Stand der Technik

Die Erfindung betrifft eine Hybridschutzschaltervorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 , einen Hybridschütz nach dem Anspruch 15 und ein Verfahren nach dem Anspruch 16.

Insbesondere aus einem Beitrag zur 30. International Conference on Electrical Contacts des Autors Wolfgang Hauer mit dem Titel „New Switching Technology for DC Grids“ ist bereits eine Hybridschutzschaltervorrichtung mit zumindest einem mechanischen Unterbrechungsschalter und mit zumindest einem elektrisch parallel zu dem mechanischen Unterbrechungsschalter geschalteten Halbleiter- Schutzschalter bekannt.

Die Aufgabe der Erfindung besteht insbesondere darin, eine gattungsgemäße Vorrichtung mit vorteilhaften Eigenschaften hinsichtlich eines Schutzes gegen einen Überstrom bereitzustellen. Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale der Patentansprüche 1 , 15 und 16 gelöst, während vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung den Unteransprüchen entnommen werden können.

Vorteile der Erfindung

Die Erfindung geht aus von einer Hybridschutzschaltervorrichtung, insbesondere einer DC-Hybridschutzschaltervorrichtung, mit zumindest einem mechanischen Unterbrechungsschalter und mit zumindest einem elektrisch parallel zu dem mechanischen Unterbrechungsschalter geschalteten Halbleiter-Schutzschalter, insbesondere einem Halbleiterrelais. Es wird vorgeschlagen, dass der mechanische Unterbrechungsschalter ein, insbesondere magnetfeldsensitives, Auslöseelement aufweist, welches zumindest teilweise aus einer magnetischen Formgedächtnislegierung (auch bekannt als MSM-Material = Magnetic Shape Memory) ausgebildet ist. Dadurch kann vorteilhaft ein Schutz gegen einen Überstrom verbessert werden, insbesondere indem eine besonders hohe Ansprechgeschwindigkeit / Auslösegeschwindigkeit des mechanischen Unterbrechungsschalters erreicht werden kann. Vorteilhaft kann ein reaktionsschneller und damit sicherer und außerdem kostengünstiger Überstromschutz erreicht werden, welcher insbesondere besonders für Gleichstrom-Netze geeignet ist, bei welchen im Fehlerfall, insbesondere im Vergleich zu Wechselstromnetzen, sehr hohe Stromanstiegsraten (in Bereichen bis zu 100 A/ps) mit sehr hohen Strömen (in Bereichen bis zu 10 kA) auftreten können. Vorteilhaft kann die hohe Geschwindigkeit bei gleichzeitig geringen elektrischen Verlusten im Nennbetrieb, wie sie beispielsweise bei einem rein auf Halbleiterrelais basierenden Schütz vorkommen können, erreicht werden.

Unter einer „Hybridschutzschaltervorrichtung“ soll insbesondere ein, insbesondere funktionstüchtiger, Bestandteil, insbesondere eine Konstruktions- und/oder Funktionskomponente, eines Hybridschützes verstanden werden. Unter einem „Hybridschütz“ soll insbesondere ein hybrider Leistungsschalter verstanden werden, welcher dazu vorgesehen ist, eine Notabschaltung eines Stromflusses innerhalb eines Stromkreises über ein Zusammenwirken von mechanischen und halbleiterbasierten Schaltkomponenten zu bewerkstelligen. Insbesondere ist die Hybridschutzschaltervorrichtung zu einer Verwendung in einem und/oder zu einem Einbau in einen Hybridschütz vorgesehen. Vorteilhaft ist der Hybridschütz dazu vorgesehen, den Stromkreis, daran angeschlossene Gerätschaften und/oder dessen Leitungen vor einer Überlast und/oder einem Überstrom und/oder einem Kurzschlussstrom zu schützen. Unter „vorgesehen“ soll insbesondere speziell programmiert, ausgelegt und/oder ausgestattet verstanden werden. Darunter, dass ein Objekt zu einer bestimmten Funktion vorgesehen ist, soll insbesondere verstanden werden, dass das Objekt diese bestimmte Funktion in zumindest einem Anwendungs- und/oder Betriebszustand erfüllt und/oder ausführt. Eine DC- Hybridschutzschaltervorrichtung ist dabei zu einer Unterbrechung eines Gleichstrom-Stromkreises vorgesehen. Insbesondere ist der mechanische Unterbrechungsschalter dazu vorgesehen, eine Unterbrechung des Stromkreises zumindest durch eine mechanische Bewegung einer Komponente, vorzugsweise durch ein mechanisches Öffnen eines elektrischen Kontakts des Stromkreises zu erzeugen. Insbesondere ist der Halbleiter-Schutzschalter dazu vorgesehen, eine Unterbrechung des Stromkreises zumindest durch ein elektrisches Ansteuern einer Halbleiterkomponente zu erzeugen. Beispielsweise kann der Halbleiter- Schutzschalter als eine isolierte Gate-Elektrode (Englisch: Insulated-Gate Bipolar Transistor, kurz IGBT) oder als ein Metall-Oxid-Halbleiter-Feldeffekttransistor (Englisch Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor, kurz MOSFET) ausgebildet sein. Insbesondere bildet der Halbleiter-Schutzschalter einen Halbleiter-Unterbrechungsschalter aus und umgekehrt.

Insbesondere umfasst ein Auslösefall, bei dem es zu einer Öffnung des Stromkreises durch die Hybridschutzschaltervorrichtung kommt, einen Überstromfall, insbesondere einen Kurzschlussfall und/oder Überlastfall. Insbesondere kann der Auslösefall, insbesondere in einem Kurzschlussfall, einen magnetischen Auslösefall umfassen. Zusätzlich kann der Auslösefall, insbesondere in einem Überlastfall, einen thermischen Auslösefall umfassen. In diesem Fall ist ein Auslöseelement sowohl zu der thermisch induzierten Verformung, insbesondere in einem Überlastfall, als auch zu der magnetisch induzierten Verformung, insbesondere in einem Kurzschlussfall, vorgesehen. Besonders bevorzugt umfasst die Verformung zumindest eine Längenänderung des Auslöseelements, insbesondere entlang dessen Längsachse. Vorteilhaft ist das Auslöseelement dazu vorgesehen, eine Bewegung und/oder eine Kraft zur Öffnung des Stromkreises, insbesondere unmittelbar, aufgrund der Verformung zu erzeugen. Vorteilhaft ist die Bewegung zur Öffnung des Stromkreises ein Hub und/oder eine Längserstreckungsänderung des Auslöseelements. Es ist auch denkbar, dass das Auslöseelement dazu vorgesehen ist, die Bewegung und/oder die Kraft zur Öffnung des Stromkreises aufgrund einer Verformung in eine Richtung winklig und/oder senkrecht zu der Längsachse des Auslöseelements zu erzeugen. Die Längsrichtung verläuft insbesondere zumindest im Wesentlichen parallel zu einer Haupterstreckungsrichtung des Auslöseelements, wobei unter einer „Haupterstreckungsrichtung“ eines Objekts dabei insbesondere eine Richtung verstanden werden soll, welche parallel zu einer längsten Kante eines kleinsten geometrischen Quaders verläuft, welcher das Objekt gerade noch vollständig umschließt. Insbesondere ist das Auslöseelement dazu vorgesehen, einen Schalter, beispielsweise einen Kippschalter, zu betätigen, welcher im geöffneten Zustand elektrische Kontakte des Stromkreises auftrennt. Insbesondere ist der Strom in dem Auslösefall größer als ein Nennstrom, insbesondere ein haushaltsüblicher oder ein industrieüblicher (DC-)Nennstrom. Die Auslöseeinheit kann dabei für beliebige Nennströme ausgelegt sein, beispielsweise für (DC-)Nennströme von 63 A, 100 A, 200 A, etc., aber auch für insbesondere deutlich größere oder deutlich kleinere Nennströme. Insbesondere ist der Strom in dem Überlastfall größer als der Nennstrom, vorzugsweise über zumindest einen im Sekunden- oder Minutenbereich liegenden Zeitraum hinweg., Beispielsweise tritt bei Wechselstromkreisen der Überlastfall bei Strömen ein, die mindestens in einem Bereich oberhalb von einem 1 ,15-fachen, vorzugsweise einem 1 ,45-fachen des Nennstroms liegen. Es wird angenommen, dass auch bei Gleichstromkreisen ähnliche Grenzwerte wie in Wechselstromkreisen zutreffend sind. Ferner ist der Strom in dem Kurzschlussfall insbesondere größer als der Strom in dem Überlastfall. Insbesondere tritt bei Wechselstromkreisen der Kurzschlussfall bei Strömen ein, die mindestens in einem Bereich oberhalb von einem 5-fachen, vorzugsweise einem 10-fachen des Nennstroms liegen. Es wird auch im Kurzschlussfall angenommen, dass bei Gleichstromkreisen ähnliche Grenzwerte wie in Wechselstromkreisen zutreffend sind. .

Insbesondere ist das Auslöseelement getrennt von Leiterbahnen des zu überwachenden Stromkreises ausgebildet. Vorzugsweise ist das Auslöseelement zumindest teilweise, vorzugsweise vollständig, in einem Nahbereich eines stromführenden Leiterabschnitts des zu überwachenden Stromkreises angeordnet. Unter einem „Nahbereich“ soll in diesem Zusammenhang insbesondere ein Bereich verstanden werden, welcher aus Punkten gebildet wird, die höchstens um ein Zehnfaches, vorzugsweise höchstens um ein Siebenfaches, bevorzugt höchstens um ein Fünffaches und besonders bevorzugt höchstens um ein Dreifaches eines Leitungsdurchmessers des stromführenden Leiterabschnitts von dem stromführenden Leiterabschnitt entfernt angeordnet sind. Insbesondere weisen die den Nahbereich bildenden Punkte jeweils einen Abstand von höchstens 10 mm, vorzugsweise von höchstens 5 mm und besonders bevorzugt von höchstens 3 mm von dem Leiterabschnitt auf. Insbesondere ist das Auslöseelement derart relativ zu dem stromführenden Leiterabschnitt des zu überwachenden Stromkreises angeordnet, dass ein durch einen starken Stromanstieg zumindest temporär erzeugtes Magnetfeld durch das Auslöseelement verläuft / hindurchgeführt wird. Vorzugsweise erstrecken sich das Auslöseelement und der stromführende Leiterabschnitt des zu überwachenden Stromkreises zumindest in dem Nahbereich zumindest im Wesentlichen parallel zueinander. Unter „im Wesentlichen parallel“ soll hier insbesondere eine Ausrichtung einer Richtung relativ zu einer Bezugsrichtung, insbesondere in einer Ebene, verstanden werden, wobei die Richtung gegenüber der Bezugsrichtung eine Abweichung insbesondere kleiner als 8°, vorteilhaft kleiner als 5° und besonders vorteilhaft kleiner als 2° aufweist. Vorzugsweise ist der stromführende Leiterabschnitt des zu überwachenden Stromkreises verschieden von einem Teil einer elektrischen Spule, insbesondere gerade oder gekrümmt verlaufend, vorzugsweise nicht gewickelt und nicht mehrfach gewunden ausgebildet.

Insbesondere ist der stromführende Leiterabschnitt des zu überwachenden Stromkreises als ein Einzelleiter ausgebildet. Insbesondere ist das Auslöseelement dazu vorgesehen, auf (starke) Magnetfeldänderungen, die durch den stromführenden Leiterabschnitt des zu überwachenden Stromkreises erzeugt werden, zu reagieren, insbesondere durch eine Längenänderung. Es ist außerdem denkbar, dass sich der Leiterabschnitt in dem Auslösefall insbesondere aufgrund eines den Nennstrom überschreitenden Stroms in dem zu überwachenden Stromkreis erwärmt, wobei eine dadurch entstehende thermische Strahlung von dem Auslöseelement aufgenommen werden kann und dadurch den optionalen weiteren thermischen Auslösefall hervorrufen kann. Besonders bevorzugt erzeugt der in dem zu überwachenden Stromkreis in dem Auslösefall, insbesondere in dem Kurzschlussfall, in dem Leiterabschnitt fließende Strom ein Auslösemagnetfeld für das Auslöseelement. Insbesondere ist das Auslöseelement mittels des Leiterabschnitts und/oder mittels eines mittels des Leiterabschnitts insbesondere in dem Auslösefall erzeugten Magnetfelds beeinflussbar und/oder verformbar. Das Auslöseelement kann stößelförmig, länglich, stabförmig, stiftförmig und/oder zylinderförmig ausgebildet sein. Insbesondere ist eine Hauptverformungsachse die Achse größter Verformung des Auslöseelements. Vorzugsweise ist die Hauptverformungsrichtung zumindest im Wesentlichen parallel zu der Längsachse des Auslöseelements angeordnet. Vorzugsweise weist das Auslöseelement einen zumindest im Wesentlichen konstanten Querschnitt auf. Vorzugsweise ist das Auslöseelement einteilig ausgebildet.

Vorteilhaft ist das Auslöseelement als ein Vollkörper ausgebildet. Es ist aber auch denkbar, dass das Auslöseelement, insbesondere zumindest abschnittsweise, als ein Hohlkörper, beispielsweise als ein Hohlzylinder, und/oder als ein Vollkörper mit Ausnehmungen und/oder Hohlräumen oder dergleichen ausgebildet ist. Bevorzugt ist das Auslöseelement zu wenigstens einem Großteil, insbesondere vollständig, aus der magnetischen Formgedächtnislegierung ausgebildet. Besonders bevorzugt weist die Hybridschaltervorrichtung ein einzelnes Auslöseelement auf. Es ist aber auch denkbar, dass die Hybridschaltervorrichtung mehrere, insbesondere zueinander identische oder unterschiedlich ausgebildete Auslöseelemente aufweist. Darunter, dass ein Objekt einen „zumindest im Wesentlichen konstanten Querschnitt“ aufweist, soll dabei insbesondere verstanden werden, dass für einen beliebigen ersten Querschnitt des Objekts entlang zumindest einer Richtung und einen beliebigen zweiten Querschnitt des Objekts entlang der Richtung ein minimaler Flächeninhalt einer Differenzfläche, die bei einem Übereinanderlegen der Querschnitte gebildet wird, maximal 20 %, vorteilhaft maximal 10 % und besonders vorteilhaft maximal 5 % des Flächeninhalts des größeren der beiden Querschnitte beträgt. Unter dem Ausdruck „zu wenigstens einem Großteil“ soll dabei insbesondere zu wenigstens 55 %, vorteilhaft zu wenigstens 65 %, vorzugsweise zu wenigstens 75 %, besonders bevorzugt zu wenigstens 85 % und besonders vorteilhaft zu wenigstens 95 %, insbesondere aber auch vollständig verstanden werden.

Bevorzugt enthält die magnetische Formgedächtnislegierung Nickel, Mangan und Gallium. Besonders bevorzugt ist die magnetische Formgedächtnislegierung eine Nickel-Mangan-Gallium-Legierung. Alternativ könnte die magnetische Formgedächtnislegierung auch eine Eisen-Palladium-Legierung und/oder eine Eisen-Palladium-haltige Legierung sein. Zudem könnte die magnetische Formgedächtnislegierung auch als Schaum und/oder als Kompositstruktur und/oder als Granulat und/oder als poröses Material ausgebildet sein, wobei insbesondere im Fall eines Kompositmaterials denkbar ist, dass Nickel-, Mangan- und/oder Gallium-Bestandteile in einer Matrix eingebettet sein können. Außerdem könnte die magnetische Formgedächtnislegierung einkristallin ausgebildet sein. Vorzugsweise ist das Auslöseelement als ein Einkristall aus der magnetischen Formgedächtnislegierung ausgebildet. Es ist auch denkbar, dass das Auslöseelement aus mehreren, insbesondere aus einigen, beispielsweise aus zwei oder drei oder vier oder fünf einzelnen Einkristallen zusammengesetzt ist. Es ist allerdings auch denkbar, dass die magnetische Formgedächtnislegierung polykristallin ausgebildet ist.

Insbesondere ist der mechanische Unterbrechungsschalter dazu vorgesehen, im Fall eines Überstroms, den Strom bereits bei einem Beginn eines Öffnungsvorgangs des mechanischen Unterbrechungsschalters auf den Halbleiter-Schutzschalter zu kommutieren. Insbesondere kann dabei optional eine Spannung eines beim Öffnen des mechanischen Unterbrechungsschalters zündenden Lichtbogens zu dem Kommutieren genutzt werden. Durch das Kommutieren des Stroms wird der Lichtbogen dann insbesondere gelöscht. Vorzugsweise ist der Auslösefall zerstörungsfrei und nach einem Rückstellen aller Komponenten der Hybridschutzschaltervorrichtung wiederholbar. Vorteilhaft kann ein Kontaktabbrand vermieden werden.

Ferner wird vorgeschlagen, dass der mechanische Unterbrechungsschalter im Auslösefall eine Öffnungszeit von weniger als 400 ps, vorzugsweise von weniger als 200 ps, aufweist. Dadurch kann vorteilhaft eine besonders schnelle Reaktion ermöglicht werden. Vorteilhaft kann eine Eignung für DC-Netze erreicht werden. Vorteilhaft kann eine besonders hohe Sicherheit erreicht werden. Vorteilhaft kann durch eine Beschleunigung der mechanischen Öffnung des Hybridschützes ein Einsatz kleinerer Halbleiter-Schutzschalter und/oder Varistoren in den anderen Zweigen des Hybridschützes ermöglicht werden, insbesondere da insgesamt ein vergleichsweise kleinerer Strom durch den Hybridschütz gelöscht werden muss. Unter der „Öffnungszeit“ des mechanischen Unterbrechungsschalters soll in diesem Fall insbesondere eine Zeit verstanden werden, welche vergeht zwischen einem Eintreten eines Fehlerstroms, z.B. eines Kurzschlusses, bis zu einer Teilöffnung des mechanischen Unterbrechungsschalters, bei welcher durch den bei der Öffnung entstehenden Lichtbogen genug Spannung für die Elektronik des Halbleiter-Unterbrechungsschalters, insbesondere zur Kommutierung des Stroms auf den Zweig der Hybridschutzschaltervorrichtung mit dem Halbleiter- Unterbrechungsschalter, bereitgestellt wird. Insbesondere kann unter der Öffnungszeit auch die Zeit ab Eintritt des Fehlerstroms (Beginn der Öffnungsbewegung des Auslöseelements) bis zu einem Erreichen eines maximalen Stromwerts in dem Zweig der Hybridschutzschaltervorrichtung mit dem mechanischen Schutzschalter (Teilöffnung, bei der die entstehende Lichtbogenspannung einer Aktivierungsspannung des Halbleiter-Schutzschalters entspricht) verstanden werden. Insbesondere kann unter der Öffnungszeit auch die Zeit ab Eintritt des Fehlerstroms bis zu einem Beginn eines Stromflusses durch den Zweig der Hybridschutzschaltervorrichtung mit dem Halbleiter-Schutzschalter verstanden werden. Insbesondere liegt an elektrisch parallel geschalteten Komponenten eines Stromkreises jeweils zumindest im Wesentlichen dieselbe Spannung an. Wenn also die Spannung in dem Zweig der Hybridschutzschaltervorrichtung mit dem mechanischen Schutzschalter ansteigt, steigt zugleich auch die Spannung an dem Halbleiter-Schutzschalter an, so dass es ab einer bestimmten Spannung zu einem „Freischalten“ des Halbleiter- Schutzschalters kommt.

Zudem wird vorgeschlagen, dass das Auslöseelement, insbesondere erzeugt durch eine (mechanische) Oberflächenbehandlung der magnetischen Formgedächtnislegierung, eine Mehrzahl an kohärent bewegbaren Zwillingsgrenzen umfasst. Dadurch kann vorteilhaft eine hohe Kontraktions- oder Expansionsgeschwindigkeit des Auslöseelements erreicht werden. Vorteilhaft kann eine besonders hohe Sicherheit erreicht werden. Insbesondere besitzt jede Zwillingsgrenze einer magnetischen Formgedächtnislegierung eine maximale Bewegungsgeschwindigkeit, welche unter anderem von einer spezifischen Mikrostruktur des Materials und/oder einer Konfiguration der Zwillingsgrenzen abhängt. Durch eine Mehrzahl an Zwillingsgrenzen kann die erreichbare maximale Bewegungsgeschwindigkeit damit vorteilhaft erhöht werden, ggf. sogar so weit, bis die Begrenzung der Bewegungsgeschwindigkeit von einer unvermeidbaren Massenträgheit des zu bewegenden Volumens des Auslöseelements dominiert ist. Insbesondere können zusätzliche Zwillingsgrenzen durch eine geeignete Oberflächenbehandlung der magnetischen Formgedächtnislegierung, wie z.B. ein Aufrauen einer Oberfläche der magnetischen Formgedächtnislegierung, ein Kugelstrahlen der Oberfläche der magnetischen Formgedächtnislegierung, o.dgl., erzeugt werden.

Wenn dabei Abstände benachbarter Zwillingsgrenzen des Auslöseelements kleiner sind als 300 pm, vorzugsweise kleiner sind als 150 pm und bevorzugt kleiner sind als 100 pm, kann vorteilhaft eine besonders hohe / optimale Bewegungsgeschwindigkeit für die Verformung des Auslöseelements erreicht werden. Insbesondere ist der Abstand zwischen den benachbarten Zwillingsgrenzen dabei in Längsrichtung des Auslöseelements gemessen. Des Weiteren wird vorgeschlagen, dass der mechanische Unterbrechungsschalter spulenfrei ausgebildet ist. Dadurch kann vorteilhaft eine Komplexität der Hybridschutzschaltervorrichtung, insbesondere des Hybridschützes, vorzugsweise des mechanischen Unterbrechungsschalters, verringert werden. Vorteilhaft kann eine einfache und/oder kostengünstige Konstruktion erreicht werden. Vorteilhaft kann eine besonders kleinbauende Ausgestaltung der Hybridschutzschaltervorrichtung, insbesondere des Hybridschützes, erreicht werden.

Wenn außerdem die Hybridschutzschaltervorrichtung eine von einer, beispielsweise dem mechanischen Unterbrechungsschalter vorgeschalteten, Drosselspule, insbesondere vollständig, freie Ausbildung aufweist, kann vorteilhaft eine Komplexität weiter reduziert werden, wodurch insbesondere vorteilhaft Kosten gesenkt werden können. Bevorzugt ist der ganze Hybridschütz frei von jeglichen Induktivitäten / Spulen. Vorteilhaft ist durch die hohe Geschwindigkeit des mechanischen Unterbrechungsschalters eine Drosselspule zum zusätzlichen Verzögern eines Stromanstiegs im Fehlerfall überflüssig. Vorteilhaft kann eine besonders kleinbauende Ausgestaltung der Hybridschutzschaltervorrichtung, insbesondere des Hybridschützes, erreicht werden. Ein weiterer Vorteil der spulenfreien Ausgestaltung, insbesondere auch des Wegfalls der Drosselspule, ist neben den reduzierten Kosten und dem reduzierten Bauraum auch eine Reduzierung einer Verlustleistung im Nennbetrieb (auch bei Gleichstromkreisen).

Weiterhin wird vorgeschlagen, dass der mechanische Unterbrechungsschalter, abgesehen von der magnetischen Formgedächtnislegierung des Auslöseelements, zumindest im Wesentlichen frei von magnetflussleitenden Bauteilen ausgebildet ist. Dadurch kann vorteilhaft, insbesondere im Kurzschlussfall, ein induktiver Widerstand minimiert werden, wodurch eine Zeitkonstante und/oder thermische Verluste vorteilhaft reduziert werden können, so dass eine besonders hohe Reaktionsgeschwindigkeit erreicht werden kann. Insbesondere sind die durch den Überstrom im Fehlerfall erzeugen Magnetfelder besonders im Gleichstromfall bereits hoch genug, um das Auslöseelement zuverlässig zu schalten. Insbesondere ist das Auslöseelement, abgesehen von der magnetischen Formgedächtnislegierung, frei von weiteren magnetflussleitenden Bauteilen ausgebildet.

Zusätzlich wird vorgeschlagen, dass die Hybridschutzschaltervorrichtung zumindest einen in Reihe zumindest zu dem Halbleiter-Schutzschalter angeordneten weiteren mechanischen Unterbrechungsschalter aufweist, welcher dazu vorgesehen ist, zeitversetzt und oder langsamer zu dem mechanischen Unterbrechungsschalter auszulösen. Dadurch kann vorteilhaft eine besonders hohe Sicherheit erreicht werden. Insbesondere ist der weitere mechanische Unterbrechungsschalter dazu vorgesehen, eine galvanische Trennung des Stromkreises herzustellen (welche durch den Halbleiter-Schutzschalter und/oder den Varistor alleine nicht erreicht werden kann). Insbesondere sind die Anforderungen an eine Dynamik des weiteren mechanischen Unterbrechungsschalters im Vergleich zu dem mechanischen Unterbrechungsschalter wesentlich geringer. Insbesondere ist der weitere mechanische Unterbrechungsschalter auch in Reihe zu dem mechanischen Unterbrechungsschalter angeordnet. Insbesondere bildet der weitere mechanische Unterbrechungsschalter einen Isolationsschalter der Hybridschutzschaltervorrichtung aus.

Wenn der weitere mechanische Unterbrechungsschalter ein Auslöseelement aufweist, welches zumindest teilweise aus einer magnetischen Formgedächtnislegierung ausgebildet ist, kann eine besonders vorteilhafte Schaltung des weiteren mechanischen Unterbrechungsschalters erreicht werden. Vorteilhaft kann eine einfache Konstruktion erreicht werden.

Wenn zudem das Auslöseelement des mechanischen Unterbrechungsschalters zugleich auch das Auslöseelement des weiteren mechanischen Unterbrechungsschalters darstellt, kann vorteilhaft eine besonders hohe Kompaktheit und/oder Kostengünstigkeit der Hybridschutzschaltervorrichtung erreicht werden. Zudem kann vorteilhaft eine kleinbauende Konstruktion erreicht werden.

Außerdem wird vorgeschlagen, dass die Hybridschutzschaltervorrichtung dabei eine Verzögerungseinheit aufweist, welche dazu vorgesehen ist, eine Wirkung des Auslöseelements auf den weiteren mechanischen Unterbrechungsschalter relativ zu einer Wirkung des Auslöseelements auf den mechanischen Unterbrechungsschalter zeitlich zu verzögern. Die Verzögerungseinheit kann beispielsweise als eine simple Beabstandung des weiteren mechanischen Unterbrechungsschalters von dem Auslöseelement oder von einem durch das Auslöseelement betätigten weiteren Bauteil der Hybridschutzschaltervorrichtung (z.B. des sich öffnenden Leiterabschnitts) ausgebildet sein. Auf diese Weise kommt es erst zu einer Betätigung des weiteren mechanischen Unterbrechungsschalters, wenn sich das Auslöseelement bereits etwas ausgedehnt hat und/oder wenn sich das durch das Auslöseelement betätigte weitere Bauteil der Hybridschutzschaltervorrichtung bereits etwas bewegt hat.

Zudem wird vorgeschlagen, dass die magnetische Formgedächtnislegierung als eine magnetische Hochtemperatur-Formgedächtnislegierung ausgebildet ist. Dadurch kann vorteilhaft ein zuverlässiger Betrieb der Hybridschutzschaltervorrichtung in einem großen Betriebstemperaturbereich ermöglicht werden. Vorteilhaft kann eine hohe Sicherheit erreicht werden. Bevorzugt weist die magnetische Formgedächtnislegierung zumindest eine, insbesondere genau eine, erste Umwandlungstemperatur, insbesondere von zumindest einer martensitischen in zumindest eine austenitische Phase, auf. Besonders bevorzugt weist die magnetische Formgedächtnislegierung zumindest eine, insbesondere genau eine, zweite Umwandlungstemperatur, insbesondere von zumindest einer ferromagnetischen in zumindest eine paramagnetische Phase auf. Vorteilhaft werden die erste Umwandlungstemperatur und die zweite Umwandlungstemperatur derart gewählt, dass sie zumindest höher liegen als Temperaturen, die das Auslöseelement in einem Normalbetriebszustand, insbesondere wenn kein Auslösefall vorliegt, annimmt. Vorzugsweise zeichnet sich die magnetische Hochtemperatur-Formgedächtnislegierung dadurch aus, dass die erste Umwandlungstemperatur und/oder die zweite Umwandlungstemperatur bei wenigstens 60°C, vorteilhaft bei wenigstens 70°C, besonders vorteilhaft bei wenigstens 80°C und vorzugsweise bei wenigstens 100°C liegt/liegen. Hierdurch kann vorteilhaft ein fehlerhaftes Auslösen, beispielsweise aufgrund einer erhöhten Umgebungstemperatur, verhindert werden.

Außerdem wird vorgeschlagen, dass der mechanische Unterbrechungsschalter, insbesondere zusätzlich zu dem magnetfeldsensitiven Auslöseelement, ein thermosensitives Auslöseelement umfasst. Dadurch kann vorteilhaft ein zusätzlicher Überlastschutz erreicht werden. Vorteilhaft kann eine besonders hohe Sicherheit erreicht werden. Insbesondere ist das thermosensitive Auslöseelement aus einer thermischen Formgedächtnislegierung, wie z.B. Nitinol, ausgebildet. Dabei ist denkbar, dass die thermische Formgedächtnislegierung und die magnetische Formgedächtnislegierung miteinander verbunden ein gemeinsames Auslöseelement ausbilden oder als zwei separate Auslöseelemente ausgebildet sind, z.B. in Form zweier benachbarter oder miteinander verbundener Streifen. Zudem ist auch denkbar, dass das Auslöseelement aus einem Material ausgebildet ist, das einen magnetischen Formgedächtniseffekt, insbesondere einen magnetischen Hochtemperatur-Formgedächtniseffekt, und einen thermischen Formgedächtniseffekt aufweist. Bevorzugt ist das Auslöseelement thermisch und magnetisch formveränderlich ausgebildet. Unter einem „thermisch und/oder magnetisch formveränderlichen Material“ soll insbesondere ein Material verstanden werden, welches mittels einer Temperaturerhöhung, insbesondere einer Zufuhr thermischer Energie, und/oder mittels eines, insbesondere äußeren, Magnetfelds beeinflussbar ist und vorteilhaft in zumindest einem Betriebszustand dazu vorgesehen ist, zumindest abhängig von einer Temperatur des Materials und/oder zumindest abhängig von dem Magnetfeld zumindest eine Materialeigenschaft und/oder eine Form zu verändern. Es ist jedoch auch denkbar, dass die Hybridschutzschaltervorrichtung frei von einem thermosensitiven Auslöseelement ausgebildet ist.

Ferner wird der Hybridschütz, insbesondere ein DC-Hybridschütz, mit der Hybridschutzschaltervorrichtung und mit zumindest einem elektrisch parallel zu der Hybridschutzschaltervorrichtung geschalteten Varistor vorgeschlagen. Dadurch können vorteilhafte Eigenschaften hinsichtlich einer Geschwindigkeit und/oder hinsichtlich einer Sicherheit erreicht werden. Vorteilhaft ist der Hybridschütz wesentlich schneller als ein mechanischer Leistungsschalter, welcher z.B. Stromunterbrechungszeiten im Millisekunden-Bereich aufweist, und zugleich wesentlich günstiger in Herstellung und/oder Unterhalt als reine Halbleiterleitungsschalter. Unter „DC“ soll insbesondere Gleichstrom verstanden werden. Insbesondere ist der Varistor elektrisch parallel zu dem mechanischen Unterbrechungsschalter geschaltet. Insbesondere ist der Varistor elektrisch parallel zu dem Halbleiter-Schutzschalter geschaltet. Insbesondere ist der Varistor dazu vorgesehen, den Strom nach einem Löschen durch den Halbleiter- Schutzschalter („langsam“) gegen null zu führen.

Zusätzlich wird vorgeschlagen, dass der Hybridschütz einen Elektromagnet und/oder einen zu dem mechanischen Unterbrechungsschalter elektrisch parallel geschalteten und mittels eines Schalters entladbaren Kondensator aufweist, welche jeweils zumindest dazu vorgesehen sind, eine kontrollierte Öffnung des durch die Hybridschutzschaltervorrichtung überwachten Stromkreises zu erlauben. Dadurch kann vorteilhaft eine kontrollierte Abschaltung des Hybridschützes, insbesondere auch unter Last, vorzugsweise ohne Kontaktabbrand, erreicht werden. Insbesondere ist der Elektromagnet, vorzugsweise das durch den Elektromagnet erzeugte Magnetfeld, dazu vorgesehen, das Auslöseelement des mechanischen Unterbrechungsschalters kontrolliert auszulösen, vorzugsweise zu verformen. Insbesondere ist der Kondensator dazu vorgesehen, bei einem Schließen des Schalters einen hohen Entladestrom zu erzeugen, mittels welchem ein Kurzschlussfall simuliert werden kann, so dass das Auslöseelement ausgelöst und der Stromkreis geöffnet wird. Des Weiteren wird ein Verfahren zum Betrieb der Hybridschutzschaltervorrichtung, insbesondere der DC-Hybridschutzschaltervorrichtung, mit zumindest einem mechanischen Unterbrechungsschalter und mit zumindest einem elektrisch parallel zu dem mechanischen Unterbrechungsschalter geschalteten Halbleiter- Schutzschalter, insbesondere einen Halbleiterrelais, wobei der mechanische Unterbrechungsschalter im Fall eines Überstroms durch eine Formveränderung einer magnetischen Formgedächtnislegierung betätigt wird, vorgeschlagen. Dadurch kann vorteilhaft ein Schutz gegen einen Überstrom verbessert werden, insbesondere indem eine besonders hohe Ansprechgeschwindigkeit / Auslösegeschwindigkeit des mechanischen Unterbrechungsschalters erreicht werden kann. Vorteilhaft kann ein reaktionsschneller und damit sicherer und außerdem kostengünstiger Überstromschutz erreicht werden.

Die erfindungsgemäße Hybridschutzschaltervorrichtung, der erfindungsgemäße Hybridschütz und das erfindungsgemäße Verfahren sollen hierbei nicht auf die oben beschriebene Anwendung und Ausführungsform beschränkt sein. Insbesondere kann die erfindungsgemäße Hybridschutzschaltervorrichtung, der erfindungsgemäße Hybridschütz und das erfindungsgemäße Verfahren zu einer Erfüllung einer hierin beschriebenen Funktionsweise eine von einer hierin genannten Anzahl von einzelnen Elementen, Verfahrensschritten, Bauteilen und Einheiten abweichende Anzahl aufweisen.

Zeichnungen

Weitere Vorteile ergeben sich aus der folgenden Zeichnungsbeschreibung. In den Zeichnungen sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt. Die Zeichnungen, die Beschreibung und die Ansprüche enthalten zahlreiche Merkmale in Kombination. Der Fachmann wird die Merkmale zweckmäßigerweise auch einzeln betrachten und zu sinnvollen weiteren Kombinationen zusammenfassen. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Schaltbild-Darstellung eines Hybridschützes mit einer Hybridschutzschaltervorrichtung,

Fig. 2a eine schematische Darstellung eines Teils der Hybridschutzschaltervorrichtung in einem geschlossenen Zustand,

Fig. 2b eine schematische Darstellung eines Teils der Hybridschutzschaltervorrichtung in einem geöffneten Zustand,

Fig. 3a schematisch eine Oberansicht eines mechanischen Unterbrechungsschalters der Hybridschutzschaltervorrichtung,

Fig. 3b schematisch eine Oberansicht eines leicht abgewandelten mechanischen Unterbrechungsschalters der Hybridschutzschaltervorrichtung,

Fig .4 schematisch ein magnetsensitives Auslöseelement des mechanischen Unterbrechungsschalters mit einer schematischen internen Struktur,

Fig. 5 ein schematisches Ablaufdiagramm eines Verfahrens zu einem Betrieb der Hybridschutzschaltervorrichtung,

Fig. 6 schematisch zeitabhängige Stromverläufe durch Komponenten des Hybridschützes,

Fig. 7 eine schematische Schaltbild-Darstellung des Hybridschützes mit der Hybridschutzschaltervorrichtung und mit einem zusätzlichen Elektromagnet und

Fig. 8 eine schematische Schaltbild-Darstellung des Hybridschützes mit der Hybridschutzschaltervorrichtung und mit einem zusätzlichen Kondensator.

Beschreibung der Ausführungsbeispiele

Die Fig. 1 zeigt eine schematische Schaltbild-Darstellung eines Hybridschützes

28. Der Hybridschütz 28 ist als ein DC-Hybridschütz ausgebildet. Der Hybridschütz 28 ist zu einer reaktionsschnellen automatischen Unterbrechung eines Stromkreises / Stromflusses in einem Fehlerfall vorgesehen. Der Hybridschütz 28 umfasst eine Hybridschutzschaltervorrichtung 30. Die Hybridschutzschaltervorrichtung 30 ist als eine DC- Hybridschutzschaltervorrichtung ausgebildet. Die Hybridschutzschaltervorrichtung 30 umfasst einen mechanischen Unterbrechungsschalter 10. Der mechanische Unterbrechungsschalter 10 weist in einem Auslösefall eine Öffnungszeit 36 (vgl. Fig. 4) von weniger als 400 ps, vorzugsweise sogar von weniger als 200 ps, auf. Der mechanische Unterbrechungsschalter 10 ist dazu vorgesehen, im Fehlerfall besonders schnell und/oder automatisch den elektrischen Kontakt zu öffnen. Beim Öffnen des mechanischen Unterbrechungsschalters 10 entsteht ein kurzer Lichtbogen. Beim Öffnen des mechanischen Unterbrechungsschalters 10 steigt die an dem mechanischen Unterbrechungsschalter 10 abfallende elektrische Spannung. Die Hybridschutzschaltervorrichtung 30 umfasst einen Halbleiter- Schutzschalter 12. Der Halbleiter-Schutzschalter 12 ist als ein Halbleiterrelais (z.B. MOSFET oder IGBT) ausgebildet. Der Halbleiter-Schutzschalter 12 ist elektrisch parallel zu dem mechanischen Unterbrechungsschalter 10 geschaltet. Durch die elektrische Parallelschaltung des Halbleiter-Schutzschalters 12 zu dem mechanischen Unterbrechungsschalter 10 entspricht die an dem Halbleiter- Schutzschalter 12 abfallende elektrische Spannung immer der an dem mechanischen Unterbrechungsschalter 10 abfallenden elektrischen Spannung. Der Halbleiter-Schutzschalter 12 ist dazu vorgesehen, ab einer bestimmten Mindest-Lichtbogenspannung den Strom von dem sich öffnenden mechanischen Unterbrechungsschalter 10 zu übernehmen.

Der Hybridschütz 28 umfasst einen Varistor 32. Der Varistor 32 ist elektrisch parallel zu der Hybridschutzschaltervorrichtung 30 geschaltet. Der Varistor 32 ist elektrisch parallel zu dem mechanischen Unterbrechungsschalter 10 geschaltet. Der Varistor 32 ist elektrisch parallel zu dem Halbleiter-Schutzschalter 12 geschaltet. Durch die elektrische Parallelschaltung des Halbleiter-Schutzschalters 12 zu dem mechanischen Unterbrechungsschalter 10 entspricht die an dem Varistor 32 abfallende elektrische Spannung immer der an dem mechanischen Unterbrechungsschalter 10 abfallenden elektrischen Spannung. Der Varistor 32 ist dazu vorgesehen, den von dem Halbleiter-Schutzschalter 12 übernommenen Strom zu null zu führen. Die Hybridschutzschaltervorrichtung 30 weist einen weiteren mechanischen Unterbrechungsschalter 22 auf. Der weitere mechanische Unterbrechungsschalter 22 ist in Reihe zu dem Halbleiter-Schutzschalter 12 angeordnet. Der weitere mechanische Unterbrechungsschalter 22 ist in Reihe zu dem mechanischen Unterbrechungsschalter 10 angeordnet. Der weitere mechanische Unterbrechungsschalter 22 ist in Reihe zu dem Varistor 32 angeordnet. Der weitere mechanische Unterbrechungsschalter 22 ist dazu vorgesehen, zeitversetzt zu dem mechanischen Unterbrechungsschalter 10 auszulösen. Der weitere mechanische Unterbrechungsschalter 22 ist dazu vorgesehen, langsamer als der mechanische Unterbrechungsschalter 10 auszulösen. Der weitere mechanische Unterbrechungsschalter 22 ist dazu vorgesehen, eine galvanische Trennung des Stromkreises zu erzeugen und aufrechtzuerhalten.

Der Hybridschütz 28 weist einen Wartungsschalter 38 auf. Der Wartungsschalter 38 ist dazu vorgesehen, eine Öffnung eines durch die Hybridschutzschaltervorrichtung 30 überwachten Stromkreises zu erlauben. Der Wartungsschalter 38 ist zu einer lastfreien Öffnung des Stromkreises vorgesehen. Der Wartungsschalter 38 kann beispielsweise zu einer Ermöglichung einer Wartung des Stromkreises geöffnet werden. Der Wartungsschalter 38 ist manuell oder automatisiert bedienbar. Der Wartungsschalter 38 ist getrennt von der Hybridschutzschaltervorrichtung 30 ausgebildet. Der mechanische Unterbrechungsschalter 10 ist vollständig spulenfrei ausgebildet. Die Hybridschutzschaltervorrichtung 30 ist von Drosselspulen frei ausgebildet. Der Hybridschütz 28 ist von Drosselspulen frei ausgebildet.

Die Figuren 2a und 2b zeigen eine schematische Darstellung eines Teils der

Hybridschutzschaltervorrichtung 30, welcher den mechanischen

Unterbrechungsschalter 10 und den weiteren mechanischen Unterbrechungsschalter 22 umfasst. Der mechanische Unterbrechungsschalter 10 weist ein Auslöseelement 14 auf. Das Auslöseelement 14 ist magnetfeldsensitiv. Das Auslöseelement 14 ist in einem Nahbereich eines stromführenden Leiterstücks 40 des Stromkreises angeordnet. Das Auslöseelement 14 ist parallel zu dem stromführenden Leiterstück 40 angeordnet. Das Auslöseelement 14 ist derart angeordnet, dass Längserstreckungsrichtungen von Auslöseelement 14 und Leiterstück 40 zumindest im Wesentlichen parallel zueinander verlaufen. Das Auslöseelement 14 ist dazu vorgesehen, durch eine Formänderung eine Unterbrechung des Stromkreises zu erzeugen. Das Auslöseelement 14 ist dazu vorgesehen, durch eine Längenänderung eine Unterbrechung des Stromkreises zu erzeugen. Das Auslöseelement 14 ist dazu vorgesehen, durch die Längenänderung und/oder die Formänderung einen Schalter zu betätigen, der den Stromkreis physisch trennt. In den Figuren 2a und 2b ist der Schalter beispielhaft als Kippschalter dargestellt. Das Auslöseelement 14 ist teilweise aus einer magnetischen Formgedächtnislegierung 16 ausgebildet. Das Auslöseelement 14 kann alternativ auch vollständig oder nahezu vollständig aus einer magnetischen Formgedächtnislegierung 16 ausgebildet sein. Das Auslöseelement 14 ist derart ausgerichtet und/oder angeordnet, dass ein durch eine Stromflussänderung in dem Leiterstück 40 hervorgerufenes Magnetfeld derart durch das Auslöseelement 14 geführt ist, dass eine Formänderung der magnetischen Formgedächtnislegierung 16 herbeigeführt wird. Die magnetische Formgedächtnislegierung 16 ist als eine magnetische Hochtemperatur- Formgedächtnislegierung ausgebildet. In der Figur 2a befindet sich das Auslöseelement 14 in einem unverformten Zustand. In der Fig. 2b befindet sich das Auslöseelement 14 in einem verformten Zustand. In der Fig. 2b weist das Auslöseelement 14 eine in einem im Vergleich zum unverformten Zustand verlängerte Form auf. Die Fig. 2a zeigt den Zustand des mechanischen Unterbrechungsschalters 10 in einem Normalbetrieb. Die Fig. 2b zeigt den Zustand des mechanischen Unterbrechungsschalters 10 in dem Fehlerfall. Die Fig. 2a zeigt den Zustand des weiteren mechanischen Unterbrechungsschalters 22 in einem Normalbetrieb. Der weitere mechanische Unterbrechungsschalter 22 ist geschlossen. Die Fig. 2b zeigt den Zustand des weiteren mechanischen Unterbrechungsschalters 22 in dem Fehlerfall. Der weitere mechanische Unterbrechungsschalter 22 ist geöffnet. Der weitere mechanische Unterbrechungsschalter 22 weist ein Auslöseelement 26 auf, welches zumindest teilweise aus einer magnetischen Formgedächtnislegierung 16 ausgebildet ist. Das Auslöseelement 14 des mechanischen Unterbrechungsschalters 10 stellt zugleich auch das Auslöseelement 26 des weiteren mechanischen Unterbrechungsschalters 22 dar. Durch die Längenänderung des Auslöseelements 14 wird auch die Öffnung des weiteren mechanischen Unterbrechungsschalters 22 ausgelöst. Alternativ könnte der weitere mechanische Unterbrechungsschalter 22 auch durch ein von dem Auslöseelement 14 getrenntes weiteres Auslöseelement geöffnet werden, insbesondere auf eine zu dem Auslöseelement 14 vergleichbare Funktionsweise.

Die Hybridschutzschaltervorrichtung 30 weist eine Verzögerungseinheit 24 auf. Die Verzögerungseinheit 24 ist dazu vorgesehen, eine Wirkung des Auslöseelements 14, 26 auf den weiteren mechanischen Unterbrechungsschalter 22 relativ zu einer Wirkung des Auslöseelements 14, 26 auf den mechanischen Unterbrechungsschalter 10 zeitlich zu verzögern. Die Verzögerungseinheit 24 ist beispielhaft durch einen von dem weiteren mechanischen Unterbrechungsschalter 22 beabstandeten Kippschalter ausgebildet. Alternative Ausgestaltungen für Verzögerungseinheiten 24, die dieselbe erfindungsgemäße Aufgabe erfüllen, sind denkbar und für den Fachmann aus seinem Fachwissen ableitbar.

Die Figuren 3a und 3b zeigen schematisch eine Oberansicht des mechanischen Unterbrechungsschalters 10. Ein Verlauf des von dem Leiterstück 40 erzeugten Magnetfelds ist durch Magnetfeldlinien 42 angedeutet. Die Magnetfeldlinien 42 durchqueren das Auslöseelement 14 senkrecht zu seiner Längserstreckung. Der in der Fig. 3a dargestellte mechanische Unterbrechungsschalter 10 ist, abgesehen von der magnetischen Formgedächtnislegierung 16 des Auslöseelements 14, frei von magnetflussleitenden Bauteilen ausgebildet. Alternativ kann das Leiterstück 40 jedoch, wie in der Figur 3b dargestellt, auch von einer magnetflussleitenden Manschette 44 umgeben sein, in welche das Auslöseelement 14 eingesetzt ist.

Wie in den Figuren 3a und 3b beispielhaft gezeigt, kann der mechanische Unterbrechungsschalter 10 zusätzlich zu dem magnetfeldsensitiven Auslöseelement 14 ein thermosensitives Auslöseelement 26 umfassen. Das thermosensitive Auslöseelement 26 ist dazu vorgesehen, den Stromkreis bei einer Überlast zu unterbrechen. Das thermosensitive Auslöseelement 26 ist dazu vorgesehen, bei einem Überschreiten einer Grenztemperatur eine Längenänderung zu erfahren und dabei den mechanischen Unterbrechungsschalter 10 zu öffnen, insbesondere analog zu der Funktion des magnetsensitiven Auslöseelements 14. Das thermosensitive Auslöseelement 26 besteht zumindest zu einem Großteil, vorzugsweise vollständig oder nahezu vollständig aus einer thermischen Formgedächtnislegierung 52.

Die Figur 4 zeigt des magnetsensitive Auslöseelement 14 mit einer schematischen internen Struktur. Das Auslöseelement 14 umfasst eine Mehrzahl an Zwillingsgrenzen 18, 20. Die Zwillingsgrenzen 18, 20 können durch eine (mechanische) Oberflächenbehandlung der magnetischen Formgedächtnislegierung 16 erzeugt sein. Die Zwillingsgrenzen 18, 20 sind kohärent bewegbar. Abstände 46 benachbarter Zwillingsgrenzen 18, 20 des Auslöseelements 14 sind dabei kleiner als 300 pm, vorzugsweise kleiner als 150 pm.

Die Figur 5 zeigt ein schematisches Ablaufdiagramm eines Verfahrens zu einem Betrieb der Hybridschutzschaltervorrichtung 30. In zumindest einem Verfahrensschritt 48 wird der mechanische Unterbrechungsschalter 10 im Fall eines Überstroms durch eine Formveränderung der magnetischen Formgedächtnislegierung 16 betätigt. In zumindest einem weiteren Verfahrensschritt 50 wird der mechanische Unterbrechungsschalter 10 im Fall einer Überlast durch eine Formveränderung der thermischen Formgedächtnislegierung 52 betätigt.

Die Figur 6 zeigt schematisch zeitabhängige Stromverläufe 58 durch Komponenten des Hybridschützes 28. Anhand der Figur 6 soll die grundlegende Funktionsweise des Hybridschützes 28 im Folgenden knapp erläutert werden. Auf einer Abszisse 54 ist in der Fig. 6 eine Zeit aufgetragen. Auf der Abszisse 54 sind die Zeiten ti bis ts speziell gekennzeichnet. Auf einer Ordinate 56 sind in der Fig. 6 Stromstärken aufgetragen, wie sie an den Komponenten des Hybridschützes 28 im Fehlerfall auftreten können. Von oben nach unten sind in der Fig. 6 folgende Stromverläufe 58 dargestellt: a) Gesamtstrom durch den Hybridschütz 28; b) Strom durch den mechanischen Unterbrechungsschalter 10; c) Strom durch den Halbleiter-Schutzschalter 12 und d) Strom durch den Varistor 32. Zu Beginn bis zum Zeitpunkt ti entspricht die Stromstärke einem Nominalwert eines Normalbetriebs und fließt vollständig über den Pfad des mechanischen Unterbrechungsschalters 10, welcher im Normalbetrieb geschlossen ist. Zum Zeitpunkt ti tritt der Fehlerfall ein. Der Fehlerfall führt zu einem raschen Anstieg des Stroms, der durch den mechanischen Unterbrechungsschalter 10 fließt. Das dabei entstehende Magnetfeld führt zu einer Verformung der magnetischen Formgedächtnislegierung 16 des Auslöseelements 14 und somit zu einer Öffnung des mechanischen Unterbrechungsschalters 10. Durch das Öffnen des mechanischen Unterbrechungsschalters 10 entstehen ein Lichtbogen und eine damit zusammenhängende Lichtbogenspannung. Die Lichtbogenspannung fällt zugleich auch an dem Halbleiter-Schutzschalter 12 an. Ab einem Überschreiten einer Mindestspannung am Halbleiter-Schutzschalter 12 zum Zeitpunkt t2 lässt der Halbleiter-Schutzschalter 12 einen Stromfluss zu. Der Zeitraum zwischen den Zeitpunkten ti und t2 wird Öffnungszeit 36 genannt. Bis zum Zeitpunkt t3 kommutiert der Stromfluss vollständig von dem mechanischen Unterbrechungsschalter 10 zu dem Halbleiter-Schutzschalter 12. Nach der vollständigen Kommutierung des Stroms zu dem Halbleiter-Schutzschalter 12 öffnet der mechanische Unterbrechungsschalter 10 vollständig. Zu einem Zeitpunkt t4 wird der Halbleiter-Schutzschalter 12 geschlossen / ausgeschaltet. Dies passiert, sobald der mechanische Unterbrechungsschalter 10 sicher weit genug geöffnet ist. Der Strom im Pfad des Halbleiter-Schutzschalters 12 fällt dadurch nahezu schlagartig auf null ab. Der Strom kommutiert vollständig zu dem Varistor 32. Bis zum Zeitpunkt ts führt der Varistor 32 den Strom zu null. Nach dem Zeitpunkt ts öffnet zeitlich verzögert der weitere mechanische Unterbrechungsschalter 22.

Die Figuren 7 und 8 zeigen jeweils schematische Schaltbild-Darstellungen von Hybridschützen 28‘, 28“ mit zusätzlichen Elementen zu einer kontrollierten Öffnung des Stromkreises unter Last. In der Fig. 7 ist eine Ausgestaltung des Hybridschützes 28‘ dargestellt, welche einen Elektromagnet 34 umfasst. Der Elektromagnet 34 ist derart ausgestaltet und/oder angeordnet, dass ein von dem Elektromagnet 34 erzeugbares Magnetfeld eine Betätigung des Auslöseelements 14 des mechanischen Unterbrechungsschalters 10 bewirken kann. Wenn der mechanische Unterbrechungsschalter 10 kontrolliert geöffnet werden soll, wird der Elektromagnet 34 angesteuert und erzeugt ein Magnetfeld, welches eine Formänderung des Auslöseelements 14 vergleichbar zum Kurzschlussfall erzeugt. In der Fig. 8 ist eine Ausgestaltung des Hybridschützes 28“ dargestellt, welche einen Kondensator 60 umfasst, welcher zu dem mechanischen Unterbrechungsschalter 10 elektrisch parallel geschaltet ist und welcher mittels eines Schalters 62 der Hybridschutzschaltervorrichtung 30 entladbar ist. Der Kondensator 60 ist im Normalbetrieb geladen. Wenn der Schalter 62 geschlossen wird, entlädt sich der Kondensator 60 schlagartig und erzeugt zumindest kurzzeitig einen hohen Stromfluss. Durch den hohen Stromgradienten bei der Entladung des Kondensators 60 wird ein Magnetfeld erzeugt, welches groß genug ist, um das Auslöseelement 14 des mechanischen Unterbrechungsschalters 10 zu betätigen. Wenn der mechanische Unterbrechungsschalter 10 kontrolliert geöffnet werden soll, wird der Schalter 62 geschlossen und durch die Entladung des Kondensators 60 ein Magnetfeld erzeugt, welches eine Formänderung des Auslöseelements 14 vergleichbar zum realen Kurzschlussfall erzeugt. Der Elektromagnet 34 der Ausgestaltung aus der Fig. 7 und der Kondensator 60 der Ausgestaltung aus der Fig. 8 sind jeweils dazu vorgesehen, eine kontrollierte Öffnung des durch die Hybridschutzschaltervorrichtung 30 überwachten Stromkreises zu erlauben.

Bezugszeichen

10 Mechanischer Unterbrechungsschalter

12 Halbleiter-Schutzschalter

14 Auslöseelement

16 magnetische Formgedächtnislegierung

18 Zwillingsgrenze

20 Zwillingsgrenze

22 Weiterer mechanischer Unterbrechungsschalter

24 Verzögerungseinheit

26 Auslöseelement

28 Hybridschütz

30 Hybridschutzschaltervorrichtung

32 Varistor

34 Elektromagnet

36 Öffnungszeit

38 Wartungsschalter

40 Leiterstück

42 Magnetfeldlinie

44 Manschette

46 Abstand

48 Verfahrensschritt

50 Verfahrensschritt

52 Thermische Formgedächtnislegierung

54 Abszisse

56 Ordinate

58 Stromverlauf

60 Kondensator

62 Schalter