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 (Kurz- schluss 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 Schutzschaltern 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 Schutzschaltern erfolgt die Auslösung in der Regel durch unmittelbare Energetisierung einer Magnetspule durch den Laststrom selbst. Ein elektrischer Überstromschutzschalter mit thermischem Auslöseprinzip ist beispielsweise aus EP 0 616 347 B1 bekannt. Ein weiterer elektrischer Schutzschalter mit einer zusätzlichen Unterspannungsauslösung ist aus EP 0 802 552 B1 bekannt.

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. 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 Schutzschaltern 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 Überstromschutz- schalter, 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 zweckmäßigerweise 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 Überspan- nungsauslösefunktion 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:

Fig. 1 in einer dreidimensionalen Explosionsdarstellung einen elektronischen Schutzschalter,

Fig. 2 in einer Schnittdarstellung den Schutzschalter in einer AUS-Stellung,

Fig. 3 in Darstellung gemäß Fig. 2 den Schutzschalter in einer EIN-Stellung in nicht ausgelöstem Zustand,

Fig. 4 in Darstellung gemäß Fig. 2 den Schutzschalter in der EIN-Stellung, jedoch in ausgelöstem Zustand,

Fig. 5 den Schutzschalter in einem Schnitt V-V gemäß Fig. 2, Fig. 6 in einem Blockschaltbild eine Ansteuerelektronik zur Ansteuerung des Schutzschalters,

Fig. 7 und 8 in Strom-Zeit-Diagrammen jeweils den zeitlichen Ablauf eines in der Ansteuerelektronik gemäß Fig. 6 implementierten Steuerverfahrens zur Auslösung des Schutzschalters im Kurzschluss- bzw. Überlastfall, und

Fig.9 in einem Zeit-Strom-Diagramm zwei Kennlinien, die das Auslöseverhalten des Schutzschalters im Kurzschluss- oder Überlastfall charakterisieren.

Einander entsprechende Teile und Größen sind in allen Figuren stets mit den gleichen Bezugszeichen versehen.

Fig. 1 zeigt in einer Explosionsdarstellung einen elektronischen Schutzschalter 1. Der Schutzschalter 1 ist hier als ein Überstromschutzschalter ausgeführt. Zusätzlich löst der Schutzschalter 1 bei Unterschreitung einer vorgegebenen Unterspannungsschwelle aus.

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 (Fig. 3,6). Die Kontaktschiene 22 dient als Leiterplat- tenanschluss zur Spannungsversorgung der Auslöseelektronik 25 und des Elektromagneten 24.

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 Fig. 2 ist der Schutzschalter 1 in einer geschnittenen Seitenansicht in einem Montagezustand gezeigt. Zur Orientierung ist hier eine zu den Seitenwänden 8, 9 parallele Längsrichtung Y, sowie eine von der Seitenwand 8 auf die Seitenwand 9 gerichtete Querrichtung X angedeutet.

Aus Fig. 2 ist ersichtlich, dass die Kontaktschienen 21 , 22 bzw. 23 in ihrer Hauptflächenausdehnung jeweils etwa parallel zu den Seitenwänden 8 bzw. 9 und somit etwa rechtwinklig zur Flächenausdehnung der Leiterplatte 20 ausgerichtet sind. Die Kontaktschienen 21 und 23 sind hierbei jeweils in unmittelbarer Nähe einer der Seitenwände 8 bzw. 9 angeordnet, während die Kontaktschiene 22 in etwa mittig zwischen den beiden anderen Kontaktschienen 21 ,23 angeordnet ist. Jede der Kontaktschienen 21 ,22,23 ist zu Anschlusszwecken mit einem Freiende 34,35,36 jeweils durch einen entsprechenden Schlitz 37 in der Rückwand 7 nach außen geführt. Jeder Schlitz 37 wird auf der dem Gehäusedeckel 4 zugewandten Seite im Montagezustand im Übrigen durch einen der Zapfen 14 abgeschlossen.

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 Magnetkerns 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 hockeyschlägerförmi- ge Führung 69 (Fig. 3) des Schalthebels 31 eingreift. Die Führung 69 ist wahlweise als Nut oder Langloch ausgebildet. Zudem korrespondiert die Schaltwippe 6 über den Stößel 33 mit dem Auslösehebel 32.

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. Fig. 2 zeigt den Schutzschalter 1 in einer AUS-Stellung seiner Schaltwippe 6. In der AUS-Stellung wird die Schaltwippe 6 durch die Federkraft einer Schenkelfeder 81 in der in Fig. 2 dargestellten Kippposition vorgespannt.

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 Fig. 2 dargestellten Position gehalten. Wird die Schaltwippe 6 nun in eine in Fig. 3 dargestellte EIN-Stellung verkippt, so schlägt der Schalthebel 31 zunächst mit der Haltenase 70 an der Halteschulter 71 des Auslösehebels 32 an. Infolge der Zwei-Punkt-Lagerung an der Halteschulter 71 und dem in der Führung 69 einliegenden Zapfen 67 wird der Schalthebel 31 unter weiterer Verkippung der Schaltwippe 6 (gemäß Fig. 3 im Uhrzeigersinn) verschwenkt. Er schlägt hierdurch mit der Wirkfläche 72 an der Kontaktfeder 41 an und drückt diese bis zum Kontaktschluss der Kontaktflächen 42 und 45 in Längsrichtung Y nach unten. Der Laststromkreis 26 ist in diesem Zustand über die Kontaktschienen 21 und 23 sowie über die Kontaktfeder 41 geschlossen.

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 Fig. 4 dargestellte Lage verschwenkt. 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 Fig. 4 dargestellte Lage verschwenkt, in der er die Kontaktfeder 41 wieder freigibt, so dass die Kontaktflächen 42 und 45 getrennt werden. Dieser Auslösemechanismus erfolgt insbesondere auch dann, wenn die Schaltwippe 6, in der EIN-Stellung gemäß Fig. 4 blockiert ist (Freiauslösung).

Wird die Schaltwippe 6 nicht in der EIN-Stellung blockiert, so kippt sie unter Wirkung der Schenkelfeder 81 in die AUS-Stellung gemäß Fig. 2 zurück.

In Fig. 5 ist der Schutzschalter 1 in einem abgewinkelten Querschnitt V-V gemäß Fig. 2 gezeigt. Dieser Darstellung ist zu entnehmen, dass die Leiterplatte 20 mit einem ersten Rand 96 in etwa an der Rückwand 7 anliegt und mit einem dazu entgegengesetzten Rand 97 in die Schaltwippe 6 hineinragt. Aus Fig. 5 ist ebenfalls ersichtlich, dass die Bewegteile der Auslösemechanik 30, nämlich die Schaltwippe 6, der Schalthebel 31 und der Auslösehebel 32 mit dem Stößel 33 einschließlich der zugehörigen Federn 81 und 92 allesamt auf der vom Gehäusedeckel 4 abgewandten Seite der Leiterplatte 20 angeordnet sind.

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 ström- 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 Fig. 6 näher dargestelltes Steuerprogramm 100 softwaretechnisch imple- mentiert, das ein im Folgenden näher beschriebenes Verfahren zur Auslösung des Schutzschalters 1 im Kurzschluss- oder Überlastfall automatisiert durchführt.

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 i _A 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 J _A im Takt einer (Mess- )Taktfrequenz f _m mit einer Auflösung von nm Bit (hier nm = 8) in ein digitales Strommesssignal io umgewandelt.

Das Strommesssignal io wird derart erzeugt, dass

- io = 0 einer gemessenen Stromstärke i = -C- IN,

- io = 2 ^{πm 1} einer gemessenen Stromstärke i = 0, und

- ID = 2 ^πm einer gemessenen Stromstärke i = +C- I _N entsprechen. Mit I _N 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 f _m ist daher auf ein Vielfaches, insbesondere auf das 20-fache der üblichen Netzfrequenz f _N (bei einer Netzfrequenz von f _N = 50Hz also auf f _m = 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 ι ein digitales (Strom-) Betragssignal i _ß erzeugt, das im Wesentlichen dem Absolutbetrag der Laststromstärke i entspricht. Das Betragssignal i _B fließt als Eingangsgröße in die Teilstränge 101 und 102 des Steuerprogramms 100 ein.

In einer nullten Prüfstufe des Kurzschlussauslösestrangs 101 wird in einem Vergleichsmodul 11O ₀ mit der Taktfrequenz f _m der in jedem Messtakt ermittelte Abtastwert des Betragssignals i _ß mit einem diskreten Kennlinienpunkt k ₀ einer hinterlegten (Kurzschlussauslöse-)Kennlinie K (Fig. 9) verglichen. Das Vergleichsmodul 11O ₀ bleibt inaktiv, solange der Abtastwert des Betragssignals i _B den Kennlinienpunkt k ₀ nicht überschreitet (i _B < k ₀ ). Ansonsten (i _B > k ₀ ) gibt das Vergleichsmodul 11O ₀ ein Auslösesignal A aus, aufgrund dessen die Bestromung des Elektromagneten 24 unterbrochen, und der Schutzschalter 1 somit ausgelöst wird.

Das Strommesssignal ΪD, bzw. das Betragssignal i _B enthält somit digitale Abtastwerte der Stromstärke i zu diskreten, jeweils mit zeitlichem Abstand von f _m ^"1 aufeinander folgenden Abtastzeitpunkten.

Der Kennlinienpunkt k ₀ gibt die sogenannte Sofort-Auslöseschwelle wieder. Der Wert des Kennlinienpunkts ko ist ein Maß für die im Mittel über eine Haltezeit XH (Fig. 9) maximal zulässige Überstromstärke. Die Haltezeit t _H entspricht hierbei der einfachen inversen Taktfrequenz f _m bzw. der einfachen (Mess-)Taktzeit t _m (Fig. 7) (t _H = t _m = f _m ^~1 ; hier t _H = 0,001s). Ein einzelner Messwert des Betragssignals i _B , der den Kennlinienpunkt k ₀ überschreitet, reicht also aus, um den Schutzschalter 1 auszulösen.

In einer - nachgeschalteten - ersten Prüfstufe des Kurzschlussauslösestrangs 101 wird mit der Taktfrequenz f _m , d.h. in jedem Messtakt, der jeweils ermittelte Abtastwert des Strombetrags i _B in einen ersten (First-ln-First-Out-)Speicher 113i 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 12Oi einen gerundeten Mittelwert i _M i aus den im Speicher 113i gespeicherten Abtastwerten des Betragssignals i _ß . Bei zwei Speicherplätzen wird der Mittelwert JMI somit mit der halben Taktfrequenz f _m / 2 = 500Hz gebildet. Ein in dem Speicher 113i abgelegter Abtastwert des Betragssignals i _ß wird hierdurch stets nur einmal in der Mittelwertbildung berücksichtigt. Anschaulich gesprochen wird der Speicher 113i immer nur dann ausgewertet, wenn er vollständig mit neuen Abtastwerten des Betragssignals i _ß aufgefüllt ist.

Der Mittelwert t _M i wird als Prüfgröße einem nachfolgenden Vergleichsmodul 11O ₁ zugeführt. Das Vergleichsmodul 11O ₁ vergleicht diesen Mittelwert i _M1 wiederum mit einem zugeordneten Kennlinienpunkt ki der Kennlinie K und gibt - analog zu dem Vergleichsmodul 11O ₀ - das Auslösesignal A aus, wenn der Mittelwert ΪM _I den Kennlinienpunkt ki wertemäßig überschreitet (i _M1 > ki). Der Kennlinienpunkt ki ist ein Maß für die im Mittel maximal zulässige Überstromstärke über eine Haltezeit t _H) die der doppelten Taktzeit t _m entspricht (t _H = 2 t _m = 2 f _m ^"1 ; hier t _H = 0,002s).

Der Mittelwert JM _I der ersten Prüfstufe wird als Eingangsgröße einer zweiten Prüfstufe zugeführt, die analog zur ersten Prüfstufe einen weiteren (First-In-First-Out- )Speicher 113 ₂ , ein weiteres Summenmodul 12Ü2 und ein weiteres Vergleichsmodul 110 ₂ aufweist. Auch hinsichtlich ihrer Funktion gleicht die zweite Prüfstufe der ersten Prüfstufe, mit dem Unterschied, dass dem Speicher 1132 anstelle des Betragssignals i _B der Mittelwert J _MI der ersten Prüfstufe zugeführt wird, und dass ein von dem Summenmodul 12O ₂ erzeugter Mittelwert i _M2 mit der durch vier geteilten Taktfrequenz f _m / 4 = 250 Hz erzeugt wird. Ein dem Vergleichsmodul 11O ₂ als Auslösekriterium zugeordneter Kennlinienpunkt k ₂ ist somit ein Maß für die maximale Überstromstärke im Mittel über eine Haltezeit tπ, die der vierfachen Taktzeit t _m entspricht (t _H = 4-t _m = 4 f _m ^"1 ; hier t _H = 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-ln-First-Out-)Speicher 113 _n , ein weiteres Summenmodul 12O _n und ein weiteres Vergleichsmodul 11O _n gebildet sind. Der Speicher 113 _n erhält hierbei jeweils als Eingangssignal den Mittelwert i _M{ n-i) der direkt übergeordneten Prüfstufe (n-1 )- ter Ordnung. Von dem Summenmodul 12O _n der n-ten Prüfstufe wird stets mit der durch 2 ⁿ geteilten Taktfrequenz f _m / 2 ^π ein Mittelwert ΪM _Π erzeugt, der in dem Vergleichsmodul 11O _n mit einem Kennlinienpunkt k _n verglichen wird. Der Kennlinienpunkt k _n ist ein Maß für die maximale Überstromstärke im Mittel über eine Haltezeit t _H , die der 2 ⁿ -fachen Taktzeit t _m entspricht (t _H = 2 ⁿ -t _m = 2 ⁿ -f _m - ¹ ).

Das Prinzip dieser kaskadenartigen Mittelwertbildung ist in Fig. 7 noch einmal verdeutlicht, in der der Verlauf des Betragssignals i _ß und der Mittelwerte i _M i und ΪM2 gegen die Zeit t in übereinander angeordneten, synchronen Diagrammen gegenübergestellt ist. Dieser Darstellung ist direkt zu entnehmen, dass infolge der kaskadenartigen Mittelwertbildung die hierarchisch aufeinander folgenden Prüfstufen Veränderungen des Laststroms auf jeweiligen Zeitskalen prüfen, die exponentiell mit der Stufenordnung anwachsen. Ein Maß für die den Prüfstufen jeweils zugeordnete Zeitskala ist hierbei die Haltezeit tπ der jeweiligen Prüfstufe:

-1 n-te Prüfstufe (n = 0, 1 ,2, ... ): t _H = 2 ^{n •} t _m = 2 ^{n •} f, m

Im Überlastauslösung-Teilstrang 102 wird gemäß Fig. 6 zunächst in einem Quadriermodul 130 aus dem Betragssignal i _B als Maß für die Leistung des Laststroms ein Quadratsignal p mit p = i _B ^• i _ß berechnet.

Dieses Quadratsignal p wird mit der Taktfrequenz f _m 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 f _m zu der üblichen Netzfrequenz fw oder einem Vielfachen hiervon entspricht:

q = j f _m / f _N mit j = 1 ,2,3,... Bei einer Netzfrequenz von f _N = 50 Hz und einer Taktfrequenz von f _m = 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 PMO aus den im Speicher 131 gespeicherten Werten des Quadratsignals p. Der Mittelwert PM _O stellt hierbei ein Maß für die Effektivleistung des Laststroms dar. Bei zwanzig Speicherplätzen des Speichers 131 wird der Mittelwert PM _O rnit einer der Netzfrequenz fN entsprechenden Taktfrequenz f _e = f _N = 1/20 f _m gebildet. Ein in dem Speicher 131 abgelegter Wert des Quadratsignals p wird hierdurch wiederum stets nur einmal in der Mittelwertbildung berücksichtigt.

Der Mittelwert PMO wird in einem nachgeschalteten Vergleichsmodul 136o mit einem Kennlinienpunkt Uo einer hinterlegten (Überlastauslöse-)Kennlinie U (Fig. 9) verglichen, wobei das Vergleichsmodul 136 ₀ das Auslösesignal A erzeugt, wenn der Mittelwert PMO das Quadrat des Kennlinienpunkts Uo wertemäßig überschreitet (PM _O > Uo ² ). Das Quadrat Uo ² des Kennlinienpunkts Uo stellt somit ein Maß für die maximal zulässige Effektivleistung des Laststroms dar.

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 um- fasst

- einen (First-In-First-Out-) Speicher 138 _n mit zwei Speicherplätzen, dem der Mittelwert PM( _Π - _I ) der jeweils übergeordneten Prüfstufe als Eingangsgröße zugeführt wird,

- ein Summenmodul 14O _n , das mit 1/2 ^π -facher Taktfrequenz 1/2 ⁿ f _e einen Mittelwert PM _Π der in dem Speicher 138 _n enthalten Werte berechnet, und

- ein Vergleichsmodul 136 _n , das diesen Mittelwert PM _Π mit dem Quadrat U _n ² eines zugeordneten Kennlinienpunkts U _n vergleicht und im Fall PMΠ > U _n ² das Auslösesignal A erzeugt. 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 Fig. 8 ist analog zu Fig. 7 der zeitliche Verlauf des Quadratsignals p und der Mittelwerte PM _O und PMI in Gegenüberstellung dargestellt. Aus dieser Darstellung ist entnehmbar, dass die Prüfstufen des zweiten Teilstrangs 102 Veränderungen der Leistung des Laststroms - mit Ausnahme der nullten Prüfstufe - wiederum auf exponentiell mit der Stufenordnung anwachsenden Zeitskalen prüfen:

n-te Prüfstufe (n = 1 ,2, ... ): t _H = 2 ^{n ■} f ₍ -1

Bei den Modulen 107, 11O _n (n = 0,1 ,2, ...), 12O _n (n = 1 ,2,...),130, 132, 136 _n (n = 0,1 ,2, ...), und 14O _n (n = 1 ,2, ...) handelt es sich um Software-Bausteine des Steuerprogramms 100. Bei den (First-ln-First-Out-)Speichern 113 _n (n = 1 ,2,...), 131 und 138 _n (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 Fig. 9 in einem doppeltlogarithmischen-Diagramm gegen die Haltezeit t, _H (hier aufgetragen auf der Ordinaten) dargestellt. Auf der Abszisse des Diagramms ist die Stromstärke i prozentual zur Nennstromstärke IN des Schutzschalters 1 aufgetragen.

Entsprechend der jeweiligen Anzahl von Prüfstufen umfasst die Kennlinie K vier Kennlinienpunkte k ₀ , k-i,... , Ic*, während die Kennlinie U aus dreizehn Kennlinienpunkten Uo, Ui,...,ιii ₂ gebildet ist. Aus Fig. 9 wird deutlich, dass die Kennlinien K und U ein Haltezeitintervall von 10 ^"3 s < t _H ≤ 10 ² s überlappfrei abdecken. Die Kennlinie K bestimmt hierbei das Auslöseverhalten des Schutzschalters 1 auf Zeitska- len unterhalb der inversen Netzfrequenz (t _H < fi/ ¹ = 20ms), während die Kennlinie U das Auslöseverhalten des Schutzschalters 1 auf Zeitskalen oberhalb der inversen Netzfrequenz (t _H > fN ^~1 = 20ms) bestimmt.

Die Stromwerte (Auslösewerte) der Kennlinienpunkte k _n und U _n können - abweichend von dem in Fig. 9 gezeigten Beispiel - frei gewählt werden. Zweckmäßigerweise werden die Kennlinienpunkte k _n und U _n aber derart gewählt, dass die Kennlinien K und U jeweils streng monoton fallen, so dass die Haltezeit t _H stets umso kürzer ist, je höher der Stromwert des jeweiligen Kennlinienpunktes k _n bzw. U _n ist.

Auch die Anzahl der Kennlinienpunkte k _n und U _n 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 k _n und U _n der jeweils zugeordneten Kennlinie K bzw. U anzupassen, wobei jeder Kennlinienpunkt k _n oder U _n hinsichtlich der ihm zugeordneten Haltezeit t _H einer Prüfstufe des Teilstrangs 101 bzw. 102 entspricht. Alternativ ist aber auch denkbar,

- innerhalb eines Teilstrangs 101 oder 102 mehr Prüfstufen vorzusehen als die zugehörige Kennlinie Kennlinienpunkte k _n oder U _n hat und/oder

- die Kennlinienpunkte k _n und/oder U _n zumindest zum Teil derart zu wählen, dass die diesen Kennlinienpunkten k _n bzw. U _n zugeordnete Haltezeit t _H nicht mit der einer Prüfstufe zugeordneten Haltezeit X» übereinstimmt.

In diesen Fällen werden den Prüfstufen anstelle der Kennlinienpunkte k _n bzw. U _n Schwellwerte zugeführt, die durch Interpolation oder Extrapolation nach Maßgabe der den Prüfstufen zugeordneten Haltezeiten t _H aus den Kennlinienpunkten k _n bzw. U _n abgeleitet werden.

Auch die exponentielle Zunahme der Haltezeit tπ mit steigender Stufenordnung n kann - in alternativer Ausführung der Erfindung - variiert werden, indem die innerhalb desselben Teilstrangs 101 oder 102 aufeinanderfolgenden Speicher 113 _n (n = 1 ,2, ... ) bzw. 138 _n (n = 1 ,2, ... ) mit variierender Anzahl von Speicherplätzen definiert werden. Der Schutzschalter 1 hat baubedingt eine passive Unterspannungsauslöse- funktion, 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 Überspannungsaus- lösefunktion, 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 Fig. 6 dargestellten Programmteils den Betrag (im Wechselspannungsfall den Effektivbetrag) der zwischen den Kontaktschienen 21 und 22 anliegenden elektrischen Spannung und vergleicht den erfassten Spannungsbetrag mit einem hinterlegten Schwellwert. Das Steuerprogramm 100 erzeugt hierbei das Auslösesignal A, wenn der erfasste Spannungsbetrag den Schwellwert unterschreitet.

Bezugszeichenliste

1 Schutzschalter

2 Gehäuse

3 Gehäusewanne

4 Gehäusedeckel

5 Frontseite

6 Schaltwippe

7 Rückwand

8, 9 Seitenwand

10 Gehäuseboden

11 Platte

12 Rastöse

13 Rastnase

14 Zapfen

15 Schlitz

20 Leiterplatte

21 , 22, 23 Kontaktschiene

24 Elektromagnet

25 Auslöseelektronik

26 Laststromkreis

30 Auslösemechanik

31 Schalthebel

32 Auslösehebel

33 Stößel

34, 35, 36 Freiende

37 Schlitz

40 Festende

41 Kontaktfeder

42 Kontaktfläche

44 Festende

45 Kontaktfläche

46 Schaltkontakt Längsachse

Spulenkörper

Magnetkern

Lötkontakt

Langschenkel

Kurzschenkel

Knie

Zapfen

Filmscharnier

Zapfen

Langlochführung

Körper

Schaft

Durchführung

Zapfen

Zapfen

Führung

Haltenase

Halteschulter

Wirkfläche

Magnetjoch

Rastwinkel

Druckfeder

Schenkelfeder

Stößelende

Schenkelfeder

Rand

Rand

Steuerprogramm

Strang

Strang

Strang 104 Stromsensor

106 AD-Wandler

107 Betragsmodul

110 _n Vergleichsmodul (n = 0,1 ,2, ... )

113 _n Speicher (n = 1,2,...)

115 Uhrsymbol

12O _n Summenmodul (n = 1,2,...)

130 Quadriermodul

131 Speicher

132 Summenmodul

133 Uhrsymbol

136 _n Vergleichsmodul (n = 0,1,2,...)

138 _n Speicher (n = 1,2,...)

14O _n Summenmodul (n = 1,2,...)

A Auslösesignal fe Taktfrequenz fm Taktfrequenz f _N Netzfrequenz i (Last-)Stromstärke

IA Strommesssignal iß (Strom-)Betragssignal iD Strommesssignal

'Mn Mittelwert (n = 1,2,...)

K (Kurzschlussauslöse-)Kennlinie kn Kennlinienpunkt (n = 0,1,2,...)

P Quadratsignal

PMn Mittelwert (n = 0,1,...) q Anzahl t Zeit t _H Haltezeit tm Taktzeit

U (Überlastauslöse-)Kennlinie U _n Kennlinienpunkt (n = 0,1 ,2...) X Querrichtung Y Längsrichtung