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Die Erfindung betrifft eine Kontaktanordnung mit einer Messvorrichtung und ein Verfahren zum Messen eines Kontaktierungszustands, insbesondere eine Kontaktanordnung für den Hochspannungs- und/oder Hochstrombereich.
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Derartige Kontaktanordnungen haben zwei Kontakte, die in einer geschlossenen Stellung elektrisch leitend miteinander verbunden sind und in einer Trennstellung elektrisch voneinander getrennt sind. Die Kontaktanordnungen können einen Detektor aufweisen, der erlaubt festzustellen, ob die Kontakte getrennt oder geschlossen sind. Hierbei wird der Kontaktierungszustand nur indirekt über die Position eines Betätigungselements gemessen. Damit kann aber ein Fehlerzustand, bei dem z.B. einer der Kontakte mit der Kontaktbrücke verschweißt ist, nicht erkannt oder fälschlicherweise als offen oder geschlossen deklariert werden. Folglich sind solche Kontaktanordnungen unsicher. Detektoren, die Änderungen im elektrischen und/oder magnetischen Feld registrieren, sind zumeist auch abhängig von der Höhe und Art der geschalteten Spannung und können daher nicht beliebig für unterschiedliche Kontaktanordnungen eingesetzt werden.
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Aus der
DE 10 2014 121 132 A1 ist eine Schaltanordnung bekannt, bei der die Stellung einer Schaltvorrichtung durch einen Detektor berührungslos detektiert wird. Aus der
US 9 537 277 B2 ist bekannt, während eines Crimpvorgangs ein Ultraschallsignal in den Amboss oder den Stempel einzuleiten und das Signal nach Durchgang durch das zu crimpende Werkstück und durch den Amboss oder den Stempel zu detektieren.
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Aufgabe der Erfindung ist es, eine Lösung bereitzustellen, die den Kontaktierungszustand zweier Kontakte sicherer und vielseitig einsetzbar erfassen kann.
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Erfindungsgemäß wird dies durch eine Kontaktanordnung mit einer Messvorrichtung zum Erfassen eines Kontaktierungszustands der Kontaktanordnung und mit wenigstens zwei elektrischen Kontakten, die in einem ersten, offenen, Kontaktierungszustand elektrisch voneinander getrennt sind und in einem zweiten, geschlossenen, Kontaktierungszustand elektrisch miteinander verbunden sind, gelöst. Die Messvorrichtung weist einen akustischen Signalgeber auf, der ausgestaltet ist, ein akustisches Signal, insbesondere eine Schallwelle, in einen ersten der wenigstens zwei Kontakte einzukoppeln, und einen Signalempfänger, der mit einem zweiten der wenigstens zwei Kontakte schallleitend verbunden ist.
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Bei einem erfindungsgemäßen Verfahren zum Messen eines Kontaktierungszustands einer Kontaktanordnung mit wenigstens zwei Kontakten wird dies dadurch gelöst, dass ein akustisches Signal in einem ersten Kontakt der wenigstens zwei Kontakte eingekoppelt wird und das akustische Signal an einem zweiten Kontakt der wenigstens zwei Kontakte empfangen wird.
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Die Erfindung betrifft weiterhin ein computerimplementiertes Verfahren, das erfindungsgemäß die folgenden Schritte umfasst:
- - Bereitstellen eines Messsignals, das repräsentativ ist für ein von einem Kontakt einer Kontaktanordnung zu einem anderen Kontakt der Kontaktanordnung gesendetes akustisches Signal, wobei das Messsignal wenigstens eine Messgröße enthält, die repräsentativ für wenigstens einen der folgenden Parameter des akustischen Signals ist:
- - Laufzeit;
- - Schalldruck;
- - Schallenergie; und
- - Schallintensität;
- - Bestimmen eines Kontaktierungszustands der Kontaktanordnung anhand der wenigstens einen Messgröße.
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Durch die erfindungsgemäße Lösung ist sichergestellt, dass der Kontaktierungszustand direkt über die Kontakte gemessen wird. Das akustische Signal wird mittels Körperschall über die Kontakte der Kontaktanordnung vom Signalgeber zum Signalempfänger geleitet. Dadurch, dass der Signalgeber das akustische Signal in einen Kontakt einkoppelt und der Signalempfänger das Signal an einem anderen Kontakt empfängt, findet eine auf Transmission basierende Messung statt. Im Gegensatz zu einer indirekten, auf Reflexion basierenden Messung, bei der Signalgeber und Signalempfänger am selben Kontakt angeordnet sind und die Reflexion des akustischen Signals an einem Betätigungselement registriert wird, ist eine höhere Sicherheit gewährleistet. Bei der reflektiven Messung der Position des Betätigungselements zum Bewegen eines Kontaktes relativ zum anderen Kontakt kann beispielsweise ein Verschweißen der Kontakte nicht erfasst werden, da das Betätigungselement von dem Verschweißen unberührt bleibt. Da das akustische Signal im Gegensatz zu einem magnetischen oder elektrischen Signal von der Art und Höhe der Spannung unabhängig ist, können Fehler, die beispielsweise durch Lichtbrücken, Kurzschlüsse und/oder Verschweißen entstehen, zuverlässig erkannt werden. Weiterhin können die Messvorrichtung und das Verfahren ohne große Umstände für verschiedene Kontaktvorrichtungen angewendet werden.
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Die erfindungsgemäße Lösung kann mit den folgenden, jeweils für sich vorteilhaften und beliebig miteinander kombinierbaren Weiterentwicklungen und Ausgestaltungen weiter verbessert werden.
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In einer ersten vorteilhaften Ausgestaltung können Signalgeber und/oder Signalempfänger unmittelbar bzw. direkt mit den jeweiligen Kontakten verbunden sein. Dadurch kann das akustische Signal direkt in den Kontakt eingekoppelt werden bzw. vom Kontakt empfangen werden, ohne großartige Beeinflussung der Parameter des akustischen Signals, wodurch die Auswertung bzw. Bereitstellung des Messsignals weiter vereinfacht werden kann.
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Vorzugsweise jedoch können Signalgeber und/oder Signalempfänger mittelbar über wenigstens einen elektrischen Isolator, insbesondere einen galvanischen Isolator, wie z.B. eine Keramikplatte, mit dem jeweiligen Kontakt verbunden sein. Folglich kann ein Kurzschluss durch einen Kontakt zwischen den elektrischen Komponenten des Signalgebers bzw. Signalempfängers und des jeweiligen elektrischen Kontakts verhindert werden.
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Der elektrische Isolator kann aus einem Material gefertigt sein, der eine ähnliche, insbesondere gleiche, Schallleitung aufweist, wie das Material des jeweiligen Kontaktes. Die Schallleitung ist abhängig von Dichte, Querkontraktionszahl, Elastizitätsmodul und Schubmodul des Materials. Durch die Auswahl eines geeigneten Materials des elektrischen Isolators werden Fluktuationen in den Parametern der Schallwelle, insbesondere des Körperschalls, bei den Übergängen zwischen Isolator und Kontakt vermieden.
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Der Signalgeber und/oder Signalempfänger kann insbesondere dazu ausgestaltet sein, ein akustisches Signal im Ultraschallbereich, insbesondere ab 16 kHz, einzukoppeln bzw. zu empfangen. Da eine Ultraschallwelle oberhalb des für den Menschen hörbaren Bereichs liegt, kann somit eine unerwünschte Lärmbelastung durch die Messvorrichtung verhindert werden.
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Der Signalgeber und/oder Signalempfänger kann insbesondere ein piezoelektrisches Element sein, das eine hohe Präzision und Zuverlässigkeit über große Messbereiche bieten kann. Weiterhin sind diese piezoelektrischen Elemente langzeitstabil und kompakt.
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In einer vorteilhaften Ausgestaltung kann die Vorrichtung, insbesondere die Messvorrichtung, dazu ausgestaltet sein, ein für wenigstens einen der folgenden Parameter: Laufzeit; Schalldruck; Schallenergie; und Schallintensität repräsentatives Messsignal auszugeben.
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Ein für die Schallintensität repräsentatives Messsignal kann insbesondere vorteilhaft sein, um eine möglichst genaue Messung des Kontaktierungszustandes zu erhalten mit geringer Fehleranfälligkeit. So führt, insbesondere bei einer Ultraschallwelle, das Vorhandensein eines Luftweges oder einer Schmutzschicht zu einer Dämpfung der Schallintensität. Folglich kann ein Abstand zwischen den Kontakten oder auch eine kontaktierungshemmende Schicht, die zwischen gegeneinander anschlagenden Kontakten vorhanden ist, erkannt werden.
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Falls das Messsignal repräsentativ sein soll für die Laufzeit der Schallwelle vom Signalgeber zum Signalempfänger, kann insbesondere der Nulldurchgang, d.h. der Phasenwechsel, der Schallwelle als Referenzpunkt für die Laufzeit betrachtet werden. Der Nulldurchgang der Schallwelle wird im Vergleich zu den restlichen Schallgrößen der Schallwelle nicht oder zumindest weniger stark von Störungen, beispielsweise der Schallreflexion, -transmission, -absorption und -dissipation, beeinflusst. Daher kann bei einer Betrachtung der Dauer, die die Schallwelle benötigt, um über die wenigstens zwei Kontakte vom Signalgeber zum Signalempfänger zu gelangen, ein sehr genaues Messsignal ausgegeben werden. Diese Genauigkeit erlaubt nicht nur einen Rückschluss auf den Kontaktierungszustand der Kontaktanordnung, sondern auch auf den Abstand zwischen zwei Kontakten, die dazu ausgestaltet sind, gegeneinander anzuschlagen.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung kann die Messvorrichtung dazu ausgestaltet sein ein für die Laufzeit der Schallwelle repräsentatives Messsignal und ein für die Schallintensität repräsentatives Messsignal auszugeben. Über das für die Schallintensität repräsentative Messsignal kann mit wenig Aufwand ein für den Kontaktierungszustand repräsentativer Ausgabewert ausgegeben werden, mit dem beispielsweise auch eine Schaltung realisiert werden kann. Soll eine genauere Analyse des Abstands erfolgen, kann ein Ausgabewert über das für die Laufzeit der Schallwelle repräsentative Messsignal ausgegeben werden.
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Die Messung kann vorzugsweise kontinuierlich erfolgen, sodass Fehler jederzeit registriert werden können. Dadurch kann insbesondere eine beginnende Levitation, d.h. die kurzzeitige Trennung der Kontakte aufgrund eines Kurzschlusses, bei der ein Lichtbogen mit hoher Spannung entstehen kann, erkannt werden. Dies signalisiert, dass die Kontaktanordnung ausgetauscht werden sollte, um einen sicheren Betrieb zu gewährleisten.
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Alternativ zur kontinuierlichen Messung kann die Messung auch in Zeitintervallen, insbesondere in gleichmäßigen Zeitintervallen, erfolgen. So kann der Signalgeber beispielsweise in Abhängigkeit von einem Schaltsignal das akustische Signal in den ersten der wenigstens zwei Kontakte einkoppeln. Durch die Vermeidung eines Dauerbetriebes kann der Verschleiß der Messvorrichtung verringert werden. Bei einem computerimplementierten Verfahren kann hierfür beispielsweise eine Befehlseinheit vorgesehen sein, über die das Schaltsignal gesteuert werden kann.
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Die Kontaktanordnung kann zwei relativ zueinander bewegliche Kontakte aufweisen. So kann die Kontaktanordnung beispielsweise eine Schaltanordnung sein, wie in einem Relais. Die Kontakte können Kontaktierungsenden aufweisen, mit denen sie im geschlossenen Kontaktierungszustand aneinander anschlagen. Hierbei kann beispielsweise ein Kontakt stationär in der Kontaktanordnung gehalten sein und der andere Kontakt beweglich. Die Bewegung des beweglichen Kontaktes kann beispielsweise durch ein Betätigungsglied erfolgen.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung können auch mehr als zwei Kontakte in der Kontaktanordnung vorgesehen sein. Die Kontaktanordnung kann beispielsweise drei Kontakte aufweisen, wobei ein Kontakt als Brückenkontakt ausgestaltet sein kann, der relativ zu den zwei anderen Kontakten, oder zumindest einem davon, beweglich ist und über den die zwei anderen Kontakte im geschlossenen Kontaktierungszustand elektrisch miteinander verbunden sind. Folglich wird der Körperschall über den Brückenkontakt von einem Kontakt zum anderen Kontakt geleitet.
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Sollten mehr als zwei Kontakte in der Kontaktanordnung vorgesehen sein, so ist es vorteilhaft, wenn der Signalgeber mit einem in einer Schaltreihe der Kontaktanordnung an erster Stelle angeordneten Kontakt schallleitend verbunden ist und der Signalempfänger an einem an letzter Stelle der Schaltreihe angeordneten Kontakt. Folglich kann das akustische Signal direkt über sämtliche in der Schaltreihe vorhandenen Kontakte vom Signalgeber zum Signalempfänger geleitet werden.
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Der an erster Stelle angeordnete Kontakt und der an letzter Stelle angeordnete Kontakt können beide stationär in der Kontaktanordnung gehalten sein. Die zwischengeschalteten Kontakte können relativ zu den zwei stationären Kontakten beweglich sein und als Überbrückungskontakte dienen.
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Vorzugsweise können sämtliche Kontakte der Schaltreihe aus demselben Material geformt sein, oder zumindest etwa dieselbe Schallleitung aufweisen, womit die Auswertung des Messsignals vereinfacht werden kann, da die Eigenschaften der Verbreitung des Körperschalls über die gesamte Schaltreihe hinweg im Wesentlichen konstant bleiben.
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Ein elektrisch isolierendes Dämpfungselement kann zwischen den wenigstens zwei Kontakten angeordnet sein, sodass ein Körperschall auch im getrennten Zustand über das Dämpfungselement von dem ersten der wenigstens zwei Kontakte zum zweiten der wenigstens zwei Kontakte geleitet werden kann. Somit kann auch im komplett getrennten Zustand ein akustisches Signal vom Signalempfänger aufgenommen werden, wodurch ein für einen Parameter, beispielsweise die Schallintensität, repräsentatives Messsignal ermittelt werden kann, das einem Referenzsignal für den offenen Kontaktierungszustand entsprechen kann. Mit diesem Referenzsignal kann sichergestellt werden, dass die Messvorrichtung ordnungsgemäß funktioniert.
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Das Dämpfungselement kann vorzugsweise eine geringere Schallleitfähigkeit aufweisen als die wenigstens zwei Kontakte, sodass zumindest im geschlossenen Kontaktierungszustand der über die Kontakte geleitete Körperschall den über das Dämpfungselement geleiteten Körperschall überdeckt. Der über das Dämpfungselement geleitete Körperschall kann beispielsweise auch zur Kalibrierung der Messvorrichtung dienen.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung kann das Dämpfungselement als ein Träger realisiert sein, in dem die wenigstens zwei Kontakte starr fixiert sind. Das Dämpfungselement kann beispielsweise eine Gehäusewandung sein.
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Die wenigstens zwei Kontakte können jeweils ein Kontaktierungsende aufweisen, das dazu ausgestaltet ist, zumindest in der geschlossenen Position an einem weiteren Kontakt anzuschlagen und somit eine elektrische Verbindung herzustellen. Damit das akustische Signal gerichtet über den gesamten Kontakt geleitet wird, ist es vorteilhaft, wenn der Signalgeber und/oder Signalempfänger an einem vom Kontaktierungsende abgewandten Ende des Kontakts mit dem jeweiligen Kontakt verbunden ist.
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Das Messsignal kann beispielsweise in dem computerimplementierten Verfahren ausgewertet werden. Hierfür kann eine Auswerteeinheit vorgesehen sein, die über das Messsignal einen für den Kontaktierungszustand und/oder den Abstand der sich zu kontaktierenden, insbesondere unmittelbar zu kontaktierenden, Kontakte repräsentativen Ausgabewert ermittelt. Vorzugsweise kann eine Ausgabeeinheit vorgesehen sein, die den von der Auswerteeinheit ermittelten Ausgabewert ausgibt.
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Vorzugsweise kann ein System zur Datenverarbeitung vorgesehen sein, das einen Prozessor, insbesondere einen Signalprozessor, umfasst, der konfiguriert ist, das computerimplementierte Verfahren auszuführen.
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Auf einem computerlesbaren Speichermedium können Befehle gespeichert sein, die bei der Ausführung durch einen Computer diesen veranlassen, das computerimplementierte Verfahren auszuführen.
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Das computerimplementierte Verfahren kann insbesondere kontinuierlich im Betrieb ausgeführt werden, dabei kann die Auswerteeinheit mit dem Signalgeber und/oder Signalempfänger verbunden sein. Alternativ dazu kann auch eine Speichereinheit vorgesehen sein, auf dem das Messsignal oder gar dessen Verlauf abgespeichert sein kann. Diese Speichereinheit kann bei Bedarf ausgelesen werden, beispielsweise mittels einer mit der Auswerteeinheit gekoppelten Ausleseeinheit.
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Eine Messvorrichtung nach einer der vorangehenden Ausgestaltungen kann als Nachrüstsatz ausgestaltet sein, wobei die Messvorrichtung dazu konfiguriert ist, in einer Kontaktanordnung umfassend wenigstens zwei Kontakte integriert zu werden.
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Im Folgenden wird die Erfindung anhand vorteilhafter Ausgestaltungen mit Bezug auf die Zeichnungen beispielhaft näher erläutert. Die dabei dargestellten vorteilhaften Weiterentwicklungen und Ausgestaltungen sind jeweils voneinander unabhängig und können beliebig miteinander kombiniert werden, je nachdem, wie dies im Anwendungsfall notwendig ist.
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Es zeigen:
- 1 eine schematische Frontalansicht einer beispielhaften Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen Kontaktanordnung in einem ersten, offenen Kontaktierungszustand;
- 2 eine schematische Frontalansicht der beispielhaften Ausgestaltung aus 1 in einem zweiten, geschlossenen Kontaktierungszustand;
- 3 eine schematische Skizzierung eines Blockdiagrams einer beispielhaften Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen Kontaktanordnung;
- 4 eine schematische Skizzierung des Verlaufs der Schallintensität mit zunehmendem Abstand der sich zu kontaktierenden Kontakte; und
- 5 eine schematische Skizzierung des Verlaufs der Laufzeit mit zunehmendem Abstand der sich zu kontaktierenden Kontakte.
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In den 1 und 2 ist eine erste beispielhafte Ausführungsform einer Kontaktanordnung 1 gezeigt.
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Die Kontaktanordnung 1 umfasst eine Messvorrichtung 2 zum Erfassen eines Kontaktierungszustands der Kontaktanordnung 1 und wenigstens zwei elektrische Kontakte 4, die in einem ersten, offenen Kontaktierungszustand T elektrisch voneinander getrennt sind (siehe 1) und in einem zweiten, geschlossenen Kontaktierungszustand K elektrisch miteinander verbunden sind (siehe 2). Die Messvorrichtung 2 weist einen akustischen Signalgeber 6 auf, der dazu ausgestaltet ist, ein akustisches Signal, insbesondere eine Schallwelle, in einen ersten Kontakt 8 der wenigstens zwei Kontakte 4 einzukoppeln, und einen Signalempfänger 10, der mit einem zweiten Kontakt 12 der wenigstens zwei Kontakte 4 schallleitend verbunden ist.
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Durch die Koppelung des Signalgebers 6 und des Signalempfängers 10 an unterschiedlichen Kontakten der Kontaktanordnung kann die Schallwelle unmittelbar über die Kontakte hinweg übertragen werden. Das akustische Signal wird über den Körperschall über die Kontakte der Kontaktanordnung vom Signalgeber zum Signalempfänger geleitet. Da das akustische Signal im Gegensatz zu einem magnetischen oder elektrischen Signal von der Art und Höhe der Spannung unabhängig ist, können Fehler, die beispielsweise durch Lichtbrücken, Kurzschlüsse und/oder Verschweißen entstehen, zuverlässig erkannt werden. Weiterhin können die Messvorrichtung 2 und das Verfahren ohne große Umstände in verschiedenen Kontaktanordnungen angewendet werden.
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Der Signalgeber 6 und Signalempfänger 10 können dazu ausgestaltet sein, ein akustisches Signal im Ultraschallbereich ab etwa 16 kHz in den ersten Kontakt 8 einzukoppeln bzw. vom zweiten Kontakt 12 zu empfangen. Hierfür können Signalgeber 6 und Signalempfänger 10 vorzugsweise piezoelektrische Elemente 14 sein, mit denen eine kompakte und verschleißarme Messvorrichtung 2 bereitgestellt werden kann.
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Zwischen Signalgeber 6 und erstem Kontakt 8 sowie zwischen Signalempfänger 10 und zweitem Kontakt 12 kann ein elektrischer Isolator 16, insbesondere ein galvanisch Isolator, angeordnet sein, um eine sichere elektrische Trennung zwischen den Kontakten und dem Signalgeber bzw. Signalempfänger zu gewährleisten. Der elektrische Isolator 16 kann beispielsweise aus einem Keramikmaterial gefertigt sein, das zumindest eine ähnliche Schallleitung aufweist, wie das Material der elektrischen Kontakte 4. Folglich kann das akustische Signal ohne größere Fluktuationen in seinen Parametern vom Signalgeber 6 in den ersten Kontakt 8 über den elektrischen Isolator 16 eingekoppelt werden bzw. das akustische Signal vom Signalempfänger 10 über den elektrischen Isolator 16 vom zweiten Kontakt 12 aufgenommen werden.
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Wie in den 1 und 2 zu sehen ist, können erster Kontakt 8 und zweiter Kontakt 12 stationär in der Kontaktanordnung 1 gehalten sein. Der erste und zweite Kontakt 8, 12 können an einem gemeinsamen Träger 18, beispielsweise einer Gehäusewandung, gehalten sein. Der Träger 18 kann als Dämpfungselement 20 dienen, das eine geringere Schallleitung aufweist, als das Material der Kontakte 4. Dadurch kann im offenen Zustand T das akustische Signal über das Dämpfungselement 20 zwischen dem ersten und zweiten Kontakt 8, 12 übertragen werden, womit verifiziert werden kann, dass die Messvorrichtung 2 betriebsbereit ist.
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Zum Öffnen oder Schließen der elektrischen Kontakte 4, insbesondere des ersten und zweiten Kontakts 8, 12 kann ein als Überbrückungskontakt 22 dienender weiterer elektrischer Kontakt 4 vorgesehen sein. Der Überbrückungskontakt 22 kann beweglich relativ zu dem ersten und zweiten Kontakt 8, 12 gehalten sein, wobei der Überbrückungskontakt 22 eine zu dem jeweiligen ersten und zweiten Kontakt 8, 12 weisende Anschlagfläche 23 aufweist, die in dem offenen Kontaktierungszustand T von zumindest einem der ersten und zweiten Kontakte 8, 12 beabstandet ist und im geschlossenen Kontaktierungszustand K an ein jeweiliges Kontaktierungsende 24 des ersten und zweiten Kontakts 8, 12 anschlägt. Folglich wird nicht nur eine Übertragung des elektrischen Stroms über den Überbrückungskontakt 22 gewährleistet, sondern auch eine Übertragung des Körperschalls.
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Wenn der erste und zweite Kontakt 8, 12 miteinander verbunden sind, so ist ein durchgängiger Weg für die Ausbreitung des Körperschalls vom Signalgeber bis zum Signalempfänger gewährleistet. Daher kann die Schallwelle im geschlossenen Kontaktierungszustand K mit dem geringsten Widerstand vom Signalgeber 6 zum Signalempfänger 10 geleitet werden. Wird der geschlossene Kontaktierungszustand K jedoch aufgelöst, indem sich der Überbrückungskontakt 22 von wenigstens einem des ersten und zweiten Kontaktes 8, 12 entfernt, so entsteht eine Luftbrücke zwischen Kontaktierungsende 24 und Anschlagfläche 23, die dämpfend auf die Schallwelle, insbesondere im Ultraschallbereich, wirkt. Weiterhin wird der Weg, den die Schallwelle zurücklegen muss, um vom Signalgeber zum Signalempfänger zu gelangen, erhöht.
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Signalgeber 6 und/oder Signalempfänger 10 können vorzugsweise an einem vom Kontaktierungsende 24 abgewandten Ende 26 des jeweiligen Kontaktes 8, 12 angeordnet sein, damit sich das akustische Signal gerichtet über den gesamten Kontakt ausbreitet und Messfehler vermieden werden können.
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Natürlich kann die Kontaktanordnung 1 auch zwei relativ zueinander bewegliche Kontakte aufweisen, die im geschlossenen Kontaktierungszustand K unmittelbar gegeneinander anschlagen.
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Die Kontaktanordnung 1 kann Teil einer elektrischen Schaltvorrichtung 27 sein.
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Weiterhin kann ein Nachrüstsatz eine Messvorrichtung 2 aufweisen, die in einer Kontaktanordnung umfassend wenigstens zwei Kontakte integriert werden kann.
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Die Messvorrichtung 2 kann dazu ausgestaltet sein, ein für wenigstens einen der folgenden Parameter: Laufzeit; Schalldruck; Schallenergie; und Schallintensität repräsentatives Messsignal auszugeben.
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Gemäß dieser beispielhaften Ausgestaltung kann die Messvorrichtung 2 dazu ausgestaltet sein, ein für die Schallintensität repräsentatives Messsignal und ein für die Laufzeit des akustischen Signals repräsentatives Messsignal auszugeben.
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Da die Schallintensität durch Luft oder eine zwischen Anschlagfläche 23 und Kontaktierungsende 24 angeordnete kontaktierungshemmende Schmutzschicht abgedämpft werden kann, kann durch die Betrachtung des für die Schallintensität repräsentativen Messsignals wiedergegeben werden, ob eine elektrische Kontaktierung stattfindet oder nicht.
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Die Laufzeitmessung des akustischen Signals kann insbesondere auf die Nulldurchgänge, d.h. den Phasenwechsel, des akustischen Signals bezogen sein. Folglich wird als Startpunkt der Nulldurchgang des akustischen Signals am Signalgeber 6 und als Endpunkt der Nulldurchgang des akustischen Signals am Signalempfänger 10 betrachtet. Dies ist vorteilhaft, da der Phasenwechsel des akustischen Signals im Gegensatz zu den anderen Schallgrößen weniger stark von Störungen, beispielsweise Schallreflexion, beeinflusst wird. Da die Laufzeit des akustischen Signals proportional zum Laufweg des akustischen Signals ist, kann bei der Betrachtung des für die Laufzeit repräsentativen Messsignals der Abstand zwischen den Kontakten 4, die dazu ausgestaltet sind, unmittelbar gegeneinander anzuschlagen, ermittelt werden.
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Durch die Kombination der beiden Messsignale können Fehler vermieden oder zumindest erkannt werden. So kann beispielsweise eine beginnende Levitation bei hohen Kurzschlussströmen erkannt werden, wodurch Lichtbögen entstehen können, die ein Aneinanderschweißen zweier Kontakte mit sich führen können.
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Die Messung kann vorzugsweise kontinuierlich stattfinden, sodass Änderungen im Kontaktierungszustand jederzeit registriert werden können. Soll ein Dauerbetrieb der Messvorrichtung jedoch vermieden werden, so kann die Messung auch impulsartig erfolgen, beispielsweise in Abhängigkeit eines Schaltsignals.
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In 3 ist eine schematische Skizzierung eines Blockdiagrams einer beispielhaften Ausgestaltung einer Messvorrichtung gezeigt.
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Bei dem computerimplementierten Verfahren kann wenigstens eines der beiden Messsignale ausgelesen werden und anhand dessen Messgröße der Kontaktierungszustand der Kontaktanordnung bestimmt werden.
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Das Blockdiagram zeigt den Signalgeber 6, der das akustische Signal 28 in den ersten Kontakt einkoppelt, und den Signalempfänger 10, der das akustische Signal 28 mit einer Schallintensität I und nach einer Laufzeit t empfängt. Anhand des vom Signalempfänger 10 empfangenen akustischen Signals 28 kann ein Messsignal 30 ausgegeben werden, das repräsentativ ist für die Schallintensität I des akustischen Signals 28 und ein Messsignal 32, das repräsentativ ist für die Laufzeit t des akustischen Signals 28.
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Diese Messsignale 30, 32 können auf einer Speichereinheit 34 abgespeichert sein. Die Speichereinheit 34 kann in einem Computersystem C integriert sein oder zumindest von einem Computersystem C auslesbar sein. Hierfür kann das Computersystem C eine Ausleseeinheit 36 aufweisen, die auf die auf der Speichereinheit 34 abgespeicherten Messsignale 30, 32 zugreifen kann.
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Über eine Auswerteeinheit 38 können die ausgelesenen Messsignale 30, 32 ausgewertet werden und der korrespondierende Kontaktierungszustand ermittelt werden. Die Auswerteeinheit 38 kann mit einer Ausgabeeinheit 40 gekoppelt sein, die den Kontaktierungszustand und/oder den Abstand zwischen zwei Kontakten, die zumindest im geschlossenen Kontaktierungszustand gegeneinander anschlagen, anhand eines Ausgabewertes 42 ausgibt.
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Das Computersystem C kann insbesondere ein System zur Datenverarbeitung sein und einen Prozessor 44 aufweisen, der derart konfiguriert ist, dass er das computerimplementierte Verfahren ausübt.
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Befehle zum Ausführen des Verfahrens können beispielsweise auf einem computerlesbaren Speichermedium 46 abgespeichert sein, wobei die Befehle das Computersystem C dazu veranlassen, das Verfahren auszuführen.
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Das Computersystem kann in der Kontaktanordnung integriert sein oder auch davon entkoppelt sein. Falls das Computersystem C von der Kontaktanordnung entkoppelt ist, so kann ein Anschluss vorgesehen sein, über den auf die Messsignale zugegriffen werden kann.
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Das Computersystem kann ebenfalls eine Befehlseinheit (nicht gezeigt) aufweisen, die mit dem Signalgeber 6 gekoppelt sein kann und diesen dazu veranlassen kann, das akustische Signal in den ersten Kontakt 8 einzukoppeln.
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In 4 ist eine beispielhafte Skizzierung eines Diagramms gezeigt, das den Verlauf der Schallintensität in Abhängigkeit des Kontaktierungsabstandes wiedergibt.
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In dem Diagramm ist die Schallintensität I auf der Ordinate und der Abstand x der sich zu kontaktierenden Kontakte auf der Abszisse.
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Bei einem Kontaktabstand von 0, d.h. wenn die Kontakte aneinander anschlagen, erreicht die Schallintensität des akustischen Signals am Signalempfänger ihr Maximum. Werden nun die Kontakte voneinander entfernt, nimmt die Schallintensität aufgrund der Luftbrücke zwischen den Kontakten kontinuierlich ab, wobei bei Unterschreiten eines Schwellenwertes 50 der Kontaktierungszustand von geschlossen K in geöffnet T geändert wird. Der Schwellenwert 50 ist nur schematisch in dem Diagramm eingezeichnet und kann je nach Kontaktanordnung variieren. Der Schwellenwert kann beispielsweise mittels Kalibrierung in dem System eingespeichert sein und den Wert wiedergeben, an dem kein Stromfluss zwischen den sich zu kontaktierenden Kontakten erfolgt. Folglich kann für jeden Wert der Schallintensität I oberhalb des Schwellenwertes 50 ein für den geschlossenen Kontaktierungszustand K repräsentativer Ausgabewert ausgegeben werden.
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Insbesondere für eine Analyse des genauen Abstands zwischen den Kontakten eignet sich die Betrachtung der Schallintensität weniger, da diese zusätzlichen Schwankungen durch die Reflexion und Ähnliches ausgesetzt ist. Soll eine Aussage über den genauen Abstand zwischen den Kontakten getroffen werden, eignet sich eine Betrachtung der Laufzeit besser, da diese geringeren Schwankungen ausgesetzt ist im Vergleich zu den restlichen Schallgrößen und einfach mit der Schallintensität kombiniert werden kann.
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Ein Diagramm, das den Verlauf der Laufzeit t im Abhängigkeit des Kontaktierungsabstandes x wiedergibt, ist in 5 gezeigt.
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Auch hier kann ein Schwellenwert 50 angegeben sein, wobei jeder Wert unterhalb des Schwellenwertes 50 einen geschlossenen Kontaktierungszustand K und jeder Wert oberhalb des Schwellenwertes 50 einen offenen Kontaktierungszustand T nahelegt.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Kontaktanordnung
- 2
- Messvorrichtung
- 4
- elektrischer Kontakt
- 6
- Signalgeber
- 8
- erster elektrischer Kontakt
- 10
- Signalempfänger
- 12
- zweiter elektrischer Kontakt
- 14
- piezoelektrisches Element
- 16
- elektrischer Isolator
- 18
- Träger
- 20
- Dämpfungselement
- 22
- Überbrückungskontakt
- 23
- Anschlagfläche
- 24
- Kontaktierungsende
- 26
- abgewandtes Ende
- 27
- elektrische Schaltvorrichtung
- 28
- akustisches Signal
- 30
- Messsignal
- 32
- Messsignal
- 34
- Speichereinheit
- 36
- Ausleseeinheit
- 38
- Auswerteeinheit
- 40
- Ausgabeeinheit
- 42
- Ausgabewert
- 44
- Prozessor
- 46
- Speichermedium
- 50
- Schwellwert
- C
- Computersystem
- I
- Schallintensität
- K
- geschlossener Kontaktierungszustand
- T
- geöffneter Kontaktierungszustand
- t
- Laufzeit
- x
- Abstand