Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum selbsttätigen Abschalten
oder Schalten eines elektrischen Verbrauchers gemäß dem Oberbegriff des
Anspruchs 1.
Derartige Vorrichtungen sind vielseitig einsetzbar, insbesondere im
Bereich der Industrieautomation und zugehöriger Steuer- und Regelaufgaben.
Ein typischer Einbauort sind Unterverteilungen oder Schaltschränke.
An derartige Vorrichtungen sind elektrische Verbraucher anschließbar, beispielsweise
Aktoren, wie Motoren oder Ventile, oder Sensoren, wie Temperaturfühler oder
Druckmesser. Die Anschlusswerte der anzuschließenden Verbraucher, insbesondere
deren Anschlussleistung und deren Nennstrom, können dabei unterschiedlich sein,
und es muss üblicherweise eine entsprechende Vielfalt an gattungsgemäßen
Vorrichtungen vorgehalten werden, insbesondere an den Montageort solcher Vorrichtungen
mitgeführt werden.
Aus der WO 00/74196 A1 ist ein Stromverteilungssystem im Niedervoltbereich
bekannt, bei dem jedem Stromkreis ein gattungsgemäßer Schutzschalter mit
einstellbarer Strombegrenzung als Kurzschluss- und/oder Überlastschutz zugeordnet
ist. Die Besonderheit darin liegt, dass im Überlastfall bei Überschreiten
einer ersten einstellbaren Stromschwelle eine Sperrung des Leistungsteils nach Ablauf
einer ersten einstellbaren Abschaltzeit erfolgt, und im Kurzschlussfall eine Begrenzung
des Stromes durch das Leistungsteil auf eine zweite einstellbare Stromschwelle sowie
eine Sperrung des Leistungsteils nach Ablauf einer zweiten Abschaltzeit erfolgt.
Der bekannte Schutzschalter weist Steuereingänge und Signalausgänge auf,
die an eine Signalleitung oder eine Busschnittstelle geführt sind. Die Verbraucher
sind nur einpolig mit ihrem jeweiligen Pluspol an dem Schutzschalter angeschlossen,
insbesondere sind die Minuspole aller Verbraucher unmittelbar mit dem Minuspol des
Netzteils verbunden.
Die Anpassung der Auslösecharakteristik gattungsgemäßer
Vorrichtung an die anzuschließenden Verbraucher kann häufig endgültig
erst vor Ort, d.h. beim Einbau der Vorrichtung vorgenommen werden. Diese Anpassung
erfolgt in der Regel durch Auswahl einer geeigneten Vorrichtung aus einer Vielzahl
von Vorrichtungen, die werkseitig mit unterschiedlichen Auslösecharakteristiken
hergestellt wurden. Beispielsweise können die Vorrichtungen mit unterschiedlichen
Nennstromwerten oder mit einer unterschiedlichen Ansprechzeit, nach deren Ablauf
die Vorrichtung anspricht, werkseitig hergestellt werden. Zu diesem Zweck wurden
beispielsweise normartige Klassifizierungen für Auslösecharakteristiken
geschaffen, siehe beispielsweise VDE 0641 oder VDE 0664. Dies erfordert bei der
Montage oder Wartung derartiger Vorrichtungen, dass von jeder möglicherweise
erforderlichen Type jeweils ein Exemplar vorgehalten werden muss.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung bereitzustellen,
welche die Nachteile des Standes der Technik überwindet. Insbesondere sollen
die aus gattungsgemäßen Vorrichtungen zusammengestellten Systeme kostengünstig
in der Herstellung und Wartung, einfach anpassbar an veränderte Gegebenheiten
und dabei dennoch dauerhaft zuverlässig im Betrieb sein.
Diese Aufgabe ist durch die im Anspruch 1 bestimmte Vorrichtung gelöst.
Besondere Ausführungsarten der Erfindung sind in den Unteransprüchen bestimmt.
In einem Ausführungsbeispiel ist die Auslösecharakteristik
mindestens auch durch den Parameter des Leistungs- oder Stromintegrals bestimmt,
d.h. durch das Integral der Leistung oder des über die Lastleitung fließenden
Stromes über der Zeit, und der Grenzwert für dieses Integral ist durch
das Einstellmittel unmittelbar einstellbar. Um den Einfluss von gegebenenfalls irrelevanten
langsamen Veränderungen beispielsweise des Stromwertes herauszufiltern, kann
das Integral nur über eine jeweils zurückliegende Integrationszeit gebildet
werden, beispielsweise über die jeweils zurückliegenden fünf Sekunden;
länger zurückliegende Werte werden bei der Integration nicht mehr berücksichtigt.
Die Integrationszeit kann dabei konstant sein, oder ebenfalls manuell oder selbsttätig
von der Vorrichtung einstellbar sein, beispielsweise in Abhängigkeit von dem
angeschlossenen Verbraucher oder der aktuellen Lastsituation.
In einem Ausführungsbeispiel ist das Stellelement ein Schalterelement,
das im Wesentlichen den Strom abschaltet und wieder zuschalten kann. Dies kann durch
einen Transistor erfolgen, der außerdem die Möglichkeit bietet, den Laststrom
zu regeln, insbesondere zu begrenzen.
In einem Ausführungsbeispiel kann das Einstellmittel durch einen
Schiebe- oder Drehschalter oder ein Schiebe oder Drehpotentiometer realisiert sein,
das an eine mikrocontrollerbasierte Steuereinheit angeschlossen ist und mit dem
die Parameter für die Auslösecharakteristik eingestellt werden können.
Um insbesondere ein unbeabsichtigtes Verstellen zu verhindern, kann das Einstellelement
eine Werkzeugangriffsfläche aufweisen, sodass es nur mit einem geeigneten Werkzeug
betätigt werden kann. Das Einstellmittel ist vorzugsweise an einer Front- oder
Stirnfläche der Vorrichtung angebracht, insbesondere in der Nähe des Typenschildes,
mit dem das Einstellmittel auf einfache Weise als solches gekennzeichnet werden
kann.
Durch das Einstellmittel ist der entsprechende Parameter vorzugsweise
zwischen einem vorgegebenen unteren Grenzwert und einem vorgegebenen oberen Grenzwert
in Stufen oder stufenlos einstellbar. Der untere und/oder obere Grenzwert kann dabei
fest durch die Steuereinheit vorgegeben sein, gegebenenfalls auch hartverdrahtet,
beispielsweise durch den Einbau entsprechender Vorwiderstände. Darüber
hinaus ist es auch möglich, in der Steuereinheit in einem unveränderlichen
oder frei programmierbaren Speicherbereich diese Grenzwerte abzulegen und bei Bedarf
an veränderte Umstände anzupassen.
Die Vorrichtung kann in Reihe mit dem Verbraucher zwischen einer Versorgungsleitung
einer Gleichspannungsversorgung und dem zugehörigen Massepotential geschaltet
sein. Im Falle einer Wechselspannungsversorgung liegt die Vorrichtung in Reihe mit
dem Verbraucher zwischen einer Phase und dem Nullleiter oder zwischen zwei Phasen.
Ein typisches Anwendungsgebiet ist der Einsatz in Gleichstrom-Niederspannungsversorgungen
mit einer Nennspannung von 24 V.
Die Vorrichtung kann dabei in einem Gehäuse angeordnet sein,
mittels dem die Vorrichtung lösbar auf einer Tragschiene festlegbar ist und
auf der Tragschiene an weitere erfindungsgemäße Vorrichtungen und/oder
an andere Komponenten der elektrischen Installation, wie beispielsweise Einspeiseklemmen,
Signalisierungselemente und dergleichen, anreihbar ist.
Zwei wesentliche Parameter der Auslösecharakteristik sind der
Nennstromwert und die Abhängigkeit einer Ansprechzeit, nach deren Ablauf das
Stellelement angesteuert wird, von dem tatsächlichen Laststrom. In einem Ausführungsbeispiel
weist die Vorrichtung ein einziges Einstellmittel auf, mit dem diese beiden Parameter
gleichzeitig verändert werden. Beispielsweise kann durch ein stufenförmiges,
insbesondere dreistufiges Einstellmittel zwischen einer genormten Auslösecharakteristik
B oder C für einen Leitungsschutz, G oder K für einen Schutz nachgeschalteter
Geräte und Motoren, oder Z für einen Schutz von Halbleiterbauelementen
und Messkreisen von Spannungswandlern gewählt werden.
In einem anderen Ausführungsbeispiel kann ein erstes und/oder
ein zweites stufenförmiges oder stufenloses Einstellmittel vorgesehen sein,
mit dem der Nennstromwert und die Abhängigkeit der Ansprechzeit getrennt voneinander
eingestellt werden können. Dadurch kann die Vorrichtung an alle infrage kommenden
Einsatzmöglichkeiten angepasst und insbesondere vor Ort bei der Montage eingestellt
werden. So können beispielsweise hohe Nennstromwerte mit einem flinken Ansprechverhalten
ebenso eingestellt werden wie geringe Nennstromwerte mit einem trägen Ansprechverhalten,
und es kann hierfür ein und dieselbe Vorrichtung eingesetzt werden.
Ungeachtet der Einstellmöglichkeiten kann die Vorrichtung mit
einer werkseitig oder mit einem erhöhten apparatetechnischen Aufwand auch noch
später einstellbaren Grundeinstellung ausgerüstet sein. Diese Grundeinstellung
kann durch ein vorgesehenes Mittel aktiviert werden, beispielsweise durch eine hierfür
vorgesehene Taste oder auch durch eine gegebenenfalls auch rastbare End- oder Zwischenposition
der Einstellmittel. Mit einer solchen Grundeinstellung können die Vorrichtungen
werkseitig ausgeliefert werden und nur bei Bedarf und insbesondere vor Ort bei der
Montage durch Betätigen der Einstellmittel an die örtlichen Gegebenheiten
angepasst werden, insbesondere an die anzuschließenden Verbraucher.
Zum Schutz gegen unbeabsichtigtes Verstellen der Einstellmittel können
diese gegenüber dem umgebenden Gehäuse zurückversetzt angeordnet
sein und/oder nur mit einem Werkzeug betätigbar sein. Es kommt auch in Betracht,
abnehmbare und gegebenenfalls unverlierbar mit dem Gehäuse verbundene Abdeckungen
für die Einstellmittel vorzusehen. Als weitere Alternative kommt in Betracht,
eine Art Plombe an dem Einstellmittel vorzusehen, die beim erstmaligen Betätigen
beschädigt oder zerstört wird, beispielsweise einen einstückig mit
dem Gehäuse der Vorrichtung ausgebildeten Steg, der beim erstmaligen Betätigen
des Einstellmittels abbricht. Dadurch wäre in einem eventuellen Schadensfall
nachweisbar, dass die Vorrichtung zumindest temporär mit gegenüber der
Grundeinstellung veränderten Einstellungen betrieben wurde.
Als weitere Sicherheitsmaßnahme kann ein Sicherungselement vorgesehen
sein, mittels dem die Grundeinstellung oder eine vorgenommene Einstellung des Einstellmittels
gegen unbeabsichtigtes oder unbefugtes Verändern sicherbar ist. Beispielsweise
kann eine Sicherungstaste vorgesehen sein, die mit der Steuereinheit verbunden ist
und auf elektrische bzw. elektronische Weise die aktuelle Einstellung des Einstellmittels
sichert. Alternativ oder ergänzend kann beispielsweise ein mechanischer Riegel
oder ein Klemmstück vorgesehen sein, bei dessen Betätigung die Einstellung
des Einstellmittels nicht verändert werden kann und dadurch auf mechanische
Weise die aktuelle Einstellung des Einstellmittels gesichert ist.
Der zeitliche Verlauf des über die Lastleitung fließenden
Stromes kann auf unterschiedliche Weise ausgewertet werden. Im einfachsten Fall
wird ein Überschreiten des eingestellten oder vorgegebenen Maximalstromes oder
Nennstromes registriert und daraufhin das Stellelement schnellstmöglich und
insbesondere ohne gesteuerte Verzögerung abgeschaltet und
dadurch der Stromkreis zum Verbraucher unterbrochen. In vielen Anwendungsfällen
ist dagegen die Leistungs- oder Energieaufnahme zum Verbraucher entscheidend, wohingegen
sehr kurzzeitige Stromspitzen toleriert werden können. Um für diese Anwendungsfälle
eine geeignete Auslösecharakteristik bereitzustellen, kann es vorteilhaft sein,
jedenfalls auch parallel zur Beurteilung des fließenden Stromes das Integral
des Stromes i(t) über der Zeit oder auch das Integral des Stromes i(t) im Quadrat
über der Zeit zu erfassen oder zu berechnen und beim Auslöseverhalten
zu berücksichtigen.
Im Falle einer mikrocontrollerbasierten Steuereinheit können
die Stromwerte in regelmäßigen Abständen erfasst und digital weiterverarbeitet
werden. Die so erhaltenen Stromwerte können mit in der Steuereinheit oder der
Vorrichtung abgespeicherten Werten verglichen werden. Die Zeit zwischen zwei Abtastwerten
für den über die Lastleitung fließenden Strom kann dabei konstant
sein, insbesondere aus einem Takt der Steuereinheit abgeleitet sein, oder variabel,
beispielsweise automatisch in Abhängigkeit der Stromänderung di(t)/dt
gewählt werden, um auch bei sehr schnellen Änderungen des Stromes erforderlichenfalls
noch sicher abschalten zu können.
In einer Ausführungsart weist die Vorrichtung ein Kontaktorgan
auf, mittels dem die Vorrichtung mit einer Versorgungsleitung elektrisch verbindbar
ist. Das Kontaktorgan ist in der Vorrichtung bewegbar gelagert und kann beispielsweise
in einer von zwei Endstellungen in elektrischer Verbindung mit der Versorgungsleitung
sein. Besonders vorteilhaft ist, wenn für die Herstellung der Verbindung kein
besonderes Werkzeug erforderlich ist und die Verbindung dennoch einfach hergestellt
und gelöst werden kann. Hierfür kann das Kontaktorgan federelastisch verformbar
ausgebildet sein und beispielsweise durch eine Dreh- oder Schiebebewegung in elektrische
Verbindung mit der Versorgungsleitung gebracht werden. Die Vorrichtung kann dadurch
an einer Trag- oder Hutschiene festgelegt werden, ohne dass sie automatisch mit
der Versorgungsleitung elektrisch verbunden ist.
Erst durch Betätigen des Kontaktorgans, beispielsweise durch
Schieben oder Drehen, wird die Verbindung hergestellt und kann bei Bedarf auch wieder
gelöst werden, sodass die Vorrichtung auch im eingebauten Zustand spannungsfrei
gemacht werden kann. Dies ist insbesondere bei der Montage oder im Falle eines Austausches
der Vorrichtung von Vorteil, weil die benachbarten Vorrichtungen nicht deinstalliert
werden müssen.
In einer Ausführungsart ist die Vorrichtung mindestens zweipolig,
vorzugsweise allpolig mit der gegebenenfalls mehrphasigen Versorgungsleitung elektrisch
verbindbar. Dadurch sind die Diagnosemöglichkeiten erhöht, beispielsweise
können Fehlerstrommessungen oder Isolationsmessungen durchgeführt werden,
und die Signalentkopplung in einem System mit mehreren gattungsgemäßen
Vorrichtungen ist verbessert.
In einem Ausführungsbeispiel ist der Verbraucher mindestens zweipolig,
vorzugsweise allpolig an der Vorrichtung anschließbar. Dadurch ist eine klare
Zuordnung des Verbrauchers zu der zugehörigen Vorrichtung gewährleistet.
In einem Störfall kann nur der betroffene Verbraucher abgeschaltet werden,
wohingegen die weiteren Verbraucher in Betrieb bleiben. Dadurch ist die Ausfallzeit
des zugehörigen Gesamtsystems reduziert.
In einer Ausführungsart weist die Vorrichtung mindestens ein
Trennelement zum galvanischen Trennen der Vorrichtung von dem Verbraucher und/oder
der Versorgungsleitung auf. Das Trennelement kann in Reihe zu dem Stellelement liegen
und von der Steuereinheit steuerbar sein. Dadurch ist eine zusätzliche Sicherheit
für den Fall gegeben, dass das in einem Ausführungsbeispiel durch ein
Halbleiterbauelement gebildete Stellelement ausfällt, insbesondere einen Kurzschluss
aufweist. Das Trennelement kann durch ein elektromagnetisches Relais realisiert
sein. Wenn eine noch höhere Sicherheit gefordert ist, kann alternativ oder
zusätzlich zum Trennelement eine an sich bekannte Schmelzsicherung in Reihe
geschaltet sein.
Im Fall eines Auslösens der Vorrichtung kann diese entweder im
ausgeschalteten Zustand verharren oder nach einer vorgegebenen Zeitdauer selbsttätig
wieder in den eingeschalteten Zustand übergehen, insbesondere durch langsames
Durchsteuern des Stellelements und gleichzeitiger Ermittlung des über die Lastleitung
fließenden Stroms. Sollte dieser weiterhin unzulässig hoch sein, kann
die Vorrichtung nach einer vorgebbaren Anzahl derartiger Versuche in einen dauerhaft
ausgeschalteten Zustand übergehen. Alternativ oder ergänzend hierzu kann
die Vorrichtung auch ein Rücksetzelement aufweisen, wobei dieses auch durch
einen entsprechenden Signaleingang gebildet sein kann, über den die Vorrichtung
ein Rücksetzsignal von einer über- oder nebengeordneten Steuereinrichtung
erhält. Weiterhin alternativ oder ergänzend kann das Rücksetzelement
auch von außerhalb der Vorrichtung unmittelbar manuell oder mittelbar mit einem
Werkzeug manuell betätigbar sein, beispielsweise durch eine Rücksetztaste
unmittelbar an der Vorrichtung. In einem Ausführungsbeispiel ist nur ein manuelles
Rücksetzen möglich, insbesondere erfolgt keine automatische Rücksetzung.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben
sich aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung, in der unter
Bezugnahme auf die Zeichnungen mehrere Ausführungsbeispiele im Einzelnen beschrieben
sind. Dabei können die in den Ansprüchen und in der Beschreibung erwähnten
Merkmale jeweils einzeln für sich oder in beliebiger Kombination erfindungswesentlich
sein.
1 zeigt eine Seitenansicht eines Ausführungsbeispiels
einer erfindungsgemäßen Vorrichtung,
2 zeigt eine perspektivische Ansicht einer Anordnung
von insgesamt sieben erfindungsgemäßen Vorrichtungen,
3 zeigt beispielhaft die Einstellbarkeit der Auslösecharakteristik,
und
4a und 4b zeigen zwei
mögliche Signalverläufe für den Laststrom i(t).
Die 1 zeigt eine Seitenansicht eines
Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Vorrichtung
1 mit abgenommenem Gehäusedeckel. Die Vorrichtung 1 weist
ein prismenförmiges Gehäuse 2 aus Kunststoff auf, wobei die planparallelen
Grund- und Deckflächen parallel zur Zeichenebene liegen. Auf einer im eingebauten
Zustand in der Regel nicht sichtbaren Unterseite 4 weist das Gehäuse
2 eine hinterschnittene Nut 6 auf, mittels der das Gehäuse
2 auf einer nur symbolisch dargestellten und senkrecht zur Zeichenebene
sich erstreckende Trag- oder Hutschiene 8 festlegbar ist.
Die Vorrichtung 1 dient zum Schutz elektrischer Installationen
durch Begrenzen der Strom- und/oder Energieaufnahme eines elektrischen Verbrauchers
10 und stellt insbesondere die Funktionalität einer elektronischen
rücksetzbaren Lastüberwachung bereit. Die Vorrichtung 1 ist hierzu
elektrisch an eine Versorgungsleitung anschließbar. Im Ausführungsbeispiel
handelt es sich dabei um eine zweipolige Gleichstrom-Versorgungsleitung mit einer
Nennspannung von 12 Volt oder 24 Volt, die durch zwei senkrecht zur Zeichenebene
verlaufende Stromschienen 12, 14 bereitgestellt ist. Zum Herstellen
der elektrischen Verbindung weist die Vorrichtung 1 für jede Stromschiene
12, 14 ein zugehöriges Kontaktorgan 16,
18 auf, das federelastisch verformbar in einem zugehörigen Kontaktträger
20, 22 angeordnet ist. Der Kontaktträger 20,
22 kann aus einem elektrisch isolierenden Werkstoff bestehen und/oder kann
in der Vorrichtung 1 beweglich gelagert sein, im Ausführungsbeispiel
entsprechend den Pfeilen 24, 26 rechtwinklig zu den Stromschienen
12, 14 verschiebbar gelagert sein.
Im dargestellten Zustand ist die Vorrichtung 1 zweipolig
an die Versorgungsleitung angeschlossen. Die Verbindung mit den Stromschienen
12, 14 kann einzeln hergestellt und unterbrochen werden, wozu
die Kontaktträger 20, 26 entweder von außerhalb des
Gehäuses 2 unmittelbar manuell bewegbar sind oder mittelbar mit einem
Werkzeug manuell bewegbar sind. Im letztgenannten Fall können die Kontaktträger
20, 22 hierzu eine Werkzeugangriffsfläche 28,
30 aufweisen. Im einfachsten Fall kann diese durch eine Vertiefung oder
eine Erhebung in der Außenkontur der Kontaktträger 20,
22 gebildet sein. Im Ausführungsbeispiel sind die beiden Kontaktträger
20, 22 einzeln bewegbar. Alternativ hierzu kann auch eine mechanische
Kopplung vorgesehen sein, mittels der die beiden Kontaktträger 20,
22 gemeinsam bewegbar sind.
Alternativ zum dargestellten Ausführungsbeispiel kann die Vorrichtung
1 auch nur einpolig mit der Versorgungsleitung verbindbar sein und der
zweite Pol der Versorgungsleitung kann über eine gegebenenfalls auch gemeinsam
mit weiteren Verbrauchern genutzte und unmittelbar an die Verbraucher
10 angeschlossene Rückleitung verbunden sein.
Der Verbraucher 10 ist ausgangsseitig an der Vorrichtung
1 über Anschlussklemmen 32, 34 anschließbar.
Dabei kann es sich um schraubenlose Anschlussklemmen 32, 34 handeln,
die mit einem Federkontaktelement ausgerüstet sind und in welche die Anschlussleitung
des Verbrauchers 10 nur eingesteckt werden muss.
Im Innern des Gehäuses 2 ist ein elektronisches Stellelement
36, das beispielsweise durch einen MOS-Transistor gebildet ist, in Reihe
mit einer das Kontaktorgan 16 mit der Anschlussklemme 32 verbindenden
Lastleitung 38 geschaltet. Die Verbindung zwischen dem weiteren Kontaktorgan
18 und der weiteren Anschlussklemme 34 ist im Ausführungsbeispiel
durch die Vorrichtung 1 durchgeschleift. Alternativ hierzu kann auch in
dieser Verbindungsleitung ein weiteres Stellelement angeordnet sein. Dadurch wäre
der Verbraucher 10 allpolig von der Versorgungsleitung abschaltbar und/oder
es können Fehlerstrommessungen durchgeführt werden.
In der Vorrichtung ist eine Steuereinheit 40 angeordnet,
die eine zentrale Recheneinheit beispielsweise in Form eines Mikrocontrollers
42 aufweist. Dieser ist datentechnisch mit einem Datenspeicher
44 verbunden, der einen Nur-Lese-Bereich und/oder einen frei beschreibbaren
Speicherbereich aufweisen kann. Die Energieversorgung der Steuereinheit
40 kann über die Versorgungsleitung erfolgen, insbesondere kann hierzu
die Steuereinheit 40 mit den Kontaktorganen 16, 18 verbunden
sein. Alternativ oder ergänzend kann in der Vorrichtung 1 auch ein
vorzugsweise über die Versorgungsleitung aufladbarer Energiespeicher angeordnet
sein, der jedenfalls einen Notbetrieb der Steuereinheit 40 bei einem Ausfall
der Versorgungsspannung gewährleistet. Die Steuereinheit kann
über eine Anschlussleitung oder einen Datenbus mit einer neben- oder übergeordneten
Steuereinrichtung verbindbar sein und von dort Signale empfangen oder Signale dorthin
senden.
Die Steuereinheit 40 und insbesondere der Mikrocontroller
42 steuert das Stellelement 36, beispielsweise den Gate-Anschluss
eines Transistors.
Für eine Ermittlung des auf der Lastleitung 38 fließenden
Stromes kann entweder in der Lastleitung 38 ein so genannter Shunt-Widerstand
angeordnet sein, oder alternativ oder ergänzend kann auch das Stellelement
36 selbst ein Signal an die Steuereinheit 40 zurückgeben,
das Rückschlüsse auf den in der Lastleitung 38 fließenden
Strom gibt. Beispielsweise kann die an der Gate/Source-Strecke abfallende Spannung
erfasst werden, die insbesondere unter Berücksichtigung der Parameter des Stellelements
36 und der sonstigen Betriebsparameter Rückschlüsse auf den auf
der Lastleitung 38 fließenden Strom zulässt. Der ermittelte Strom
wird anhand einer vorgebbaren und insbesondere im Datenspeicher 44 abgelegten
Auslösecharakteristik von dem Mikrocontroller 42 ausgewertet und dementsprechend
das Stellelement 36 angesteuert, insbesondere abgeschaltet.
Ein oder mehrere Parameter der Auslösecharakteristik sind durch
ein erstes Einstellmittel 46 einstellbar, das von außerhalb der Vorrichtung
1 mechanisch zugänglich ist. Im Ausführungsbeispiel ist das erste
Einstellmittel 46 im Bereich einer der Unterseite 4 gegenüberliegenden
und zu dieser planparallelen Oberseite 48 angeordnet, und gegenüber
der Oberfläche 50 zurückversetzt im Innern des Gehäuses
2 angeordnet.
Die Oberseite 50 weist eine Gehäuseöffnung auf,
in welche ein Werkzeug einführbar ist, mittels dem das erste Einstellelement
46 betätigbar ist.
In entsprechender Weise ist ein zweites Einstellmittel 52
angeordnet, das ebenfalls mit der Steuereinheit 40 verbunden ist. Die Einstellelemente
46, 52 können auch bündig mit der Oberfläche
50 abschließen oder sogar über diese hinausragen. Die Einstellelemente
46, 52 können auch unmittelbar manuell betätigbar sein.
Die Vorrichtung 1 weist weiterhin ein optisches Signalelement
54 auf, das mit der Steuereinheit 40 verbunden ist und den Betriebszustand
der Vorrichtung 1 signalisieren kann, beispielsweise durch Aussenden von
grünem Licht im Falle eines Normalbetriebs und durch Aussenden von rotem Licht
im Falle des Auslösens der Vorrichtung 1. Alternativ oder ergänzend
können auch akustische oder sonstige Signalelemente vorgesehen sein.
Weiterhin weist die Vorrichtung 1 einen Störmeldeausgang
56 auf, an dem eine Störleitung anschließbar ist, über welche
der Betriebszustand der Vorrichtung 1, insbesondere das Auslösen der
Abschaltung, an eine neben- oder übergeordnete Steuereinrichtung signalisiert
werden kann. Der Störmeldeausgang 56 kann grundsätzlich identisch
wie die Anschlussklemmen 32, 34 ausgebildet sein, insbesondere
als schraubenloser Federkontakt.
Die Oberflächen des Gehäuses 2, an denen die Anschlussklemmen
32, 34 und/oder der Störmeldeausgang 56 angeordnet
sind, sind plan und verlaufen senkrecht zur Zeichenebene der 1.
Diese Oberflächen sind terrassenförmig hinter- und übereinander angeordnet
mit einer Schrägstellung zwischen 10 und 45°, insbesondere etwa 30°,
gegenüber der Oberfläche 50, und sind miteinander über rechtwinklig
zur Oberfläche 50 angeordnete Verbindungsflächen verbunden. Dadurch
ist eine platzsparende Anordnung bei gleichzeitig einfacher Bedienung der Anschlussklemmen
32, 34 auch im eingebauten Zustand der Vorrichtung 1
gewährleistet.
Die 2 zeigt eine perspektivische Ansicht
einer Anordnung von insgesamt sieben erfindungsgemäßen Vorrichtungen
1, die konturengleich aneinandergereiht sind. An der Rückseite ist
der erste Kontaktträger 20 nicht sichtbar, weil er sich in der zurückgeschobenen,
vollständig im Gehäuse 2 untergebrachten Position befindet. Demgegenüber
ist der zweite Kontaktträger 22 in der aus dem Gehäuse
2 herausgeschobenen Position sichtbar, in welcher er (wie in der
1 dargestellt) die Stromschiene 14 elektrisch
kontaktieren kann. Besonders vorteilhaft ist, dass in der zurückgeschobenen
Position der beiden Kontaktträger 20, 22 die Vorrichtung
1 auf der Tragschiene 8 befestigt werden kann und auch der elektrische
Verbraucher 10 angeschlossen werden kann, während die Vorrichtung
1 noch spannungsfrei ist. Außerdem können auf diese Weise einzelne
Vorrichtungen 1 aus dem in der 2 dargestellten
Verbund einzeln herausgelöst oder hinzugefügt werden. Dadurch ist die
Montage und auch die Wartung vereinfacht. Auf den parallel zur Unterseite
4 verlaufenden, treppenartig angeordneten Oberflächen auf der Rückseite
sind jeweils Öffnungsschlitze 58 vorgesehen, durch die ein von außen
manuell zu betätigendes Betätigungsmittel des Kontaktträgers
20, 22 hindurchtreten kann, oder über die ein Werkzeug von
außen eingeführt werden kann, mittels dem der Kontaktträger
20, 22 bewegbar ist.
Auf der stirnseitigen Oberfläche 50 sind geradlinig
hintereinander das optische Signalelement 54 sowie das erste und zweite
Einstellmittel 46, 52 angeordnet. Bei den Einstellmitteln
46, 52 kann es sich beispielsweise um einen drehbaren Stufenschalter
und/oder um ein Potentiometer handeln, wobei insbesondere bei der Verwendung eines
Potentiometers mindestens eine Zwischen- oder Endposition rastbar
ist für eine Grundeinstellung der Auslösecharakteristik. Auf der sich
an die Oberfläche 50 anschließenden ersten Schrägfläche
ist neben dem Störmeldeausgang 56 eine Öffnung 60 vorgesehen,
mittels der die anzuschließende Störmeldeleitung gelöst und/oder
auch festgelegt werden kann; in gleicher Weise sind auch die weiteren Schrägflächen
ausgerüstet, welche die Anschlussklemmen 32, 34 aufweisen.
Infolge der Aneinanderreihung der Vorrichtungen 1 sind auch
die zugehörigen Störmeldeausgänge 56 in einer Reihe geradlinig
hintereinander angeordnet. Auf diese Weise können besonders einfach Sammelstörleitungen
realisiert werden, beispielsweise indem ein Kontaktkamm in mehrere Störmeldeausgänge
eingesteckt ist. Alternativ hierzu kann auch mindestens ein Störmeldeausgang
individuell zu einer übergeordneten Steuereinrichtung weitergeleitet werden.
Die 3 zeigt beispielhaft die Einstellbarkeit
der Auslösecharakteristik mittels der Einstellmittel 46,
52, wobei in doppelt-logarithmischer Darstellung die Abhängigkeit
der Abschaltzeit tA der Vorrichtung 1 von dem auf den Nennstromwert
IN bezogenen Strom I in der Lastleitung 38 dargestellt ist.
Wie von Leistungsschutzschaltern her bekannt, kann die Auslösecharakteristik
durch eine Kennlinie dargestellt werden. Beispielhaft sind drei zugehörige
Kennlinien dargestellt. Der Nennstromwert der Vorrichtung 1, beispielsweise
2 A oder 5 A, ist entsprechend dem anzuschließenden Verbraucher 10
gewählt. Eine erfindungsgemäße Vorrichtung 1 kann lediglich
ein einziges Einstellmittel aufweisen, mit dem nur dieser Nennstromwert der Vorrichtung
1 einstellbar ist, bei dessen Erreichen die Vorrichtung 1 den
Verbraucher 10 schnellstmöglich abschaltet. Die Kennlinie der Abhängigkeit
der Abschaltzeit tA vom Stromwert I in der Lastleitung 38 ist
dann unveränderlich.
In einem weiteren Ausführungsbeispiel ist es auch möglich,
die Position einer unveränderlichen Kennlinie mit einem Einstellelement horizontal
und/oder vertikal in dem Diagramm der 3 zu verschieben,
d.h. den Stromwert I und/oder die Abschaltzeit tA mit einem Faktor zu
multiplizieren. Darüber hinaus kann ein Einstellmittel vorgesehen sein, mit
dem auch die Kurvenform der Kennlinie verändert werden kann, beispielsweise
wie in der 3 ausgehend von der linken durchgezogenen
Kennlinie über die gestrichelt eingezeichnete Kennlinie bis zu der rechten
durchgezogenen Kennlinie dargestellt. Gemäß der rechten durchgezogenen
Kennlinie toleriert die Vorrichtung 1 für eine längere Zeit einen
höheren Strom I und schaltet beispielsweise bei einem Laststrom, der doppelt
so hoch ist wie der Nennstrom, erst nach etwa 30 Sekunden ab. Für Verbraucher
10, bei denen dies nicht toleriert werden kann, kann beispielsweise die
linke durchgezogene Kennlinie eingestellt werden, gemäß der ein Laststrom,
der doppelt so hoch ist wie der Nennstrom der Vorrichtung 1, nach weniger
als 100 ms abgeschaltet wird.
Es sind auch Ausführungsbeispiele möglich, in denen die
Form der Kennlinie gezielt einstellbar ist, beispielsweise insgesamt oder abschnittsweise
steiler oder flacher ausgebildet werden kann.
Die Einstellmittel 46, 52 bieten die Möglichkeit,
nahezu beliebige Auslösecharakteristiken nachzubilden, insbesondere die Auslösecharakteristik
auch ganz speziell an den jeweils angeschlossenen Verbraucher 10 individuell
anzupassen. Vorzugsweise ist beispielsweise im Datenspeicher 44 eine werksseitig
eingestellte Auslösecharakteristik vorgegeben, die von den Einstellelementen
46, 52 überschrieben oder verändert werden kann.
In den 4a und 4b
sind zwei mögliche Signalverläufe für den Laststrom i(t) dargestellt.
In beiden Fällen beträgt der Nennlaststrom IN = I0.
Im ersten Fall der 4a führt eine verhältnismäßig
langsame aber stetige Erhöhung des Laststroms zum Zeitpunkt t, zu einem Abschalten,
weil die Fläche unter dem Integral (i(t) – I0)·dt größer
als ein Grenzwert G wird.
Im zweiten Ausführungsbeispiel der 4b
erreicht der Laststrom i(t) kurzzeitig zwar einen Spitzenwert I2, der
größer ist als der Strom I1, es wird aber nicht abgeschaltet,
weil das Integral (i(t) – I0)·dt kleiner als der vorgegebene
Grenzwert G bleibt. Je nachdem, welche Rechenoperation auf den Stromverlauf i(t)
angewandt wird, beispielsweise auch die Bildung des Integrals (i2(t)
– I0)·dt lassen sich unterschiedliche Verbraucher
10 optimal absichern.