17. Feb. 2008/Hi Internationale Patentanmeldung

Elektrische Zustandsanzeige bei maritimen Schaltapparaten

Beschreibung

Die Erfindung betrifft eine elektrische Zustandsanzeige bei maritimen Schaltapparaten, insbesondere den Bereich der Energieversorgung von Schiffs-Containern über schaltbare Container-Steckdosen.

Bei der elektrischen Energieversorgung und elektronischen überwachung von im besonderen Kühl-Containern an Bord von Schiffen oder an Land im Verladebereich ist es üblich, Einzelsteckverbindungen für beide Funktionen an geeigneter Stelle zu positionieren. In einer nächsten Entwicklungsstufe werden die Einzelsteckdosen in schutzart- und -klassegeeigneten Gehäusen in Mehrfachsteckdosen zusammengefaßt und im Bereich des Container-Aufstellungsbereichs vorgehalten.

Auf Grund von internationalen Normen und Bestimmungen unterliegt die elektrische Steckverbindung zur Energieversorgung speziellen Vorschriften, die u.a. besagen, daß die Steckverbindung nur lastfrei getrennt werden darf, d.h. daß während des Steckens oder des Trennens der Steckverbindung der Energiefluß nicht durch die Steckerkontakte derselben beeinflußt wird, sondern die Schalthandlung in einem schaltverhaltenangepaßten Schalter erfolgt, der über die Steckeinrichtung elektrisch und mechanisch verriegelt ist. Vorzugsweise wird als Schalter ein elektrischer Leistungsschalter eingesetzt, der auch einen überlast- und/oder Kurzschlußschutz aufweisen kann.

Weitergehende Entwicklungen bei Container-Steckdosen sehen vor, daß eine mechanische Betätigungsvorrichtung die Schalthandlung bewirkt. Eine mechanische, meist drehbar gelagerte Betätigungsvorrichtung besitzt an den Enden je einen Hebel, der einerseits im Innengehäuse auf die Betätigung des Leistungsschalters wirkt und - nach außen geführt - auf die Verriegelung des Steckers in der Steckdose, so daß der Stecker nicht unter Last gezogen werden kann.

Eine weitere Ausführungsform integriert den außen wirkenden Hebel in die Steckvorrichtung derart, daß der gesteckte Stecker in eine Kontaktierungsposition - Schalthandlung - gedreht werden muß und diese Drehung über Gestänge die Freischaltung des Leistungsschalters bewirkt; eine optische Schaltstellungserkennung ist nicht mehr gegeben.

Eine weitere Modifikation erfährt die Vorrichtung dadurch, daß - bei Mehrfach- Anordnung der Steckdosen - diese modulartig aufgebaut ist, wobei ein Modul aus Steckdose, Leistungsschalter und mechanischem Schalter gebildet wird.

Nach dem Stand der Technik sind eine Vielzahl von Anwendungen bekannt geworden, die sich dem Thema ^' Schaltbare Container-Steckdose ^' widmen. Im folgenden wird der Stand der Technik bezogen auf die Container-Steckdose gewürdigt.

In dem Gebrauchsmuster DE 94 17 178 wird eine Vorrichtung zur Energieversorgung von Containern vorgestellt derart, daß alle für die schaltbare Mehrfach-Steckdosen- anordnung notwendigen Komponenten auf einer Grundplatte eines Gehäuses montiert sind. Weiterhin sorgt eine Riegelwelle mit Schubblech für die Einschaltfreigabe nach Einführung des Steckers. Die Schalteinrichtung mit Steckerverriegelung wird mechanisch durchgeführt.

Die deutsche Patentschrift DE 196 01 967 offenbart eine gehäuste Vorrichtung zur elektrischen Verbindung von Bauteilen - insbesondere eine Container-Steckdose - welches Führungsschienen für das Anschlußelement aufweist und daß zur Sicherung einer mit dem Kupplungselement verbundenen Gegenkupplung im Bereich des Anschlußelements eine mechanisch lösbare Verbindung angeordnet ist. Das unbeabsichtigte Herausziehen der Gegenkupplung wird durch eine lösbare mechanische Verriegelung verhindert; die mechanische Position ist optisch wahrnehmbar.

Die deutsche Patentschrift DE 197 06 358 stellt eine Betätigungsvorrichtung für einen Leistungsschalter für eine von außen zugängliche mehrpolige Steckdosenanordnung vor, insbesondere für die Energieversorgung von thermischen Containern. Ein von außen her zugänglicher Schaltknebel, angeordnet auf einer Schwenkwelle, wirkt im Innern des Gehäuses auf den Kippschaltteil des Leistungsschalters und bewirkt im eingeschalteten Zustand außerhalb des Gehäuses, daß ein gesteckter Stecker nicht mehr herausgezogen werden kann.

Die Schalthandlung wird mechanisch durchgeführt und wirkt auf den Kippschaltteil im Innern des Gehäuses; äußerlich ist die Stellung des Schaltknebels optisch wahrnehmbar.

Gebrauchsmuster DE 202 10 357 offenbart eine Vorrichtung mit Gehäuse, mindestens einem Leistungsschalter und mindestens einer Steckeraufnahme - insbesondere auf Schiffen zur Versorgung von Containern mit elektrischer Energie - wobei der Leistungsschalter vorzugsweise im Gehäuse und die Steckeraufnahmen vorzugsweise außen am Gehäuse angeordnet sind sowie das Gehäuse als Tiefziehteil mit mindestens einem Deckel ausgestattet ist und der Leistungsschalter auf einem Einschubteil angeordnet und letzteres durch eine öffnung in das Gehäuse einschieb- und ausziehbar gestaltet ist.

Der Leistungsschalter ist nur dann einschaltbar, wenn die Steckeraufnahme belegt ist, und der Stecker nur dann entnehmbar, wenn der Leistungsschalter abgeschaltet ist. Eine entsprechende mechanische Verriegelung zeigt dies optisch an.

Der Hauptanspruch des Gebrauchsmusters DE 202 18 445 ist identisch mit dem obigen aus Gebrauchsmuster DE 202 10 357. Weiterhin befinden sich Deckel und Steckeraufnahmen an verschiedenen Seiten bzw. -flächen des Gehäuses. Darüber hin-

aus wird im besonderen auf den Deckelüberstand und die Dichtmaßnahmen verwiesen.

Auch hier sind mechanische Verriegelungen vorgesehen, deren Zustand optisch wahrnehmbar ist.

Gebrauchsmuster DE 203 17 764 widmet sich der mechanischen Betätigungseinrichtung des Leistungsschalters einer Container-Steckdose und insbesondere mindestens einem Sperrmittel für die Betätigungseinrichtung, die eine drehbare Schaltwelle aufweist, die über ein Kupplungsstück auf den Leistungsschalter wirkt. Die Schaltwelle weist einen quergerichteten Blockierhebel auf, wobei die Stellung der Schaltwelle über den Blockierhebel auf den Stecker in der Steckeraufnahme wirkt. Die Verriegelungseinrichtung wirkt mechanisch optisch.

Das deutsche Gebrauchsmuster DE 298 07 529 stellt eine Betätigungsvorrichtung für einen Leistungsschalter vor für eine von außen zugängliche mehrpolige Steckdose vorzugsweise für die Energieversorgung von Containern, wobei eine von außen bedienbare Schaltachse auf den innenliegenden Leistungsschalter derart einwirkt, daß ein Drehteil über eine Kupplung auf das Schaltteil wirkt, sowie ebenfalls ein von dem einzusteckenden Stecker bewegbarer Stift, der nur bei eingestecktem Stecker die Drehbewegung freigibt und daß im eingeschalteten Zustand die Steckerentnahme verhindert.

Eine von außen her zugängliche Schaltachse wirkt im Innern des Gehäuses auf den Schaltteil des Leistungsschalters und stellt sicher, daß

- der Stecker nur dann aus der Steckdose entfernt werden, wenn zuvor der Leistungsschalter ausgeschaltet worden ist

- der Leistungsschalter nicht eingeschaltet werden kann, wenn sich kein Stecker in der Steckdose befindet.

Die Schalthandlung erfolgt mechanisch, die Schaltstellung kann optisch wahrgenommen werden.

Das deutsche Gebrauchsmuster DE 20 2004 010 818 stellt eine Vorrichtung zur Betätigung eines in einem Gehäuse angeordneten Leistungsschalters derart vor, daß die Steckeraufnahme einen drehbaren Teil besitzt, der bei Drehbewegung über ein Kupplungsstück auf die Schalteinrichtung des Leistungsschalters wirkt. Bei dieser vorgeschlagenen Anordnung entfällt der bisher angewendete zusätzliche, meist als Kipphebel ausgeprägte Schalt- und Kupplungsmechanismus vollständig. Der Stecker kann nur in einer bestimmten Drehlage eingesteckt oder entfernt werden. Der Vorteil des geringeren mechanischen Aufwands steht als Nachteil bei dieser Anordnung gegenüber, daß nur aus der Drehlage des gesteckten Steckers auf den Schaltzustand des Leistungsschalters geschlossen werden kann.

Allen vorgestellten Container-Steckdosenlösungen gereicht zum Nachteil, daß die elektrische Zustandsanzeige nur unzureichend ausgeprägt ist - sowohl auf der Primär- als auch auf der Sekundärseite der Container-Steckdose. Alle vorgestellten Veröffentlichungen eignen sich nur bedingt oder gar nicht für den spezifischen Einsatz als Container-Steckdose mit elektrischer Zustandsanzeige.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zu Grunde, eine Einrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 - eine Container-Steckdose mit elektrischer Zustandsanzeige - unabhängig, für möglichst universellen Einsatz zu schaffen, die obigen Nachteile zu verbessern, die Vielzahl möglicher Ausführungen zu reduzieren und damit die Herstellung und die Lagerhaltung zu vereinfachen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Die elektrischen eingangsseitigen Zustände der Container- Steckdose sowie - ausgangsseitig - nach dem Leistungsschalter werden dargestellt sowie die Schaltstellung des Leistungsschalters.

Der vorgestellten Erfindung gereicht gegenüber den oben vorgestellten Applikationen zum Vorteil, daß dem Bedienpersonal vor der Einleitung einer Schalthandlung die Möglichkeit gegeben wird, seine eigenen Maßnahmen vor, während und nach Einleitung der Schalthandlung zu prüfen. Die elektrische Zustandsanzeige ist so gestaltet, daß sie von dem zuständigen Schiffspersonal erlernt und bedient werden kann.

Ein weiterer Vorteil der erfinderischen Neuheit ist dadurch gegeben, daß der Bediener nach Inbetriebnahme der Container-Steckdose eine leichte übersichtlichtlichkeit über das Gesamtsystem behält, was insofern von besonderer Bedeutung ist, da sich bei den elektrisch versorgten, zu überwachenden Containern um Transporte mit sensiblem Transportgut handelt. Die elektrisch optische Zustandsdarstellung hat gegenüber der mechanischen den Vorteil, daß sie auch bei schlechter Sicht oder Dunkelheit wahrnehmbar ist.

Die Anwendung der Erfindung hat allgemeingültigen Charakter und eignet sich für alle leistungs- und/oder schutzgeschalteten elektrischen Systeme.

Die Herstellbarkeit der Container-Steckdose mit elektrischer Zustandsanzeige mit branchenüblichen Technologien, Betriebsmitteln und Anlagen, Einrichtungen und Werkzeugen ist gegeben. Die Herstellkosten der erfindungsgemäßen Container- Steckdose dürfte deutlich unter den Herstellkosten vergleichbarer mechanischer geschalteter Container-Steckdosen liegen.

Unabhängig von den charakteristischen Forderungen an Komponenten elektrischer Schiffsausrüstung wie Temperaturstabilität - auch bei Wechseleinsätzen - Einsatz selbstverlöschender Materialien - über die Schwerentflammbarkeit hinaus - vibrationsfeste Werkstoffe und Verbindungstechnik - sind die Drehstromnetze vom Generator kommend 3-phasig plus Schutzleiter verlegt; der Nulleiter ist nicht verdrahtet. Die Netze werden erdschlußüberwacht; meßtechnische Einrichtungen dürfen einen Fehlerstrom von < 30 mA nicht überschreiten.

Bevorzugte Ausführungsbeispiele des Erfindungsgegenstands werden im folgenden näher erläutert.

Eine Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, daß die elektrische Zustandsanzeige sowohl fremdversorgt - Versorgung 1 , netzversorgt und/oder auch Lithium-Akkumulator mit Goldcap-Speicher in Kombination - als auch energieautark - Versorgung 2, solargestützt und/oder schwingungserregt - aufgebaut sein kann; die für die Anzeigen benötigten Energiemengen sind sehr gering. Bei höherem Energiebedarf kommen ein Drehstromtransformator oder drei einphasige Transformatoren ggf. mit künstlicher Sternpunktbildung zum Einsatz.

Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung sieht den Einsatz einer Niedrigstrom-LED (Light Emitting Diode) - Anzeige 1 - als Anzeigeeinheit in Kombination mit einer Fremdversorgung vor.

Eine weitere Ausprägungsform der erfinderischen Neuheit ist dadurch gegeben, daß eine Flüssigkristall-Segment-Anzeige (LCD) - Anzeige 2 - eingesetzt wird in Verbindung mit einem Lithium-Akkumulator mit Zwischenspeicherung. Es wird eine kundenspezifische Symbolik aufgebracht. Eine Verschattung gegen Sonneneinstrahlung - Blendung - ist sicherlich erforderlich.

Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung kann die Anzeige auch über elektrolumineszenzbasierende Folienanzeigen (EL) - Anzeige 3 - erfolgen, jedoch ist hier noch intensiver gegen Fremdeinstrahlung zu verschatten.

Eine weitere Ausprägung der Erfindung sieht vor, daß auf Grund des Niedrigststromverbrauchs die Glimmlampe mit Vorwiderstand - Anzeige 4, auch kapazitiv eingekoppelt - eine respektable. Lösung darstellt.

Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der optischen Anzeige ist der Einsatz der Glühlampe - Anzeige 5 - ebenfalls vorgesehen. Die Glühlampe ist als ohmscher Verbraucher stromintensiv und muß fremdversorgt werden, jedoch ist auch eine stromsparende Hell/Dunkel-, Tag/Nacht-Regelung vorgesehen.

Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung sieht den Einsatz einer Polymer-Flüssigkristallanzeige (Polymer LCD) - Anzeige 6 - vor, welche ohne Fremdversorgung auskommt. Jedoch ist im Gegenzug die ausgebrachte Strahlungsleistung zu messen und zu prüfen.

Eine Flüssigkristallanzeige mit Gedächtnis (LCD) - Anzeige 7 - kann ebenfalls als Problemloser in Frage kommen; die Energieversorgung für diese Anzeige ist ebenfalls äußerst gering, allerdings auch die Wiedergabequalität.

Eine weitere Ausprägungsform der erfinderischen Neuheit ist durch eine selbstleuchtende, fluoreszierende Ferranti-Anzeige - Anzeige 8 - gegeben, da hier zur Anzeige nur Stromimpulse notwendig sind, die einer Lithiumzelle mit Goldcap gesteuert entnommen werden können.

Das Vakuumfluoreszenz-Röhrenprinzip - Anzeige 9 - auch als ^' Magisches Auge ^' bekannt - kommt ebenfalls als Anzeige in Frage und zeichnet sich durch hohe Tempe-

raturbeständigkeit und Lebensdauer aus. Jedoch ist hier eine Fremdversorgung angebracht und der Einsatzfall muß den Bauteilepreis rechtfertigen.

Der Ausbau der optischen Anzeige mit logischen Verknüpfungen und ggf. akustischen oder weiteren Signalgebern - je nach Zustand und Fehlersituation - ist vorgesehen.

Unabhängig von Typ und Ausprägung der Anzeigeeinrichtung werden zwei unterschiedliche Meß- und Anzeigeverfahren vorgeschlagen, die dann an den unterschiedlichen Stellen des 3-phasigen Verdrahtungsverlaufs installiert werden können.

Die erste Variante - Variante 1 - sieht vor, jede der drei Phasen einer Anzeige zuzuführen - ggfs. ohmsch, induktiv oder kapazitiv angekoppelt - und über den künstlich gebildeten Sternpunkt abgeschlossen oder - alternativ - ohmsch, induktiv oder kapazitiv massepotentialverbunden. Vorteil der Installation ist die überwachung aller drei Phasen.

Bei der zweiten Varianten - Variante 2 - wird mittels jeder der drei Phasen ohmsch, kapazitiv oder induktiv ein künstlicher Sternpunkt gebildet, der über eine Anzeige ohmsch, induktiv oder kapazitiv massepotentialverbunden wird. Nachteil der Installation ist, daß der Ausfall einzelner Phasen nicht erkannt wird.

Da der Leistungsschalter über einen Zustandskontakt - öffner und/oder Schließer - verfügt, genügt eine hochohmige Abfrage und Anzeige zur optischen Darstellung des Leistungsschalter-Zustands.

Bevorzugte Ausführungsbeispiele des Erfindungsgegenstands sind in den Zeichnungen dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben. Es zeigen

Fig. 1 Zustandsanzeige einzelner Phasen des Systems Fig. 2 Anzeige des globalen Zustande des Systems.

Gleiche und gleichwirkende Bestandteile der Ausführungsbeispiele sind in den Figuren jeweils mit denselben Bezugszeichen versehen.

Die Beschreibung der erfindungsgemäßen Einrichtung wird fortgesetzt anhand der Erläuterung der Bilder.

Fig. 1 zeigt die überwachung des elektrischen Zustands aller drei Phasen des Systems an. Die drei Leiter - Leiter L1 1, Leiter L2 2 und Leiter L3 3 - werden mit den drei optischen Anzeigen - Anzeige L1 4, Anzeige L2 5 und Anzeige L3 6 - verbunden, die über die drei Vorwiderstände - Vorwiderstand X1 7, Vorwiderstand X2 8 und Vorwiderstand X3 9 - einen Sternpunkt bilden, der wiederum über den Widerstand Xm1 10 mit dem Massepotential 11 verbunden ist. Alle drei Strecken sind so kapazitiv

hochohmig - X = 1 / (ω x C) = 1 / (2 x π x f x C) ~ 10 ⁶ ω - daß quasi kein Strom I « 0 fließt. Den Betriebszustand aller drei Phasen 1, 2, 3 unter Spannung zeigen die drei Anzeigen 4, 5, 6 an; fällt eine der drei Phasen aus, so erlischt die entsprechende Anzeige.

Fig. 2 zeigt den globalen Zustand des dreiphasigen Systems an. Fällt eine Phase 1, 2, 3 aus, erlischt die Anzeige 15 - es liegt ein Fehlerfall vor; es kann aus der erloschenen Anzeige nicht auf die ausgefallene Phase geschlossen werden. Die drei Leiter - Leiter L1 1, Leiter L2 2 und Leiter L3 3 - werden mit den drei Vorwiderständen - Vorwiderstand X1s 12, Vorwiderstand X2s 13 und Vorwiderstand X3s 14 - zu einem Sternpunkt verbunden. Der Sternpunkt ist wiederum über die Anzeige L1/L2/L3 15 und den Widerstand Xm2 16 mit dem Massepotential 11 verbunden. Die Strecke ist so kapazitiv hochohmig - X = 1 / (ω x C) = 1 / (2 x π x f x C) « 10 ⁶ ω - daß quasi kein Strom I « 0 fließt.

Container-Steckdosenverteiler werden mit bis zu 11 Leistungsschaltern/Steckdosen bestückt, d.h. wird der Spannungseingang zustandsüberwacht sowie der Spannungsausgang jeder Steckdose und Phase, so sind in Summe 36 Anzeigen/Container zu überwachen; hinzu kommen noch einmal 11 Betriebszustände der Leistungsschalter, d.h. 47 Anzeigen/Containeranschluß. Unter Berücksichtigung der Praktikabilität wird vorgeschlagen, die Eingangsüberwachung 3-phasig - Variante 1 - und die Ausgangsüberwachung 1 -phasig - Variante 2 - sowie die Leistungsschalter- Zustandsüberwachung zu realisieren, was die Darstellung von 25 Anzeigen bedeutet. Da die Anzeigen ergonomisch angeordnet sind, ist ein ^' Ablesen - überfliegen ^' der Betriebszustände für das zuständige Schiffspersonal zumutbar.

Alternativ kann die Summe der Signale kodiert und algorithmisch verarbeitet werden und als Kode zur Anzeige gebracht werden. Die Kodierung als Ergebnis 3-er Betriebszustände von Eingangsspannung, x Leistungsschaltern/Steckdosen und x Leis- tungsschalter-Betriebszuständen ist vom zuständigen Schiffspersonal auszuwerten und richtig zu interpretieren. Ohne eine hinterlegte Aussage und/oder textliche/symbolische Anzeige der angezeigten Kodierung ist diese Lösung nicht praktikabel.

Die mit der Erfindung erzielbaren Vorteile bestehen insbesondere darin, daß unter Wegfall der vollkommen mechanischen Verriegelungen und Anzeigen über Schaltstellung und Steckerbestückung von Leistungsschalter und Steckdosen eine mit dem Stecken des Steckers verbundene Schalthandlung durchgeführt, elektrisch ausgeführt, erkannt und überwacht werden kann.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche; die zahlreichen Möglichkeiten und Vorteile der Ausgestaltung der Erfindung spiegeln sich in der Anzahl der Schutzrechtsansprüche wider.

Bezugszeichenliste

1 Leiter L1

2 Leiter L2

3 Leiter L3

4 Optische Anzeige L1

5 Optische Anzeige L2

6 Optische Anzeige L3

7 Vorwiderstand X1

8 Vorwiderstand X2

9 Vorwiderstand X3

10 Widerstand Xm 1

11 Massepotential

12 Vorwiderstand X1s

13 Vorwiderstand X2s

14 Vorwiderstand X3s

15 Optische Anzeige L1 /L2/L3

16 Widerstand Xm2