakts mit Kontaktmaterial aufweist. Die Erfindung zeichnet sich dabei dadurch aus, dass Mittel zur Messung der Positionsänderung des Stößels bei geschlossenem Kontakt vorgesehen sind, die auf Grund des Abbrandes des Kontaktmaterials bei mehrmaligem Schalten des Kontakts erfolgt.
  • Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind den Unteransprüchen 2 bis 8 zu entnehmen.
  • Eine besonders vorteilhafte Ausführungsform besteht darin, wenn die Mittel zur Messung der Positionsänderung des Stößels einen Sensor umfassen, und der Stößel mit einem vom Sensor erfassbaren Element versehen ist.
  • Außerdem ist es vorteilhaft, wenn das Element ein am Stößel befestigter Magnet ist.
  • Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform besteht darin, wenn das Schaltgerät einen Prozessor zur Auswertung eines vom Sensor empfangenen Sensorsignals aufweist, mit dem die Positionsänderung des Stößels bei geschlossenem Kontakt auf Grund des Kontaktabbrandes ermittelbar ist.
  • Der Prozessor dient vorteilhafter Weise zur Protokollierung der Werte der Positionsänderung und zum Vergleich dieser Werte mit abgespeicherten Erfahrungswerten.
  • Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn das Schaltgerät mit einer Kommunikationsschnittstelle versehen ist, die zur Übergabe einer durch den Prozessor ermittelten Information dient.
  • Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform besteht darin, wenn die Kommunikationsschnittstelle für die Anbindung an einen Bus vorgesehen ist.
  • Dabei ist es von Vorteil, wenn der Bus ein AS-Interface oder IO-Link ist.
  • Die weitere Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen nach Anspruch 9 gelöst.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren zur Lebensdauerüberwachung eines Schaltgeräts mit Aufsatzmodul, insbesondere Kommunikationsmodul mit einem beweglichen Stößel, der über einer Schnittstelle mit dem Schaltgerät verbunden ist, das mindestens ein Schaltstück zum Schalten eines Kontakts mit Kontaktmaterial aufweist, zeichnet sich dadurch aus, dass über Mittel die Positionsänderung des Stößels bei geschlossenem Kontakt gemessen wird, wobei die Positionsänderung auf Grund des Kontaktabbrandes bei mehrmaligem Schalten entsteht.
  • Eine besonders vorteilhafte Ausführungsform besteht darin, wenn der für die Positionsänderung ermittelte Wert mit abgespeicherten Werten verglichen und daraus eine die Lebensdauer des Schaltgeräts betreffende Information abgeleitet wird.
  • Weitere Vorteile und Ausführungen der Erfindung werden nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen sowie anhand der Zeichnung erläutert.
  • Dabei zeigt schematisch:
    • Fig. 1 in einer schematischen Darstellung die erfindungsgemäße Kombination aus einem Schaltgerät mit einem Aufsatzmodul, insbesondere Kommunikationsmodul, das Mittel zur Lebensdauerüberwachung des Schaltgeräts aufweist.
  • In Fig. 1 ist ein erfindungsgemäßes Aufsatzmodul 1 mit einem Stößel 2 in einer ersten Position links und in einer zweiten Position rechts dargestellt. Auf Grund der Vielzahl von Schalthandlungen während der Lebensdauer eines Schaltgeräts nutzt sich das Kontaktmaterial durch Abbrand ab. Die Lebensdauer eines Schaltgeräts hängt daher von der noch vorhandenen Menge, das heißt, der Dicke des Kontaktmaterials ab und muss demzufolge überwacht werden. Der Kontaktabbrand hat eine Positionsänderung 3 des Stößels 2 bei geschlossenem Kontakt zur Folge. Die Positionsänderung 3 des Stößels 2 bei geschlossenem Kontakt ist, wie durch die beiden Positionen in der Zeichnung dargestellt, demnach ein Anzeichen für den Kontaktabbrand und wird daher erfindungsgemäß mit Hilfe eines Sensors 4 gemessen. Hierzu erfasst der Sensor 4 im vorliegenden Ausführungsbeispiel das magnetische Feld eines am Stößel 2 fest angebrachten Magneten 5 und leitet daraufhin ein Sensorsignal an einen Prozessor 6, der vorzugsweise im Schaltgerät 9 integriert ist und dieses Sensorsignal auswertet. Im Prozessor 6 sind Erfahrungswerte abgespeichert, mit denen der Messwert für die Positionsänderung 3 verglichen wird. Aus dem Vergleich wird eine die Lebensdauer des Schaltgeräts 9 betreffende Information abgeleitet. Die Bestimmung der Positionsänderung 3 kann unter Anderem aus einer Zeitmessung für den Weg, den der Stößel 2 beim Schließen und Zurückfahren zurücklegt, erfolgen. Die Zeitmessung beginnt, wenn der Magnet 5 des Stößels 2 beim Schließvorgang vom Sensor 4 erfasst wird und endet nach Schließen des Kontakts, wenn der Stößel 2 zurückfällt und wiederum dabei der Magnet 5 von dem Sensor 4 erfasst wird.
  • Auf Grund des Kontaktabbrands verlängert sich der Weg und damit die gemessene Zeit, woraus die Positionsänderung 3 des Stößels 2 abgeleitet werden kann.
  • Der Prozessor 6 ist mit einer Kommunikationsschnittstelle 7 versehen, um diese Information an eine Steuerung 8 kommunizieren zu können.
  • Der Sensor 4 kann zusammen mit dem Prozessor 9 in einer hier nicht dargestellten Baugruppe zusammengefasst sein, die auf das Schaltgerät 9 aufsetzbar ist.
  • Das erfindungsgemäß, auf ein Schaltgerät aufsetzbare Aufsatzmodul, insbesondere Kommunikationsmodul zeichnet sich dadurch aus, dass es über die Messung der Positionsänderung des Stößels bei geschlossenem Kontakt, die auf Grund des Abbrandes des Kontaktmaterials bei mehrmaligem Schalten des Kontakts hervorgerufen wird, Rückschlüsse auf das mögliche Lebensdauerende des Schaltgeräts zulässt, so dass das Schaltgerät rechtzeitig vor seinem möglichen Ausfall ausgetauscht werden kann.

Claims (10)

  1. Aufsatzmodul, insbesondere Kommunikationsmodul (1) mit einem beweglichen Stößel (2), der über eine Schnittstelle mit einem Schaltgerät (9) verbunden ist, das mindestens ein Schaltstück zum Schalten eines Kontakts mit Kontaktmaterial aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass Mittel (4,5) zum Messung der Positionsänderung (3) des Stößels (2) bei geschlossenem Kontakt vorgesehen sind.
  2. Aufsatzmodul nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel zur Messung der Positionsänderung (3) des Stößels einen Sensor (4) umfassen und dass der Stößel (2) mit einem vom Sensor (4) erfassbaren Element (5) versehen ist.
  3. Aufsatzmodul nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Element ein am Stößel (2) befestigter Magnet (5) ist.
  4. Aufsatzmodul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Schaltgerät (9) einen Prozessor (6) zur Auswertung eines vom Sensor empfangenen Sensorsignals aufweist, mit dem die Positionsänderung (3) des Stößels (2) bei geschlossenem Kontakt auf Grund des Kontaktabbrandes ermittelbar ist.
  5. Aufsatzmodul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Prozessor (6) zur Protokollierung der Werte der Positionsänderung (3) und zum Vergleich dieser Werte mit abgespeicherten Erfahrungswerten dient.
  6. Aufsatzmodul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Schaltgerät (9) mit einer Kommunikationsschnittelle (7) versehen ist, die zur Übergabe einer durch den Prozessor (6) ermittelten Information dient.
  7. Aufsatzmodul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kommunikationsschnittstelle (7) für die Anbindung an einen Bus vorgesehen ist.
  8. Aufsatzmodul nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Bus ein AS-Interface oder IO-Link ist.
  9. Verfahren zur Lebensdauerüberwachung eines Schaltgeräts (9) mit einem Aufsatzmodul, insbesondere Kommunikationsmodul (1) mit einem beweglichen Stößel (2), der über eine Schnittstelle mit dem Schaltgerät (9) verbunden ist, das mindestens ein Schaltstück zum Schalten eines Kontakts mit Kontaktmaterial aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass über Mittel (4,5) die Positionsänderung (3) des Stößels (2) bei geschlossenem Kontakt gemessen wird.
  10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der für die Positionsänderung (3) ermittelte Messwert mit abgespeicherten Werten verglichen und daraus eine die Lebensdauer des Schaltgeräts betreffende Information abgeleitet wird.
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