Mit der Beschleunigung des Modernisierungsprozesses in China haben große ausländische Unternehmen den chinesischen Markt ins Visier genommen und ihre Bemühungen um Marktanteile intensiviert. Sie bringen technologisch fortschrittliche Produkte mit unabhängigen Schutzrechten auf den Markt und schaffen so ein äußerst wettbewerbsintensives Umfeld. Die einheimischen Hersteller haben sich dieser Herausforderung gestellt und eine neue Generation intelligenter Niederspannungsgeräte mit Kommunikationsfunktionen entwickelt, um im Wettbewerb zu bestehen. Dies führte zu einem jährlichen Anstieg der Marktanteile und verbesserte das allgemeine Niveau der Niederspannungsgeräte. Gleichzeitig haben die Hersteller den Schutz ihrer proprietären Technologien verstärkt, was sich in der Anzahl und dem Inhalt der Patentanmeldungen widerspiegelt. Leistungsschalter werden zunehmend miniaturisiert und modularisiert. Betrachtet man die neuen Produktgenerationen, die namhafte ausländische Hersteller von Niederspannungsgeräten von Ende der 1990er-Jahre bis Anfang des 21. Jahrhunderts auf den Markt gebracht haben, lässt sich feststellen, dass sich Leistungsschalter in Richtung Miniaturisierung, hoher Leistung und Modularität entwickeln. Schneider Electric aus Frankreich hat die MT-Serie auf Basis der M-Serie eingeführt. Im Vergleich zur M-Serie wurden das Nennkurzschlussausschaltvermögen und der Nennkurzzeitstrom weiter verbessert und erreichen nun Icu = Ics = Icw. Die Produktgröße ist kleiner, und die Schutzfunktionen sind umfassender. Die intelligente Steuerung ergänzt die ursprünglichen Schutzfunktionen um Spannungs-, Frequenz- und Leistungsmessung, Berechnung von Oberschwingungen und Grundfrequenz, präzise Netzqualitätsanalyse sowie die Möglichkeit zum Anschluss an verschiedene Bussysteme. Der Schutz des geistigen Eigentums wurde gestärkt, und es wurden mehrere Patente für die Konstruktion der Auslöseeinheit, der Spindel, der Lichtbogenlöschkammer und des Auszugs angemeldet. Die von verschiedenen Herstellern bereitgestellten Musterleistungsschalter sind alle kleiner als die Vorgängermodelle, bieten ein verbessertes Ausschaltvermögen, umfassende Schutzfunktionen und ein deutlich verbessertes Erscheinungsbild mit neuartigen und ästhetisch ansprechenden Eigenschaften. Der modulare Aufbau der einzelnen Komponenten erhöht die Vielseitigkeit, Wirtschaftlichkeit und Praktikabilität des Produkts und ermöglicht die spezialisierte Serienfertigung. Anwender können die Komponenten flexibel nach ihren Bedürfnissen auswählen, um optimale Ergebnisse zu erzielen. Die Auslöseeinheiten bieten modulare Optionen für wirtschaftliche und leistungsstarke Anwendungen. Die modulare Bauweise der Sekundäranschlüsse ermöglicht das Hinzufügen oder Entfernen von Stromkreisen, um unterschiedlichen Anforderungen gerecht zu werden. Die modulare Bauweise des Kontaktsystems und der Lichtbogenlöschkammer senkt die Konstruktions- und Fertigungskosten von vierpoligen und großformatigen Leistungsschaltern erheblich. Beispielsweise besteht ein Pol des Leistungsschalters MT-6300A von Schneider Electric aus zwei Kontaktsystemen und einer Lichtbogenlöschkammer des MT-4000A; jeder Pol des Leistungsschalters der ABB Emax-Serie ist ein unabhängiges Modul und bietet somit einen höheren Grad an Modularität. Unterschiedliche Ausführungen innerhalb derselben Baugröße unterscheiden sich lediglich in der Anzahl der Kontaktplatten, was sie wirtschaftlich, praktisch und unverwechselbar macht. Ein Pol des Leistungsschalters E-6300A besteht aus zwei Kontaktsystemen und einer Lichtbogenlöschkammer des E-3200A. Das Kontaktsystem von Siemens zeichnet sich durch eine geteilte Struktur für eine einfache Montage aus und ist patentiert. Dies belegt den Konsens der Hersteller hinsichtlich der Konstruktionskonzepte. Die in meinem Land entwickelten Leistungsschalter DW45, DW450 und DW50 vereinen herausragende Designkonzepte aus dem In- und Ausland und bilden so eine neue Generation von Rahmenleistungsschaltern. Leistungsschalter werden kontinuierlich in Richtung höherer Sicherheit und Zuverlässigkeit weiterentwickelt. Neben Miniaturisierung und Modularisierung wird bei der Entwicklung von Leistungsschaltern besonderer Wert auf die Verbesserung von Sicherheit und Zuverlässigkeit gelegt. Beispielsweise haben Schneider Electric (Frankreich) und Siemens (Deutschland) im Hinblick auf die Anzeige des Betätigungsmechanismus zwei Arten von Anzeigen eingeführt: eine, die das Schließen nach Energiespeicherung ermöglicht, und eine, die das Schließen nach Energiespeicherung verhindert. Dies verlängert die Lebensdauer des Mechanismus und beugt Schäden durch Trockenlauf vor. Zusätzlich wurde die Anzahl der Schaltzyklen angezeigt, um die Zuverlässigkeit weiter zu erhöhen. Kontakte, die den Echtzeitstatus des Leistungsschalters widerspiegeln, ermöglichen die Fernüberwachung des Öffnungs- und Schließzustands. Eine Verriegelung zwischen Auslöseeinheit und Leistungsschaltergehäuse wurde implementiert; ist die Auslöseeinheit nicht ordnungsgemäß installiert, kann der Leistungsschalter nicht auslösen, wodurch Fehlfunktionen vermieden werden. Schubladen-Leistungsschalter verfügen über dreistufige Verriegelungsanzeigen für eine komfortable und korrekte Bedienung. Zusätzlich wurden Verriegelungen an den Einsatzkontakten für mehr Sicherheit eingeführt. Verriegelungen am Betätigungsmechanismus und der Auslöseeinheit verhindern ein versehentliches Auslösen. Alle Unternehmen haben den Schutz ihrer geistigen Eigentumsrechte verstärkt und entsprechende technologische Innovationen patentieren lassen. Siemens (Deutschland) hat ein Verfahren zur Spindelbefestigung patentiert, um die Genauigkeit der Spindelmontage zu erhöhen und Positionsänderungen der Spindel nach wiederholten Schaltvorgängen zu verhindern, die den Öffnungsweg und den Überhub der Kontakte beeinflussen könnten. Auch Schneider Electric (Frankreich) hat die Spindelbefestigung verbessert. Diese Konstruktionsideen bieten eine gute Referenz für die Entwicklung inländischer Leistungsschalter. Leistungsschalter werden zunehmend in Richtung höherer Leistung und Kommunikationsfähigkeit weiterentwickelt. Intelligente Steuerungen verschiedener Art bestehen in der Regel aus drei Komponenten: Sensoren zur Erfassung von Parametern wie Strom, Spannung, Frequenz und Phase. Luftkern-Stromwandler sorgen für einen linearen Ausgang und gewährleisten die Genauigkeit. Zweitens verarbeiten die elektronischen Komponenten des Controllers, typischerweise bestehend aus hochintegrierten Mikrocontrollern, Displays und Leiterplatten, die von den Sensoren erfassten Signale. Anschließend führen Display und Aktoren entsprechende Anzeigen und Aktionen aus. Intelligente Controller mit Kommunikationsfunktionen benötigen zusätzlich ein Kommunikationsprotokollmodul. Dieses Modul kann extern angeschlossen werden (externer Typ) und einerseits mit dem intelligenten Controller und andererseits mit dem Feldbus verbunden werden; alternativ kann es im Controller integriert sein (interner Typ) und benötigt lediglich eine Verbindung zum Feldbus, um vier computergesteuerte Fernfunktionen zu realisieren (Fernsteuerung, Fernjustierung, Fernmessung und Fernsignalisierung). Letztere Variante ist nicht nur kompakter, sondern bietet auch eine bessere Störfestigkeit. Drittens verwenden die Aktoren zur Reduzierung des Energieverbrauchs in der Regel Flussumwandler. Im Normalfall nutzen sie Permanentmagnete, um den Eisenkern anzuziehen und ihn im geschlossenen Zustand zu halten. Wenn die elektronischen Komponenten des Controllers einen Aktionsbefehl ausgeben, fließt Strom durch die Spule und erzeugt eine Gegenerregung, die den ursprünglichen magnetischen Fluss der Permanentmagnetspule überwindet. Die Reaktionsfeder gibt den beweglichen Eisenkern frei, wodurch der Leistungsschalter auslöst und die Verbindung unterbrochen wird. Die Steuerung verwendet in der Regel zwei Stromversorgungen: eine externe, die hauptsächlich bei einem Laststrom unter 30–40 % des Nennwerts zum Einsatz kommt und Funktionen wie die Anzeige neben dem Fehlerschutz aufrechterhält, und eine schnell sättigende Stromwandler-Stromversorgung, die nur bei einem Laststrom über 30–40 % des Nennwerts aktiv ist. Bei hohem Hauptstrom bleibt der Sekundärausgang aufgrund der magnetischen Sättigung des Eisenkerns relativ konstant, wodurch die Steuerung vor Beschädigung geschützt wird. Der neue Leistungsschalter zeichnet sich nicht nur durch ein hohes Abschaltvermögen, sondern auch durch ein optimiertes Verhalten aus und bietet verschiedene Schutzkennlinien. Am Beispiel des inländischen Modells DW45 lassen sich sechs wählbare Überlastkennlinien veranschaulichen (siehe folgende Formel). (1) Standard-Inversionszeit t=K/(N0,02-1) (2) Schnelle Inversionszeit t=K/(N-1) (3) Extra schnelle Inversionszeit (Allzweck) t=K/(N2-1) (4) Extra schnelle Inversionszeit (Motorschutz) t=K/1,15log{N2/(N2-1,15)} (wobei N=I/Ir) (5) Hochspannungssicherungskompatibel t=K/(N4-1) (6) Inversionszeitkurve gemäß IEC60947-Leistungsschalternorm t=K/N2-1. Der intelligente Überstromregler verfügt über Funktionen für lange und kurze Inversionszeit bei Überlast, zeitdefiniert und sofort. Das System ermöglicht die Anpassung der erforderlichen Schutzeigenschaften und beinhaltet einen einphasigen Erdschlussschutz. Anzeigefunktionen: Anzeige des Sollstroms, des Betriebsstroms und der Netzspannung. Alarmfunktionen: Überlastalarm. Selbsttestfunktionen: Überhitzungs-Selbsttest und Mikrocomputer-Selbstdiagnose. und Testfunktionen: Prüfung der Betriebseigenschaften des Controllers. Der intelligente Controller verfügt zudem über Kommunikationsfunktionen mit einer seriellen Schnittstelle. Diese Schnittstelle ermöglicht den Aufbau eines Master-Slave-LAN-Systems, in dem ein oder zwei Computer als Master-Stationen und mehrere intelligente Leistungsschalter oder andere kommunikationsfähige Schnittstellenkomponenten als Slave-Stationen fungieren. Für Leistungsschalter ermöglicht das System vier Fernsteuerungsfunktionen: Überwachung verschiedener Netz- und Betriebsparameter, Überwachung des aktuellen Betriebszustands des intelligenten Leistungsschalters, Anpassung und Download verschiedener Schutzgrenzwerte sowie Steuerung der Öffnungs- und Schließvorgänge des intelligenten Leistungsschalters. Das System eignet sich für den Aufbau und die Modernisierung von Stromverteilungsüberwachungssystemen in Kraftwerken, Kraftwerkshilfsanlagen, mittleren und kleinen Umspannwerken, Industrie- und Bergbaubetrieben sowie Gebäuden. Der breite Einsatz neuer Technologien und Materialien bei der Entwicklung von Leistungsschaltern hat zu einer deutlichen Verbesserung des Produkts geführt. Die Einführung und Implementierung von Kommunikationstechnologie hat den Anwendungsbereich von Leistungsschaltern erheblich erweitert. Gleichzeitig konzentrieren sich Unternehmen auf die Entwicklung leistungsstarker neuer Produkte mit unabhängigen Schutzrechten, stärken den Schutz geistigen Eigentums und sichern ihre eigenen Rechte. Dies spiegelt den Grundsatz wider, dass nur durch Einzigartigkeit das Überleben gesichert werden kann, wodurch der Markt für das Produkt erweitert wird. Meldet ein Unternehmen innerhalb kurzer Zeit eine deutlich größere Anzahl von Patenten für ein bestimmtes Produkt an, deutet dies häufig auf einen bevorstehenden Markteintritt hin. Für die Entwicklung neuer Produkte ist das zeitnahe Erlernen und Anwenden neuer Technologien und Materialien von großer Bedeutung und zählt zu den wichtigsten Trends in diesem Bereich. Siemens-Produkte zeichnen sich beispielsweise durch sehr kleine galvanisierte Teile, den umfangreichen Einsatz von Edelstahl und Verfahren wie Brünieren und Nitrieren aus, was ihre ausgeprägte Umweltfreundlichkeit unterstreicht. Der Einsatz von Computertechnologie in der Produktentwicklung nimmt stetig zu. Mit der rasanten technologischen Entwicklung spielen Computer in immer mehr Bereichen eine bedeutende Rolle. Im Produktdesign verkürzt die Computerunterstützung nicht nur den Entwicklungszyklus erheblich, sondern verbessert auch die Genauigkeit der Konstruktion deutlich, wodurch Kosten effektiv gesenkt und der Fortschritt der Produktentwicklung beschleunigt werden. Dies umfasst insbesondere folgende Aspekte: 1. In der frühen Entwurfsphase sind Computer unverzichtbare Werkzeuge für die technische Analyse. Bei Machbarkeitsstudien sind sie zweifellos die besten Helfer. Ihre einzigartigen Informationsverarbeitungs- und Speicherkapazitäten machen die Arbeit deutlich effizienter. Computer ermöglichen die Online-Recherche nach vergleichenden Analysen ähnlicher Produkte im In- und Ausland, wodurch man von den jeweiligen Stärken und Schwächen lernen kann. Sie können außerdem Patente und Normen recherchieren und analysieren, um über die neuesten technologischen Entwicklungen informiert zu bleiben. In Kombination mit dem jeweiligen Produkt können sie den Gesamtentwicklungsplan festlegen und verschiedene Lösungsansätze analysieren und vergleichen, um die beste Lösung auszuwählen und so eine solide Grundlage für das Produktdesign zu schaffen. Das folgende Beispiel verwendet den im Inland hergestellten neuen Leistungsschalter DW450-1600 als Beispiel. In der frühen Entwurfsphase des inländischen neuen Leistungsschalters DW450-1600 (digitaler, kommunikativer Universal-Leistungsschalter mit geringer Kapazität) recherchierten wir mithilfe von Computern die neuesten nationalen und internationalen Informationen. So gewannen wir ein detailliertes Verständnis der Produktleistung, der technischen Spezifikationen und der patentierten Technologien von Unternehmen wie Siemens, Schneider Electric und ABB. Dies diente als Grundlage für die Positionierung des neuen Produkts und die Festlegung des Gesamtkonzepts. In der ersten Entwurfsphase wurde computergestütztes Design (CAD) eingesetzt, um verschiedene Konzepte zu vergleichen und das endgültige Konzept zu bestimmen. Früher war dieser Prozess extrem zeitaufwendig. Dank Computern hat sich der Zeitaufwand nun nicht nur deutlich reduziert, sondern Daten können auch drahtlos übertragen, Konzepte verglichen und analysiert werden, was erhebliche Personal- und Ressourceneinsparungen ermöglicht. Auf Basis der ermittelten Parameter entwarfen wir das Konzept. Anhand von Berechnungen verglichen wir verschiedene Konzepte hinsichtlich der Anzahl der Kontaktkreise am Computer und entschieden uns für eine mehrstufige Parallelschaltung der Hauptkontakte. Durch die Analyse und Berechnung der 6- und 7-Kreis-Schaltungen stellten wir fest, dass die 6-Kreis-Schaltung eine hohe Schließkraft erfordert und einen geringen Kontaktdruck aufweist, was die Miniaturisierung des Mechanismus und die Verbesserung der Schaltleistung beeinträchtigt. Daher bietet die 7-Kreis-Schaltung deutliche Vorteile, weshalb eine 7-Kreis-Parallelschaltung gewählt wurde. Ein Prototyp des Kontaktsystems wurde entwickelt. Basierend auf bisherigen Erfahrungen wurden der Öffnungsweg und der Überhub des Kontakts grob bestimmt und anschließend auf den Betätigungsmechanismus extrapoliert, um dessen Prototyp zu erstellen. Mithilfe dieses Prototyps wurde eine Reihe von Aktionsdiagrammen zur Ansteuerung des Kontaktöffnungs- und -schließvorgangs erstellt und der Öffnungsweg sowie der Überhub gemessen. Während des gesamten Prozesses wurden kontinuierlich Anpassungen und Modifikationen vorgenommen, um das optimale Ergebnis zu erzielen. In diesem Projekt haben wir mehr als zehn Modifikationen durchgeführt – etwas, das bei früheren manuellen Konstruktionen undenkbar gewesen wäre. Mithilfe des Prototyps des Mechanismus und des Kontaktsystems sowie computergestützter Entwicklung, basierend auf bisherigen Erfahrungen und spezifischen Anforderungen, erstellten wir Prototypen für die Lichtbogenlöschkammer, den Sockel, den elektrischen Betätigungsmechanismus, die Auslöseeinheit, den Schubladensockel und sogar das gesamte System. Dies bildete die Grundlage für die nächste Arbeitsphase. 2. Computer sind zu einem unverzichtbaren Werkzeug im Designprozess geworden. Früher nutzten wir AutoCAD, das lediglich zweidimensionale Konstruktionen ermöglichte und keine detaillierten Analysen zuließ. Heute verwenden wir die UG-Software, die dreidimensionale Konstruktion, dynamische Analysen und die Simulation von Mechanismusbewegungen ermöglicht und so die Produktentwicklungsmöglichkeiten erheblich erweitert. Bei der Entwicklung des neuen Leistungsschalters DW450-1600 (digitaler, kommunikativer Universal-Leistungsschalter mit geringer Kapazität) erzielten wir mit der UG-Software hervorragende Ergebnisse. Ausgehend vom Prototypenentwurf teilten wir die Arbeit auf, um die einzelnen Komponenten zu konstruieren. Die UG 3D-Designsoftware ist intuitiv und präzise. Sie macht viele interne Strukturen sichtbar und minimiert so Konstruktionsfehler. Zudem ermöglicht sie qualitative und quantitative Analysen, wie beispielsweise Interferenzanalysen, was die Genauigkeit der Konstruktion deutlich verbessert. Beispielsweise muss bei der Konstruktion eines Lichtbogenlöschsystems die Lichtbogenzündplatte nahe am Kontaktpunkt liegen, ihn aber nicht berühren. Dies lässt sich am Computer sehr intuitiv umsetzen und ermöglicht die präzise Visualisierung und Messung des Spalts, wodurch eine sinnvolle und genaue Konstruktion gewährleistet wird. Bei der Konstruktion von Schubladensitzen war es bisher schwierig, schnell und genau zu ermitteln, ob die auf dem Hub basierende Nockenkurve den Korpus präzise in Position bringt und wie sich die Kraft während der Bewegung verändert. Mithilfe eines Computers kann die Kraftsituation nun schnell und präzise analysiert werden, was eine rationale Bauteilkonstruktion ermöglicht. Computergestütztes Design ist in der Mechanismusanalyse und der Auslösemechanik unverzichtbar. Bei der Analyse der Mechanismuskräfte, der rationalen Federauslegung und der Berechnung des Ausgangsdrehmoments elektrischer Betätigungsmechanismen hat die Computerunterstützung die Konstruktionsgenauigkeit erheblich verbessert. Aktuell weichen das Öffnungsdrehmoment und der Überhub nur noch 0,5 mm vom theoretischen Wert ab, und der berechnete Auslösekraftwert stimmt im Wesentlichen mit dem Messwert überein. Dies beweist eindrucksvoll die Überlegenheit des computergestützten Designs. Zuvor aufwendige Aufgaben wie Federberechnungen und Toleranzabfragen wurden durch die Entwicklung zusätzlicher Software vereinfacht, wodurch der Konstruktionszyklus deutlich verkürzt wurde. 3. Computer sind in der Produkterprobung unverzichtbare Werkzeuge. Nach Fertigstellung der Konstruktionszeichnungen beginnt die Erprobungsphase. Computer erweisen sich dabei als unverzichtbare Hilfsmittel und spielen eine entscheidende Rolle bei der Fehleranalyse, der Verbesserung und Verfeinerung von Konstruktionen. Beispielsweise traten bei der ersten Montage des Mechanismus zahlreiche Probleme auf: Der Mechanismus war funktionsunfähig und rastete selbst nach Verbesserungen aufgrund eines Fehleingriffs nicht korrekt ein – der Mechanismus hatte den Totpunkt nicht passiert. Um dieses Problem zu beheben, untersuchten wir die Ursachen aus verschiedenen Perspektiven, darunter das Funktionsprinzip des Mechanismus, der Fertigungsprozess und die Montage. Mithilfe von Computern identifizierten wir anhand des Schaltplans die Teile und deren Abmessungen, die den Eingriff des Mechanismus beeinflussten. Durch die Sicherstellung der kritischen Abmessungen dieser Teile und die Verbesserung ihrer lokalen Bearbeitungsgenauigkeit erzielten wir gute Ergebnisse. Auf diese Weise führten wir mithilfe von Computern qualitative und quantitative Analysen der tatsächlichen Probleme durch, entwickelten konkrete Änderungspläne und verbesserten das Produkt kontinuierlich. Computer beweisen ihre Leistungsfähigkeit auch im Bereich innovativer Konstruktion. Bei der Überprüfung des Produktdesigns äußerten einige Experten den Wunsch, die Höhe zu reduzieren. Wir haben die Produktstruktur sorgfältig analysiert. Um die Gesamtgröße zu reduzieren, mussten wir: 1) die Bodenabmessung verringern. Dazu haben wir die Zahnrad- und Zahnstangenpaare sowie die Kurven der Nockenübertragung neu konstruiert, die Bewegung der Zahnrad- und Zahnstangenpaare am Computer simuliert und eine Bewegungsanalyse durchgeführt. So konnten wir die Größe erfolgreich um über zehn Millimeter reduzieren. 2) die Höhe der Sekundäranschlüsse verringern. Bisher verwendeten sowohl inländische als auch internationale Hersteller vertikale Installationen, die praktisch und intuitiv waren. Horizontale Installationen hätten zwar die Größe deutlich reduzieren können, waren aber weniger intuitiv und erschwerten die Verkabelung. Nach einem Brainstorming entschieden wir uns für eine 45°-Winkelinstallation. Mithilfe eines Computers lösten wir dieses Problem erfolgreich und meldeten ein Patent an. Dadurch konnte die Gesamthöhe um fast 30 mm reduziert werden. Dies ist der Schlüssel zu unserem Schubladenboden-Design. Ein solch großer Arbeitsaufwand, der zuvor manuell durchgeführt wurde, war nicht nur zeitaufwändig und ungenau, sondern auch nicht im Voraus demonstrierbar. Der Einsatz computergestützter Konstruktion (CAD) verkürzte den Designzyklus erheblich, verbesserte die Genauigkeit und ermöglichte die Vorabpräsentation mehrerer Optionen zur Auswahl der besten – ein besonders wichtiger Aspekt bei der Entwicklung neuer Produkte. Im Bereich des Produktdesigns sind Computer zweifellos das beste Werkzeug. Sie können die tatsächliche Wirkung eines Designs intuitiv darstellen, mehrere Optionen vergleichen und die unmittelbaren Auswirkungen von Änderungen aufzeigen. Um die traditionelle Wahrnehmung chinesischer Industrieprodukte als klobig, wuchtig, dunkel und grob zu verändern, konzentriert sich unser Maskendesign darauf, Produktmerkmale hervorzuheben, innovativ zu sein und sich von der Masse abzuheben.