DE9310675U1 - Elektrischer Schutzschalter - Google Patents

Description

Elektrischer Schutzschalter

Die Neuerung betrifft einen elektrischen Schutzschalter, bestehend aus einer Deckkappe, einem Grundteil und einer zwischen der Abdeckkappe und dem Grundteil angeordneten elektronischen Schaltung.

Mit zunehmender Zivilisation der modernen Menschheit werden immer mehr elektrische Geräte in Betrieb genommen, die das tägliche Leben erleichtern. Damit wachsen auch die von der elektrischen Energieversorgung ausgehenden Gefahren, da ein Großteil der Verbraucher zu wenig Verständnis für die Eigenschaften der elektrischen Energie aufweist und oftmals die einfachsten Sicherheitsmaßnahmen in sträflicher Weise außer acht läßt.

So werden oftmals an Steckdosen zuviele Verbraucher angeschlossen, welche leicht zu einer elektrischen Überlast führen können, der sich in Form eines Kurzschlusses äußert, welcher zu einem Brand führen kann, wenn nicht rechtzeitig die Sicherung

den elektrischen Stromfluß unterbricht. Da viele Sicherungen, insbesondere Hauptsicherungen in älteren Gebäuden mechanisch oder halb-mechanisch betätigt werden, um den Stromfluß bei Überlast zu unterbrechen, und zu diesem Zweck mit einem Wärmeschalter verbunden sind, kann eine unzulässig lange Zeit vergehen, bis diese Sicherung tatsächlich bei Auftreten einer typischen Überlast den Strom unterbricht (in der Größenordnung von 4 s), wobei nicht weiter ausgeführt werden muß, daß während dieses Zeitraums bereits ein irreparabler Schaden auftreten kann.

Da eine Vielzahl der modernen elektrischen Geräte nicht mehr geerdet ist, sondern mit dem öffentlichen Stromnetz nur noch über ein zweipoliges Kabel verbunden ist, ist die Anzahl der Unfälle aufgrund von elektrischen Schlägen erheblich angestiegen, die auf eine Beschädigung der Isolierung des elektrischen Kabels, bzw. auf unsachgemäßes Anschließen zurückzuführen sind. Ist der elektrische Verbraucher geerdet, so ist zwar die Gefahr eines elektrischen Schlages erheblich verringert, jedoch können Kriechströme und damit elektrische Verlustleistungen auftreten,

die den heutigen Bestrebungen nach Energieeinsparung zuwiderlaufen.

Je nach den Ländern, in denen die elektrischen Verbraucher betrieben werden, werden untere Grenzen und obere Grenzen für die elektrische Spannung vorgegeben, wie z.B. 95 Volt bis 130 Volt für eine Reihe von Ländern oder 190 Volt bis 250 Volt für eine andere Reihe von Ländern. Diese Schwellwerte dürfen weder unterschritten, noch überschritten werden, sofern die elektrischen Verbraucher optimal betrieben werden sollen. Spannungsschwankungen im öffentlichen Versorgungsnetz führen bei Unterschreitung eines derartigen Schwellwertes dazu, daß der elektrische Verbraucher nicht mehr in Betrieb genommen werden kann und bei Überschreitung eines vorgegebenen Schwellwertes dazu, daß aufgrund von Überhitzung, sei es der Zuleitung oder des elektrischen Verbrauchers selbst, Brandgefahr besteht. Dies führt nicht nur zu einer Zerstörung des elektrischen Gerätes, sondern auch zu weiteren Schaden aufgrund der Zerstörung der elektrischen Anschlußdose für den Verbraucher.

Aufgabe der vorliegenden Erneuerung ist es, einen elektrischen Schutzschalter zu schaffen, bei dem die oben genannten Nachteile vermieden sind, der also dafür sorgt, daß Personen und Sachen gegen die schädlichen Einflüsse des elektrischen Stromes, wie sie bei Überspannung und Unterspannung, Verluststrom etc. auftreten, der einfach und sicher zu verwenden ist, und der innerhalb einer kurzen Frist, d.h. innerhalb von 0,1 s in der Lage ist, den Stromfluß zu unterbrechen, wenn ungewöhnliche Bedingungen auftreten, d.h. wenn eine elektrische Überlast auftritt, ein elektrischer Verluststrom auftritt, Überspannungen, bzw. Unterspannungen und andere außergewöhnliche Bedingungen festgestellt werden, und der gleichzeitig optische und akustische Warnsignale abgibt.

Ausgehend von einem elektrischen Schutzschalter, der aus einer Abdeckkappe, einem Grundteil und einer zwischen der Abdeckkappe und dem Grundteil angeordneten elektronischen Schaltung besteht, erfolgt die Lösung dieser Aufgabe mit den im kennzeichnenden Teil des Schutzanspruches 1 angegebenen Merkmalen; vor-

teilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen beschrieben .

Der neuerungsgemäße elektrische Schutzschalter weist also eine Vielzahl von Funktionen auf, die alle dem Schutz der mit dem elektrischen Verbraucher in Berührung kommenden Personen dienen. Er ist in der Lage innerhalb eines kurzen Zeitraumes von weniger als 0,1 s ungewöhnliche elektrische Zustände festzustellen, d.h., das Auftreten einer Überlast eines elektrischen Verluststromes, eines Spannungsverlustes oder eine Überspannung, wobei in jedem Fall sowohl der Stromfluß unterbrochen wird, als auch ein optischer und akustischer Alarm ausgelöst wird, und zwar solange diese außergewöhnliche Bedingung anhält. Nachdem die Parameter des elektrischen Stromes wieder die zulässigen Werte innerhalb der vorgegebenen Schwellen erreicht haben, verstummt der Alarm; ein vorgesehener Einschaltknopf kann vom Benutzer betätigt werden, um die ursprünglich vorgesehene Stromversorgung des elektrischen Verbrauchers wieder aufzunehmen. Es kann auch möglich sein, daß der elektrische Stromfluß automatisch dann wieder einsetzt, wenn

die normalen Parameter erreicht werden, ohne daß der Benutzer einen Einschaltknopf betätigen muß.

Im folgenden wird die Neuerung anhand der Zeichnung näher erläutert, in der vorteilhafte Ausgestaltungen dargestellt sind. Es zeigen

Fig. 1 eine perspektivische Ansicht eines ersten Ausführungsbeispiels,

Fig. 2 das Ausführungsbeispiel von Fig. 1 in zerlegtem Zustand, Fig. 3 ein elektrisches Schaltbild der elektronischen Schaltung,

Fig. 4 ein Blockdiagramm der einzelnen elektronischen Module, Fig. 5 eine weitere Darstellung des ersten Ausführungsbeispiels ,

Fig. 6 eine Darstellung eines zweiten Ausführungsbeispiels und Fig. 7 eine Darstellung eines dritten Ausführungsbeispiels.

Wie die Fig. 1 und 2 erkennen lassen, besteht die Neuerung aus an einem kompakten, zum Einsatz in eine herkömmliche Steckdose bestimmten elektrischen Schutzschalter, der je nach den natio-

nalen Anforderungen mit zwei, bzw. mehreren Kontaktstiften 21 versehen ist. Der Schutzschalter selber besteht aus einer Abdeckkappe 1, einem Grundteil 2 und einer dazwischen angeordneten elektronischen Schaltung 3, mit einer Vielzahl von Bauteilen für die einzelnen Funktionen. Die Abdeckkappe 1 ist mit einer Vielzahl von elektrischen Anschlüssen versehen, die durch 11 angedeutet sind, um so beliebige Verbraucher anzuschließen, wobei der Schutzschalter dazu dient, in eine herkömmliche Steckdose eingesetzt zu werden und die ankommende elektrische Energie an mehrere Verbraucher zu verteilen. Bei dem in Fig. 1 und 2 dargestellten Ausführungsbeispiel sind 2 Anschlußmöglichkeiten vorgesehen, wobei jede Anschlußmöglichkeit hier mit drei Öffnungen versehen ist, wie sie für den US-amerikanischen Markt vorgeschrieben sind. Die Abdeckkappe 1 weist ferner eine Vielzahl von Öffnungen 12 auf, zur Aufnahme von akustischen und optischen Warneinrichtungen, die auf der elektronischen Schaltung 3 vorgesehen sind und bei Zusammenfügen der einzelnen Bauteile die Öffnung durchsetzen, bzw. in den Öffnungen sitzen. Es ist klar, daß das Grundteil 2 an die Abdeckkappe derart angepaßt ist, daß diese mittels einer

geeigneten Klemmvorrichtung in lösbarer Weise zusammengesteckt werden können, wobei die elektronische Schaltung 3 im Innenraum zwischen Grundteil 2 und Abdeckkappe 1 Platz findet.

Sofern die Warnanzeigen fest mit der Abdeckkappe 1 verbunden sind, weisen diese an ihrer Unterseite elektrische Kontaktanschlüsse auf, welche mit zugehörigen elektrischen Kontaktanschlüssen auf der elektronischen Schaltung 3 zusammenwirken, dahingehend, daß eine Signalübertragung möglich ist, nachdem der Schutzschalter zusammengebaut worden ist.

Auch die elektrischen Kontaktstifte 21 auf der Unterseite des Grundteils 2 ragen soweit über die Oberfläche des Grundteils in das Innere des Schutzschalters hinein, daß nach dem Zusammenbau ein elektrischer Kontakt zwischen den Kontaktstiften 21 und entsprechenden Kontaktflächen der elektronischen Schaltung 3 gewährleistet wird, so daß der Schutzschalter seine Funktion erfüllen kann.

Die elektronische Schaltung 3 weist nun eine Vielzahl von elektronischen Bauteilen auf, für die einzelnen Funktionen. So ist mit 31 ein Bauteil zur Feststellung einer elektrischen Überlast bezeichnet, mit 32 ein Bauteil zur Feststellung einer elektrischen Verlustleistung bezeichnet, mit 33 ein Bauteil zur Feststellung eines elektrischen Spannungsverlustes bezeichnet, mit 34 ein Bauteil zur Feststellung einer elektrischen Überspannung bezeichnet, mit 35 ein Bauteil zur Unterbrechung des elektrischen Stromflusses bezeichnet und mit 36 eine Alarmauslösevorrichtung bezeichnet, wobei noch weitere elektronische und elektrische Bauteile vorgesehen sein können.

Wie die Fig. 3 und 4 erkennen lassen, weist das Bauteil 31 zur Feststellung der Überlast ein elektronisches Modul auf, zur Messung der elektrischen Stromparameter an jedem der Stromauslässe in einer Strombegrenzerschaltung, so daß beim Überschreiten einer bestimmten Stromstärke, z.B. wenn zuviele Verbraucher gleichzeitig an mehreren Stromauslässen angeschlossen sind, zur Vermeidung dieser Überlastung eines möglicherweise damit verbundenen Kurzschlusses innerhalb eines kurzen Zeitraumes von

weniger als 0,1 s die Alarmauslösevorrichtung 36 betätigt wird, und zugleich die Vorrichtung zu einer Brechung des elektronischen Stromes betätigt wird, so daß zum einen der elektrische Stromfluß unterbrochen wird, und zum anderen ein optischer und akustischer Alarm ausgelöst wird; die Vorrichtung 35 zur Unterbrechung des elektrischen Stromflusses verbleibt in dieser Unterbrecherstellung, bis der unzulässig hohe Stromfluß beseitigt ist, z.B. durch Ausstöpseln eines oder mehrerer Verbraucher, wonach der Rückstellknopf 351 vom Verbraucher betätigt wird, um den Stromfluß wieder einzuschalten, der dann wieder aufgenommen wird, wenn alle Parameter im normalen Bereich liegen. Auch das Bauteil 32 zur Feststellung der elektrischen Verlustleistung weist ein elektronisches Modul auf, das feststellt, ob am Verbraucher ein elektrischer Verlust auftritt, d.h. ob ein elektrischer Stromverlust entsteht, indem der Unterschied zwischen dem zum Verbraucher fließenden und vom Verbraucher zurückkehrenden Strom gemessen wird; beträgt diese Differenz mehr als 30 mA so bedeutet dies einen elektrischen Stromverlust, so daß die Alarmauslösevorrichtung 3 6 betätigt wird, wodurch wiederum der optische und akustische Alarm ein-

geschaltet wird und zugleich der Stromfluß unterbrochen wird. Die Vorrichtung 35 hält diese Unterbrechung solange aufrecht, bis die Verlustquelle gefunden und beseitigt ist, wonach der Rückstellknopf 351 betätigt werden kann der den vollen Einsatz des elektrischen Schutzschalters wieder herstellt.

Die Vorrichtung 33 zur Feststellung eines Spannungsverlustes weist ein elektronisches Modul auf, welches sowohl elektrischen Strom als auch die elektrische Spannung mißt und mit vorgegebenen Schwellwerten vergleicht; arbeitet das öffentliche Stromnetz mit einer Spannung von 100 Volt, so wird der untere Schwellwert beispielsweise auf 95 Volt festgelegt, und arbeitet das öffentliche Stromnetz mit einer Spannung von 220 Volt, so wird der untere Schwellwert beispielsweise auf 190 Volt festgelegt usw.. Unterschreitet nun die Spannung den unteren Schwellwert, so wird auch in diesem Fall die Alarmauslösevorrichtung 36 betätigt und der elektrische Strom unterbrochen, um so Schaden von den elektrischen Verbrauchern abzuwenden. Das gleiche gilt auch für die Vorrichtung 34 zur Überwachung einer Überspannung, die ebenfalls ein elektronisches Modul aufweist, das

die tatsächlichen Spannungswerte mit einem oberen Schwellwert vergleicht und bei dessen Überschreitung (z.B. 130 Volt bei einer Stromnetzspannung von 100 Volt, bzw. 250 Volt bei einer Stromnetzspannung von 220 Volt); auch hierbei wird dann optischer und akustischer Alarm ausgelöst, und der Stromfluß unterbrochen bis die Fehlerquelle gefunden und beseitigt ist.

All diese Vorrichtungen, d.h. das Bauteil 31 zur Feststellung einer elektrischen Überlast, das Bauteil 32 zur Feststellung eines elektrischen Verluststromes, das Bauteil 33 zur Feststellung eines elektronischen Spannungsverlustes, das Bauteil 34 zur Feststellung einer elektrischen Überspannung, sowie das Bauteil zur Unterbrechung des elektrischen Stromes, und das Bauteil zur Alarmauslösung sind in der elektronischen Schaltung 3 enthalten, welche wesentlicher Teil des elektrischen Schutzschalters ist.

Fig. 5 zeigt, daß der neuerungsgemäße elektrische Schutzschalter in eine gewöhnliche Steckdose eingesetzt werden kann und dann sozusagen als Zusatzsicherung für einen oder mehrere

an den Schutzschalter anzuschließende Verbraucher dient. Diese Verbraucher werden an die mit 11 bezeichneten beiden Stromauslässe angeschlossen, so daß eine Überlastung sowohl der Zuleitungskabel zu diesen Verbrauchern, als auch in den Verbrauchern selbst durch den neuerungsgemäßen elektrischen Schutzschalter mit Sicherheit ausgeschlossen ist. Eine Unterbrechung des Stromflusses erfolgt aufgrund der kurzen festgelegten Zeit, in der elektronischen Schaltung, noch bevor die Hauptsicherung anspricht, in dem sowohl der optische Alarm durch Aufleuchten der Warnlampen 362 ausgelöst wird, als auch ein akustischer Alarm, z.B. durch Betätigung eines Lautsprechers oder Summers 361. Die Gefahr elektrischer Schläge durch schlecht isolierter Verbraucher, bzw. Stromverluste wird durch den neuerungsgemäßen elektrischen Schutzschalter ausgeschlossen.

Obwohl bisher davon ausgegangen wurde, daß der neuerungsgemäße elektrische Schutzschalter in bestehende Steckdosen eingesetzt werden kann, wie es üblicherweise der Fall ist, für bereits verlegte Stromleitungen in bewohnten Gebäuden, ist doch nicht

auszuschließen, daß beim Neubau anstelle der herkömmlichen Stromauslässe, d.h. Steckdosen in den Wänden der neuerungsgemäße Schutzschalter Verwendung findet, wie es in Fig. 6 dargestellt ist. Hierbei entfällt die üblicherweise verwendete Steckdose, und die Stromzuführleitungen vom Verteilerkasten aus erfolgen direkt an eine entsprechende Anschlußstelle im Grundteil des Schutzschalters.

Fig. 7 zeigt eine weitere Variante bei der der neuerungsgemäße elektrische Schutzschalter anstelle des bisherigen Kupplungsstückes in einem Verlängerungskabel verwendet wird; einer oder zwei elektrische Verbraucher lassen sich hierbei mit 11 bezeichneten Stromauslässen anschließen; der Aufbau des Schutzschalters selbst ist im Zusammenhang mit den Fig. 1 bis 4 detailliert beschrieben.

Claims (10)

Schutzansprüche

1. Elektrischer Schutzschalter bestehend aus einer Abdeckkappe, einem Grundteil und einer zwischen der Abdeckkappe und dem Grundteil angeordneten elektronischen Schaltung, dadurch gekennzeichnet, daß die Abdeckkappe mit einer Vielzahl von Öffnungen zur Aufnahme von optischen und akustischen Warnvorrichtungen in Form von Leuchtanzeigen und Lautsprechern versehen ist, sowie mit mehreren Stromauslässen zum Anschluß elektrischer Verbraucher versehen ist, daß die elektrische Schaltung eine Vielzahl von Bauteilen zur Überwachung der Parameter der elektrischen Energie aufweist, und daß das Grundteil mit einer Verbindungsvorrichtung zum lösbaren Eingriff in die Abdeckkappe sowie mit einem elektrischen Anschluß versehen ist.

2. Elektrischer Schutzschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der elektrische Anschluß aus vorspringenden Kontaktstiften besteht, zum Einsatz in bestehende Steckdosen.

3. Elektrischer Schutzschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Abdeckkappe mit elektrischen Kontakten versehen ist, die beim Zusammenfügen mit dem Grundteil entsprechende Kontakte der elektronischen Schaltung berühren.

4. Elektrischer Schutzschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die elektronische Schaltung ein Bauteil zur Feststellung einer elektrischen Überlast aufweist, ein Bauteil zur
Feststellung eines elektrischen Verluststromes aufweist, ein
Bauteil zur Feststellung eines elektrischen Spannungsverlustes
aufweist, ein Bauteil zur Feststellung einer elektrischen Überspannung aufweist, ein Bauteil zur Unterbrechung des elektrischen Stromes aufweist, ein Bauteil zur Alarmauslösung aufweist und weitere elektronische Bauteile aufweist.

5. Elektrischer Schutzschalter nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Bauteil zur Feststellung der elektrischen
Überlast ein elektronisches Modul aufweist, das die elektrischen Stromparameter am Stromauslaß mißt, und das mit einer
stromstärkeix_abhängigen Auslöseschaltung verbunden ist.

6. Elektrischer Schutzschalter nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Bauteil zur Feststellung des elektrischen Verluststromes ein elektronisches Modul aufweist, das einen Verluststrom eines angeschlossenen Verbrauchers feststellt, durch Messung des Unterschiedes zwischen dem zum Verbraucher fließenden und vom Verbraucher zurückfließenden Strom.

7. Elektrischer Schutzschalter nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Bauteil zur Feststellung eines Spannungsverlustes und das Bauteil zur Feststellung einer Überspannung ein elektronisches Modul aufweisen, zur Messung des elektrisches Stromes und der elektrischen Spannung, wobei das Modul mit Schwellwertschaltern versehen ist, die bei Überschreiten einer vorgegebenen oberen, bzw. unteren Schwelle die Bauteile zur elektrischen Stromunterbrechung und zur Alarmauslösung betätigen.

8. Elektrischer Schutzschalter nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß bei Auftreten einer elektrischen Überlast das

Bauteil zur Feststellung der elektrischen Überlast innerhalb einer kurzen Zeit von ca. 0,1 s das Bauteil zur Alarmauslösung und das Bauteil zur Unterbrechung des elektrischen Stroms betätigt, so daß der optische und akustische Alarm ausgelöst und der Stromfluß unterbrochen wird, bis der Strom und die Spannung wieder die normalen Werte innerhalb des oberen und unteren Schwellwertes erreichen.

9. Elektrischer Schutzschalter nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Bauteil zur Feststellung des elektrischen Verluststromes bei Überschreiten eines vorgegebenen Wertes des Unterschiedes zwischen dem zum Verbraucher fließenden und vom Verbraucher zurückkehrenden Stromes das Bauteil zur Unterbrechung des elektrischen Stromes betätigt, und das Bauteil zur Alarmauslösung betätigt, so daß der optische und akustische Alarm ausgelöst und der Stromfluß unterbrochen wird, bis der Strom und die Spannung wieder die normalen Werte innerhalb des oberen und unteren Schwellwertes erreichen.

10. Elektrischer Schutzschalter nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Bauteil zur Feststellung eines Spannungs-Verlustes und das Bauteil zur Feststellung einer Überspannung, diesen Spannungsverlust, bzw. diese Überspannung durch Vergleich mit einem vorgegebenen Schwellwert ermitteln, und daß bei Unterschreiten des unteren Schwellwertes, bzw. Überschreiten des oberen Schwellwertes das Bauteil zur Alarmauslösung und das Bauteil zur Unterbrechung des elektrischen Stromes betätigt werden, so daß der optische und akustische Alarm ausgelöst und der Stromfluß unterbrochen wird, bis der Strom und die Spannung wieder die normalen Werte innerhalb des oberen und unteren Schwellwertes erreichen, wonach durch Betätigung eines Rückstellknopfes der elektrische Schutzschalter wieder im Normalzustand ist.