Piezoaktoren in Verbindung mit einer Strommesseinrichtung und einer elektronischen Verarbeitungseinheit eignen sich als Auslöser für Überlast in einem Leistungsschalter. Sie erset- zen dabei den Bimetallauslöser eines herkömmlichen Leistungs- schalters und wirken in ähnlicher Weise wie der Bimetallaus- löser mechanisch direkt auf das Schaltschloss. Der elektroni- schen Verarbeitungseinheit wird hierbei ein Signal zugeführt, welches den fließenden Strom repräsentiert. Zur Erfassung des Stromes ist ein separater Stromsensor wie z. B. ein Stromwand- ler o. dgl. erforderlich. Auf der Grundlage an und für sich bekannter Verfahren und Vorschriften berechnet die elektroni- sche Verarbeitungseinheit, wann ein Überlast vorliegt. Eine solche Überlast-Auslöseeinheit hat durch die elektronische Verarbeitungseinheit einen wesentlich vergrößerten Einstell- bereich, d. h. dass der Nennstrom und damit der als Überlast angesehene Strom durch den Nutzer in weiten Grenzen verändert und damit auf die Gegebenheiten der Anwendung angepasst wer- den kann.

Als Kurzschlussauslöser wird in mechanischen Schaltgeräten üblicherweise ein magnetischer Aktor eingesetzt, der vom Strom durchflossen wird und im Kurzschlussfall durch die hierdurch hervorgerufenen magnetischen Kräfte mechanisch eine Entklinkung des Schaltschlosses und damit ein Abschaltung be- wirkt.

Aus der US 4 042 967 A ist bspw. die Verwendung eines Piezo- aktors zur Abschaltung eines Erdschlusses vorbekannt. Hierbei

wird der Piezoaktor im Kurzschlussfall direkt von einer Elek- tronik angesteuert und damit eine schnelle Abschaltung im Kurzschlussfall veranlasst.

Bisher sind jedoch keine Leistungsschalter mit Piezoaktor als praxisgerechtes Produkt bekannt. Lediglich für DI-Schalter ist eine Auslöseeinrichtung mit Piezoaktoren auf dem Markt (www. servocell. com), wozu weiterhin auf die EP 0 548 732 B1 verwiesen wird.

Darüber hinaus wird in der EP 0 517 049 AI ein permanentmag- netischer Fehlerstromauslöser beschrieben, der einen Perma- nentmagneten enthaltendes Bauelement mit einer Polfläche, ge- gen die ein Ankerelement, das entgegen der Kraft einer Feder durch den Permanentfluss angezogen wird, wirkt. Der Polfläche ist ein Aktor aus piezoelektrischem Material zugeordnet, wo- bei bei Auftreten des Signals der Aktor der Ankerkraft entge- genwirkt und/oder das Ankerelement von der Polfläche abhebt.

Schließlich ist aus der WO 00/63939 Al ein elektromechani- sches Relais bekannt, bei welchem dem Relais-Mechanismus se- parate Fehlerdetektoren zugeordnet sind. Dadurch wird eine solche Anordnung vergleichsweise komplex.

Ausgehend von dem abgehandelten Stand der Technik ist es Auf- gabe der Erfindung, einen Auslöser für ein Schaltgerät mit Schaltschloss zu schaffen, bei dem Piezoaktoren und magneti- schen Auslöser in vorteilhafter Weise zusammenwirken. Auf diese Weise soll sowohl eine Auslösung im Überlastfall als auch im Kurzschlussfall möglich sein.

Die Aufgabe ist erfindungsgemäß durch die Merkmale des Pa- tentanspruches 1 gelöst. Weiterbildungen sind in den Unteran- sprüchen angegeben.

Gegenstand der Erfindung ist, dass der Piezoaktor einerseits im Überlastfall durch eine an sich bekannte Elektronik ange-

steuert wird und damit das Schaltschloss zum Trennen der Kon- takte entklinkt und dass andererseits zur schnellen Auslösung im Kurzschlussfall eine vom Strom-in diesem Fall der Kurz- schlussstrom-über eine Auslösespule (Solenoid) auf den fer- romagnetisches Material enthaltenden Piezoaktor wirkenden Kraft betätigt wird. Aktiviert von der Auslösespule betätigt der Piezoaktor das Schaltschloss, das wiederum auf einen den Kurzschluss-/Überlast-Strom unterbrechenden Schalter wirkt.

Die Spule kann als magnetischer Aktor mehrere Windungen auf- weisen. Ggf. kann es auch ausreichend sein, wenn nur der stromführende Leiter am Piezoaktor vorbeigeführt wird.

Besonders vorteilhaft sind zwei alternative Ausprägungen der Erfindung : In einer erster Ausprägung liegt bei der Erfindung im Gegensatz zum Stand der Technik eine Kombination von Pie- zoaktor und magnetischem Kurzschluss-Aktor vor, wobei sowohl eine Überlast-als auch eine Kurzschluss-Abschaltung dadurch herbeigeführt werden kann, dass zugleich magnetische als auch dielektrische Eigenschaften des Piezoaktors ausgenutzt wer- den.

In einer anderen Ausprägung der Erfindung kann vorteilhafter- weise eine Nutzung der Kombination aus Auslösespule und Pie- zoaktor als Stromsensor erfolgen, indem die durch die Auslö- sespule hervorgerufenen magnetischen Kräfte am Piezoaktor ei- ne Auslenkung hervorrufen, deren Amplitude ein Maß für den fließenden Strom ist. Diese Auslenkung bewirkt durch das pie- zoelektrische Prinzip die Erzeugung einer Spannung am Piezo- aktor, die durch eine zugeordnete Elektronik ausgewertet wer- den kann. Da der Piezoaktor in diesem Fall sowohl als Aktor als auch als Sensor betrieben wird, ist hier verallgemeinert vom Begriff"Piezowandler"auszugehen.

Bei der Erfindung wird die vorteilhafte Kombination von elek- tromagnetischem Auslöser und Piezowandler genutzt, um sowohl einen sicheren Kurzschlussschutz als auch einen Überlast- schutz mit u. U. vorgeschalteter elektronischer Auswerteein-

heit zur realisieren. Es existiert dabei eine klare Aufgaben- teilung : Der Kurzschlussschutz wird durch den schnellen elek- tromagnetischen Auslöser realisiert, der Überlastschutz durch einen u. U. elektronische angesteuerten Piezowandler.

Gemäß vorliegender Anmeldung befindet sich vorteilhafterweise nur der Piezowandler mechanisch im Eingriff mit der Entklin- kung des Schaltschlosses. Die Auslösung im Kurzschlussfall erfolgt durch den elektromagnetischen Wandler mittelbar unter magnetischer Rückwirkung auf den Piezowandler. Hierzu ist der Piezo-Wandler mit einem ferromagnetischen Material versehen.

Bei der Erfindung kann der Piezowandler gleichermaßen als Stromsensor herangezogen werden, indem die infolge des Strom- flusses durch den elektromagnetischen Wandler hervorgerufenen Kräfte Biegeschwingungen des Piezowandlers hervorrufen, die sich wiederum als Spannungen an den Anschlüssen des Piezo- wandlers auswerten lassen.

Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Figurenbeschreibung von Ausführungsbei- spielen anhand der Zeichnung in Verbindung mit den Patentan- sprüchen. Es zeigen Figur 1 und Figur 2 ein Auslösesystem aus elektrischem Piezo- wandler einerseits und einer Spule zur Kurzschlusser- fassung andererseits-alternativ im verriegelten bzw. im ausgelösten Zustand, Figur 3 ein Auslösesystem nach Fig. 1/2 mit zusätzlichem, se- paratem Stromwandler zur Überlasterkennung und Figur 4 eine Realisierung eines weiter verbesserten Auslöse- systems.

In der Figur kennzeichnet 1 einen mechanischen Schalter. Dem mechanischen Schalter 1 ist ein Auslösesystem zugeordnet, das beispielsweise aus einem Schaltschloss 10 bestehen kann. Dem Schaltschloss 10 ist ein Piezoaktor 11 zugeordnet. Der Piezo-

aktor 11 befindet sich in einer Halterung 12 und wird von ei- ner elektronischen Schaltung, die pauschal mit 20 bezeichnet ist, angesteuert.

Der Schalter 1 ist mit dem Schaltschloss 10 über eine mecha- nische Betätigung 2 verbunden. Weiterhin ist eine Spule 5 im zu schaltenden Stromkreis vorhanden.

Wird in Figur 1, die den verriegelten Zustand des Schalters 1 wiedergibt, über die Elektronik 20 ein Signal auf den Piezo- aktor 11 gegeben, wird der Piezoaktor 11 im Sinne einer Ver- biegung aktiviert und somit das Schaltschloss 10 freigegeben.

Der Schalter 1 öffnet, was in Figur 2 wiedergegeben ist.

In den Figuren 1 bis 4 bildet das Netz mit dem zu schaltenden Stromkreis einen Lastkreis 2, wobei die Spule 5 wenigstens eine Spulenwindung, vorzugsweise aber mehrere Windungen, auf- weist.

Eine schnelle Auslösung im Kurzschlussfall wird dadurch er- reicht, dass die vom Laststrom durchflossene Spule 5, welche einen Solenoid darstellt und ein Magnetfeld erzeugt, magne- tisch auf den Piezowandler 11 einwirkt und so einen magneti- schen Aktor realisiert. Der Piezowandler 11 enthält im Allge- meinen bereits ferromagnetisches Material, so dass das Mag- netfeld der Spule 5 eine Bewegung des Piezowandlers 11 her- beiführen kann. Dadurch kann mit dem Piezowandler 11 über das Schaltschloss 10 eine Abschaltung des Schalters 1 herbeige- führt werden. Enthält der Piezowandler 11 kein magnetisches Material, kann am Piezowandler 11 eine ferromagnetische Plat- te, beispielsweise durch Kleben, angebracht werden.

Gemäß Figur 3 wird die Auslöseeinrichtung nach Figur 1/2 da- durch ergänzt, dass im Lastkreis 2 ein zusätzlicher Strom- wandler 30 vorhanden ist. Die Erfassung des Stromes erfolgt demnach in diesem Fall durch den zusätzlichen Stromwandler 30, dem eine Einheit zur Überlasterkennung 35 nachgeschaltet

ist, die auf eine modifizierte Elektronikeinheit 20 ein- wirkt.

Bei Figur 3 wird also der Strom über den Stromwandler 30 ge- messen und in der Einheit zur Überlasterkennung 35 ausgewer- tet. Das Ausgangssignal der Einheit zur Uberlasterkennung ge- langt zur Elektronikeinheit 20. Im Falle einer Überlast steuert die Elektronikeinheit 20 den Piezoaktor 11 an, wel- che dann entsprechend Figur 2 reagiert und den Schalter 1 öffnet.

In Figur 4 wirkt dagegen der Piezowandler 11 direkt als Stromsensor, indem der Strom über die Auslösespule 5 den Piezoaktor 11 zunächst nur derart bewegt, dass noch keine Auslösung stattfindet. Die Bewegung des Piezoaktors 11 kann aber als Spannung abgegriffen werden. Die weiter modifizierte Elektronikeinheit 20"enthält in diesem Fall neben der Ein- heit 20 eine separate Einheit 20 zur Erfassung und Auswer- tung des vom Piezowandler 11 erzeugten Spannungssignals. So- mit kann zusätzlich eine erwünschte Strommessung mit Über- lasterkennung realisiert werden.

Bei allen vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen, insbesondere bei der Figur 3 und/oder der Figur 4, dient der Piezowandler 11 als Aktor im Sinne eines Auslösers. Ein sol- chermaßen definierter Piezoaktor 11 ist vorteilhafterweise platzsparend und benötigt nur eine geringe Ansteuerenergie.

Für die elektronische Überlasterkennung ist ein weiter Ein- stellbereich vorgebbar. Die nunmehr über die im Lastkreis 2 vorhandene Spule 5 direkt mit dem Piezoaktor 11 bewirkbare Kurzschlussauslösung benötigt nur eine einfache Konstruktion, da nur ein Verklinkungselement im Schaltschloss 10 vorhanden ist.

Sofern der bei den Figuren 1 bis 4 als Piezoaktor 11 verwen- dete piezoelektrische Wandler kein ferromagnetisches Material

enthält, kann in einfacher Weise ein ferromagnetisches Plätt- chen am piezoelektrischen Wandler angebracht werden.

Weiterhin kann vom piezoelektrischen Wandler das Magnetfeld des magnetischen Aktors und damit des Stromes erfasst werden.

Somit erfolgt bereits eine Stromerfassung allein durch Aus- wertung der Bewegung des Piezowandlers infolge des Stromes im Lastkreis-auch ohne Auslösung des Schaltschlosses.