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Die Erfindung betrifft insbesondere eine Überwachungseinheit nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.
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Derartige Überwachungseinheiten kommen z.B. bei Dichtewächtern für die Dichtheitsüberwachung von Hochspannungsschaltanlagen zum Einsatz. Hier soll mittels der Überwachungseinheit in der Regel überwacht werden, dass aus einem mit Schutzgas gefüllten Messvolumen kein Schutzgas austritt bzw. das Messvolumen kein Leck aufweist. Eine beispielhafte Überwachungseinheit ist dabei aus der
DE 102 42 443 A1 bekannt.
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Eine gattungsgemäße Überwachungseinheit zur Überwachung der Dichtheit eines Messvolumen, weist dabei wenigstens das Folgende auf:
- – eine Erfassungseinrichtung, mittels der wenigstens bei einer einen Schwellwert übersteigenden Druckänderung in dem Messvolumen ein Auslöseelement verstellbar ist, um ein (Alarm-)Signal auszulösen,
- – einer Leiterplatte mit mindestens einem Schaltelement, relativ zu dem das Auslöseelement verstellbar ist und mit dem das Auslöseelement zusammenwirken kann, um ein Signal auszulösen, und
- – einer Temperaturkompensationseinrichtung, mittels der eine Temperaturänderung zumindest teilweise kompensierbar ist, um Fehlauslösung eines Signals infolge einer geänderten Temperatur zu vermeiden.
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Über die Temperaturkompensationseinrichtung sollen Fehlauslösungen vermieden werden, die sich beispielsweise dadurch ergeben können, dass sich ein Fluid in dem Messvolumen infolge einer stark angestiegenen oder gefallenen Temperatur, insbesondere einer angestiegenen oder gefallenen Außentemperatur, stark ausgedehnt hat und hierdurch eine Druckänderung in dem Messvolumen einen Schwellwert übersteigt, so dass das Auslöseelement entsprechend verstellt wird und über das Schaltelement, z.B. einen Kontaktschalter, ein Alarmsignal ausgelöst wird, obwohl das Messvolumen weiterhin dicht ist.
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Der vorliegenden Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, eine gattungsgemäße Überwachungseinheit weiter zu verbessern.
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Diese Aufgabe wird mit einer Überwachungseinheit nach dem Anspruch 1 gelöst. Hiernach weist eine erfindungsgemäße Überwachungseinheit eine das Schaltelement tragende Leiterplatte auf, die über die Temperaturkompensationseinrichtung relativ zu dem Schaltelement verstellbar, vorzugsweise verschiebbar ist.
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Derart kann über die Temperaturkompensationseinrichtung ein Schaltabstand zwischen Auslöseelement und Schaltelement bei auftretenden Temperaturänderungen verändert werden, um eine Fehlauslösung zu vermeiden, indem die gesamte Leiterplatte mit dem daran festgelegten Schaltelement, z.B. einem Mikroschalter, verstellt wird. Derart ist kein aufwändige Verstellmechanismus oder komplexe elektronische Verschaltung notwendig, um eine Temperaturkompensation durchzuführen. Vielmehr kann im Rahmen der erfindungsgemäßen Lösung, nahezu die gesamte und größtenteils auf der Leiterplatte untergebrachte Elektronik der Überwachungseinheit für die Temperaturkompensation verstellt werden.
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Vorteilhafte Ausführungsvarianten sind dabei insbesondere durch die Unteransprüche gegeben.
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In einer bevorzugten Ausführungsvariante ist die Leiterplatte verschieblich gelagert und über die Temperaturkompensationseinrichtung verschieblich. Die Lagerung der Leiterplatte ist hierbei beispielsweise derart, dass über die Temperaturkompensationseinrichtung eine Verstellung der Leiterplatte entlang einer Verstellachse erfolgt, entlang der auch das Auslöseelement verstellbar ist, um bei Bedarf ein (Alarm-)Signal auszulösen. Zum Beispiel erfolgt die Verstellung der Leiterplatte bezogen auf eine Gehäuseoberseite oder -unterseite der Überwachungseinheit nach oben oder unten.
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Für die Lagerung der Leiterplatte ist beispielsweise wenigstens ein Gleitlager mit einer Gleitbuchse innerhalb eines Gehäuses der Überwachungseinheit vorgesehen. In einer Ausführungsvariante ist die Leiterplatte über wenigstens zwei räumlich zueinander beabstandete Gleitlager innerhalb des Gehäuses verschieblich gelagert. Hierbei ist eine Gleitbuchse vorzugsweise in einer Durchgangsöffnung der Leiterplatte angeordnet. Derart kann die Leiterplatte beispielsweise über eine in einer Durchgangsöffnung angeordnete Gleitbuchse verschieblich an einem die Leiterplatte durchdringenden Gleitzapfen, -stift oder -stab in einfacher Weise verschieblich gelagert sein.
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Bevorzugt ist die Leiterplatte in wenigstens eine Verstellrichtung gegen eine Rückstellkraft durch die Temperaturkompensationseinrichtung verstellbar, so dass die Leiterplatte in einem durch die Temperaturkompensationseinrichtung unbelasteten Zustand eine vorgegebene Ausgangsposition einnimmt. Die Leiterplatte ist somit beispielsweise durch wenigstens ein Federelement in eine Ausgangsposition vorgespannt, relativ zu der die Leiterplatte durch die Temperaturkompensationseinrichtung verstellt wird, um eine Temperaturänderung zu kompensieren.
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In einer Ausführungsvariante weist die Temperaturkompensationseinrichtung ein Stellelement, zum Beispiel in Form eines Stößels, auf, über das auf die Leiterplatte eingewirkt werden kann, um die Leiterplatte zusammen mit den hieran angeordneten Schaltelement relativ zu dem Auslöseelement zu verstellen. Dabei ist das Stellelement beispielsweise dazu in der Lage, die Leiterplatte in eine Verstellrichtung zu drücken, so dass ein Abstand zwischen dem Auslöseelement und dem Schaltelement vergrößert wird, wenn sich eine Temperaturänderung ergibt und/oder festgestellt wird. Hierdurch wird vermieden, dass ein Schaltweg, den das Auslöseelement überbrücken muss, um an dem Schaltelement ein Signal auszulösen, lediglich in Folge einer Temperaturänderung und damit Druckänderung innerhalb des Messvolumens verändert, insbesondere verkürzt wird. Auf diese Weise wird mechanisch verhindert, dass die Temperaturänderung zu einem Kontakt zwischen Auslöseelement und Schaltelement führt und ein (Alarm-)Signal ausgelöst wird, ohne dass eine Undichtigkeit an dem Messvolumen aufgetreten wäre.
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Die Temperaturkompensationseinrichtung kann wenigstens ein Flüssigkeitsreservoir mit einer Messflüssigkeit aufweisen, wobei durch das eingenommene Volumen der Messflüssigkeit eine Verstellung der Leiterplatte steuerbar ist. Hierbei wird sich zunutze gemacht, dass die Messflüssigkeit je nach Temperatur ein unterschiedliches Volumen einnimmt. Bei einer temperaturbedingten Expansion der Messflüssigkeit innerhalb eines Kompensationsvolumens erfolgt beispielsweise die Ausübung einer Verstellkraft auf eine verstellbar ausgeführte Wandung des Kompensationsvolumens. Diese Verstellkraft kann dann wiederum unmittelbar an die Leiterplatte übertragen werden oder zur Steuerung einer auf die Leiterplatte ausgeübten Verstellkraft genutzt werden, um einen Abstand zwischen dem Auslöseelement und Schaltelement anzupassen.
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Beispielsweise umfasst die Temperaturkompensationseinrichtung wenigstens einen Druckbalg, der bei einer temperaturbedingten Expansion der Messflüssigkeit komprimiert wird, um hierdurch dann eine (in ihrer Größe veränderte) Stellkraft auf die Leiterplatte auszuüben. Die Verstellung der Leiterplatte kann hierbei – wie oben erläutert – entgegen einer Rückstellkraft erfolgen, so dass die Leiterplatte automatisch wieder in die entgegengesetzte Verstellrichtung verstellt wird, wenn die von Messflüssigkeit an dem Druckbalg anliegende Stellkraft temperaturbedingt wieder abnimmt.
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In einem Ausführungsbeispiel ist die Leiterplatte in einem Gehäuse untergebracht und innerhalb des Gehäuses verstellbar gelagert, während zumindest einzelne Komponenten der Temperaturkompensationseinrichtung außerhalb des Gehäuses angeordnet sind, um eine Änderung der Außentemperatur in der Umgebung des Gehäuses leichter detektieren zu können. Es ist hierbei nicht notwendig, dass die Temperaturkompensationseinrichtung die Änderung der Temperatur oder die Temperatur selbst anhand diskreter Zahlenwerte misst. Es ist vielmehr ausreichend, dass die Temperaturkompensationseinrichtung auf eine Änderung der Temperatur reagiert und diese zu einer mechanischen Verstellkraft auf die Leiterplatte führt, beispielsweise durch die Verwendung einer Messflüssigkeit, die je nach Temperatur ein variables Volumen einnimmt. Die Messflüssigkeit kann hierbei insbesondere in einem Messfühler der Temperaturkompensationseinrichtung aufgenommen sein, der außerhalb des Gehäuses angeordnet ist. Als Messflüssigkeit kann beispielsweise Toluol eingesetzt sein.
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In einem Ausführungsbeispiel weist die Erfassungseinrichtung zur Auslösung eines (Alarm-)Signals wenigstens einen Druckbalg auf. So hat es sich beispielsweise bei Dichtewächtern für die Dichtheitsüberwachung an Hochspannungsschaltanlagen bewährt, die Dichtheit eines Messvolumens mit Hilfe eines Druckbalgs zu überwachen. Mit einem solchen Druckbalg kann in besonders einfacher Weise bei einer Druckänderung in Folge einer Undichtigkeit an dem Messvolumen mechanisch eine Verstellkraft erzeugt werden, die ein Auslöseelement mit einem Schaltelement in Kontakt bringt, so dass ein (Alarm-)Signal ausgelöst wird.
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Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung werden bei der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Figuren deutlich werden.
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Hierbei zeigen:
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1–3 unterschiedliche Ansichten eines erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiels einer Überwachungseinheit.
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Insbesondere anhand der Schnittansicht der 2 sind wesentliche Merkmale der dargestellten erfindungsgemäßen Überwachungseinheit 1 ersichtlich, die vorzugsweise als Gasdichtewächter für die Dichtheitsüberwachung an einer Hochspannungsschaltanlage eingesetzt ist.
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In einem mit einer Anzeige 11 ausgestatteten Gehäuse 10 der Überwachungseinheit 1 sind unter anderem Teile einer Erfassungseinrichtung 4 für eine Druckänderung innerhalb eines Messvolumens (Druckänderungserfassungseinrichtung 4), einer Temperaturkompensationseinrichtung 3 und eine Leiterplatte 2 für die Steuer- und Regelungselektronik der Überwachungseinheit 1 untergebracht.
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Über die Druckänderungserfassungseinrichtung 4 ist dabei mithilfe eines an einen Druckanschluss 410 angeschlossenen Messelements in Form eines Druckbalgs 41 feststellbar, ob sich die der Druck in einem überwachten Messvolumen, z.B., an einer Hochspannungsschaltanlage so stark verändert, dass von einem Leck an dem Messvolumen auszugehen ist und ein Alarmsignal ausgelöst werden muss. Der Druckbalg 41 ist hierfür über eine (mechanische) Übertragungsstrecke mit einem Auslöseelement 40, z. B. in Form einer Kontaktplatte, gekoppelt, das oberhalb der Leiterplatte 2 angeordnet und verstellbar gelagert ist. Dieses Auslöseelement 40 ist durch den Druckbalg 41 relativ zu einem Kontakt- oder Mikroschalter 20 verstellbar, so dass das Auslöseelement 40 bei einer einen Schwellwert übersteigenden Druckänderung (gegenüber einem Referenzwert) mit dem Kontaktschalter 20 in Kontakt gebracht und hierdurch ein Alarmsignal ausgelöst wird. Gleichzeitig ist das Auslöseelement 40 mit der Anzeige 11 gekoppelt um, eine Druckänderung innerhalb des Messvolumens auch visuell über die Anzeige darzustellen. Um das Auslöseelement 40, z.B. eine Kontaktplatte, über eine Kompression oder Expansion des Druckbalgs 41 zu verstellen, sind das Auslöseelement 40 und der Druckbalg 41 entlang einer Übertragungsstrecke 42 miteinander mechanisch gekoppelt. Diese Übertragungsstrecke 42 kann beispielsweise durch wenigstens ein starres Kraftübertragungselement bereitgestellt sein, z. B. in Form eines einfachen starren Hebels, der an dem Auslöselement 40 und dem Druckbalg 41 befestigt ist. Alternativ kann eine komplexere Verstellmechanik, z.B. mit einem oder mehreren gelenkig gelagerten Hebeln vorgesehen sein.
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Vorzugsweise ist ein die Übertragungsstrecke 42 definierendes starres oder flexibles Kraftübertragungselement durch die Leiterplatte 2 hindurch- oder seitlich an dieser vorbei geführt.
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Zur Temperaturkompensation ist die Temperaturkompensationseinrichtung 3 vorgesehen, die neben einem außerhalb des Gehäuses 10 befindlichen Messfühler 32 einen hiermit über ein Übertragungsglied 33 gekoppelten Kompensationsbalg 31 als Teil einer Stelleinrichtung 31, 32, 33 aufweist. Die Stelleinrichtung zur Ausübung einer Stellkraft auf die Leiterplatte 2 weist somit insbesondere den Kompensationsbalg 31, den Messfühler 32 und das Übertragungsglied 33 auf. Das Übertragungsglied 33 ist hierbei durch eine Durchgangsöffnung 23 an der Leiterplatte 2 durch die Leiterplatte 2 hindurch geführt. Der Messfühler 32 weist eine Messsonde 320 – hier mit einem Kapillarrohr – auf, in der eine Messflüssigkeit vorgesehen ist. Zudem weist der Messfühler 32 eine schützende Umhüllung 321 für die Messsonde und hier insbesondere das Kapillarrohr auf. Über die Messflüssigkeit wird je nach Außentemperatur und das hierdurch von der Messflüssigkeit eingenommene Volumen eine Temperatorkompensation ermöglicht. Hierbei wird über ein mit dem Kompensationsbalg 31 gekoppeltes Stellelement, hier in Form eines federnd gelagerten Stößels 30, eine Stellkraft auf die Leiterplatte 2 ausgeübt. Der Stößel 30 ist dabei an einer Tragplatte 12 gelagert, das den Kompensationsbalg 31 trägt. Die Tragplatte 12 ist oberhalb der Leiterplatte 2 angeordnet und der Stößel 30 steht an einer Unterseite der Tragplatte 12 in Richtung auf die Leiterplatte 2 vor.
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Die den Kontaktschalter 20 tragende Leiterplatte 2 ist wiederum über zwei Gleitlager mit Gleitbuchsen G1, G2 verschieblich innerhalb des Gehäuses 10 gelagert. Die Gleitbuchsen G1, G2 sind hierfür jeweils in einer Lageröffnung 21, 22 der Leiterplatte 2 angeordnet. Über beiden Gleitlager ist die Leiterplatte 2 an zwei parallel zueinander verlaufenden, starren Gleitstäben verschieblich gelagert. Einer Verschiebung der Leiterplatte 2 in wenigstens einer Richtung an den Gleitstäben entlang wirken zwei Federelemente F1, F2 entgegen, die zwischen der Leiterplatte 2 und dem Boden des Gehäuses 10 an den Gleitstäben angeordnet sind. Derart ist die Leiterplatte 2 über die Federelemente F1, F2 in eine Ausgangsposition federnd vorbelastet, in der die Leiterplatte 2 einen Abstand zu dem Gehäuseboden des Gehäuses 10 einnimmt und ein Schaltweg von dem Auslöselement 40 in Richtung des Gehäusebodens überbrückt werden muss, um den Kontaktschalter 20 auf der Leiterplatte 2 zu kontaktieren.
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Mithilfe des von der Messflüssigkeit eingenommenen Volumens, dessen Größe unmittelbar von der Temperatur abhängt, wird je nach (Außen-)Temperatur eine unterschiedlich große Stellkraft auf den Kompensationsbalg 31 ausgeübt. Der mit dem Kompensationsbalg 31 mechanisch gekoppelte und federngelagerte Stößel 30 über eine Stellkraft auf die ebenfalls federngelagerte Leiterplatte 2 aus, so dass in Abhängigkeit von der Außentemperatur ein Schaltabstand zwischen dem Auslöseelement 40 und dem Kontaktschalter 20 verändert werden kann. Über die Temperaturkompensationseinrichtung 3 wird dabei erreicht, dass der Schaltabstand zwischen dem Auslöseelement 40 und dem Kontaktschalter 20 stets auf einem definierten Wert oder zumindest in einem definierten Toleranzbereich um einen definierten Wert gehalten wird, so dass dieser Schaltabstand erst bei einer Undichtigkeit an dem Messvolumen überbrückt wird und das Auslöselement 40 in Kontakt mit dem Kontaktschalter 20 kommt.
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Anstelle der dargestellten Temperaturkompensationseinrichtung 3 kann selbstverständlich auch eine alternativ ausgestaltete Temperaturkompensationseinrichtung 3 vorgesehen sein, die beispielsweise mit einem Bimetall-Element zu temperaturabhängigen Steuerung einer Verstellbewegung der Leiterplatte 2 arbeitet.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Überwachungsvorrichtung
- 10
- Gehäuse
- 11
- Anzeige
- 12
- Tragplatte
- 2
- Leiterplatte
- 20
- Kontaktschalter (Schaltelement)
- 21, 22
- Lageröffnung
- 23
- Durchgangsöffnung
- 3
- Temperaturkompensationseinrichtung
- 30
- Stößel (Stellelement)
- 31
- Kompensationsbalg
- 32
- Messfühler
- 320
- Messsonde (mit Messflüssigkeit)
- 321
- Umhüllung
- 33
- Übertragungsglied
- 4
- Druckänderungserfassungseinrichtung
- 40
- Auslöseelement
- 41
- Druckbalg
- 410
- Druckanschluss
- 42
- Übertragungsstrecke
- F1, F2
- Federelement
- G1, G2
- Gleitbuchse
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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