ELEKTRONISCHER SCHUTZSCHALTER |
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申请号 | EP10726425.1 | 申请日 | 2010-06-02 | 公开(公告)号 | EP2443642B1 | 公开(公告)日 | 2014-08-20 |
申请人 | Ellenberger & Poensgen GmbH; | 发明人 | HENGELEIN, Günter; SCHMIDT, Wolfgang; | ||||
摘要 | |||||||
权利要求 | |||||||
说明书全文 | Die Erfindung bezieht sich auf einen elektronischen Schutzschalter. Ein solcher Schutzschalter dient dazu, einen elektrischen Laststromkreis bei Eintritt einer Auslösebedingung selbsttätig zu öffnen, d.h. elektrisch zu unterbrechen. Bei der Auslösebedingung handelt es sich gewöhnlicherweise um einen Überstrom (Kurzschluss oder Überlast). Zusätzlich oder alternativ kann ein Schutzschalter aber auch dazu eingerichtet sein, bei einer anderen Auslösebedingung, insbesondere einer Unter- oder Überspannung, auszulösen. Bei klassischen, elektrischen Schutzschaltem wird das Vorliegen der Auslösebedingung durch ein thermisches und/oder magnetisches Wirkprinzip erkannt. Thermische Schutzschalter umfassen in der Regel ein Auslöseelement in Form eines vom Laststrom durchflossenen Bimetalls oder Dehndrahts, dessen thermisch bedingte Formänderung den Schutzschalter auslöst. Bei magnetischen Schutzschaltem erfolgt die Auslösung in der Regel durch unmittelbare Energetisierung einer Magnetspule durch den Laststrom selbst. Ein elektrischer Überstromschutzschalter mit thermischem Auslöseprinzip ist beispielsweise aus Im Gegensatz hierzu wird die Auslösebedingung bei einem elektronischen Schutzschalter durch eine elektronische Schaltung erkannt. Die Auslöseelektronik erzeugt bei Erkennung der Auslösebedingung ein Auslösesignal, das dann wiederum zur Betätigung eines z.B. magnetischen Auslösers führt. Ein elektronischer Schutzschalter besteht in der Regel aus einer Vielzahl von Einzelteilen. Er ist deshalb zum Einen oft nur vergleichsweise großvolumig herzustellen. Zum Anderen ist ein elektronischer Schutzschalter häufig nur vergleichsweise aufwändig zu montieren. Ein elektronischer Schutzschalter nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 ist aus Weitere elektronische Schutzschalter sind aus Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen kompakten und einfach montierbaren elektronischen Schutzschalter anzugeben. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch die Merkmale des Anspruchs 1. Danach umfasst der Schutzschalter ein isolierendes Gehäuse, einen Schaltkontakt zum reversiblen Kontaktschluss, d.h. Öffnen und Schließen eines zu überwachenden Laststromkreises, einen Auslösemagneten, welcher über eine Auslösemechanik auf den Schaltkontakt wirkt, sowie eine Auslöseelektronik zur Ansteuerung des Auslösemagneten. Der Schaltkontakt, der Auslösemagnet und die Auslöseelektronik sind hierbei auf einer gemeinsamen Leiterplatte fest montiert. Die Leiterplatte bildet somit eine Vormontageeinheit, die bestimmungsgemäß außerhalb des Schutzschaltergehäuses vormontierbar und im Zuge der Endmontage des Schutzschalters im Ganzen in das Gehäuse einsetzbar ist. Durch die Vormontage des Schaltkontakts, des Auslösemagneten und der Auslöseelektronik auf der gemeinsamen Leiterplatte wird der Montageaufwand des Schutzschalters insgesamt erheblich vereinfacht. Hierbei ist insbesondere zu berücksichtigen, dass die Leiterplatte mit den darauf zu montierenden Komponenten außerhalb des Schutzschaltergehäuses wesentlich besser zugänglich ist als in eingebautem Zustand, wodurch die maschinelle oder semi-maschinelle Fertigung der Vormontagebaugruppe erheblich vereinfacht wird. Insbesondere können die Komponenten der Vormontagebaugruppe durch die Aufmontage auf der gemeinsamen Leiterplatte schon außerhalb des Gehäuses vollständig elektrisch verdrahtet werden. Die elektrische bzw. elektronische Funktion des Schutzschalters kann hierdurch auch bereits vor dem Einsetzen der Leiterplatte in das Gehäuse getestet werden, wodurch Produktionsfehler frühzeitig erkannt, und Folgekosten infolge von erhöhtem Produktionsausschuss oder nachträglicher Reparatur von defekten Schutzschaltem vermieden werden. Zudem ermöglicht die Vormontage des Schaltkontakts, des Auslösemagneten und der Auslöseelektronik auf der gemeinsamen Leiterplatte auch eine räumlich besonders vorteilhafte Anordnung dieser Komponenten, die eine räumlich besonders kompakte Realisierung des Schutzschalters begünstigt. Zur weiteren Montagevereinfachung sind im Rahmen der Vormontagebaugruppe auf der Leiterplatte vorzugsweise auch Kontaktschienen fest vormontiert, die zum Anschluss des Schaltkontakts, des Auslösemagneten und der Auslöseelektronik an externe Stromleitungen dienen, und die insofern im Endmontagezustand des Schutzschalters aus dessen Gehäuse herausstehen. Die Vormontagebaugruppe enthält in dieser Ausführungsform vorteilhafterweise die Gesamtheit der strom- und/oder spannungsführenden Teile des Schutzschalters, so dass sich die Endmontage des Schutzschalters auf rein mechanische Fertigungsschritte reduziert. Sowohl im Hinblick auf einfache Montierbarkeit als auch im Hinblick auf eine räumlich besonders vorteilhafte, da kompakte Anordnung der Schutzschalterbestandteile ist in bevorzugter Ausführung des Schutzschalters das Gehäuse im Wesentlichen durch eine Gehäusewanne und einen auf diese aufsetzbaren Gehäusedeckel gebildet, wobei die Leiterplatte mit den daran vormontieren Teilen im Endmontagezustand etwa parallel zu dem Gehäusedeckel im Schutzschaltergehäuse aufgenommen ist. Zweckmäßigerweise grenzt hierbei im Endmontagezustand die Leiterplatte unmittelbar an den Gehäusedeckel an. Alle weiteren Funktionsteile des Schutzschalters, insbesondere die Bewegteile der Auslösemechanik, sind somit im Endmontagezustand auf der vom Gehäusedeckel abgewandten Seite der Leiterplatte im Inneren der Gehäusewanne angeordnet. Der Auslösemagnet ist vorzugsweise als Haltemagnet ausgebildet. Der Auslösemagnet ist somit derart mit der Auslösemechanik gekoppelt, dass er den Schutzschalter in energetisiertem Zustand in einer nicht-ausgelösten Stellung hält. Die Auslösung des Schutzschalters erfolgt also durch Deaktivierung bzw. Abschaltung des Auslösemagneten, und nicht durch Energetisierung. Die Ausbildung des Auslösemagneten als Haltemagnet ermöglicht eine vergleichsweise kleine Dimensionierung dieses Magneten, zumal zum Auslösen des Schutzschalters kein aktiver magnetischer Energiepuls aufgebracht werden muss. Vielmehr löst der Schutzschalter bei dem als Haltemagnet ausgebildeten Auslösemagneten infolge einer elastischen Rückstellkraft der Auslösemechanik aus. Die kompakte Bauform des als Haltemagneten ausgebildeten Auslösemagneten trägt vorteilhaft weiter zur baulichen Verkleinerung des Schutzschalters bei. Vorteilhaft im Sinne eines besonders kompakten Designs ist auch eine weitere bevorzugte Ausführungsform des Schutzschalters, bei der der Auslösemagnet bezüglich seiner Längsachse im Wesentlichen senkrecht zu der Bewegungsrichtung des Schaltkontakts beim Öffnen und Schließen ausgerichtet ist. Zusätzlich oder alternativ hierzu ist der Auslösemagnet - wiederum zur Erzielung einer besonders kompakten Bauweise - bezüglich seiner Längsachse im Wesentlichen senkrecht zur Längsrichtung des Gehäuses ausgerichtet. Als Längsrichtung des Gehäuses ist hierbei diejenige Richtung bezeichnet, in welcher das Gehäuse seine größte Erstreckung aufweist. Üblicherweise ist dies diejenige Richtung, die eine Gehäusefrontseite mit einer Gehäuserückseite verbindet. Als Gehäusefrontseite ist hierbei diejenige Gehäuseseite bezeichnet, an der ein Bedienelement, insbesondere ein Bedienknopf oder eine Schaltwippe aus dem Gehäuse nach außen hervorsteht. Als Gehäuserückseite wird diejenige Gehäuseseite bezeichnet, an der der Schutzschalter elektrisch kontaktierbar ist, an der also insbesondere die vorstehend beschriebenen Kontaktschienen nach außen hervortreten. Bei dem Schutzschalter handelt es sich vorzugsweise um einen Überstromschutzschalter, der bei Auftreten eines eine vorgegebene Stromschwelle überschreitenden Überstroms auslöst. In bevorzugter Ausbildung löst der Schutzschalter hierbei lastabhängig nach unterschiedlichen Haltezeiten aus. In zweckmäßiger Ausgestaltung ist die Auslöseelektronik hierbei dazu eingerichtet, im Falle sehr hoher Kurzschlussströme nach kurzen Haltezeiten, und im Falle niedrigerer Überströme (Überlast) nach längeren Haltezeiten abzuschalten. Für die Kurzschlussauslösung berücksichtigt die Auslöseelektronik bevorzugt den Betrag der Laststromstärke. Für die Überlastauslösung berücksichtigt die Auslöseelektronik dagegen zweckmäßigervveise die quadrierte Laststromstärke als Maß für die elektrische Leistung des Laststroms. Vorzugsweise ist die Auslöseelektronik hinsichtlich der Kurzschlussauslösung und/oder der Überlastauslösung nochmals in mehrere Abschaltstufen mit lastabhängig jeweils unterschiedlichen Haltezeiten untergliedert. Zusätzlich oder alternativ zu der Überstromauslösung weist der Schutzschalter in bevorzugter Ausbildung eine Unterspannungsauslösefunktion und/oder Überspannungsauslösefunktion auf. Ferner kann vorgesehen sein, dass der Schutzschalter zusätzlich oder alternativ auch bei Vorliegen einer anderen insbesondere thermischen Auslösebedingung auslöst. Neben einpoligen Ausführungen sind auch mehrpolige Ausführungen des erfindungsgemäßen Schutzschalters vorgesehen. Diese umfassen - insbesondere in einem gemeinsamen Gehäuse - eine der Polzahl entsprechende Mehrzahl von Schaltkontakten, die über gekoppelte Auslösemechaniken simultan reversibel geöffnet und geschlossen werden können. Aus Gründen rationeller Herstellbarkeit ist im Rahmen solcher mehrpoliger Ausführungsformen zweckmäßigerweise pro Pol eine separate Leiterplatte vorgesehen, auf der der Schaltkontakt und jeweils eine diesem Pol zugeordnete Auslöseelektronik vormontiert sind. Optional sind auf jeder Leiterplatte zudem die zum Anschluss des Schaltkontakts und der Auslöseelektronik an externe Stromleitungen notwendigen Kontaktschienen bereits fest vormontiert. Dagegen ist - aus Gründen der Gewichts-, Bauraum- und Materialeinsparung - zweckmäßigerweise nur einer (einzigen) dieser Leiterplatten ein Auslösemagnet zugeordnet, der über die gekoppelten Auslösemechaniken auf alle Schaltkontakte wirkt. Die mehreren Auslöseelektroniken sind in diesem Fall ansteuertechnisch in Parallelschaltung mit dem Auslösemagneten verschaltet. Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert. Darin zeigen:
Einander entsprechende Teile und Größen sind in allen Figuren stets mit den gleichen Bezugszeichen versehen. Der Schutzschalter 1 umfasst ein Gehäuse 2 aus isolierendem Kunststoff, welches wiederum eine Gehäusewanne 3 sowie einen Gehäusedeckel 4 umfasst. Das geschlossene Gehäuse 2 weist im Wesentlichen die Form eines Flachquaders auf, der an drei Schmalseiten geschlossen ist. An der vierten Schmalseite, welche im Folgenden als Frontseite 5 bezeichnet ist, ist im Montagezustand als Bedienelement eine kippbare Schaltwippe 6 zum Aktivieren bzw. Deaktivieren des Schutzschalters 1 eingesetzt. Eine zur Frontseite 5 entgegengesetzte Schmalseite des Gehäuses 2 ist im Folgenden als dessen Rückwand 7 bezeichnet. Die beiden angrenzenden (einander gegenüberliegenden) Schmalseiten des Gehäuses 2 bilden dessen Seitenwände 8 bzw. 9. Die Gehäusewanne 3 ist im Wesentlichen durch einen Gehäuseboden 10, die Rückwand 7, sowie durch die Seitenwände 8, 9 gebildet, während der Gehäusedeckel 4 im Wesentlichen durch eine rechteckige Platte 11 gebildet ist, die randseitig mit in etwa rechtwinklig angeformten Rastösen 12 zum Verrasten mit korrespondierenden Rastnasen 13 der Seitenwände 8 bzw. 9 versehen ist. Weiterhin sind an die Platte 11 im Bereich ihres der Rückwand 7 zugewandten Randes rechtwinklig abstehende Zapfen 14 angeformt, die in komplementäre Schlitze 15 der Rückwand 7 etwa passgenau einsteckbar sind. Der Schutzschalter 1 umfasst weiterhin eine Leiterplatte 20, welche im Montagezustand im Wesentlichen parallel zum Gehäusedeckel 4 in das Gehäuse 2 eingesetzt ist. Auf der Leiterplatte 20 sind drei elektrische Kontaktschienen 21, 22 bzw. 23, sowie ein im Wesentlichen als Auslöseelement des Schutzschalters 1 dienender Elektromagnet 24 aufgelötet. Weiterhin ist auf der Leiterplatte 20 eine hier nicht weiter dargestellte Auslöseelektronik 25 zur Ansteuerung des Elektromagneten 24 angeordnet. Die Kontaktschienen 21 und 23 dienen zum Kontaktschluss mit einem zu überwachenden Laststromkreis 26 ( Der Schutzschalter 1 umfasst weiterhin zum Betätigen und Auslösen eine Auslösemechanik 30. Die Auslösemechanik 30 wiederum umfasst zusätzlich zu der Schaltwippe 6 einen Schalthebel 31, einen Auslösehebel 32, sowie einen Stößel 33. In Aus An die Kontaktschiene 21 ist im Bereich ihres von dem Freiende 34 abgewandten Festendes 40 eine in etwa rechtwinklig abstehende blattfederartige Kontaktfeder 41 angebracht, die wiederum freiendseitig eine Kontaktfläche 42 aufweist. An der Kontaktschiene 23 ist am entsprechenden Festende 44 eine ebenfalls in etwa rechtwinklig abstehende, mit der Kontaktfläche 42 korrespondierende Kontaktfläche 45 angeformt. Die aus der Kontaktfeder 41, der Kontaktfläche 42 und der Kontaktfläche 45 gebildete Baugruppe ist nachfolgend als Schaltkontakt 46 bezeichnet. Die Kontaktfeder 41 erstreckt sich etwa in Querrichtung X über die Gehäusebreite, so dass die Kontaktflächen 42 und 45 zum reversiblen Schließen des Laststromkreises 26 in Kontakt gebracht werden können. Zwischen den beiden Kontaktschienen 21 und 23 ist der Elektromagnet 24 angeordnet, wobei dieser mit der Längsachse 50 seines Spulenkörpers 51, d.h. in Längsausdehnung seines Magnetkems 52, etwa entlang der Querrichtung X ausgerichtet ist. Er ist mittels Lötkontakten 53 auf der Leiterplatte 20 aufgelötet. An seiner der Seitenfläche 9 zugewandten Seite ragt der Magnetkern 52 aus dem Spulenkörper 51 heraus. In Längsrichtung Y gesehen zwischen dem Elektromagneten 24 und der Kontaktfeder 41 ist der Auslösehebel 32 angeordnet. Der Auslösehebel 32 weist eine etwa rechtwinklige Form mit einem Langschenkel 55 (etwa in Querrichtung X) und einem Kurzschenkel 56 (etwa in Längsrichtung Y) auf. Der Stoßpunkt der beiden Schenkel 55,56 ist im Folgenden als Knie 57 bezeichnet. Im Bereich des Knies 57 ist der Auslösehebel 32 auf einem Zapfen 59 (gestrichelt dargestellt) des Gehäuses 2 schwenkbar gelagert. An dem Langschenkel 55 ist an seinem von dem Knie 57 abgewandten Ende der Stößel 33 über ein Filmscharnier 60 schwenkbar angebracht. Der Stößel 33 erstreckt sich, von dem Langschenkel 55 ausgehend in Längsrichtung Y bis zur Schaltwippe 6. Der Schalthebel 31 ist in Längsrichtung Y gesehen oberhalb der Kontaktfeder 41 angeordnet. Er ist durch ein im Wesentlichen etwa dreieckiges, starres Teil gebildet, welches mit einem Zapfen 61 in einer Langlochführung 62 des Gehäuses 2 geführt ist. Die Schaltwippe 6 umfasst einen schalenförmigen Körper 63, sowie einen in das Gehäuse 2 hineinragenden Schaft 64. Mittels einer Durchführung 65 im Schaft 64 ist die Schaltwippe 6 schwenkbar auf einem Zapfen 66 des Gehäuses 2 gelagert. Die Schaltwippe 6 ist mit dem Schalthebel 31 über einen am Freiende des Schaftes 64 angeordneten Zapfen 67 gekoppelt, der in eine etwa hockeyschlägerförmige Führung 69 ( Der Schalthebel 31 wiederum wirkt zum Einen mittels einer Haltenase 70 mit einer Halteschulter 71 am Kurzschenkel 56 des Auslösehebels 32 zusammen. Zum Anderen wirkt der Schalthebel 31 über eine Wirkfläche 72 auf die Kontaktfeder 41. Der Auslösehebel 32 korrespondiert über ein Magnetjoch 73, welches mittels zweier Rastwinkel 74 an diesem aufgeschnappt und mittels einer zwischen Magnetjoch 73 und Auslösehebel 32 eingespannten Druckfeder 75 abgefedert ist, mit dem Magnetkern 52 des Elektromagneten 24. In der AUS-Stellung ist der Schalthebel 31 freigegeben, d.h. er beaufschlagt weder die Kontaktfeder 41 noch den Auslösehebel 32. Die Kontaktfeder 41 befindet sich in einer Ruhelage, in der der Kontakt zwischen den Kontaktflächen 42 und 45 unterbrochen ist. In der AUS-Stellung drückt die Schaltwippe 6 den Stößel 33 weiterhin durch Beaufschlagung des freien Stößelendes 87 in Längsrichtung Y nach unten, wodurch das Magnetjoch 73 mit dem Magnetkern 52 in Kontakt gebracht wird. Wird der Elektromagnet 24 über die Auslöseelektronik 25 bestromt, so werden das Magnetjoch 73 und der Auslösehebel 32 durch Magnetschluss mit dem Elektromagneten 24 in der in Im Auslösefall wird der Elektromagnet 24 durch die Auslöseelektronik 25 deaktiviert, d.h. stromlos geschaltet, und somit das Magnetjoch 73 freigegeben. Der Auslösehebel 32 wird infolge dessen unter Wirkung einer Schenkelfeder 92 im Gegenuhrzeigersinn um das Knie 57 in die in Hierdurch entkoppelt die Haltenase 70 des Schalthebels 31 von der Halteschulter 71 des Auslösehebels 32. Infolge der fehlenden Gegenkopplung wird der Schalthebel 31 im Gegenuhrzeigersinn in die in Wird die Schaltwippe 6 nicht in der EIN-Stellung blockiert, so kippt sie unter Wirkung der Schenkelfeder 81 in die AUS-Stellung gemäß In Die Leiterplatte 20 wird außerhalb des Gehäuses 2 mit den Kontaktschienen 21,22,23 der Kontaktfeder 41 und dem Elektromagneten 24 zu einer fest zusammenhängenden Vormontagebaugruppe zusammengesetzt. Diese Vormontagebaugruppe, die alle strom- oder spannungsführenden Teile des Schutzschalters 1 umfasst, wird als Ganzes in die Gehäusewanne 3 mit der darin einliegenden Auslösemechanik 30 eingelegt. Anschließend muss nur noch der Gehäusedeckel 4 auf die Gehäusewanne 3 aufgeklipst werden, um die - somit insgesamt sehr unaufwändige - Montage abzuschließen. Die Auslöseelektronik 25 ist bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel zumindest im Wesentlichen durch einen Mikrocontroller gebildet. In dem Mikrocontroller ist ein in Das Steuerprogramm 100 umfasst zwei parallele Funktionsstränge, nämlich einen (Kurzschlussauslöse-)Strang 101 und einen (Überlastauslöse-)Strang 102, die von einem gemeinsamen Strang 103 abzweigen. Im gemeinsamen Strang 103 wird zunächst mittels eines Stromsensors 104 als Eingangssignal die (Last-)Stromstärke i im Laststromkreis 26 bestimmt. Der (z.B. durch einen Shunt oder einen Stromwandler gebildete) Stromsensor 104 gibt als Ausgangssignal ein analoges Strommesssignal iA in Form einer stromstärkeproportionalen Spannung an einen nachgeschalteten Analog-Digital-(AD)-Wandler 106 aus. In dem AD-Wandler 106, der vorzugsweise ein integraler Bestandteil des Mikrocontrollers ist, wird das analoge Strommesssignal iA im Takt einer (Mess-)Taktfrequenz fm mit einer Auflösung von nm Bit (hier nm = 8) in ein digitales Strommesssignal iD umgewandelt. Das Strommesssignal iD wird derart erzeugt, dass
entsprechen. Mit IN ist hierbei die Nennstromstärke des Schutzschalters 1 bezeichnet. Die Konstante C ist - je nach der Auslösesensitivität des Schutzschalters 1 - auf Werte zwischen etwa 3 und 20, z.B. auf C = 15, festgelegt. Der Schutzschalter 1 ist vorrangig zur Überwachung eines Wechselstrom-Lastkreises vorgesehen. Die Messtaktfrequenz fm ist daher auf ein Vielfaches, insbesondere auf das 20-fache der üblichen Netzfrequenz fN (bei einer Netzfrequenz von fN = 50Hz also auf fm = 1 kHz) gesetzt. Der Schutzschalter 1 kann ungeachtet dessen aber zur Überwachung eines Gleichstrom-Lastkreises eingesetzt werden, ohne dass hierfür das Steuerprogramm 100 geändert werden müsste. Von einem dem AD-Wandler 106 softwaretechnisch nachgeschalteten Betragsmodul 107 wird nach der Gleichung ein digitales (Strom-) Betragssignal iB erzeugt, das im Wesentlichen dem Absolutbetrag der Laststromstärke i entspricht. Das Betragssignal iB fließt als Eingangsgröße in die Teilstränge 101 und 102 des Steuerprogramms 100 ein. In einer nullten Prüfstufe des Kurzschlussauslösestrangs 101 wird in einem Vergleichsmodul 1100 mit der Taktfrequenz fm der in jedem Messtakt ermittelte Abtastwert des Betragssignals iB mit einem diskreten Kennlinienpunkt k0 einer hinterlegten (Kurzschlussauslöse-)Kennlinie K ( Das Strommesssignal iD, bzw. das Betragssignal iB enthält somit digitale Abtastwerte der Stromstärke i zu diskreten, jeweils mit zeitlichem Abstand von fm-1 aufeinander folgenden Abtastzeitpunkten. Der Kennlinienpunkt k0 gibt die sogenannte Sofort-Auslöseschwelle wieder. Der Wert des Kennlinienpunkts k0 ist ein Maß für die im Mittel über eine Haltezeit tH ( In einer - nachgeschalteten - ersten Prüfstufe des Kurzschlussauslösestrangs 101 wird mit der Taktfrequenz fm, d.h. in jedem Messtakt, der jeweils ermittelte Abtastwert des Strombetrags iB in einen ersten (First-In-First-Out-)Speicher 1131 mit einer Anzahl von (hier beispielhaft: zwei) Speicherplätzen geschrieben. Stets nach einer der Speicherplatzanzahl entsprechenden Anzahl von Messtakten - angedeutet durch die Uhrsymbole 115 - bildet ein Summenmodul 1201 einen gerundeten Mittelwert iM1 aus den im Speicher 1131 gespeicherten Abtastwerten des Betragssignals iB. Bei zwei Speicherplätzen wird der Mittelwert iM1 somit mit der halben Taktfrequenz fm / 2 = 500Hz gebildet. Ein in dem Speicher 1131 abgelegter Abtastwert des Betragssignals iB wird hierdurch stets nur einmal in der Mittelwertbildung berücksichtigt. Anschaulich gesprochen wird der Speicher 1131 immer nur dann ausgewertet, wenn er vollständig mit neuen Abtastwerten des Betragssignals iB aufgefüllt ist. Der Mittelwert iM1 wird als Prüfgröße einem nachfolgenden Vergleichsmodul 1101 zugeführt. Das Vergleichsmodul 1101 vergleicht diesen Mittelwert iM1 wiederum mit einem zugeordneten Kennlinienpunkt k1 der Kennlinie K und gibt - analog zu dem Vergleichsmodul 1100 - das Auslösesignal A aus, wenn der Mittelwert iM1 den Kennlinienpunkt k1 wertemäßig überschreitet (iM1 > k1). Der Kennlinienpunkt k1 ist ein Maß für die im Mittel maximal zulässige Überstromstärke über eine Haltezeit tH, die der doppelten Taktzeit tm, entspricht (tH = 2·tm = 2·fm-1; hier tH = 0,002s). Der Mittelwert iM1 der ersten Prüfstufe wird als Eingangsgröße einer zweiten Prüfstufe zugeführt, die analog zur ersten Prüfstufe einen weiteren (First-In-First-Out-)Speicher 1132, ein weiteres Summenmodul 1202 und ein weiteres Vergleichsmodul 1102 aufweist. Auch hinsichtlich ihrer Funktion gleicht die zweite Prüfstufe der ersten Prüfstufe, mit dem Unterschied, dass dem Speicher 1132 anstelle des Betragssignals iB der Mittelwert iM1 der ersten Prüfstufe zugeführt wird, und dass ein von dem Summenmodul 1202 erzeugter Mittelwert iM2 mit der durch vier geteilten Taktfrequenz fm / 4 = 250 Hz erzeugt wird. Ein dem Vergleichsmodul 1102 als Auslösekriterium zugeordneter Kennlinienpunkt k2 ist somit ein Maß für die maximale Überstromstärke im Mittel über eine Haltezeit tH, die der vierfachen Taktzeit tm entspricht (tH = 4·tm = 4·fm-1; hier tH = 0,004s). Der zweiten Prüfstufe sind kaskadenartig eine oder mehrere weitere Prüfstufen n-ter Ordnung (n = 3, 4, ...) nachgeschaltet, die hinsichtlich ihres Aufbaus und ihrer Funktion wiederum der zweiten Prüfstufe entsprechen, und jeweils durch einen (First-In-First-Out-)Speicher 113n, ein weiteres Summenmodul 120n und ein weiteres Vergleichsmodul 110n gebildet sind. Der Speicher 113n erhält hierbei jeweils als Eingangssignal den Mittelwert iM(n-1) der direkt übergeordneten Prüfstufe (n-1)-ter Ordnung. Von dem Summenmodul 120n der n-ten Prüfstufe wird stets mit der durch 2" geteilten Taktfrequenz fm / 2n ein Mittelwert iMn erzeugt, der in dem Vergleichsmodul 110n mit einem Kennlinienpunkt kn verglichen wird. Der Kennlinienpunkt kn ist ein Maß für die maximale Überstromstärke im Mittel über eine Haltezeit tH, die der 2n-fachen Taktzeit tm entspricht Das Prinzip dieser kaskadenartigen Mittelwertbildung ist in
Im Überlastauslösung-Teilstrang 102 wird gemäß Dieses Quadratsignal p wird mit der Taktfrequenz fm in einen (First-In-First-Out-) Speicher 131 einer nullten Prüfstufe des Teilstrangs 102 eingelesen. Der Speicher 131 hat - wiederum für den Einsatz des Schutzschalters 1 zur Sicherung eines Wechselstrom-Lastkreises - eine Anzahl q von Speicherplätzen, die dem Verhältnis der Taktfrequenz fm zu der üblichen Netzfrequenz fN oder einem Vielfachen hiervon entspricht: mit j = 1,2,3,... Bei einer Netzfrequenz von fN = 50 Hz und einer Taktfrequenz von fm = 1 kHz hat der Speicher 131 insbesondere q = 20 Speicherplätze. Ein dem Speicher 131 nachgeschaltetes Summenmodul 132 berechnet stets nach einer der Anzahl q entsprechenden Anzahl von Messtakten - angedeutet durch die Uhrsymbole 133 - einen gerundeten Mittelwert pM0 aus den im Speicher 131 gespeicherten Werten des Quadratsignals p. Der Mittelwert pM0 stellt hierbei ein Maß für die Effektivleistung des Laststroms dar. Bei zwanzig Speicherplätzen des Speichers 131 wird der Mittelwert pM0 mit einer der Netzfrequenz fN entsprechenden Taktfrequenz fe= fN = 1/20·fm gebildet. Ein in dem Speicher 131 abgelegter Wert des Quadratsignals p wird hierdurch wiederum stets nur einmal in der Mittelwertbildung berücksichtigt. Der Mittelwert pM0 wird in einem nachgeschalteten Vergleichsmodul 1360 mit einem Kennlinienpunkt u0 einer hinterlegten (Überlastauslöse-)Kennlinie U ( Analog zum Teilstrang 101 sind auch im Teilstrang 102 hierarchisch nachgeschaltete Prüfstufen vorgesehen, die hinsichtlich Aufbau und Funktion den entsprechenden Prüfstufen des Teilstrangs 101 entsprechen. Jede dieser Prüfstufen umfasst
Die Zählvariable n = 1,2,3,... bezeichnet hierbei wiederum die hierarchische Ordnung der jeweiligen Prüfstufe. In beispielhafter Ausführung des Steuerprogramms 1 hat der Teilstrang 101 fünf Prüfstufen (n = 0,1,...,4), während der Teilstrang 102 dreizehn Prüfstufen (n = 0,1,...,12) aufweist. In
Bei den Modulen 107, 110n (n = 0,1,2, ...), 120n (n = 1,2,...),130, 132, 136n (n = 0,1,2, ...), und 140n (n = 1,2, ...) handelt es sich um Software-Bausteine des Steuerprogramms 100. Bei den (First-In-First-Out-)Speichem 113n (n = 1,2,...), 131 und 138n (n = 1,2,...) handelt es sich vorzugsweise um softwaretechnisch allozierte (d.h. reservierte) Bereich eines gemeinsamen Arbeitsspeichers des das Steuerprogramm 100 ausführenden Mikrocontrollers. Die Kennlinien K und U sind in Entsprechend der jeweiligen Anzahl von Prüfstufen umfasst die Kennlinie K vier Kennlinienpunkte k0, k1, ..., k4, während die Kennlinie U aus dreizehn Kennlinienpunkten u0, u1, ..., u12 gebildet ist. Aus Die Stromwerte (Auslösewerte) der Kennlinienpunkte kn und un können - abweichend von dem in Auch die Anzahl der Kennlinienpunkte kn, und un kann grundsätzlich für jede der Kennlinien K und U frei gewählt werden. Die Anzahl der Prüfstufen der Teilzweige 101 und 102 ist hierbei stets an die Anzahl der Kennlinienpunkte kn und un der jeweils zugeordneten Kennlinie K bzw. U anzupassen, wobei jeder Kennlinienpunkt kn oder un hinsichtlich der ihm zugeordneten Haltezeit tH einer Prüfstufe des Teilstrangs 101 bzw. 102 entspricht. Alternativ ist aber auch denkbar,
In diesen Fällen werden den Prüfstufen anstelle der Kennlinienpunkte kn bzw. un Schwellwerte zugeführt, die durch Interpolation oder Extrapolation nach Maßgabe der den Prüfstufen zugeordneten Haltezeiten tH aus den Kennlinienpunkten kn bzw. un abgeleitet werden. Auch die exponentielle Zunahme der Haltezeit tH mit steigender Stufenordnung n kann - in alternativer Ausführung der Erfindung - variiert werden, indem die innerhalb desselben Teilstrangs 101 oder 102 aufeinanderfolgenden Speicher 113n (n = 1,2, ...) bzw. 138n (n = 1,2,...) mit variierender Anzahl von Speicherplätzen definiert werden. Der Schutzschalter 1 hat baubedingt eine passive Unterspannungsauslösefunktion, zumal die Auslösemechanik 30 zwangsweise dann auslöst, wenn die zwischen den Kontaktschienen 21 und 22 anliegende Spannung nicht mehr ausreicht, um den Elektromagneten 24 und/oder die Auslöseelektronik 25 hinreichend mit elektrischer Energie zu versorgen. Diese Funktion kann insbesondere genutzt werden, um den Schutzschalter 1 ferngesteuert mittels eines der Kontaktschiene 22 nachgeschalteten Schalters auszulösen. Der Schutzschalter 1 hat darüber hinaus optional eine aktive Überspannungsauslösefunktion, die insbesondere softwaretechnisch in einem (nicht dargestellten) Unterspannungsauslöseblock des Steuerprogramms 100 implementiert ist. Im Rahmen dieser aktiven Unterspannungsauslösung erfasst das Steuerprogramm 100 fortlaufend und parallel zu dem Ablauf des in |