Die Restlebensdauer eines Schaltgerätes hängt vom Verschleiß- zustand während des betriebsmäßigen Einsatzes des Schaltgerä- tes ab. Unter Verschleißzustand von Schaltgeräten wird im vorliegenden Zusammenhang die Bestimmung des Abbrandes von den Kontakten und/oder des Verschleißes der Schaltgeräteme- chanik von Schützen und Leistungsschaltern verstanden.

Bei Schaltgeräten können je nach Belastungsart die schalten- den Kontakte oder die gesamte Antriebsmechanik abgenützt sein. Entscheidende Bestimmungsgrößen für den Verschleiß ei- nes Schaltgerätes ist die Anpresskraft bzw. Kontaktkraft, mit der eine üblicherweise vorhandene Feder die Kontakte im ge- schlossenen Zustand gegeneinander presst, so dass von einem sogenannten Durchdruck bzw. einer dafür vorhandenen Durch- druckfeder gesprochen wird. Die nachfolgend, en Ausführungen beziehen sich auf ein Vakuumschütz als Beispiel und bevorzug- te Anwendung der Erfindung.

Die Durchdruckfeder befindet sich zwischen einer Federauflage und einer Bolzenführung, die fest mit dem beweglichen Kontakt verbunden ist. Während des Schließvorganges bewegen sich zu-

nächst Federauflage, Durchdruckfeder mit Bolzenführung sowie Bewegkontakt gemeinsam auf den Festkontakt zu. Nachdem der bewegliche Kontakt den Festkontakt berührt hat, bewegt sich die Federauflage weiter in Richtung der Kontakte. Die hier- durch verursachte Kompression der vorgespannten Durchdruckfe- der ruft schließlich die notwendige Kontaktkraft hervor. Der Weg der Federauflage vom Punkt des Schließens der Kontakte bis zur endgültigen Lage der Federauflage wird als Durchdruck bezeichnet und ist mit entscheidend für die erzeugte Kontakt- kraft. Der Durchdruck und Kontaktkraft sind über die Feder- konstante der Durchdruckfeder miteinander gekoppelt. Der Aus- schaltvorgang erfolgt in analoger Weise invers.

Der Durchdruck sowie Kontaktkraft lassen im Laufe der Lebens- dauer eines Schaltgerätes nach, weil - der Abbrand an den Kontakten zu einem vergrößerten Weg des beweglichen Kontaktes führt und damit der Durchdruck bei gleicher Endlage der Federauflage verringert wird und - durch mechanischen Verschleiß und Abrieb innerhalb des Schaltgerätes die Endlage der Federauflage von den Schalt- kontakten wegwandert und damit ebenfalls der Durchdruck verringert wird.

Sinkt der Durchdruck bzw. die Kontaktkraft eines Schaltgerä- tes im Laufe der Lebensdauer ab, so können ab bestimmten Wer- ten Kontaktverschweißungen sowie Schaltversager auftreten, die schwere Anlagenschäden verursachen können.

Insbesondere für Luftschütze ist bereits ein Verfahren zur Restlebensdauererkennung des Kontaktabbrandes bekannt, bei dem der Abbrand durch Messung des Zeitintervalls zwischen An- keröffnung, der durch einen charakteristischen Peak in der Spulenspannung gekennzeichnet ist, und Kontaktöffnung, der durch das Auftreten einer Schaltstreckenspannung gekennzeich- net ist, der Abbrand als Kontaktstücke erfasst und damit de- ren Restlebensdauer ermittelt wird.

Das Verfahren zur Erfassung der Durchdruckänderung als Er- satzkriterium für den Kontaktabbrand ist mit der EP 0 694 937 B1 (DE 196 03 319 A1) unter Schutz gestellt.

Spezifische Methoden zur Anwendung bei Schaltgeräten sind im Einzelnen in der EP 0 878 016 B1 (DE 196 03 310 A1), der EP 0 878 015 B1 und der EP 1 002 325 B1 beschrieben. Dabei wird durchweg darauf abgestellt, dass die Durchdruckänderung spe- ziell beim Ausschaltvorgang, d. h. beim Öffnen der Schaltkon- takte durch einen elektromagnetischen Antrieb, erfasst wer- den, woraus speziell der Abbrand an den Schaltkontakten er- mittelt und daraus die Restlebensdauer des Schaltgerätes be- rechnet wird. Des Weiteren wird in der EP 0 193 732 AI eine Überwachungs-und Kontakteinrichtung für Schaltgeräte und Schaltgerätekombination beschrieben, bei denen über eine Mehrzahl von Sensoren alle tatsächlich auftretenden Ereignis- se sowie der momentane Zustand des Schaltgerätes erfasst und als Signale einer Auswertelogig zugeführt werden.

Bei Vakuumschützen wird der Kontaktabbrand in der Praxis häu- fig dadurch gemessen, dass an der Bolzenführung der Vakuum- röhre eine Strichmarke angebracht ist, die als Indikator für den Abbrand der Kontakte in der Röhre dient. Dieses Verfahren erfasst nur den Kontaktabbrand, wobei der Verschleiß der Schaltmechanik damit nicht berücksichtigt wird.

Davon ausgehend ist es Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren anzugeben, das sowohl den Verschleiß des Schaltgerätes infol- ge Abbrandes der Kontakte als auch den mechanischen Ver- schleiß innerhalb der Schaltgerätemechanik bestimmen kann, so dass geeignete Wartungsmaßnahmen rechtzeitig durchgeführt werden können. Diese Wartungsarbeiten können sowohl in der Erneuerung der Hauptkontakte als auch dem Auswechseln beson- ders verschleißanfälliger Bauteile bis zum Austausch des ge- samten Schaltgerätes liegen.

Die Aufgabe ist erfindungsgemäß durch die Maßnahmen des Pa- tentanspruches 1 gelöst. Eine zugehörige Anordnung ist Ge-

genstand des Sachanspruches 13. Weiterbildungen des Verfah- rens bzw. zugehörige spezifische Anordnungen sind Gegenstand der abhängigen Verfahrens-und Sachansprüche.

Mit der Erfindung ist es nunmehr insbesondere möglich, den Verschleißzustand des Schaltgerätes insgesamt zu ermitteln.

Dabei wird nicht nur-wie beim Stand der Technik-der Kon- taktabbrand erfasst, sondern es werden auch Verschleißzustän- de der beweglichen Komponenten des Schaltgerätes berücksich- tigt werden. Dies ist insbesondere bei Vakuumschaltgeräten, wie Vakuumschütze, von Bedeutung, da dort auf der einen Seite der Kontakthub vergleichsweise gering ist, aber auf der ande- ren Seite der Antrieb für die Schaltkontaktbewegung über eine Hebelmechanik mit Kraftumlenkung und-verstärkung erfolgt und es dadurch bei hohen Schaltzahlen an den sich bewegenden me- chanischen Komponenten zu einem nicht mehr zu vernachlässi- gender Verschleiß kommen kann.

In besonders vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung ist es auch möglich, zwischen dem eigentlichen Kontaktabbrand und dem Verschleiß der Antriebsmechanik zu diskriminieren. Damit können insbesondere für die Praxis durch eine sachgerechte Wartung erhebliche Einsparungen erzielt werden.

Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Figurenbeschreibung von Beispielen an- hand der Zeichnung in Verbindung mit den Patentansprüchen. Es zeigen jeweils am Beispiel eines Vakuumschalters Figur 1 eine schematische Darstellung eines Vakuumschützes mit zugehörigem Antrieb einschließlich der schaltme- chanischen Komponenten, Figur 2 eine Durchdruckmessung mit einer festen Tauchspule und beweglichem Dauermagneten, Figur 3 eine Anordnung zur Messung des Bewegungsbeginnes mit einem Piezobiegewandler,

Figur 4 eine Messanordnung mit einer Lichtschranke an der Fe- derauflage, Figur 5 eine mechanische Messung mit einem Schalter und Figur 6 eine bewegliche Messung mit einer Lichtschranke an der Bolzenführung.

Alle nachfolgend beschriebenen Figuren beziehen sich speziell auf Vakuumschaltschütze. Vakuumschütze haben sich in jüngerer Zeit als Alternative zu Luftschützen bewährt. Damit sind in vorteilhafter Weise bis zu einigen 106 Schaltspiele möglich, so dass sich derartige Schütze für den Einsatz in vielen Ge- bieten der Technik eignen.

Figur 1 zeigt einen typischen Aufbau eines Vakuumschützes mit zugehörigem Antrieb. Die den Durchdruck erzeugenden Bauele- menten/Baugruppen sind : Der Umlenkhebel, die Federauflage und der bewegliche Röhrenbolzen mit den Anbauteilen wie Strom- bandanschluss, Hebelauflage, Schaltstellungsanzeige sowie den zugehörigen Befestigungsteilen. An den mit Buchstaben A bis G gekennzeichneten Stellen können Abriebe oder plastische Ver- formungen auftreten, die sich entweder durchdruckerhöhend oder durchdruckverringernd auswirken können.

Nachfolgend wird zunächst der Aufbau eines Vakuumschützes mit zugehörigem elektromagnetischem Antrieb und damit verbundener Schützmechanik beschrieben, das zum Schalten eines ein-oder mehrpoligen Netzes dient. Es wird lediglich eine Phase eines Drehstromnetzes mit einer einzigen Vakuumschaltröhre betrach- tet.

Gemäß Figur 1 umfasst letzterer Teil eines Vakuumschütz 1 ei- ne Vakuumschaltröhre 10, die Schützmechanik 20,30, 40 und den Antrieb 100. Im Einzelnen ist eine Vakuumschaltröhre 10 an einem Widerlager 3 mit Ausleger 4 befestigt. Der Ausleger 4 trägt die Vakuumschaltröhre 10, wozu ein Festkontaktbolzen 15 der Schaltröhre 10 im Ausleger 4 eingespannt ist.

Die Vakuumschaltröhre 10 besteht aus hohlzylinderförmigen Bauteilen 11 bis 13, wobei die Hohlzylinder 11 und 13 durch einen linear federnden Metallbalg 12 gegeneinander axial ver- schiebbar angeordnet sind. Die Bauteile 11 und 13 sind gegen- einander elektrisch isoliert, wozu eines der Bauteile bei- spielsweise aus keramischem Material bestehen kann.

In der Vakuumschaltröhre 10 befinden sich unter Vakuum zwei Schaltkontakte 17 und 18 axial gegeneinander beweglich, wobei der Schaltkontakt 17 als Festkontakt mit dem fest stehenden Bolzen 15 verbunden und der Schaltkontakt 18 als Bewegkontakt mit einem in Achsrichtung beweglichen Bolzen 16 verbunden ist.

Die Schaltkontakte 17 und 18 der Vakuumschaltröhre 10 werden mittels des elektromagnetischen Antriebes 100 betätigt, wozu ein Aufbau aus Magnetjoch 101, Magnetanker 102 und zugehöri- gen Spulen 105, 105 zur elektromagnetischen Erregung vorhan- den ist. Das Magnetjoch 101 ist in einer Halterung 110 gela- gert. Der Magnetanker 102 hat eine Aussparung 103 mit Befes- tigung 105 für einen Kontaktträger 30.

Durch den elektromagnetischen Antrieb 100 ist der Anker 102 in zwei vertikal unterschiedliche Positionen bringbar, von denen die untere der Schließ"-Stellung des Vakuumschützes 10 und die obere der Öffnungs"-Stellung des Vakuumschützes 10 entsprechen. Dazu muss in Figur 1 die Vertikalverschiebung in eine Horizontalverschiebung umgesetzt werden, wozu eine Um- lenkeinrichtung 20 vorhanden ist.

Im Einzelnen ist in der Figur 1 der Bewegkontaktbolzen 16 au- ßerhalb der Schaltröhre 10 gegen den Druck einer Feder 21 ge- lagert, wobei sich die Feder 21 auf einer Federauflage 22 ab- stützt. Es ist ein L-förmiger Umlenkhebel 25 vorhanden, der mit einer Achse 26 im Knickpunkt gelagert ist. Der kurze He- belarm des Umlenkhebels 25 drückt mit einem ersten Endelement 27 auf die Federauflage 22, während der lange Hebelarm mit

einem zweiten Endelement 28 in einer Aussparung 31 des Kon- taktträgers 30, der-wie bereits erwähnt-mit dem Anker 102 des Magnetantriebes 100 verbunden ist, geführt wird. Es ist eine Auflageplatte 35 für den Kontaktträger 30 vorhanden.

Mit dem L-förmig ausgebildeten Umlenkhebel 25 lässt sich ein vergleichsweise großer Verschiebeweg in vertikaler Richtung in einen kleineren Verschiebeweg in horizontaler Richtung un- ter entsprechender Kraftbeaufschlagung umsetzen. Dies ist für die Betätigung des Vakuumschützes 10 notwendig, bei dem ins- besondere ein hinreichender Kontaktdruck zwischen den Kon- taktflächen der Schaltkontakte 17 und 18 erzeugt werden muss.

Dazu wird die Feder 21 für die Schließstellung mittels eines vorgebbaren Durchdruckes gespannt und eine für die Schließ- stellung der Schaltkontakte 17,18 hinreichende Kontaktkraft erzeugt. Der Durchdruck wird in der Figur 1 dadurch verdeut- licht, dass bei geöffneter Schaltstellung des Endelementes 27 am kurzen Hebelarm des Umlenkhebels 25 durch eine hintere He- belauflage 23 abgestützt wird.

In der Figur 1 sind als mechanisch bewegte Teile der Anzeige 40 weiterhin eine Schaltstellungsanzeige 41, ein Strombandan- schluss 42 und ein Stromband 44 vorhanden, das mit dem Schie- nenanschluss 45 verbunden ist.

Bei der in der Figur 1 dargestellten Anordnung ist im Allge- meinen der Schaltweg der Kontaktanordnung vergleichsweise ge- ring, beispielsweise < 2 mm. Daraus ergibt sich, dass das im Schaltgeräteantrieb mit der zugehörigen Umlenkung bei häufi- ger Aktivierung auftretende Spiel der einzelnen Bewegungen nicht vernachlässigt werden kann. Bei der Konstruktion von Schaltgeräten mit derartigen Antriebs-und Kraftübertragungs- einrichtungen sind diese Gegebenheiten zu berücksichtigen.

Die Lebensdauer eines Schaltgerätes wird durch den Verschleiß aller mechanisch bewegten Teile beeinflusst. Dieser Ver- schleiß wird in bekannter Weise einerseits durch den Abbrand

der elektrischen Schaltkontakte an den Kontaktflächen A be- wirkt, da sich die Dicke der Kontaktstücke infolge eines Ab- brandes verringert.

Aus der Figur 1 ergibt sich aber weiterhin, dass andererseits der mechanische Verschleiß der beweglichen Antriebskomponen- ten ebenfalls ein Einfluss für die Lebensdauer des gesamten Schaltgerätes haben kann. Ein solcher Verschleiß sind insbe- sondere Abriebe bei Lagern oder aber auch plastische Verfor- mungen, die sich einzeln entweder durchdruckerhöhend oder a- ber durchdruckverringernd auswirken können. Im Idealfall kom- pensieren sich solche Einflüsse an den verschiedenen Stellen der Schaltgerätemechanik.

Im Einzelnen sind in der Figur 1 neben den Kontaktflächen weiterhin die Stellen B bis H, an denen ein Verschleiß auf- treten kann, eingetragen. Es bedeuten B die Auflage des End- elementes 27 an der Federauflage 22, C dessen Auflage an der hinteren Hebelauflage 24, E die mechanische Beanspruchung des anderen Endelementes 28 in der Mitnehmernut 31 des Kontakt- trägers 30, F die Auflage des Kontaktträgers im Magnetanker, G/G die Auflage von Magnetanker 102 auf dem Magnetjoch 101 an dessen Polflächen sowie H/H die Halterung 110 des Magnet- antriebes 100 in einer Grundplatte.

In den Figuren 2 bis 6 ist in vereinfachter Darstellung von den Schaltkontakten 17,18 jeweils der Festkontakt 18 mit der Gehäusewand 11 fest verbunden. Der Bewegkontakt 18 befindet sich an einem Bolzen 16, welcher über einen Federbalg 13 oder dergleichen in axialer Richtung der Anordnung bewegbar ist.

Dabei wird über eine Kontaktdruckfeder 21 eine Kontaktkraft für das Schließen des Bewegkontaktes 18 generiert. Die Kon- taktdruckfeder 21 befindet sich zwischen Gegenlager 22 und 24, wobei das äußere Gegenlager 22 mit dem Antrieb entspre- chend Figur 1 in Verbindung steht.

In bekannter Weise ist für die Gewährleistung des Schaltkon- taktes ein hinreichender Durchdruck der Feder maßgebend. Mit längerer Lebensdauer verändert sich der Durchdruck aufgrund des Kontaktabbrandes, so dass die Durchdruckerfassung in be- kannter Weise als Ersatzkriterium für den Abbrand der Kontak- te herangezogen werden kann. Da die Antriebsbewegung bei Va- kuumschützen Umlenkungen mit entsprechenden Umlenkpumpen auf- weist, die ebenfalls einem mechanischen Verschleiß unterlie- gen, ist speziell bei Vakuumschaltgeräten der Durchdruck auch von dem mechanischen Verschleiß der Antriebskomponenten ab- hängig. Beide Einflussgrößen werden nunmehr erfasst.

Da bereits beim Stand der Technik die Durchdruckmessung im Einzelnen durch eine Zeitmessung erfolgt und insbesondere das Zeitintervall zwischen Ankerbewegungsbeginn und Kontaktöffnen bestimmt wird, wird nachfolgend ebenfalls eine Zeitmessung durchgeführt. Dafür müssen in geeigneter Weise Zeitmarken ge- setzt werden.

Für letzteren Zweck werden nachfolgend alternative Beispiele entsprechend den Figuren 2 bis 6 beschrieben.

Die fünf Alternativen zur Bestimmung des Verschleißes und der Restlebensdauer eines Schaltgerätes beruhen jeweils auf einer Zeitintervallmessung zwischen zwei Ereignissen während des Ausschaltvorganges, wozu Sensoren zur kontinuierlichen Sig- nalerfassung verwendet werden. Dieser Vorgehensweise liegt die Erkenntnis zugrunde, dass der Bewegungsablauf der betei- ligten mechanischen Komponenten insbesondere nicht vom Zeit- punkt des Ausschaltbefehls oder z. B. der Spulenspannung bei einem elektromagnetisch betätigten Schaltgerät abhängt.

Es sind unterschiedliche Sensoren möglich.

Als erstes Beispiel wird eine feste Tauchspule 125 mit beweg- lichem Dauermagnet 126 an der Federauflage 22 für eine 1- oder 3-polige Messung beschrieben : Es erfolgt eine Zeitinter- vallmessung At zwischen dem Beginn der Bewegung der Feder-

auflage 22 bis zum Zeitpunkt der Kontaktöffnung. Der Bewe- gungsbeginn der Federauflage 22 induziert durch die Bewegung des Dauermagneten 126 einen Spannungsimpuls in der Tauchspule 125. Das so bestimmte Zeitintervall At entspricht bei einem bekannten Geschwindigkeitsprofil der Federauflage 22 dem Durchdruck und ist damit ein Maß für den Gesamtverschleiß be- stehend aus Kontaktabbrand und mechanischem Verschleiß der Antriebskomponenten.

Die Messung kann sowohl nur an einer Strombahn (1-polig) des Schaltgerätes als auch an allen 3 Strombahnen (3-polig) eines Drehstrom-Schaltgerätes erfolgen. Im letzten Fall können die Signale der drei Tauchspulen vorteilhaft zusammengefasst wer- den, indem alle drei Tauchspulen in Reihe geschalten werden, wobei dann nur das Summensignal ausgewertet wird.

Es ergeben sich folgende Vorteile : - Es liegt eine galvanische Trennung zu spannungsführenden Teilen vor.

- Es gibt keine mechanische Verbindung zwischen beweglicher Federauflage und der Tauchspule, so dass die Messung ver- schleißfrei erfolgt.

- Die Endlage der Federauflage kann in weiten Grenzen vari- ieren, so dass keine Justage erforderlich ist.

- Ein während der Lebensdauer des Schaltgerätes veränderter Offset führt zu keiner Funktionsbeeinträchtigung.

Als zweites Beispiel wird eine Erfassung des Bewegungsbeginns mit einem Piezo-Biegewandler 137 an der Federauflage 22 für eine 1-oder 3-poliger Messung beschrieben : Es erfolgt eine Zeitintervallmessung At zwischen dem Beginn der Bewegung der Federauflage 22 bis zum Zeitpunkt der Kontaktöffnung. Der Be- wegungsbeginn der Federauflage bewirkt im Piezo-Biegewandler 137 eine Ladungstrennung und damit eine Spannung an den Elektroden des Piezowandlers 137. Je nach Belastungswider- stand kann diese Spannung bis zu mehreren hundert Volt betra- gen. Das bestimmte Zeitintervall entspricht bei reproduzier-

barem Geschwindigkeitsprofil der Federauflage 22 dem Durch- druck und ist damit ein Maß für den Gesamtverschleiß-beste- hend aus Abbrand und mechanischem Verschleiß. Die Messung kann sowohl nur an einer Strombahn (1-polig) des Schaltgerä- tes als auch an allen 3 Strombahnen (3-polig) eines Dreh- strom-Schaltgerätes erfolgen.

Es ergeben sich folgende Vorteile : - Es entsteht ein großer Signalpegel.

- Die Anordnung ist platzsparend.

- Es ist nur eine Grobjustage erforderlich.

- Während der Lebensdauer des Schaltgerätes veränderter Off- set führt zu keiner Funktionsbeeinträchtigung.

Als drittes Beispiel 3 wird eine Lichtschranke 141 an der Fe- derauflage 22 angebracht : Es erfolgt eine Zeitintervallmes- sung At zwischen dem Beginn der Bewegung der Federauflage bis zum Zeitpunkt der Kontaktöffnung. Der Bewegungsbeginn der Federauflage 22 bewirkt eine Unterbrechung oder Freigabe des Lichtstrahls in der Lichtschranke 141. Diese Zustandsänderung wird zur Erfassung des Bewegungsbeginns der Zeitmessung ver- wendet. Dazu ist eine Sende-und Empfängerdiode einseitig oder beidseitig-1-oder mehrpolig-in der Bewegungsrich- tung der Federauflage 22 bzw. der Bolzenführung angeordnet.

Eine Unterbrechung oder Freigabe des Lichtstrahls erfolgt ge- mäß Figur 3 durch ein Fenster 141 als Öffnungen, Gitterstruk- turen, Erhebungen und oder Vertiefungen, die entweder in der Federauflage 22 integriert, fest mit der Federauflage 22 verbunden oder mit einer Justageeinrichtung versehen sind.

Das so bestimmte Zeitintervall At entspricht-bei reprodu- zierbarem Geschwindigkeitsprofil der Federauflage-dem Durchdruck und ist damit ein Maß für den Gesamtverschleiß des Schaltgerätes, bestehend aus Abbrand und mechanischem Ver- schleiß. Die Messung kann sowohl nur an einer Strombahn (1- polig) des Schaltgerätes als auch an allen Strombahnen eines Drehstrom-Schaltgerätes erfolgen.

Es ergeben sich folgende Vorteile : - Es liegt eine galvanische Trennung zu den spannungsführen- den Teilen vor.

- Es existiert keine mechanische Verbindung zwischen der be- weglichen Federauflage und der Lichtschranke, so dass ver- schleißfrei gemessen wird.

- Es entsteht ein großer Signalpegel.

Bei einem vierten Beispiel erfolgt eine mechanische Messung mittels eines Schalters S an der Federauflage 22 : Es erfolgt eine Zeitintervallmessung At zwischen dem Beginn der Bewegung der Federauflage bis zum Zeitpunkt der Kontakt- öffnung. Der Bewegungsbeginn der Federauflage 22 bewirkt eine Unterbrechung entsprechend dem in Figur 5 dargestellten Schließer oder Freigabe des Schaltkontakts S (Öffner). Diese Zustandsänderung wird zur Erfassung des Bewegungsbeginns der Zeitmessung verwendet. Das Schaltelement kann je nach Ausprä- gung als Öffner oder Schließer direkt durch das Federelement 21 oder einer Erhebung oder Vertiefung oder eines damit fest verbundenen Zusatzelementes mit oder ohne Justageeinrichtung angesteuert werden. Das Schaltelement kann an einer oder auch an allen Strombahnen angebracht werden.

Das so bestimmte Zeitintervall Atentspricht bei reproduzier- barem Geschwindigkeitsprofil der Federauflage dem Durchdruck und ist damit ein Maß für den Gesamtverschleiß bestehend aus Abbrand und mechanischem Verschleiß. Die Messung kann sowohl nur an einer Strombahn (1-polig) des Schaltgerätes als auch an allen Strombahnen eines Drehstrom-Schaltgerätes erfolgen.

Es ergeben sich folgende Vorteile : - Es liegt eine galvanische Trennung zu den spannungsführen- den Teilen vor.

- Es existiert keine mechanische Verbindung zwischen der be- weglichen Federauflage und der Lichtschranke, so dass ver- schleißfrei gemessen wird.

- Es entsteht ein großer Signalpegel.

Als fünftes Beispiel für die Sensorerfassung dient eine Lichtschranke an der Bolzenführung mit 1-oder 3-poliger Mes- sung : Im Gegensatz zu den Verfahren gemäß den Figuren 2 bis 5 erfolgt mit der Lichtschranke unmittelbar eine Messung At von der Kontaktöffnung zu einem Wegepunkt (WP) der Bolzenfüh- rung, was bereits ein Maß für den Abbrand ist. Insofern wird bei dieser Messung der Durchdruck nur indirekt über die Auf- lage des Endelementes 27 des Umlenkhebels 25-ausgenutzt.

Letzteres Verfahren ist insbesondere dann anwendbar, wenn die Kontaktbewegung eine konstante Geschwindigkeit aufweist. Der mechanische Verschleiß des Schaltgerätes wird durch die Schaltzahl erfasst. Der Wartungsbedarf wird dann entweder durch den Kontaktabbrand oder die Schaltzahl indiziert. Die Signalgabe am Wegepunkt (WP) erfolgt durch Optokoppler, Mag- net + Reed Kontakt oder Magnet + Hallsensor etc..

Speziell beim letzten Beispiel ergeben sich folgende Vortei- le : Es ist keinerlei Veränderung an bisheriger Konstruktion von Vakuumröhre, Bolzenführung, Feder und Kontaktplatte er- forderlich. Lediglich der bisherige Reiter mit Strichmarkie- rung ist zu ersetzen. Die übrigen Elemente wie z. B. der Opto- koppler und zugehörige Elektronik können im Schützdeckel un- tergebracht werden. Das Signal kann dann so aufbereitet wer- den, dass es in die vorhandene Elektronik direkt eingespeist werden kann. Da das Verfahren prinzipiell anders ist, muss die Software entsprechend minimal und ohne zusätzliche Erwei- terung angepasst werden.

Anhand der einzelnen Beispiele wurde speziell die Anwendung für im Vakuum arbeitende Schaltgeräte, und zwar insbesondere für Vakuumschütze, beschrieben. Ganz entsprechend ist aber dieses Prinzip mit dem separaten Zeitsensor auch für Luft- schütze anwendbar. Dort ergibt sich gegenüber dem einleitend dargestellten Stand der Technik nunmehr auch die Möglichkeit,

den mechanischen Verschleiß der Schaltgerätemechanik zu er- fassen und zu bewerten.

Beim Schaltbetrieb von Schaltgeräten, insbesondere von Schüt- zen und Leistungsschaltern, tritt Verschleiß auf, der ab ei- ner bestimmten Größe die Funktionssicherheit des Schaltgerä- tes beeinträchtigt. Es ist daher wünschenswert den-Verschleiß des Schaltgerätes zu überwachen, um rechtzeitig und zu geeig- neten Zeitpunkten die notwendige Wartung an den Schaltgeräten vornehmen zu können. Als Verschleißfaktoren treten der Kon- taktverschleiß durch Abbrand und Abrieb, sowie der Verschleiß an Komponenten des Schaltgeräteantriebs durch Abrieb und Ver- formung auf. Letzterer Verschleiß führt z. B. dazu, dass sich das mechanische Spiel im Schaltgeräteantrieb auf möglicher- weise unzulässige Werte vergrößert.

Mit dem Verfahren können die Verschleißgrößen - Kontaktabbrand - Kontaktfeder-Durchdruck - vom mechanischen Spiel herrührender Durchdruck- verlust kontinuierlich während des Schaltgerätebetriebs bestimmt wer- den und bei Überschreiten vorgegebener Grenzen Wartungshin- weise ausgegeben werden.

Die Erfassung der Verschleißgrößen erfolgt zweckmäßigerweise beim Ausschaltvorgang des Schaltgerätes und wird im Folgenden hierfür beschrieben. Bei zusätzlicher Erfassung oder Vorgabe weiterer Bewegungsgrößen, wie Schließgeschwindigkeit, Be- schleunigung, Positionen oder dergleichen, ist das Verfahren auch auf den Einschaltvorgang des Schaltgerätes erweiterbar.

Nachfolgend wird anhand einer Modellrechnung eine sensorge- stützten Erfassung des Durchdruckes der Kontaktkraft-Feder und zur Diskriminierung der den Durchdruck verändernden Grö- ßen des Kontaktabbrandes und des mechanischen Verschleißes beschrieben :

Die wesentlichen Kräfte, die beim Ausschaltvorgang zur Öff- nungsbewegung der Kontakte und der damit gekoppelten Kompo- nenten des Schaltgeräteantriebs genutzt werden, sind im Normalbetrieb, d. h. ohne Kurzschlussausschaltung, die Kon- taktfederkräfte und die Antriebsfederkraft. Während die An- triebsfederkraft über die gesamte Öffnungsbewegung der Schaltgerätemechanik wirkt, sind die Kontaktfederkräfte nur solange wirksam, solange der Durchdruck der Kontaktkraft- Feder während der Öffnungsbewegung nicht auf Null abgenommen hat.

Diese Federkräfte führen beim Ausschaltvorgang zu einer be- schleunigten Hub-und/oder Drehbewegung, so dass zu bestimm- ten, für den Öffnungsvorgang charakteristischen Zeitpunkten bestimmte Positionen der beweglichen Komponenten der Schalt- gerätemechanik ermittelt werden können. Man erhält daher im Neuzustand des Schaltgerätes Positionswerte, die sich von den Werten des Gebrauchszustandes mit fortschreitender Gebrauchs- dauer und kumulierendem Kontaktabbrand sowie mechanischem Verschleiß immer stärker unterscheiden.

Im Folgenden wird der Bewegungsablauf der beweglichen Kompo- nenten als Linearbewegung behandelt und kann beim Ausschalt- vorgang in zwei aufeinanderfolgende Abschnitte unterteilt werden : Erster Bewegungsabschnitt : Beginn t = 0, Geschwindigkeit v (t=0) = 0, Ende t = tD zum Zeitpunkt, zu dem der Durchdruck auf Null abgenommen hat.

Es gilt : Beschleunigung : bl (t)- (Kxontakt+KAntrieb)/m (1. 1) Geschwindigkeit : vl (tD) = tD* (KKontakt+KAntrieb)/m (1.2) Weg : sl (tD) = 1/a2*tD * (KKontakt+KAntrieb)/m (1.3)

Zweiter Bewegungsabschnitt : Beginn t = tD, Ende t = tö zum Zeitpunkt, zu dem die Kon- taktöffnung erfolgt. Es gilt : Beschleunigung : b2 (t) = KAntrieb/m (2.1) Geschwindigkeit : v2 (tö) = vl (tD) + (to-tD) *KAntrieb/m (2.2) Weg : S2 (tö) = vi (tD) * (to-tD) + 1/2* (tötD) *KAntrieb/m (2.3) Die in die Bewegung eingehenden Zeitsignale sind der Ankerbe- wegungsbeginn t=0, der Zeitpunkt tD, wenn der Durchdruck auf Null abgesunken ist und der Kontaktöffnungszeitpunkt tö, wenn die beweglichen Kontakte durch den Schaltgeräteantrieb von den Festkontakten abgehoben werden.

Die Zeitpunkte t=0 und tö können nach dem Stand der Technik aus elektrischen Spannungssignalen am Magnetantrieb und an den Schaltkontakten gewonnen werden. Der Zeitpunkt tD, der beim Ausschaltvorgang den Durchdruckwert Null kennzeichnet, wird erfindungsgemäß durch einen Sensor an den Durchdruck- erzeugenden Komponenten des Schaltgeräteantriebs erfasst.

Der im ersten Bewegungsabschnitt sich ergebende Weg Sl (tD) ist direkt oder bis auf eine Proportionalitätskonstant iden- tisch mit dem Durchdruck (= Federweg), um den die Federlänge beim Einschaltvorgang abnimmt.

Im Neuzustand hat Si (tD) neu einen Wert, der mit dem Neuzustand der Kontakte. d. h. der Dicke der Kontaktauflagen, und mit dem mechanischen Verschleiß, d. h. Verschleißweg, = Null korres- pondiert.

Durch Kontaktabbrand und mechanischen Verschleiß ergibt sich während der Gerätelebensdauer ein aktueller Wert si (tD), wo- raus ein Summenwert aus Kontaktabbrand (dAbbrand) und mechani- schem Verschleiß (dMechanik) bestimmt werden kann. Es gilt : dAbbrand+dMechanik = Si (tD) neu-si (tD) (3)

Aus dem zweiten Bewegungsabschnitt erhält man für den Neuzu- stand des Schaltgerätes das konstruktiv vorgegebene, mechani- sche Spiel s2 (tö) neu.

Durch mechanischen Verschleiß mechanik vergrößert sich dieses mechanische Spiel, woraus mechanik = s2(tÖ)-s2(tÖ)neu (4) bestimmt werden kann.

Aus den während der Schaltgerätelebensdauer aktualisierten Werten dAbbrand+dMechanik und dMechanik (5) kann der aktuelle Kontaktabbrand separiert werden. Es gilt : dAbbrand = (s1 (tD) +S2 (tö)) neu- (Si (tD) +S2 (tÖ)) (6) Die Funktionssicherheit des Schaltgerätes kann nun mit diesen Abbrand-und Verschleißwerten so kontrolliert werden, dass innerhalb der Schaltgerätelebensdauer die Werte abbrand und Durchdruck Si (tD) der Kontaktkraft-Feder vorgegebene Grenzen nicht über-bzw. unterschreiten. Zudem kann der für den Durchdruck wirksame mechanische Verschleiß angegeben und eine Grenze vorgegeben werden, bei deren Erreichen die Schaltgerä- temechanik als verbraucht bewertet werden kann.

Hierzu ist es zweckmäßig, die maßgeblichen Funktions-, Ab- brand-und Verschleißgrößen auf prozentuale Größen zu bezie- hen : Kontaktfeder - Durchdruch [%] = l (Sl (tD) neu-si (tD))/Sl (tD) neu] *100 (7. 1) = [1-(tD/tD,neu)2]*100 (7.2) Abbrand [%] = [ (si (tD) +S2 (to)) neu- (si (tD) +S2 (tö))]/ [ (sl (tD) +S2 (tö)) neu] *100 (8.1) = [1 (tD2-tÖ2/2)/(tD2-tÖ2/2)neu]*100 (8.2)

Bei vernachlässigbarem mechanischen Spiel im Neuzustand ist tö = tD und man erhält : Abbrand [%] = [1-2* (1-/2)/tneu] *100 (9) Der aus dem mechanischen Verschleiß resultierende relative Anteil der Durchdruckminderung der Kontaktkraft-Feder ist durch den Ausdruck gegeben dMechanik/Durchdruckneu = (S2 (tö)-S2 (tö) neu)/S1 (tD) neu (10) Damit kann nun eine auf den Durchdruck bezogene prozentuale Größe des mechanischen Verschleißes angeben werden. Es gilt : mechanischer Verschleiß [%] = [ (S2 (tÖ)-S2 (tö) neu)/S1 (tD) neu] *100 (11) In diese Größe geht neben den Zeitwerten tD, to im Neu-und Gebrauchszustand auch der Quotient KAntrieb/ (KKontakt+KAntrieb) (12) ein.

Zur Definition des Lebensdauerendes werden schließlich die Funktions-, Abbrand-und Verschleißgrößen auf prozentuale Grenzwerte bezogen, die eine sichere Funktion des Schaltgerä- tes gewährleisten. Somit kann zwischen dem eigentlichen Kon- taktabbrand und dem Mechanikverschleiß unterschieden werden.

Dies ist insbesondere bei Vakuumschützen von Bedeutung, da bei Kontaktabbrand üblicherweise die gesamte Röhre ausge- tauscht wird.

Bei dem anhand der einzelnen Beispiele dargestellten Verfah- ren zur Bestimmung von Durchdruckänderungen wird im dynami- schen Betrieb des Schaltgerätes gemessen. Dies bedeutet, dass im Ausschaltvorgang, aber auch im Einschaltvorgang des Schaltgerätes gemessen werden kann. Letzteres war beim Stand der Technik nicht möglich. Durch die Messung beim Einschalten des Schaltgerätes lassen sich Verschleißeinflüsse der Schalt- gerätemechanik besonders gut erfassen.