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Die
Erfindung betrifft eine Verarbeitungseinheit eines elektromechanischen
Leistungsschalters, welche dazu ausgebildet ist, eine Spule eines
Aktors des elektromechanischen Leistungsschalters anzusteuern, und
eine Verwendung eines Aktors eines elektromechanischen Leistungsschalters.
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Ein
Leistungsschalter dient vor allem als Kurzschlussschutz aber auch
als Schutz gegen Überlastung,
Fehlerstrom und Unterspannung. Leistungsschalter finden ihren Einsatz
in allen Verteilungsnetzen sowohl im Wohn- und Zweckbau als auch
in der Industrie.
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Da
ein Leistungsschalter unterschiedliche Betriebszustände aufweisen
kann, wie beispielsweise der laufende Betrieb, einer Auslösung bei Überlast,
einer elektromagnetischen Auslösung
bei Kurzschluss, einer manuelle Auslösung, einer Auslösung durch
Zusatzmodule, etc. und ein Leistungsschalter meist durch einen Benutzer über Eingabemittel
parametriert werden kann, ist es wünschenswert, wenn der Leistungsschalter
eine Rückmeldung über den jeweiligen
Betriebszustand bzw. über
eine Eingabe an dem Leistungsschalter an einen Endanwender ausgeben
kann.
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Es
ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine einfache akustische
Rückmeldung
bei einem Leistungsschalter bereit zu stellen.
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Erfindungsgemäß wird diese
Aufgabe gelöst durch
die Vorrichtung gemäß Anspruch
1, d. h. durch eine Verarbeitungseinheit eines elektromechanischen
Leistungsschalters, welche dazu ausgebildet ist, eine Spule eines
Aktors des elektromechanischen Leistungsschalters anzusteuern, wobei
der Aktor:
- – einen Stößel, welcher eine Ruheposition
und eine ausgelöste
Position aufweist, wobei der Stößel dazu
ausgebildet ist, in der ausgelösten
Position mindestens eine Leitung des Leistungsschalters zu unterbrechen,
- – eine
Feder, welche in der Ruheposition des Stößels unter Spannung steht,
- – ein
Haltemittel, welches dazu ausgebildet ist, den Stößel in der
Ruheposition zu halten,
- – die
Spule, welche dazu ausgebildet ist, durch Anlegen einer Mindestspannung
an der Spule ein Mindestspulenmagnetfeld zu erzeugen,
aufweist,
wobei das Haltemittel derart ausgebildet ist, dass bei Überschreitung
des Mindestspulenmagnetfelds eine Zustandsänderung des Stößels von
der Ruheposition in die ausgelöste
Position herbeigeführt
wird, wobei bei der Zustandsänderung
die Feder den Stößel durch
ihre Federkraft in Richtung der ausgelösten Position des Stößels drückt, wobei
die Verarbeitungseinheit dazu ausgebildet ist, bei Vorliegen eines
Akustiksignalbefehls für
eine akustische Rückmeldung
die Spule mit einem Signalstrom zur Erzeugung hörbarer Vibrationen zu beaufschlagen,
wobei der Signalstrom derart bemessen ist, dass er keine Zustandsänderung
herbeiführt.
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Ferner
wird die Erfindung gelöst
durch die Verwendung eines Aktors gemäß Anspruch 11, d. h. durch
einen Aktor eines elektromechanischen Leistungsschalters zur Erzeugung
einer akustischen Rückmeldung,
wobei der Aktor:
- – einen Stößel, welcher eine Ruheposition
und eine ausgelöste
Position aufweist, wobei der Stößel in der
ausgelösten
Position mindestens eine Leitung des Leistungsschalters unterbricht,
- – eine
Feder, welche in der Ruheposition des Stößels unter Spannung steht,
- – ein
Haltemittel, welches den Stößel in der
Ruheposition hält,
- – die
Spule, welche durch Anlegen einer Mindestspannung an der Spule ein
Mindestspulenmagnetfeld erzeugt,
aufweist, wobei das Haltemittel
derart ausgebildet ist, dass bei Überschreitung des Mindestspulenmagnetfelds
eine Zustandsänderung
des Stößels von
der Ruheposition in die ausgelöste
Position herbeigeführt
wird, wobei bei der Zustandsänderung
die Feder den Stößel durch
ihre Federkraft in Richtung der ausgelösten Position des Stößels drückt, wobei
bei Vorliegen eines Akustiksignalbefehls für eine akustische Rückmeldung
die Spule mit einem Signalstrom zur Erzeugung hörbarer Vibrationen beaufschlagt
wird, wobei der Signalstrom derart bemessen ist, dass er keine Zustandsänderung
herbeiführt.
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Vorteilhafte
Weiterbildungen der Erfindung sind in den jeweiligen abhängigen Ansprüchen 2 bis 10
und 12 bis 20 definiert.
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Der
elektromechanische Leistungsschalter schützt insbesondere Leitungen
vor Beschädigungen durch
zu starke Erwärmung
in Folge eines zu hohen Stroms. Diese Leistungsschalter sind üblicherweise wieder
verwendbare nicht selbsttätig
rückstellende Sicherungselemente.
Mit Hilfe eines Abschaltmechanismus kann normalerweise hinsichtlich
verschiedener Szenarien ausgelöst
werden. Ein Beispiel hierfür ist
die Auslösung
bei Überlast,
hierbei erfolgt die Abschaltung, wenn der vorgegebene Nennwert des durch
den Leistungsschalter fließenden
Stroms längere
Zeit erheblich überschritten
wird. Des Weiteren kann meist eine Auslösung bei Kurzschluss oder eine manuelle
Auslösung
des Leistungsschalters erfolgen. Der jeweilige Abschaltmechanismus
sorgt dafür, dass
die Leitung bzw. die Leitungen des Leistungsschalters unterbrochen
werden. Hierfür
wird ein Aktor des elektromechanischen Leistungsschalters angesteuert.
Der Aktor sorgt dafür,
dass die Leitungen unterbrochen werden. Erfolgt die Ansteuerung
des Aktors, so wird die Spule des Aktors derart unter Spannung gesetzt,
dass ein Magnetfeld die Gegenkraft eines Haltemittels gegenüber einer
vorgespannten Feder löst
bzw. aufhebt, so dass die Feder einen Stößel in eine vordefinierte Richtung
drückt.
Nimmt der Stößel die
ausgelöste
Position ein, so erfolgt beispielsweise mit Hilfe eines Schaltschlosses
die erwünschte Unterbrechung
der Leitung und somit eine Auslösung des
Leistungsschalters.
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Um
den Kunden über
den jeweiligen Zustand zu informieren oder die Parametrierung des
Leistungsschalters zu erleichtern ist es vorteilhaft, wenn mittels
akustischer Signale die jeweiligen Betriebszustände ausgegeben werden können bzw.
die jeweiligen Eingaben durch einen Quittierungston bestätigt werden
können.
Auf diese Weise wird eine deutliche Verbesserung der Nutzerfreundlichkeit
eines Leistungsschalters gegenüber
dem Endkunden erzielt. Damit der Leistungsschalter akustische Signale
von sich gegen kann wird bei Vorliegen eines Akustiksignalbefehls,
beispielsweise wegen einer erfolgten Auslösung bei einem Kurzschluss,
die Spule von der Verarbeitungseinheit mit einem Signalstrom beaufschlagt.
Dieser Signalstrom ist derart ausgebildet, dass er hörbare Vibrationen
erzeugt. Wichtig hierbei ist, dass der Signalstrom ebenso derart
bemessen ist, dass er keine Zustandsänderung herbeiführt. Das heißt, dass
wenn der Stößel in der
Ruheposition liegt der Signalstrom derart bemessen ist, dass es
zu keiner Überschreitung
des Mindestspulmagnetfelds und somit zu keiner Zustandsänderung
des Stößels kommt.
Liegt jedoch bereits eine Zustandsänderung vor, d. h. die Leitungen
sind unterbrochen, so kann der Signalstrom derart bemessen sein,
dass er zu einer Überschreitung
des Mindestspulmagnetfelds führt.
In diesem Fall ist eine Überschreitung
des Mindestspulmagnetfelds belanglos, da sich der Stößel bereits
in der ausgelösten
Position befindet. Ist die Leitung eines Leistungsschalters unterbrochen,
so kann üblicherweise
der Endanwender über
eine Handbetätigung
den Stößel zurück in seine
Ruheposition bewegen und zudem die jeweiligen Leitungen des Leistungsschalters
wieder schließen.
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Somit
kann durch eine akustische Rückmeldung
einem Benutzer beispielsweise der aktuelle Betriebszustand, ein
Signal hinsichtlich einer erforderlichen Wartung oder ein Quittierton
bei einer erfolgreichen manuellen Parametrierung oder bei einem
Tastendruck ausgegeben werden. Durch eine derartige Rückkoppelung
wird die Nutzerfreundlichkeit eines Leistungsschalters stark verbessert.
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Der
mit der Erfindung erzielte Vorteil besteht insbesondere darin, dass
keine zusätzlichen
Bauteile für
die akustische Rückmeldung
in den Leistungsschalter eingebaut werden müssen. Die akustische Rückmeldung
erfolgt erfindungsgemäß über hörbare Vibrationen,
welche durch Bestromung der Spule erzeugt werden. Dadurch, dass
die Spule nur derart mit einem Signalstrom beaufschlagt wird, dass
die Zustandsänderung
unterbleibt, kann ein ordnungsgemäßer Betrieb gewährleistet
werden. Ein weiterer Vorteil einer akustischen Rückmeldung besteht darin, dass
bei schwer einsehbar verbauten Leistungsschaltern kein direkter
Sichtkontakt erforderlich ist, da anhand der akustischen Rückmeldung
der jeweilige Zustand ermittelt werden kann. Dadurch, dass die akustische
Rückmeldung
mit Hilfe der vorhandenen Komponenten ausgegeben wird, kann bei
gleichbleibenden Kosten eine verbesserte Leistung des Leistungsschalters
erzielt werden.
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Würde für die akustische
Rückmeldung
eine separate schallerzeugende Einheit verwendet werden, so würde diese
zum einen zusätzlichen
Platz benötigen
und zum anderen zusätzliche
Kosten verursachen. Diese Nachteile fallen bei der erfindungsgemäßen Lösung nicht
an.
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In
einer vorteilhaften Ausführungsform
der Erfindung ist das Haltemittel ein mechanisches Mittel oder ein
Magnet.
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Bei
einem mechanischen Mittel wird bei Überschreitung des Mindestspulenmagnetfelds
die Zustandsänderung
herbeigeführt.
Das mechanische Mittel löst
den Stößel, so
dass dieser von der Ruheposition durch die Feder in die ausgelöste Position gedrückt wird.
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Ist
das Haltemittel dagegen ein Magnet, vorzugsweise ein Dauermagnet,
so wird durch das Magnetfeld des Magneten der Stößel in der Ruheposition gehalten.
In diesem Zustand ist die Rückhaltekraft
des Magneten gegenüber
den Stößel größer als die
Federkraft der vorgespannten Feder gegenüber dem Stößel. Sobald jedoch eine Überschreitung
des Mindestspulenmagnetfelds vorliegt, so erfolgt eine Zustandsänderung.
Der Stößel wird
durch die Feder von der Ruheposition in die ausgelöste Position
gedrückt.
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In
einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist
der Signalstrom ein Stromimpuls.
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Mit
Hilfe dieses Stromimpulses kann die Spule derart ”angeregt” werden,
so dass hörbare
Vibration erzeugt werden. Der Signalstrom sollte hierbei so ausgewählt werden,
dass es zu keiner unerwünschten
Zustandsänderung
kommt. Alternativ kann der Signalstrom ebenso ein sinusförmiger Strom
sein.
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In
einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist
die Verarbeitungseinheit zum wiederholten Beaufschlagen der Spule
mit dem Stromimpuls ausgebildet, so dass die hörbaren Vibrationen erzeugt
werden.
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Dadurch,
dass mit Hilfe der Verarbeitungseinheit die Spule wiederholt mit
Stromimpulsen beaufschlagt werden kann, können die hörbaren Vibrationen erzeugt
werden.
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In
einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung liegt
eine Pulsdauer des Signalstroms zwischen 20 ms und 60 ms, insbesondere
40 ms.
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Auf
diese Weise kann sichergestellt werden, dass es bei der Erzeugung
einer akustischen Rückmeldung
nicht zu einer unerwünschten
Zustandsänderung
des Aktors kommt. Eine Zustandsänderung des
Aktors würde
nämlich
zu einer Unterbrechung einer Leitung des Leistungsschalters führen.
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In
einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung liegt
eine Frequenz des Signalstroms zwischen 800 Hz und 960 Hz, insbesondere 880
Hz.
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Auf
diese Weise kann die soeben angesprochene unerwünschte Zustandsänderung
bei einer Erzeugung einer akustischen Rückmeldung vermieden werden.
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In
einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung stammt
der Signalstrom von einer Stromversorgung der Verarbeitungseinheit.
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Auf
diese Weise kann vermieden werden, dass eine separate Stromversorgung
für den
Signalstrom in den Leistungsschalter eingebaut werden muss. Vorhandene
Komponenten werden genutzt und somit Kosten eingespart.
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In
einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist
die Verarbeitungseinheit dazu ausgebildet, den Akustiksignalbefehl
auszugeben.
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Hierdurch
werden vorhandene Komponenten des Leistungsschalters genutzt und
das Einsetzen zusätzlicher
Komponenten wird vermieden. Unnötige
Kosten werden somit eingespart.
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In
einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung liegt
die akustische Rückmeldung über 30 dB.
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Auf
diese Weise kann sichergestellt werden, dass ein Endanwender die
akustische Rückmeldung wahrnimmt.
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In
einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung weist
ein Leistungsschalter die Verarbeitungseinheit auf.
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In
einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist
die akustische Rückmeldung
je nach Betriebszustand des Leistungsschalters unterschiedlich ausgebildet.
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Auf
diese Weise kann durch unterschiedliche akustische Rückmeldungen,
wie beispielsweise die Länge
des Tons, die Wiederholrate des Tons, die Lautstärke des Tons, etc., der jeweilige
Betriebszustand des Leistungsschalters ausgegeben werden. Der Vorteil
hierbei besteht darin, dass der Kunde sofort erkennen kann, welcher
Fehler vorliegt. Hierbei ist die Verarbeitungseinheit dazu ausgebildet,
durch gezielte Bestromung der Spule eine unterschiedliche akustische
Rückmeldung
durch die Vibrationen zu erzeugen.
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Im
Folgenden werden die Erfindung und Ausgestaltungen der Erfindung
anhand der in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiele näher beschrieben
und erläutert.
Es zeigen:
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1 zeigt
einen Aktor, bei welchem der Stößel in der
Ruheposition ist,
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2 eine
Draufsicht des Aktors aus 1,
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3 zeigt
den Aktor aus 1, wobei der Stößel die
ausgelöste
Position eingenommen hat, und
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4 einen
schematischen Aufbau eines Leistungsschalters.
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1 zeigt
einen Aktor 8, bei welchem der Stößel 2 in der Ruheposition
ist. Der Aktor 8 weist hierbei ein Gehäuse 1 auf. Das Gehäuse 1 hat
an der Oberseite eine Öffnung,
aus welcher der Stößel 2 heraustreten
kann. Der Pfeil 6 gibt die Richtung an, in welcher der
Stößel 2 bewegbar
ist. Das Haltemittel 4 dieses Aktors 8 ist ein
Dauermagnet. Dieser Dauermagnet ist an einer Gehäuseseite des Gehäuses 1 angebracht.
Der Dauermagnet weist in Richtung des Stößels 2 eine schützende Schicht
auf. Eine Feder 3 ist zwischen dem Stößel 2 und dem Dauermagneten, insbesondere
der schützenden
Schicht, angeordnet und vorgespannt. Die Feder 3 drückt somit
den Stößel 2 in
die Richtung des Richtungspfeils 6. Das Magnetfeld, welches
durch den Dauermagneten vorliegt, zieht den Stößel 2 an sich und
wirkt somit entgegen der Federkraft der Feder 3. Eine Spule 5,
welche um den Stößel 2 herum
angeordnet ist, kann von einer nicht abgebildeten Verarbeitungseinheit
mit Spannung beaufschlagt werden. Liegt seitens der Verarbeitungseinheit
der Befehl vor, dass die Leitungen des Leistungsschalters geöffnet werden
soll, so wird eine Spannung an der Spule 5 angelegt, welche derart
bemessen ist, dass das von der Spule 5 erzeugte Magnetfeld
die entgegen gesetzten Kräfte
der Feder 3 und des Dauermagneten derart beeinflusst, dass
die Kraft in Richtung des Richtungspfeil 6 überwiegt
und somit der Stößel 2 in
diese Richtung bewegt wird. Mit zunehmendem Abstand des Stößels 2 von
dem Dauermagneten überwiegt
die Federkraft der Feder 3, so dass der Stößel 2 zügig in die
Richtung des Richtungspfeils 6 bewegt wird.
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Um
eine Parametrierung für
den Endanwender zu erleichtern, ist es vorteilhaft, wenn der Endanwender
für eine
Eingabe am Leistungsschalter, z. B. durch einen Taster, einen Quittierungston
erhält. Ebenso
ist es vorteilhaft je nach Zustand des Leistungsschalters ein unterschiedliches
akustisches Signal auszugeben. Der Signalton des Leistungsschalters
im ausgelösten
Zustand ist somit anders als der Signalton welcher eine fällige Wartung
des Leistungsschalters signalisiert. Ferner ist es vorteilhaft, wenn
der Signalton je nach Ursache der Auslösung des Leistungsschalters
unterschiedlich ausgebildet ist. Sollte ein solcher Quittierungston/Signalton
und somit eine akustische Rückmeldung über den
Leistungsschalter erfolgen, so liegt der Verarbeitungseinheit 7 ein
entsprechender Akustik-/Signalbefehl vor. Die Verarbeitungseinheit
beaufschlagt nun die Spule 5 mit einem Signalstrom, welcher
derart bemessen ist, dass er keine Zustandsänderung herbeiführt. Dadurch,
dass die Spule 5 mit einem wiederholenden Strom beaufschlagt
wird, führt
dies zu derartigen Vibrationen im Aktor, dass eine hörbare akustische Rückmeldung
erfolgt.
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2 zeigt
eine Draufsicht des Aktors 8 aus 1. Hierbei
ist das Gehäuse 1 und
der Stößel 2 sichtbar.
Es ist ersichtlich, dass das Gehäuse 1 eine zylindrische
Form aufweist und an der Oberseite eine Öffnung besitz, durch welche
der Stößel 2 im
ausgelösten
Zustand durchdringen kann.
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3 zeigt
den Aktor 8 aus 1, wobei der Stößel 2 die
ausgelöste
Position eingenommen hat. Hierbei ist ersichtlich, dass die Feder 3 den
Stößel 2 aus
dem Gehäuse 1 gedrückt hat,
so dass der Stößel 2 teilweise
aus dem Gehäuse 1 ragt.
Mit Hilfe des Stößels 2 wird
ein Schaltschloss betätigt,
welches die Leitungen des Leistungsschalters unterbricht. Sollte eine
akustische Rückmeldung über eine
Auslösung des
Aktors 8 und somit eine Auslösung des Leistungsschalters
erfolgen, so wird hierbei die Spule 5 derart mit Strom
beaufschlagt, dass es zu hörbaren Vibrationen
im Aktor kommt. Hierbei kann der Signalstrom zur Erzeugung der hörbaren Vibrationen
auch eine Größe aufweisen,
welche zu einer Überschreitung
des Mindestspulenmagnetfeldes führt.
In diesem Fall ist es jedoch belanglos, da der Stößel 2 bereits
ausgelöst
ist, und keine erneute Zustandsänderung
herbei führbar
ist.
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4 zeigt
einen schematischen Aufbau eines Leistungsschalters 10.
Hierbei ist ersichtlich, dass der Leistungsschalter vier Leitungen 9 überwacht
und bei Bedarf öffnen
bzw. schließen
kann. Die jeweiligen Leitungen 9 können mit Hilfe von Schaltkontakten 14 geöffnet bzw.
geschlossen werden. Die Überwachung
der Leitungen 9 erfolgt hierbei über Stromwandler 11,
welche die jeweilige Leitung 9 kontrollieren. Eine Verarbeitungseinheit 7 überwacht
die Daten der Stromwandler 11. Diese Verarbeitungseinheit 7 bestimmt
das Verhalten des Leistungsschalters 10 bei Überstrom.
Hierbei können
unterschiedliche Parameter gesetzt werden. Es kann z. B. die Zeit
eingestellt werden, welche bei Vorliegen eines Überstroms verstreichen muss,
damit eine Abschaltung erfolgt. Ferner kann aber auch eingestellt
werden, dass eine augenblickliche Abschaltung des Leistungsschalters 10 bei
Vorliegen eines Überstroms
zu erfolgen hat. Liegt der Befehl zu einer Abschaltung des Leistungsschalters 10 und
somit zu einer Öffnung
der Schaltkontakte 14 vor, so wird durch die Verarbeitungseinheit 7 bei
dem Aktor 8, welcher sowohl innerhalb der Verarbeitungseinheit 7 als
auch außerhalb
der Verarbeitungseinheit 7 angebracht sein kann, eine Spule
des Aktors 8 bestromt, so dass der Stößel des Aktors 8 das
Schaltschloss 12 aktiviert und somit durch das Schaltschloss 12 eine schnelle
Auslösung
der Schaltkontakte 14 erfolgt. Die Leitungen 9 werden
geöffnet.
Mit Hilfe einer Handbetätigung 13 kann
der Kunde den Zustand zurücksetzen
und die Kontakte 14 wieder schließen und dafür sorgen, dass der Stößel des
Aktors 8 wieder die Ruheposition einnimmt, er kann aber
auch eine Auslösung
des Leistungsschalters 10 und somit ein Öffnen der
Leitungen 9 bezwecken. Dadurch, dass mit Hilfe der bereits
vorhandenen Komponenten des Leistungsschalters 10 akustische
Signale ausgegeben werden können,
kann die Nutzerfreundlichkeit des Leistungsschalters 10 enorm
verbessert werden.
