确定电磁开关装置触点烧损的方法和具有按此方法工作的装置的电磁开关装置

具体实施方式

按图1的电磁开关装置在图示的例子中含有接触器和磁轭2，两个励磁用的电磁线圈4设在磁轭上。与磁轭2对应配设的电枢6通过压力弹簧8弹性地支承在开关装置的仅象征性表示的外壳10上。磁轭2、电磁线圈4和电枢6构成开关装置的电磁驱动器。电枢6通过触簧12与运动触桥14传力地连接。为运动触桥14配设两个固定的触头支承16。电枢6构成电磁驱动器的致动器用于触桥14与触头支承16之间的相对运动。

触桥14和固定的触头支承16分别设有触头或触点18，它们在新的状态下有厚度D₀。由运动触桥14和固定触头支承16构成的开关触点处于打开位置。在这种断开的状态，触点18有间距s₀以及磁轭或电枢6的极面20和60有间距H。

当电磁线圈4接通时，电枢6克服压力弹簧8的作用朝磁轭2的方向运动，如图中用箭头表示的那样。

现在图2表示的情况是，触点18开始接触，因此电枢6经过了一个行程s₀。在这一时刻极面20、60有间距d₀＝H-s₀。这一间距d₀与触点18未消耗时开关装置的压紧力相对应。现在，在克服触簧12和与之并联的压力弹簧8作用的情况下实施电枢6的进一步闭合运动。因为由触簧12施加的弹簧力明显大于由压力弹簧8施加的弹簧力，所以作用在电枢6上的弹簧力突然增大，并促使显著改变闭合运动进程。

在进一步的过程中，作用在电枢6上的电磁力大于由压力弹簧8和触簧12施加的弹簧力，以及电枢6可以朝磁轭2的方向继续运动，直至它最终如在图3中所表示的那样，在终端或静止位置将其极面60靠放在磁轭2的极面20上。

图4中现在表示的情况是，触点18经过许多个开关循环后已经严重烧损，并还只有厚度D₁＜D₀。相应地，触头18在断开状态有间距s₁，它明显大于新的状态下的间距s₀。现在若电磁线圈4被励磁，也就是说引入接通过程，则电枢6以增大的速度朝磁轭2的方向运动，直至经过一个与此间距s₁对应的行程后触点18按图5开始接触。此时极面20、60的间距为d₁，对此同样适用d₁＝H-s₁。由此图可以看出，与新的状态下的压紧力相比，基于触点18小的厚度D₁因而使这一间距d₁，换句话说使压紧力显著减小。

图6的曲线描述了流过电磁线圈的电流I(曲线a)和施加在电磁线圈上的周期性直流电压U(曲线b)随时间t的变化过程。图示的例子涉及一种用例如由WO2005/017933A1已知的方法控制的开关装置，以便通过调节电枢的加速度调整闭合速度，一方面触点和另一方面电极以此加速度彼此相遇。由图6可以看出，电流I直至触点闭合的时刻t_K不断减小，从这一时刻t_K起短时重新增大。这种增大是需要的，为的是通过相应地较大的电磁力补偿从时刻t_K起突然增大的作用在电枢上的弹簧力。

这一点在图7的曲线中可以清楚看出。在此曲线图中描绘了电磁力F_M(曲线c)和弹簧力F_s(曲线d)随时间t的变化过程。在触点闭合的时刻t_K弹簧力F_s突然增大。这一升高短时间可以不通过电磁力补偿。只是在进一步的发展过程中电磁力才能重新超过弹簧力。

在图8所示的曲线中描绘了电枢的行程s(曲线e)及其速度v(曲线f)同样随时间t的变化过程。在接通过程的一开始，电枢(致动器)的极面处于离磁轭的极面有间距H的位置。电枢朝磁轭方向运动的速度v经过一定的时间延迟后以一个近似恒定的加速度连续增大。这就是上面已提及的控制电枢运动的原因，由此保证电枢的速度不过大。在闭合时刻t_K，亦即在电枢并因而触点经过了一个行程w＝s后，将速度v迅速降至最小值，然后基于重新增大的电磁力F_M上升到额定值约0.5m/s。速度v的这种基于突然增大的弹簧力F_s造成的下陷，是触点闭合时刻t_K的明显标志。因而所述闭合时刻t_K是适用v(t+δt)＜v(t)时的时刻。在闭合时刻t_K，电枢离磁轭有间距d。这一间距d与现有的压紧力对应。电枢(致动器)直至其终端位置还要经过与此间距d相应的行程。

图9描绘电枢的加速度b按对数标度随时间t的变化过程。由曲线g可以看出，加速度b迅速增加到近似常数的值，以及在触点闭合时刻基于速度下陷经历一次符号变换。所述符号变换在评估加速度b随时间t的变化过程时能特别方便地看出并可用于确定闭合时刻t_K。

图6至9中表示的曲线图用于举例说明在电磁开关装置接通时存在的物理现象。在电磁开关装置未调整或按另一种调整方法工作时，也会发生在图8和9中表示的速度下陷或加速度符号变换。若现在借助适用的传感器，或直接通过速度传感器或加速度传感器，检测速度v或加速度，则根据它们的变化过程便可以特别方便地确定闭合时刻t_K。原则上，闭合时刻t_K也可以根据由行程传感器测得的信号导出，该信号由一次或二次微分得出。

按图10，在按本发明的开关装置中传感器22与电枢6直接连接，它可以设计为速度传感器、加速度传感器或行程传感器。借助此传感器22直接检测触点18的相对运动并在计算装置25中进行评估。在评估时根据加速度b的变换或速度v的下陷确定时刻t_K。剩余的行程d(压紧力)或直至此时刻t_K经过的行程s，可根据致动器(电枢6)的行程-时间变化过程w(t)得出。在这里，计算装置25也可以承担由传感器22产生的运动信号的微分或积分任务。

与之不同，可以在运动触头14上装设传感器24。在行程传感器的情况下可以直接测出行程s₀或s₁。在速度传感器的情况下可以直接确定作为时间函数的速度v。在这种情况下闭合时刻t_K是运动在此时结束以及运动触点18的速度v等于零的时刻。

在本实施例中，传感器22、24与运动部分(电枢6或运动触点18)机械连接。然而原则上也可以采用非接触式工作的传感器，它们测量重要的运动部分离固定的外壳部分的距离。

也可以与之不同，测量流过电磁线圈4的电流I和通过感应线圈26的磁通量Ф，由此用例如由DE19544207C2已知的方法，确定作用在电枢6上的加速度。

若已知触点闭合的时刻t_K，便可以根据此闭合时刻t_K，视所使用的传感器，或直接或间接地确定直至此时刻由电枢6并因而由触点18经过的行程s。

若对于图4的例子已知行程s₁，则可以通过与储存的基准值s₀比较，直接推断出触点的烧损D₀-D₁，并因而也可推断出触点的剩余寿命。对于烧损D₀-D₁由下式得出

D₀-D₁＝(s₁-s₀)/2

在这里的前提条件是，烧损D₀-D₁均匀分配在彼此相对置的触点上。与之数学等效，也可以根据行程s₁计算磁轭与电枢极面的间距d₁。这通过微分储存的打开状态下极面的间距值H以及经过的行程

d₁＝H-s₁

得出。

对于烧损D₀-D₁则适用

D₀-D₁＝(d₀-d₁)/2。

若测量间距d₁直接作为致动器(电枢)从时刻t_K起直至其终端位置经过的行程，则当储存触点未消耗时的间距d₀(压紧力)作为基准值时，可以用上述公式直接计算烧损D₀-D₁。