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Die
Erfindung betrifft eine elektrische Schaltung, aufweisend Mittel
zur Signalisierung wenigstens eines Funktionszustandes einer Schutzvorrichtung
zum Schutz elektrischer Systeme vor Störereignissen gemäß der im
Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Gattung.
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Elektrische
Systeme, beispielsweise elektrische Anlagen oder elektrische Leitungen,
werden, zur Gewährleistung
eines störungsfreien
Betriebs, vor Störereignissen
durch Schutzvorrichtungen gegen Beeinträchtigung ihrer Funktion und/oder
vor Zerstörung
geschützt.
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Die
in Rede stehenden elektrischen Schaltungen mit einem Mittel zur
Signalisierung signalisieren wenigstens einen Funktionszustand,
beispielsweise funktionsfähig
oder defekt, einer Schutzvorrichtung. Auf diese Weise wird die Überprüfung und/oder
Wartung von Schutzvorrichtungen erleichtert, da eine mit der Überwachung
betraute Fachkraft keine Messungen an einer Schutzvorrichtung vornehmen
muss um eine Aussage über
deren Funktionszustand zu erhalten. Der Funktionszustand einer zu überwachenden
Schutzvorrichtung ist über
eine Signalisierung, beispielsweise über eine optische Signalisierung,
unmittelbar wahrnehmbar.
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Im
Kontext der vorliegenden Offenbarung wird unter einem Störereignis
ein Ereignis verstanden, durch dessen Auftreten ein elektrisches
System mit elektrischer Energie beaufschlagt wird, und zwar derart,
dass das elektrische System in seiner ordnungsge mäßen Funktion
beeinträchtigt
oder zerstört wird.
Beispiele für
Störereignisse
sind Blitzeinschläge
oder statische Entladungen in deren Folge Überspannungsimpulse und/oder Überstromimpulse,
beispielweise galvanisch, induktiv oder kapazitiv, in das elektrische
System eingekoppelt werden und dieses in seiner Funktion beeintrichtigen
oder zerstören. Schutzvorrichtungen
gegen Überspannungsimpulse weisen
Schutzelemente, u. A. beispielsweise Funkenstrecken, Varistoren,
Dioden, Suppressordioden, auf und sind dem Fachmann bekannt. Derartige Schutzvorrichtungen
werden auch als OVP (over voltage protection) bezeichnet.
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Weiterhin
wird unter einem Störereignis
im Kontext der vorliegenden Erfindung ein Überstrom verstanden, mit dem
ein elektrisches System, beispielsweise eine elektrische Leitung,
beispielsweise durch einen Kurz- oder Erdschluss überlastet und/oder
zerstört
werden kann. Schutzvorrichtungen zum Schutz gegen Überströme werden
umgangssprachlich als Sicherungen bezeichnet und sind dem Fachmann
in vielfältigen
Ausführungen,
beispielsweise in Form von Schmelzsicherungen oder Leitungsschutzschaltem,
bekannt.
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Es
sind Schaltungen mit Mitteln zur Signalisierung wenigsten eines
Funktionszustandes bekannt. Zur Erläuterung einer bekannten derartigen Schaltung
wird bereits jetzt Bezug auf die 3a und 3b genommen. Gezeigt ist eine zwei elektrische Schaltpunkte
verbindende Sicherung. Zur Signalisierung eines Funktionszustands
der Sicherung ist dieser eine Reihenschaltung aus einem Vorwiderstand und
einer gegenläufigen
Parallelschaltung von zwei Leuchtdioden parallel geschaltet. Ist
die Sicherung funktionsfähig,
so ist die zwischen den beiden Schaltungspunkten herrschende Spannung
zu klein um die Leuchtdioden mit einer für ein Aufleuchten ausreichenden
Spannung zu versorgen. Wird die Sicherung, beispielsweise durch
einen zu hohen Strom zerstört
und unterbricht daher den Stromfluss, so steigt die Spannung zwischen
den beiden Schaltungspunkten an und die Leuchtdioden werden ausreichend
mit Spannung versorgt um durch ein Aufleuchten einen Funktionszustand,
hier einen Defekt der Sicherung zu Signalisieren. Hierbei ist klar,
dass abhängig
von der Spannungsart, Gleich- oder
Wechselspannung jeweils nur eine oder beide Leuchtdioden leuchten.
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Nachteilig
an den bekannten Schaltungen ist, dass die zur Signalisierung eingesetzten
Mittel, beispielsweise eine Leuchtdiode, zur Aufrechterhaltung der
Signalisierung e lektrische Energie benötigen und eine Rückwirkung
auf die zu funktionsüberwachende
Schutzvorrichtung und/oder eine elektrische Energie bereitstellende
Einrichtung verursachen.
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Demgemäss ist es
eine Aufgabe der Erfindung eine elektrische Schaltung mit Mittel
zur Signalisierung zu schaffen, welche die genannten Nachteile behebt.
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Die
Erfindung löst
die Aufgabe mit einer elektrischen Schaltung mit Mittel zur Signalisierung
mit den Merkmalen des Anspruches 1.
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Erfindungsgemäß wird ein
Signalisierungsmittel vorgeschlagen, welches impulsaktivierbar und bistabil
ausgeführt
ist, nach einer Impulsaktivierung keine Schaltungsrückwirkung
aufweist und zur dauerhaften, leistungslosen Signalisierung ausgestaltet ist.
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Somit
ist in vorteilhafter Weise für
eine dauerhafte Signalisierung eines Funktionszustandes keine elektrische
Energie erforderlich und eine Rückwirkung
des Signalisierungsmittels wird vermieden.
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Weitere
Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der gegenständlichen
Beschreibung, den Zeichnungen und den Merkmalen der Unteransprüche.
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Die
Erfindung wird nachfolgend in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen
und der gegenständlichen
Beschreibung näher
erläutert.
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Es
zeigen:
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1a, 1b: eine
schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Signalisierungsmittels,
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2a, 2b: eine
schematische Darstellung einer weiteren Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Signalisierungsmittels,
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3a, 3b: eine
Schaltung mit einem Signalisierungsmittel nach dem Stand der Technik,
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4a, 4b: eine
erfindungsgemäße Schaltung
mit einem Signalisierungsmittel, und
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5a, 5b: eine
weitere erfindungsgemäße Schaltung
mit einem Signalisierungsmittel.
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Zunächst wird
anhand von 1a und 1b und 2a und 2b ein
erfindungsgemäßes Signalisierungsmittel 1 erläutert. Das
Zusammenwirken des Signalisierungsmittels 1 mit einer elektrischen
Schaltung wird weiter unten anhand der restlichen Figuren verdeutlicht.
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1a zeigt ein Signalisierungsmittel 1 mit einem,
beispielsweise in einer Gehäusewandung 2 gehaltenen
Gehäuse 3.
Das Gehäuse 3 ist
länglich ausgeformt
und weist an seinem oberen Ende 4 einen ggf. transparent
gestalteten Abschluss 4a auf. Innerhalb des Gehäuses 3 ist
ein Signalisierungselement 5 verschiebbar angeordnet. Das
Signalisierungselement 5 ist zwischen einer – einen
ersten Funktionszustand signalisierenden – ersten Position (wie in 1a und 2a dargestellt)
und einer – einen zweiten
Funktionszustand signalisierenden – zweiten Position (wie in 1b und 2a dargestellt)
durch ein Kraftelement, beispielsweise durch eine Feder 7 verschiebbar.
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Im
weiteren Verlauf der Beschreibung der Erfindung wird davon ausgegangen,
dass sich ein in der ersten Position befindliches Signalisierungselement 5 ein
Funktionieren einer zu überwachenden Schutzvorrichtung
signalisiert (Funktionszustand = funktionsfähig) und dass sich ein in der
zweiten Position befindliches Signalisierungselement 5 ein
Nichtfunktionieren einer zu überwachenden
Schutzvorrichtung signalisiert (Funktionszustand = nicht funktionsfähig, bzw.
defekt).
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Das
Signalisierungsmittel 1 weist weiterhin ein Arretierungsmittel 8 mit
einer Rastnase 8a auf, welches das Signalisierungselement 5 zunächst in der
ersten Position (1a und 2a)
arretiert. Hierbei greift die Rastnase 8a in eine mit dieser
korrespondierenden innenliegenden Öffnung 8b des Signalisierungselements 5 ein.
Wird ein, beispielsweise als Elektromagnet 9 ausgeführtes, Zugelement
impulsaktviert so wird die Rastnase 8a bei eine Impulsaktivierung
des Elektromagnets 9 außer Eingriff mit der auf der
Innenseite des Signalisierungselements 5 angeordneten Öffnung 8b gebracht.
Durch die Kraftwirkung der Feder 7 wird das Signalisierungselement 5 von
der ersten in die zweiter Position bewegt. Die Impulsaktivierung
des Elektromagnets 9 erfolgt durch Beaufschlagung mit einem
elektrischen Impuls, über elektrische
Anschlussmittel, beispielsweise über
die Leiter 9a, 9b und die Kontaktstifte 9c, 9d.
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Das
in 1a und 1b gezeigte
Signalisierungsmittel 1 ist lediglich zur optischen Signalisierung
eines Funktionszustands ausgestaltet. Hierbei ist das Signalisierungselement 5 einfarbig
oder mehrfarbig ausgestaltet und durch den optisch transparent ausgeführten Abschluss 4a des
Gehäuses 3 sichtbar, wenn
es sich in der zweiten Position befindet (1b).
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Zusätzlich zu
einer optischen Signalisierung weist das in 2a und 2b dargestellte Signalisierungselement 5 Mittel
zur elektrischen Signalisierung, beispielsweise die Kontaktstifte 10a und 10b sowie
den Kontaktverbinder 10c auf. Auf diese Weise ist ein Öffner realisiert,
wobei der Öffner öffnet wenn das
Signalisierungselement 5 von der ersten Position (2a) in eine zweite Position (2b) bewegt wird. Aus Gründen der Übersichtlichkeit
sind die auch in den 2a und 2b dargestellten Mittel zur Impulsaktivierung
nicht mit Bezugszeichen versehen.
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3a und 3b zeigen
eine aus dem Stand der Technik bekannte Überwachung einer Sicherung 11 mittels
antiparallel geschalteter Leuchtdioden 12. Die Funktionsweise
dieser Schaltung wurde bereits in der Beschreibungseinleitung erläutert.
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Wie
in 4a und 4b dargestellt,
ist hier die aus dem Stand der Technik bekannte Leuchtdiodenanordnung 12 durch
das erfindungsgemäße Signalisierungsmittel 5 ersetzt.
Bei der dargestellten Schaltung ist der über die Kontaktstifte 9c, 9d (siehe 1a und 1b)
impulsaktivierbare Elektromagnet 9 (siehe 1a und 1b) in Reihe mit dem durch die Mittel 10a, 10b und 10c gebildeten Öffner (siehe 2a und 2b)
geschaltet. Auf diese Weise ergibt sich folgenden Funktion: Wird
die Sicherung 11 durch ein Störereignis zerstört so erzeugt
dies einen Spannungsimpuls zwischen den Schaltungspunkten. Dies führt zur
Impulsaktivierung des über
den Vorwiderstand RV an den Schaltungspunkten 13 und 14 angeschlossenen
Elektromagnet 9 (siehe 1a und 1b) des Signalisierungsmittels 5.
In der Folge öffnet
der Öffnungskontakt
des Signalisierungsmittels 5 wie oben stehend beschrieben.
Der Stromfluss durch den Elektromagnet wird dadurch unterbrochen,
der Elektromagnet 9 wird stromlos und nimmt damit keine elektrische
Leistung auf. Das Signalisierungselement 5 verbleibt in
der zweiten Position, wie in 4b dargestellt
(vergleiche auch 1b und 2b) und signalisiert dauerhaft den Funktionszustand
der Schutzvorrichtung. Durch das Öffnen des Öffners (vgl. 2a und 2b, 10a, 10b und 10c)
wird die galvanische Verbindung zwischen den Schaltungspunkten 13 und 14 unterbrochen,
so dass durch das Signalisierungselement 5 keine Rückwirkung
auf die Schaltung und die zu überwachende
Schutzvorrichtung, hier die Sicherung 11, besteht.
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Das
Signalisierungsmittel 5 kann weiterhin eine nicht dargestellte
manuell oder elektrisch betätigbare
Rückstelleinrichtung
aufweisen mit der das Signalisierungselement 5 von der
zweiten wieder in die erste Position rückstellbar ist, beispielsweise nach
einer erfolgten Reparatur einer zu überwachenden Schutzvorrichtung.
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In
den 5a und 5b ist
eine Schutzvorrichtung 15 zum Schutz elektrische Systeme
gegen Überspannungen
und das erfindungsgemäße Signalisierungsmittel 5 dargestellt.
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Im
Eingangsbereich der Schutzvorrichtung 15 liegt jeweils
eine Funkenstrecke zwischen zwei Zweigen E1–A1 und E3–A3 sowie zwischen zwei Zweigen
E2–A2
und E3–A3,
beide Funkenstrecken sind in der vorliegenden Ausführungsform
in einem mit FS bezeichneten Bauteil untergebracht. Dieser Teil
der Schutzvorrichtung wird als Grobschutz bezeichnet und "vernichtet" den größten Teil
der durch ein Störereignis
in die Schutzvorrichtung 15 eingekoppelten Energie.
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Der
restliche Teil der Schutzvorrichtung 15 wird als Feinschutz
bezeichnet und dient vorrangig dazu, die auftretenden Spannungen
auf ein für
das zu schützende
elektrische System ungefährliches Maß zu begrenzen.
Eine Eingangsklemme E1 ist über
einen Widerstand R1 mit einer Ausgangsklemme A1 verbunden. Parallel
zur Ausgangsklemme A1 und zu einer auf PE-Potential liegenden Ausgangsklemme
A3 liegt eine Reihenschaltung aus einer Suppressordiode SD1 und
antiparallel geschalteten Dioden D1 und D2. Entsprechend ist eine
Eingangsklemme E2 über
einen Widerstand R2 mit einer Ausgangsklemme A2 verbunden, parallel
zur Ausgangsklemme A2 und zur auf PE-Potential liegenden Ausgangsklemme
A3 liegt eine Reihenschaltung aus einer Suppressordiode SD2 und
den antiparallel geschalteten Dioden D1 und D2.
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Ein
nicht dargestelltes, gegen Störereignisse zu
schützendes
elektrisches System, beispielsweise ein Messverstärker oder
ein Industrie-PC, ist über
die Ausgangsklemmen A1 bis A3 an die Schutzvorrichtung 15 angeschlossen.
Die Eingangsklemmen E1–E3
sind je nach Anwendung ihrerseits mit Signalquellen und/oder mit
elektrische Energie liefernden Einrichtungen, beispielsweise ein
elektrische Versorgungsnetz, verbunden.
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In
jedem Fall erfolgt die Installation und die Verschaltung von Schutzvorrichtung 15 und
zu schützendem
elektrischen System derart, dass im Falle eines Störereignisses
eingekoppelte elektrische Energie auf der Eingangsseite der Schutzvorrichtung 15 eingekoppelt
wird. Dies ist dem Fachmann bekannt.
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Die
dargestellte Schaltung in den 5a und 5b weist weiterhin eine Zustandserkennungseinrichtung 16 auf,
die die Schutzvorrichtung 15 überwacht und im Falle eins
Defekts der Schutzvorrichtung 15 das angeschlossenen Signalisierungsmittel 5 mit
einem elektrischen Signal, beispielsweise in Form eines elektrischen
Impulses, beaufschlagt. Durch einen derartigen Impuls wird das Signalisierungsmittel 5 aktiviert,
so dass, wie bereits ausgeführt,
eine dauerhafte und leistungslose Signalisierung des Funktionszustandes
der Schutzvorrichtung 15 erfolgt. Weiterhin kann auch hier
eine Rückwirkungsfreiheit durch
das an hand der 4a und 4b erläuterte Verschalten
mit dem durch die Mittel 10a, 10b und 10c realisierten Öffners erreicht
werden (vgl. 2a und 2b, 10a, 10b und 10c).
Das Signalisierungsmittel 5 kann zusätzlich zu dem bereits beschriebenen
Kontakt einen weiteren Kontakt 17, beispielsweise zur Weitermeldung
eines Funktionszustands and ein nicht dargestelltes übergeordnetes
elektrisches System, aufweisen.
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Die
Erfindung ist nicht auf die beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt, die
auf vielfache Weise abgewandelt werden können. Insbesondere ist es möglich die
genannten Merkmale in anderen als den genannten Kombinationen auszuführen.