Beschreibung Bestimmungsverfahren für einen Schaltzustand eines Kontakts und hiermit korrespondierende Auswerteschaltung Die vorliegende Erfindung betrifft ein Bestimmungsverfahren für einen Schaltzustand eines Kontakts, über den eine an ei- nem Eingang des Kontakts anliegende Eingangsspannung über ein bewegliches Schaltstück auf einen Ausgang des Kontakts durch- schaltbar bzw. von ihm abschaltbar ist. Sie betrifft ferner eine korrespondierende Auswerteschaltung.

Derartige Bestimmungsverfahren und die korrespondierenden Auswerteschaltungen sind allgemein bekannt. Sie werden bei elektromagnetischen Schaltgeräten, insbesondere bei Schützen und Trennschaltern, eingesetzt, um Fehlfunktionen des elek- tromagnetischen Schaltgeräts erkennen zu können.

Im Stand der Technik werden zur Erkennung des Schaltzustands Hilfsschalter verwendet, die zusammen mit dem Schaltstück mittels eines gemeinsamen Kontaktbrückenträgers betätigt wer- den. Diese Vorgehensweise weist den Nachteil auf, dass nur erfasst werden kann, ob das gemeinsame Betätigungsorgan, also der Kontaktbrückenträger, betätigt wurde. Bei einem Fehler im Kontakt selbst hingegen versagt diese Vorgehensweise.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Be- stimmungsverfahren und eine hiermit korrespondierende Auswer- teschaltung zu schaffen, mittels derer auch bei Fehlern im Kontakt selbst der Schaltzustand des Kontakts sicher erfass- bar ist.

Die Aufgabe wird dadurch gelöst, dass eine zwischen dem Ein- gang und dem Ausgang abfallende Kontaktspannung erfasst wird und anhand der erfassten Kontaktspannung zumindest ermittelt wird, ob die Eingangsspannung auf den Ausgang durchgeschaltet bzw. vom ihm abgeschaltet ist.

Aus der älteren, nicht vorveröffentlichten DE 100 25 276.1 ist zwar schon bekannt, die Kontaktspannung zu erfassen und auszuwerten. Bei dieser älteren Anmeldung dient die Auswer- tung aber nur der Erfassung einer Lichtbogenspannung, also insbesondere nicht der Unterscheidung, ob die Eingangsspan- nung auf den Ausgang durchgeschaltet bzw. von ihm abgeschal- tet ist.

Vorzugsweise wird anhand der erfassten Kontaktspannung auch ermittelt, ob zwischen dem Schaltstück und dem Eingang und/ oder zwischen dem Schaltstück und dem Ausgang ein Lichtbogen auftritt. Denn dann kann bei einem Schaltzustandswechsel ins- besondere der Schaltzeitpunkt ermittelt werden. Aus dem Schaltzeitpunkt kann dann auf einen Abbrand einer Kontaktauf- lage geschlossen werden. Darüber hinaus ist auch erfassbar, ob ein Lichtbogen längere Zeit auftritt. Insbesondere kann bei einem längeren Auftreten eines Lichtbogens ein dem Kon- takt vorgeordneter Kontakt geöffnet und so eine Beschädigung des Kontakts durch den Lichtbogen vermieden werden.

Wenn anhand des bestimmten Schaltzustands ein Signal ermit- telt wird, das ausgegeben wird, wenn das Signal für eine län- gere Zeit den selben Wert annimmt, beeinflussen insbesondere kurzzeitige Störungen und transiente Zustände beim Schaltzu- standswechsel nicht das ausgegebene Signal.

Das ausgegebene Signal kann mit dem Schaltzustand selbst kor- respondieren. Es ist aber auch möglich, zur Ermittlung des Signals den bestimmten Signalzustand mit einem Sollzustand zu vergleichen. In diesem Fall ist das Signal ein Fehlersignal.

Das Signal kann in einer Form ausgegeben werden, in der es von einem Menschen mit einem seiner Sinnesorgane unmittelbar wahrnehmbar ist. Beispiele derartiger Signale sind akustische und insbesondere optische Signale. Alternativ oder zusätzlich kann das Signal aber auch an eine dem Kontakt übergeordnete Steuereinheit weitergegeben werden.

Weitere Vorteile und Einzelheiten ergeben sich aus der nach- folgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels. Dabei zeigt in Prinzipdarstellung die einzige FIG 1 einen Kontakt mit einer Auswerteschaltung.

Gemäß FIG 1 ist eine Last 1 über einen Kontakt 2 an eine Last-oder Eingangsspannung UL anschaltbar. Der Kontakt 2 weist einen Eingang 2a und einen Ausgang 2b auf. Am Eingang 2a liegt die Lastspannung UL permanent an. Vom Ausgang 2b hingegen ist sie abschaltbar. Das Durchschalten bzw. Abschal- ten der Lastspannung UL auf den bzw. vom Ausgang 2b erfolgt über ein bewegliches Schaltstück 2c.

Eine Spannungserfassungsschaltung 3 ist über Erfassungswider- stände R1 mit Erfassungspunkten 4 verbunden. Je einer der Er- fassungspunkte 4 ist dabei bezüglich des Kontakts 2 eingangs- und ausgangsseitig angeordnet. Über die Erfassungswiderstände R1 ist die Spannungserfassungsschaltung 3 mit den Erfassungs- punkten 4 hochohmig, aber galvanisch permanent verbunden.

Die Erfassungswiderstände R1 weisen Widerstandswerte auf, die typisch im Bereich oberhalb 1 MQ liegen, z. B. bei 3 bis 10 MQ. Vorzugsweise weisen sie gleiche Widerstandswerte auf.

Die Spannungserfassungsschaltung 3 ist als Operationsverstär- ker 3 ausgebildet. Sie weist einen invertierenden Signalein- gang 5, einen nichtinvertierenden Signaleingang 6 und einen Signalausgang 7 auf. Dem Operationsverstärker 3 wird eine Versorgungsspannung UO zugeführt.

Die Signaleingänge 5,6 sind über die Erfassungswiderstände Ri mit den Erfassungspunkten 4 verbunden. Der invertierende Signaleingang 5 ist ferner über einen Kondensator C und einen Beschaltungswiderstand R2 mit dem Signalausgang 7 verbunden.

Der Kondensator C und der Beschaltungswiderstand R2 sind da- bei ersichtlich parallel zueinander angeordnet. Der nicht in-

vertierende Signaleingang 6 ist ferner über einen weiteren Beschaltungswiderstand R2'und einen weiteren Kondensator C' mit einer Referenzspannung UR verbunden. Die Referenzspannung UR ist prinzipiell beliebig wählbar. Vorzugsweise aber be- trägt sie die Hälfte der Versorgungsspannung U0.

Die Beschaltungswiderstände R2, R2'sind erheblich kleiner als die Erfassungswiderstände R1. Ihre Widerstandswerte sind typisch im Bereich unter 10 kQ, z. B. bei 1 bis 5 kQ. Vor- zugsweise weisen sie untereinander gleiche Widerstandswerte auf. Die Kondensatoren C, C'weisen vorzugsweise eine relativ kleine Kapazität auf, z. B. 10 bis 470 nF.

Der invertierende Signaleingang 5 ist über zwei antiparallel zueinander geschaltete Dioden 8 mit der Referenzspannung UR verbunden. Ferner ist auch der nichtinvertierende Signalein- gang 6 über zwei weitere, zueinander antiparallel geschaltete Dioden 9 mit der Referenzspannung UR verbunden. Die Dioden 8, 9 sind vorzugsweise gleich zueinander ausgebildet.

Aufgrund der Beschaltung des Operationsverstärkers 3 liegt bei durchgeschalteter Eingangsspannung UL am Signalausgang 7 des Operationsverstärkers 3 die Referenzspannung UR an. Ist die Eingangsspannung UL hingegen von dem Ausgang 2b abge- schaltet, fällt über dem Kontakt 2 die volle Eingangsspannung UL ab. Hierdurch wird das am Signalausgang 7 abgegebene Si- gnal deutlich nach oben oder unten (je nach Vorzeichen der Eingangsspannung UL) verschoben. Tritt hingegen zwischen dem Schaltstück 2c und dem Eingang 2a oder zwischen dem Schaltstück 2c und dem Ausgang 2b ein Lichtbogen auf, so fällt über dem Kontakt 2 nur eine Lichtbogenspannung in der Höhe von wenigen Volt ab. Der Großteil der Lastspannung UL wird in diesem Fall somit weiterhin an die Last 1 weiterge- leitet.

Zur Unterscheidung dieser drei Zustände-Eingangsspannung UL auf den Ausgang 2b durchgeschaltet, Eingangsspannung UL vom

Ausgang 2b abgeschaltet und Auftreten eines Lichtbogens- sind dem Signalausgang 7 zwei Fensterkomparatoren 10,11 nachgeordnet.

Dem einen Fensterkomparator 10 werden zwei Vergleichsspannun- gen U1, U2 zugeführt. Die beiden Vergleichsspannungen U1, U2 liegen geringfügig oberhalb bzw. unterhalb der Referenzspan- nung UR. Der Fensterkomparator 10 liefert ein positives Aus- gangssignal, wenn die am Signalausgang 7 des Operationsver- stärkers 3 abgegebene Spannung innerhalb des durch die Ver- gleichspannungen U1, U2 definierten Spannungsfensters liegt.

Ansonsten liefert er ein Nullsignal. Die Vergleichsspannungen U1, U2 sind dabei derart gewählt, dass der Fensterkomparator 10 nur dann ein positives Ausgangssignal liefert, wenn die Eingangsspannung UL lichtbogenfrei auf den Ausgang 2b durch- geschaltet ist. Bereits bei Abfallen nur der Lichtbogenspan- nung hingegen liefert der Fensterkomparator 10 ein Nullsi- gnal.

Der Fensterkomparator 11 entspricht von seiner Wirkungsweise her dem Fensterkomparator 10. Ihm werden aber Vergleichspan- nungen U3, U4 zugeführt, die weiter oberhalb bzw. unterhalb der Referenzspannung UR liegen als die Vergleichsspannungen U1, U2. Der Fensterkomparator 11 liefert daher nur dann ein Nullsignal, wenn der Kontakt 2 vollständig geöffnet ist, die Lastspannung UL also vollständig vom Ausgang 2b abgeschaltet ist. Wenn hingegen über dem Kontakt 2 die Lichtbogenspannung abfällt oder der Kontakt 2 vollständig geschlossen ist, lie- fert er ein positives Ausgangssignal.

Die Ausgangssignale der beiden Fensterkomparatoren 10,11 werden einer Zustandsermittlungsschaltung 12 zugeführt. An- hand der zugeführten Ausgangssignale der Fensterkomparatoren 10,11 ermittelt dann die Zustandsermittlungsschaltung 12 den Schaltzustand des Kontakts 2. Liefern beide Fensterkomparato- ren 10,11 ein positives Ausgangssignal, ist die Eingangs- spannung UL auf-den Ausgang 2b durchgeschaltet. Liefern beide

Fensterkomparatoren 10,11 ein Nullsignal, ist die Eingangs- spannung UL vom Ausgang 2b abgeschaltet. Liefert der Fenster- komparator 10 ein Nullsignal, der Fensterkomparator 11 hinge- gen ein positives Ausgangssignal, tritt zwischen dem Schaltstück 2c und dem Eingang 2a und/oder zwischen dem Schaltstück 2c und dem Ausgang 2b ein Lichtbogen auf.

Anhand des so bestimmten Schaltzustands ermittelt die Zu- standsermittlungsschaltung 12 ein Signal. Ferner übermittelt sie bei jeder Änderung der von den Fensterkomparatoren 10,11 übermittelten Ausgangssignale, also der Neuermittlung des Si- gnals, ein Ansteuersignal an einen Zeitgeber 13. Der Zeitge- ber 13 wird hierdurch auf den Wert 0 gesetzt und gestartet.

Wenn der Zeitgeber 13 eine Zeitgrenze T erreicht, übermittelt er ein Triggersignal an die Zustandsermittlungsschaltung 12 zurück. Das Ablaufen des Zeitgebers 13, also das Erreichen der Zeitgrenze T, hat die Bedeutung, dass der von der Zu- standsermittlungsschaltung 12 bestimmte Schaltzustand für längere Zeit derselbe ist, das Signal also für längere Zeit denselben Wert angenommen hat. In diesem Fall wird das ermit- telte Signal von der Zustandsermittlungsschaltung 12 ausgege- ben.

Zum einen wird von der Zustandsermittlungsschaltung 12 ein Signalgeber 14, z. B. eine Leuchtdiode 14 angesteuert. Leuch- tet die Leuchtdiode 14, so entspricht dies dem Schaltzustand, dass die Eingangsspannung UL auf den Ausgang 2b durchgeschal- tet ist. Ist die Leuchtdiode 14 ausgeschaltet, ist die Ein- gangsspannung UL vom Ausgang 2b getrennt. Blinkt die Leucht- diode 14, so ist ein Lichtbogen aufgetreten. Das Signal wird also von der Zustandsermittlungsschaltung in einer Form aus- gegeben, in der es von einem Menschen mit einem seiner Sin- nensorgane unmittelbar wahrnehmbar ist.

Ergänzend oder zusätzlich kann das Signal von der Zustandser- mittlungsschaltung 12 an eine Steuereinheit 15 weitergeleitet

werden. Die Steuereinheit 15 ist eine übergeordnete Steuer- einheit 15. Mit ihr ist insbesondere der Kontakt 2 steuerbar.

Gemäß dem oben stehend erläuterten Beispiel wird von der Zu- standsermittlungsschaltung 12 der Schaltzustand selbst als Signal ausgegeben. Es ist aber auch denkbar, dass von der übergeordneten Steuereinheit 15 ein Sollzustand für den Kon- takt 2 an die Zustandsermittlungsschaltung 12 übermittelt wird. In diesem Fall kann die Zustandsermittlungsschaltung 12 beispielsweise den von ihr bestimmten Schaltzustand des Kon- takts 2 mit dem Sollschaltzustand vergleichen und daraus als Signal ein Fehlersignal ermitteln. Auch hier kann das Signal wieder an den Signalgeber 14 und die übergeordnete Steuerein- heit 15 übermittelt werden. Blinken der Leuchtdiode 14 kann beispielsweise einen Fehlerfall bedeuten, Nichtansteuern der Leuchtdiode 14 ordnungsgemäßes Funktionieren, also ein Über- einstimmen von Sollschaltzustand und bestimmten Schaltzu- stand.

Mittels der erfindungsgemäßen Auswerteschaltung ist auf ein- fache, kostengünstige und sichere Weise der Schaltzustand des Kontakts direkt bestimmbar. Die in der Auswerteschaltung auf- tretende Verlustleistung ist dabei vernachlässigbar.