开关组件和用于测量开关组件中的触点桥的位置的方法与流程

1.本发明涉及开关组件和用于测量开关组件中的触点桥的位置的方法。


背景技术：

2.开关组件特别用于高电压和/或高电流范围。已知的实施例具有两个触点和触点桥，该触点桥可从桥接位置移动到分离位置，在桥接位置，触点桥以导电方式将触点彼此连接，在分离位置，触点彼此电分离，开关组件包括具有至少一个检测器元件的检测器，通过该检测器元件可以检测在分离位置和/或桥接位置存在触点桥。然而，通常没有检测到例如触点之一被焊接到触点桥的故障状态，或者该故障状态被错误地宣布为断开或闭合。这使得这种开关组件不可靠。在其他已知的开关组件中，通过在电路中施加电压并通过测量触点两端的电压降来确定触点状态从而确定切换状态。为此，如果电路中有一个以上开关元件，则有必要闭合将不被检查的开关元件。这是费力的。


技术实现要素：

3.本发明的目的是提供一种更可靠且难度更低的解决方案。
4.根据本发明，解决方案是这样实现的，检测器包括至少一个两点控制器，其具有用于检测器元件的第一切换点和第二切换点，其中至少一个切换点与桥接位置和分离位置之间的触点桥的位置相关。
5.在根据本发明的用于测量具有两个触点的开关组件中的触点桥的位置的方法的情况下，解决方案是这样实现的，当触点桥从桥接位置移动到分离位置时，从第一输出信号切换到第二输出信号发生在第一切换点处，并且当触点桥从分离位置移动到桥接位置时，从第二输出信号切换到第一输出信号发生在与第一切换点不同的第二切换点处，至少一个切换点被分配给桥接位置和分离位置之间的触点桥的位置。
6.根据本发明的解决方案保证，在远离分离位置或远离桥接位置的移动过程中，检测器将不会切换，直到可能发生故障(例如焊接到触点的触点桥的不完全分离)的区域已经被扫过。这允许可靠地检测故障状态。因此，开关组件和方法分别变得更加可靠。
7.根据本发明的解决方案可以通过以下进一步的发展和实施例而进一步改进，每个发展和实施例本身都是有利的，并且可以任意方式与其他进一步的发展和实施例相结合。
8.根据第一有利实施例，两个切换点可被分配给桥接位置和分离位置之间的触点桥的位置。可能发生故障的区域可能位于两个切换点之间。其中一个切换点可被分配给非常靠近桥接位置或分离位置的触点桥的位置。另一个切换点可以更远离分离位置或桥接位置。
9.根据有利实施例，另一个切换点可被分配给处于桥接位置或分离位置的触点桥的位置。这允许在桥接位置或分离位置可靠地检测触点桥。
10.根据另一有利实施例，分离位置或桥接位置可以位于定位在分配给第一切换点和第二切换点的位置之间的区域中。因此，可靠性可以进一步增加，因为只有当触点桥已经明
确地移动超过与桥接位置或分离位置相关的位置时，切换才会发生。这在例如触点桥可移动地支撑在另一个元件上的情况下可能是有利的。
11.根据有利实施例，其中一个切换点可被分配给近似位于超程一半的位置。这样，当达到切换点时，可以确保已经明确达到闭合条件。
12.在紧凑实施例中，两点控制器可以是检测器元件的一部分。它可以集成在检测器元件中，或者与检测器元件一起定义部件。
13.在替代实施例中，两点控制器可以是与检测器元件分离的元件。例如，它可以是独立部件。
14.两点控制器可以用硬件或软件实现。它可以是物理部件，也可以仅配置为软件模块。
15.两点控制器可以是可编程的。特别地，第一和第二切换点可以是可编程的或可调节的。切换点可以例如被定义为测量信号强度低于或超过某个值的点。
16.检测器元件的输出信号可以是离散的。例如，这允许容易地集成到数字系统中。特别地，输出信号可以包括两个电平。
17.根据有利实施例，触点桥可被弹簧安装在触点桥托架上。特别地，触点桥可以沿着切换方向被弹簧安装。这允许与弹簧力可靠接触。
18.为了容易和简单测量，开关组件可包括指示器元件，其位置可由检测器元件检测。因为检测器元件检测指示器元件的位置，所以检测器可以根据指示器元件的位置进行切换。这里的切换操作可能依赖于路径。
19.根据有利实施例，开关组件可以包括另一检测器元件。这可以使开关组件甚至更加可靠。
20.另一检测器元件可以没有两点控制器和/或滞后。
21.有利地，开关组件可以包括用于每个检测器元件的两个两点控制器。因此，开关组件可以变得更加可靠。
22.第一检测器元件可被分配给桥接位置，第二检测器元件可被分配给分离位置。有利地，第一检测器元件和第二检测器元件都可以具有两点控制器。
23.根据允许短测量路径的实施例，检测器元件可以相对于切换方向切向地移位。
24.两个不同切换点的存在可以称为滞后。两点控制器的滞后区域可以是矩形的，以便允许明确定义的切换操作。
25.对于两个检测器元件，每个具有两个输出信号，总共可以有四种输出信号组合。这些组合之一可以指示开关组件明确断开，即触点桥已经明确到达分离位置。组合之一可以指示开关组件明确闭合，即触点桥明确已经到达桥接位置。这些组合中的至少一个可以指示开关组件处于故障状态，即触点桥既没有明确处于分离位置，也没有明确处于桥接位置。这可以例如对应于触点之一被焊接的状态。组合之一可以指示检测器有缺陷，例如如果两个检测器元件的信号组合不对应于分离位置和桥接位置之间的任何可能位置。
26.可替代地或另外，可以评估至少一个检测器元件的输出信号与至少一个另外信号特别是切换信号的组合。例如，切换信号可以是用于直接或间接移动触点桥的切换线圈的激励信号。例如，如果激励信号设置成使得切换线圈且因此触点桥应该处于分离位置，而该分离位置没有被检测器清楚地检测到，则可以由此推断出缺陷。
27.根据有利实施例，至少一个检测器元件可以布置在切换室外部。这将保护检测器元件例如免受电弧和/或高电压的影响，否则会损坏检测器元件。在两个检测器元件的情况下，两个检测器元件都有利地布置在切换室外部，特别是与检测器的其他敏感部件一起。
28.指示器元件可以布置在切换室内，以便允许例如与移动部件直接耦合。
29.指示器元件可以包括永磁体。指示器元件可以由永磁材料构成。例如，指示器元件可以包括稀土，以便产生可易于检测的高磁场强度。
30.根据有利实施例，指示器元件可以是连接到开关组件的其他特别是可移动部件的独立元件。指示器元件可以运动传递方式直接或间接地连接到开关组件的在切换操作期间移动的部件，例如连接到触点桥托架。
31.指示器元件可以连接到其他部件，例如通过粘接、焊接或锡焊。与其他部件的形状配合或力配合连接也是可能的。
32.根据另一实施例，指示器元件可以是触点桥和/或触点桥托架的一部分。因此，紧凑的结构设计是可能的。例如，触点桥或触点桥托架的一部分可被磁化，从而产生可以用检测器元件测量的磁场。在其他测量方法的情况下，反射表面可以例如用作指示器元件，例如在光学测量或用超声波测量的情况下。
33.为了允许测量磁场，至少一个检测器元件可以包括霍尔传感器。
34.为了容易安装，至少一个检测器元件可以布置在印刷电路板上。可以在印刷电路板上设置其他元件，比如两点控制器、控制单元或评估单元。
35.在节省空间的实施例中，至少一个检测器元件可以布置在鼓风磁体组件中的狭槽中。鼓风磁体组件可用于在打开过程中熄灭电弧。
36.鼓风磁体组件可以在一侧包括单个宽磁体，在另一侧包括两个子磁体。至少一个检测器元件可以布置在两个子磁体之间，以便节省空间。
37.有利地，至少一个检测器元件可以非接触方式进行测量。
38.根据有利实施例，当指示器元件位于检测器元件之前时，指示器元件产生的磁场可以在检测器元件处与由鼓风磁体组件产生的磁场反平行地运行。
39.当触点桥位于一个位置时，例如当指示器元件位于检测器元件之前时，指示器元件的磁场可能占主导。当触点桥位于另一个位置时，例如当指示器元件没有位于检测器元件之前时，鼓风磁体组件的磁场可能占主导。
40.为了获得良好的信噪比，测量中使用的信号强度的差异可以大于从检测器元件的第一切换点到第二切换点所需的信号强度。该比例可以特别大于2:1，尤其大于5:1或大于10:1。
41.特别地，对应于第一切换点和第二切换点的区域可以居中地位于出现的最小和最大信号强度之间的区域中。这意味着来自外部的干扰对测量几乎没有影响。为了保持低干扰影响，对应于第一切换点和第二切换点的区域可以与出现的最小和最大信号强度具有一定的最小距离。最小距离可以对应于第一切换点和第二切换点之间的宽度的约至少200％，优选至少300％，尤其至少500％。最小距离可以对应于预期干扰信号的信号强度的约至少200％，优选至少300％，尤其至少500％。
42.切换过程可以发生在磁场的零点附近。第一切换点可被分配给第一方向上的磁场，第二切换点可被分配给与第一方向相反的第二方向上的磁场。这里切换点的绝对值可
以相等。例如，第一切换点可以在 0.2mt，第二切换点可以在-0.2mt。在结构上实现这样的实施例可以特别容易，因为可以简单地使用不需要被编程为特殊切换值的可用检测器元件。
43.在下文中，将参考附图基于有利实施例更详细地示例性解释本发明。在本文中示出的各个有利的进一步发展和实施例彼此独立，并且可以任意方式彼此组合，这取决于在相应的使用情况下这是多么必要。
附图说明
44.这些图示出了：
45.图1是从侧面穿过开关组件的示意性剖视图；
46.图2是从上方穿过开关组件的示意性剖视图；
47.图3是检测器的示意图；
48.图4是具有指示器元件的触点桥托架的示意性透视图；
49.图5是开关组件的示意性透视图；
50.图6是开关组件的示意性剖视透视图；
51.图7是开关组件中两条磁场曲线的示意图；
52.图8是检测器元件的切换行为的示意图；
53.图9是开关组件的两个检测器元件的可能切换行为的示意图；
54.图10是检测器元件的切换行为以及触点桥和触点桥托架的运动特性的示意图。
具体实施方式
55.图1至6示出了开关组件100的第一实施例。开关组件100包括外壳16。两个端子元件18可从外部接近，用于连接待切换的电路。两个端子元件18之间设置有用于电绝缘的隔板17。此外，检测器50的连接器12从外壳16突出。
56.设置在内部的触点10各自以导电方式连接到相应的端子元件18。为了将两个触点10彼此连接，提供了可移动触点桥20。触点桥20由导电材料构成，并且适于在两个接触点21处连接到触点10，以便闭合电路。
57.触点桥20可移动地安装在触点桥托架25上并部分支撑在其中。触点桥20上的突起24可在触点桥托架25的运动连杆26中沿着切换方向s移动。触点桥托架25在一端形成止动件27于其上，该止动件限制突起24的运动，从而限制触点桥20沿着切换方向s的运动。
58.触点桥20通过沿切换方向s作用的弹簧23相对于触点桥托架25预加载。在图1所示的分离位置t，触点桥20朝向接触元件10预加载。触点桥托架25固定地机械连接到驱动杆28，其可以例如由未详细示出的线圈驱动。在沿着切换方向s的移动过程中，触点桥20到达桥接位置b，在该位置，触点桥20导电连接触点10。在建立接触之后，弹簧23被压缩，并在可动接触点21和固定触点10之间产生接触力，从而确保可靠接触。在该过程中，触点桥20相对于触点桥托架25移动。
59.为了确定触点桥20的位置，开关组件100包括检测器50。检测器50具有两个检测器元件60，它们检测由指示器元件65发射的磁场96。检测器50包括第一检测器元件60、61和第二检测器元件60、62，并且布置在切换室15外部，使得它将被保护免受高电压和电弧的影
响。配置为永磁体66的指示器元件65布置在切换室15内，并且对当触点10与触点桥20分离时可能出现的高电压和电弧不敏感。
60.指示器元件65固定地连接到触点桥托架25。它例如通过粘接、焊接或形状配合附接到触点桥托架25的侧面。指示器元件65可以例如包括稀土，以便产生高磁场强度。
61.第一检测器元件60、61沿着切换方向s相对于第二检测器元件60、62移位。第一检测器元件60、61可被分配给分离位置t。第二检测器元件60、62可被分配给桥接位置b。
62.此外，第一检测器元件60、61和第二检测器元件60、62沿着切向方向u移位，从而允许沿着切换方向s的小位移。
63.检测器元件60、61、62布置在印刷电路板47上，在印刷电路板47上还设置有其他部件48。检测器元件60配置为检测磁场的霍尔传感器68。
64.检测器50还包括分配给检测器元件60的两点控制器70。例如，第一两点控制器70、71可以集成在检测器元件60、61中。在另一实施例中，两点控制器70、72可以布置在检测器元件60外部，但可以可操作地连接至其。
65.两点控制器70配置成具有第一切换点111、121和不同于第一切换点111、121的第二切换点112、122。两个切换点111、112、121、122中的一个被分配给桥接位置b和分离位置t之间的触点桥20的位置。该位置尤其在可能发生故障的故障区域外部。例如，由于过高的电流，触点10可能焊接到接触点21。在试图使触点桥20从桥接位置b移动到分离位置t时，该焊接可能具有触点桥20仅稍微远离桥接位置b移动的效果，例如仅几百微米。尽管触点桥20然后已经离开桥接位置b，但电路还没有可靠地分离。由于切换点111、112、121、122之一位于有故障的触点桥20能够移动的区域之外的事实，保证当切换操作发生时触点桥20实际上已经完全脱离。例如，切换点111、112、121、122可被分配给触点桥20距离桥接位置b一毫米、两毫米或五毫米的位置。
66.切换行为的解释可以由图8示出。在那里，可以看到检测器元件60的两点控制器70具有第一切换点111和第二切换点112。横坐标上绘出了与切换操作相关的测量变量，例如测量磁场。检测器元件60的输出信号80显示在纵坐标上。输出信号80可以呈现具有第一信号电平的第一输出信号81或具有第二信号电平的第二输出信号82。特别地，它可以是数字输出信号。
67.两点控制器70表现出滞后。如果测量变量变化，输出信号80将依赖于路径。如果测量变量的信号强度增加，从第一输出信号81切换到第二输出信号82将在第二切换点112处发生。如果测量变量的信号强度再次降低，切换回第一输出信号81将仅在第一切换点111处发生。由此可见，第一切换点111和第二切换点112沿着测量变量间隔开。
68.有利地，切换过程发生在磁场的零点附近。第一切换点111被分配给第一方向上的磁场，第二切换点112被分配给与第一方向相反的第二方向上的磁场。这里，属于切换点111、112的磁场的绝对值相等。例如，第一切换点111可以在 0.2mt，第二切换点112可以在-0.2mt。在结构上实现这样的实施例可以特别容易，因为仅使用不需要被编程为特殊切换值的可用检测器元件。
69.图9示出了切换点111、112、121、122的位置以及相关位置211、212、221、222的各种实施例。在所示的实施例中，在分离位置t，第二切换点122和相关位置222布置成靠近分离位置t。分离位置t和切换点122及其相关位置222也可以重合，从而允许可靠地检测分离位
置t。
70.第一切换点121及其相关位置221位于分离位置p和桥接位置b之间。此外，第一切换点121及其相关位置221位于第二切换点122及其相关位置222与另一检测器元件60的两个切换点111、112及其相关位置211、212之间，所述另一检测器元件60被分配给桥接位置b。
71.故障区域的边界230位于两个切换点121、122之间以及它们的相关位置221、222之间。这确保当故障区域230已经被扫描时，检测器将仅将检测器元件60切换到相应的另一输出信号81、82。
72.在检测器元件60被分配给桥接位置b的情况下，切换点111、112、121、122以稍微不同的方式布置。即使第一切换点111及其相关位置211再次布置在故障区域之外，使得故障区域的边界230位于两个切换点111、112之间以及它们的相关位置211、212之间，第二切换点112及其相关位置212布置在桥接位置b之后。桥接位置b因此位于第一切换点111和第二切换点112之间以及与这些切换点相关的相应位置211、212之间。由此可见，这里切换到另一输出信号81将仅在触点桥20已经到达桥接位置b之后发生。这是可能的，因为触点桥20被弹簧安装在触点桥托架25中，并且指示器元件65布置在触点桥托架25上。
73.图10示出了对应于刚刚描述的行为的各个部件的运动行为。驱动元件例如驱动杆28的运动绘制在右边。移动部件的相应位置绘制为朝向顶部。触点桥20的运动曲线171基本是线性的，并且与到达桥接位置b的点成比例。从那里起，触点桥20的位置不再改变，因为它被与触点10接触的接触点21阻挡。相比之下，触点桥托架25的运动曲线172示出在到达桥接位置b之后触点桥托架25继续线性和成比例地移动，直到它也最终到达结束位置。
74.为了确保已经明确到达桥接位置b，切换点112之一及其相关位置212可以位于桥接位置b之后。切换点112及其相关位置212因此位于触点桥的接触区域160和触点桥托架25的超程区域161中。例如，切换点112可以近似居中位于超程区域161中，即在接触建立和弹簧23完全压缩之间的弹簧行程的约一半处。
75.桥接位置b因此位于第一切换点111和第二切换点112之间以及它们的相关位置211、212之间。此外，故障区域的边界230再次位于两个切换点111、112之间以及它们的相关位置211、212之间。边界230在这里分别位于桥接位置b和第一切换点111及其相关位置211之间。
76.从两个检测器元件60的输出信号80的组合，可以推断开关组件100处于哪种状态。例如，如果从分配给分离位置t的检测器元件60的输出信号80可以推断出触点桥20已经离开分离位置t，而从分配给桥接位置b的检测器元件60的输出信号80可以推断出触点桥20还没有到达桥接位置b，则可能存在缺陷。
77.输出信号80与控制信号的组合也可以用于分析目的。例如，如果控制信号使得触点桥20应当远离桥接位置b移动，但在分配给桥接位置b的检测器元件60处不存在相应的输出信号80，则可以断定存在故障，比如焊接。
78.图6示出了可以在示例性实施例中使用的磁测量原理。开关组件100包括鼓风磁体组件40，其包括位于切换室15一侧的第一宽磁体41和位于另一侧的两个子磁体42。鼓风磁体组件40在切换室中产生磁场94，其偏转并因此消除当触点桥20与触点10分离时出现的电弧。磁场传导元件45闭合磁路。
79.指示器元件65产生附加磁场96。根据指示器元件65的位置，检测器元件60将看到
向内指向的总磁场或向外指向的总磁场。这里，总磁场由两个磁场94、96的叠加建立。
80.检测器50布置在两个子磁体42之间的狭槽44中。
81.在图7中，示出了检测器50区域中的磁场。第一曲线151在这里对应于指示器元件65布置在检测器元件60之前的情况，检测器元件60被分配给分离位置t。第二曲线152对应于指示器元件65布置在检测器元件60之前的情况，检测器元件60被分配给桥接位置b。曲线151、152示出了由沿着切换方向s引导的探针测量的相应磁场。磁场从相应的正方向变化到相应的负方向，过渡在桥接位置b或分离位置t附近。如果检测到的磁场比切换检测器元件60所需的大得多，则检测不会受到任何可能发生的干扰的影响。用这种方法可以获得良好的信噪比。
82.附图标记列表
83.10触点
84.12连接器
85.15切换室
86.16外壳
87.17隔板
88.18端子元件
89.20触点桥
90.21接触点
91.23弹簧
92.24突起
93.25触点桥托架
94.26运动连杆
95.27止动件
96.28驱动杆
97.40鼓风磁体组件
98.41第一鼓风磁体
99.42子磁体
100.44狭槽
101.45磁场传导元件
102.47印刷电路板
103.48部件
104.50检测器
105.60检测器元件
106.61第一检测器元件
107.62第二检测器元件
108.65指示器元件
109.66永磁体
110.68霍尔传感器
111.70两点控制器
112.71第一两点控制器
113.72第二两点控制器
114.80输出信号
115.81第一输出信号
116.82第二输出信号
117.94鼓风磁体组件的磁场
118.96指示器元件的磁场
119.100开关组件
120.111第一两点控制器的第一切换点
121.112第一两点控制器的第二切换点
122.121第二两点控制器的第一切换点
123.122第二两点控制器的第二切换点
124.151第一曲线
125.152第二曲线
126.160接触区域
127.161超程区域
128.171触点桥的运动曲线
129.172触点桥托架的运动曲线
130.211与第一两点控制器的第一切换点相关的位置
131.212与第一两点控制器的第二切换点相关的位置
132.221与第二两点控制器的第一切换点相关的位置
133.222与第二两点控制器的第二切换点相关的位置
134.230故障区域的边界
135.b桥接位置
136.s切换方向
137.t分离位置
138.u切向方向