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1. WO2020008019 - GERÄTESCHUTZSCHALTER MIT INTELLIGENTER GRENZWERTERMITTLUNG UND VERFAHREN HIERFÜR

Anmerkung: Text basiert auf automatischer optischer Zeichenerkennung (OCR). Verwenden Sie bitte aus rechtlichen Gründen die PDF-Version.

Geräteschutzschalter mit intelligenter Grenzwertermittlung und Verfahren hierfür

Die Erfindung betrifft einen Gerätesehutzschalter mit intelligenter Grenzwertermittlung und Verfahren hierfür.

Hintergrund

In vielen Bereichen der elektrischen Anlagentechnik werden Geräteschutzschalter eingesetzt. Aufgabe dieser Geräteschutzschalter ist es nachgeordnete Verbraucher und deren Umgebung vor Überstrom bzw. dessen Wirkung zu schützen. Werden solche Schutzschalter nicht eingesetzt und kommt es zu einem Überstrom, können sowohl der nachgeordnete Verbraucher als auch andere Gegenstände mittelbar oder unmittelbar beeinträchtigt werden. Beispielsweise kann es durch Überlastung zu Bränden in dem nachgeordneten Verbraucher oder an den Versorgungsleitungen kommen.

Problematisch ist dabei, dass Verbraucher ein unterschiedliches Stromverhalten zeigen. Beispielsweise ist es bekannt, dass z.B. Elektromotoren hohe Anlaufströme aufweisen, die deutlich höher als die Nennströme sein können. Ebenso weisen bestimmte Verbraucher, wie z.B. Schaltnetzteile, hohe Einschaltströme auf, die zur Ladung einer Kapazität verwendet werden. Beispielsweise benötigen manche Verbraucher im Einschaltmoment einen Strom, der das 5-7fache des Nennstromes entspricht. Wiederum andere Verbraucher haben Zeiten, in denen sie eine Tätigkeit ausführen und dann wiederum eine Pause einlegen.

Bisher musste solchen Anlagenbetreibern empfohlen werden, den Nennstrom auf einen entsprechend hohen Wert abzusichern.

Bei einigen Lösungen von Schutzschaltern kann die Trägheit des Ausschaltens eingestellt werden.

Die bisherigen Lösungen stellen jedoch lediglich einen Kompromiss dar, denn der jeweilige Anlagenbetreiber muss durch die Auswahl des Schutzschalters und damit seines Schaltverhaltens entscheiden, wann eine Fehlfunktion vorliegen könnte. Häufig sind jedoch die technischen Daten solcher zulässigen Überströme nicht verfügbar, sondern es wird häufig nur ein Dauerstrom oder ein Nennstrom angegeben.

Dies führt dazu, dass Anlagenbetreiber häufig fehl dimensionierte Geräteschutzschalter einsetzen, sodass der eigentliche Schutzzweck des Geräteschutzschalters erst spät -häufig zu spät - zum Greifen kommt.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung neue Konzepte bereitzustelien, die Geräteschutzschalter zur Verfügung stellen, die das erlaubte Stromverhalten zulassen und ein verbessertes Schaltverhalten bei Überlast zur Verfügung stellen.

Die bisherigen Ansätze sind nicht intelligent, sondern werden in der Empfindlichkeit auch in Bezug auf einen abzuschaltenden Kurzschlussstrom herabgesetzt.

Die Lösung der Aufgabe erfolgt mittels eines Stromsensors gemäß einem der unabhängigen Ansprüche. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen, der Beschreibung und in den Figuren angegeben.

Kurzdarstellung der Figuren

Nachfolgend wird die Erfindung unter Bezugnahme auf die anliegende Zeichnung anhand bevorzugter Ausführungsformen näher erläutert.

Es zeigen

Fig. 1 ein schematisches Ablaufdiagramm von Aspekten gemäß einer Ausführungsform der Erfindung,

Fig. 2 ein schematisches Ablaufdiagramm von weiteren Aspekten gemäß einer Ausführungsform der Erfindung,

Fig. 3 ein Diagramm eines exemplarischen Stromverlaufes eines Geräteschutzschalters gemäß Ausführungsform der Erfindung,

Fig. 4 ein Diagramm eines exemplarischen Stromverlaufes eines Geräteschutzschalters gemäß einer Ausführungsform der Erfindung

Fig. 5 ein Diagramm eines exemplarischen Stromverlaufes eines Geräteschutzschalters gemäß einer Ausführungsform der Erfindung gemäß einem ersten Lastfall,

Fig. 6 ein schematisches Ablaufdiagramm von Aspekten gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung

Fig. 7 ein schematisches Ablaufdiagramm von Aspekten gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung,

Fig. 8 ein Diagramm eines exemplarischen Energieverlaufes eines Geräteschutzschalters gemäß einer Ausführungsform der Erfindung in einer Trainingsphase,

Fig. 9 ein Diagramm eines exemplarischen Energieverlaufes eines Geräteschutzschalters gemäß einer Ausführungsform der Erfindung in einer Überwachungsphase, und

Fig. 10 eine schematische Darstellung von Mitteln eines erfindungsgemäßen Geräteschutzschalters.

Nachfolgend wird die Erfindung eingehender (unter Bezugnahme auf die Figuren) dargestellt werden. Dabei ist anzumerken, dass unterschiedliche Aspekte beschrieben werden, die jeweils einzeln oder in Kombination zum Einsatz kommen können. D.h. jeglicher Aspekt kann mit unterschiedlichen Ausführungsformen der Erfindung verwendet werden, soweit nicht explizit als reine Alternative dargestellt.

Weiterhin wird nachfolgend der Einfachheit halber in aller Regel immer nur auf eine Entität Bezug genommen werden. Soweit nicht explizit vermerkt, kann die Erfindung aber auch jeweils mehrere der betroffenen Entitäten aufweisen. Insofern ist die Verwendung der Wörter "ein", "eine" und "eines" nur als Hinweis darauf zu verstehen, dass in einer einfachen Ausführungsform zumindest eine Entität verwendet wird.

Soweit nachfolgend Verfahren beschrieben werden, sind die einzelnen Schritte eines Verfahrens in beliebiger Reihenfolge anordbar und/oder kombinierbar, soweit sich durch den Zusammenhang nicht explizit etwas Abweichendes ergibt. Weiterhin sind die Verfahren - soweit nicht ausdrücklich anderweitig gekennzeichnet - untereinander kombinierbar.

Angaben mit Zahlenwerten sind in aller Regel nicht als exakte Werte zu verstehen, sondern beinhalten auch eine Toleranz von +/- 1% bis zu +/- 10 %.

Bezugnahme auf Standards oder Spezifikationen oder Normen sind als Bezugnahme auf

Standards bzw. Spezifikationen bzw. Normen, die zum Zeitpunkt der Anmeldung und/oder - soweit eine Priorität beansprucht wird - zum Zeitpunkt der Prioritätsanmeldung gelten / galten, zu verstehen. Hiermit ist jedoch kein genereller Ausschluss der Anwendbarkeit auf nachfolgende oder ersetzende Standards oder Spezifikationen oder Normen zu verstehen.

"Benachbart" schließt im Nachfolgenden explizit eine unmittelbare Nachbarschaftsbeziehung ein ohne jedoch hierauf beschränkt zu sein. "Zwischen" schließt im Nachfolgenden explizit eine Lage ein, in der das zwischenliegende Teil eine unmittelbare Nachbarschaft zu den umgebenden Teilen aufweist.

Ein erfindungsgemäßer Geräteschutzschalter 1 mit intelligenter Grenzwertermittlung weist Mittel zur Bestimmung des Stromes IM durch den Geräteschutzschalter 1 auf. Diese Mittel zur Bestimmung des Stromes IM können z.B. als Spannungsmessung an einem Widerstand oder als induktive Messung usw. ausgeführt sein. Diese Mittel zur Bestimmung des Stromes IM können die Größe des Stromes in einer geeigneten Art und Weise zur Verfügung stellen.

Nachfolgend werden wir von einer digitalen Aufbereitung der Messergebnisse ausgehen, obwohl die Erfindung nicht hierauf beschränkt ist.

Weiterhin weist der Geräteschutzschalter 1 Mittel zur Zeiterfassung CLK auf. Beispielsweise kann ein digitaler Taktgeber, wie z.B. ein Clock-Signal oder ein quarzgesteuertes Zeitsignal oder ein aus einer Netzspannung abgeleitetes Signal als Basiszeit verwendet werden. Mittels eines Zählers kann dann z.B. eine Start- oder Stop-Bedingung als auch eine Zählrichtung definiert sein, sodass eine Zeitperiode auf Basis der von der Basiszeit gesteuerten Zählintervalle gesteuert auf/abgezähit werden kann.

Weiterhin kann der Geräteschutzschalter eine Verarbeitungseinheit CPU aufweisen, die entsprechende Verfahren steuert. Diese Verfahren können fest einprogrammiert sein oder aber durch eine geneigte drahtlose oder drahtgebundene Schnittstelle 10 programmiert werden. Mittels der Schnittstelle kann auch eine Fernsignalisierung und / oder eine Fernabfrage und/ oder eine Fernstartung der Trainingsphase und/oder eine Parametrierung erfolgen. Die Verarbeitungseinheit CPU kann z.B. ein Microcontroller oder ein Mikroprozessor sein.

Der Geräteschutzschalter 1 gemäß der Erfindung kennt mindestens zwei Betriebsmodi.

Ein erster Betriebsmodus ist eine sogenannte Trainingsphase, ln der Trainingsphase misst der Geräteschutzschalter wie lange (ttrain) einen Strom, der durch den Geräteschutzschalter 1 und damit durch das angeschlossene Gerät fließt, der größer als ein bestimmter unterer Grenzwert ist. Dieser untere Grenzwert kann z.B. zu 1 ,3 IN (mit IN als Nennstrom) angenommen werden. Die Erfindung ist jedoch nicht auf diesen Wert beschränkt. Spätestens bei Erreichen einer bestimmten maximalen Trainingszeit « endet die Trainingsphase.

Während der Trainingsphase wird ein maximaler Strom ltrain, der durch den Geräteschutzschalter und das angeschlossen Gerät fließt, ermittelt.

Der zweite Betriebsmodus ist eine sogenannte Uberwachungsphase. In der Überwachungsphase überwacht der Geräteschutzschalter 1 den Stromfluss durch den Geräteschutzschalter und das angeschlossene Gerät, wobei, wenn der Stromfluss über

dem unteren Grenzwert, d.h. beispielsweise über 1 ,3 IN, liegt, der Strom mit dem ermittelten maximalen Strom ltrain verglichen wird.

Bei Erreichen oder Überschreiten des ermittelten maximalen Stroms llrain und/oder bei Erreichen oder Überschreiten der bestimmten Zeit , unterbricht der Geräteschutzschalter 1 den Stromfluss, z.B. mittels eines Schalters S. Der Schalter S kann geeignet als elektromechanischer oder elektrischer Schalter {z.B. ein

Halbeleiterschalter) ausgestaltet sein.

D.h., anders als im Stand der Technik wird nunmehr ein auf das Gerät abgestimmtes Trainingsprofil als Basis für die Entscheidung einer Fehlfunktion genommen. Damit wird die Sicherheit stark erhöht, da nunmehr Fehldimensionierungen, wie sie aus der Vergangenheit bekannt sind, nicht auftreten können.

Mit anderen Worten in der Trainingsphase wird der Geräteschutzschalter an das Gerät angelernt. Z.B kann in der Trainingsphase in einem vorgegeben Zeitraum tkons ermittelt der Spitzenstrom des Verbrauchers und/oder der Zeitraum, wie lange der Strom z.B. über dem 1 ,3 x Nennstrom liegt, ermittelt werden. Als Grenzwerte können dann ein maximaler Strom und eine maximale Anlernzeit tkonst vorgegeben sein. Wird einer der Grenzwerte überschritten, wird die Trainingsphase beendet. Die dabei ermittelten Messwerte aus Spitzenstrom und/oder maximaler Einwirkzeit wird/werden als Schwelle(n) für die anschließende Überwachungsphase gespeichert.

In einer Ausführungsform der Erfindung endet die Trainingsphase bei Erreichen eines bestimmten oberen Grenzwertes IME» des Stromes. D.h., wenn die Stromleistungsgrenze des Geräteschutzschalters erreicht wird, kann aus Sicherheitsgründen eine Zwangsabschaltung und damit auch eine Beendigung der Trainingsphase einhergehen.

In der Überwachungsphase wird der Strom durch den Geräteschalter überwacht. Steigt der Strom über die zuvor ermittelte Schwelle, z.B. über 1 ,3 x Nennstrom IN, wird der Stromverlauf weiter abgetastet und mit einer gespeicherten Schwelle von Spitzenstrom und maximaler Einwirkzeit verglichen. Ist eine Überschreitung dieser Schwellen festzustellen, wird der Verbraucher abgeschaltet.

Ein beispielhaftes Verfahren ist in Figur 1 dargestellt Das Verfahren beginnt bei Start. Nunmehr wird eine Trainingsphase gestartet ln einem Schritt 100 wird zunächst ein Zähler / Timer gestartet. In Schritt 1 10 wird die Startzeit ta als aktuelles Zählerdatum / Timerdatum gespeichert und in Schritt 120 wird der Strom durch den

Geräteschutzschalter und Zeit des Zählers ermittelt in Schritt 130 wird überprüft, ob die Zeit der laufenden Trainingsphase noch innerhalb der maximalen Anlernzeit tonst ist.

ist dies nicht der Fall (FALSE) kann das Verfahren in optionalem Schritt 140 das Ende signalisieren und sodann das Verfahren nach Zeitablauf beenden. Da in der Trainingsphase keine höheren Ströme gemessen wurden, kann angenommen werden, dass der Nennstrom falsch gewählt ist oder aber, dass kein Verbraucher angeschlossen war. Dies kann z.B. in Schritt 140 als Fehlercode signalisiert werden.

Ist die Zeit der laufenden Trainingsphase noch innerhalb der maximalen Anlernzeit tkonst, (TRUE) so wird in Schritt 150 überprüft, ob der Strom durch den Geräteschutzschalter größer als der bestimmte untere Grenzwert, z.B. 1 ,3* IN ist

Ist dies nicht der Fall (FALSE) kann das Verfahren zurück zu Schritt 130 springen und die weiteren Schritte erneut durchlaufen.

Ist hingegen der Strom durch den Geräteschutzschalter größer als der bestimmte untere Grenzwert, z.B. 1 ,3*IN, (TRUE), so kann in Schritt 160 ein Merker für den Stromspitzenwert gespeichert werden. Z.B. wird der Merker auf„0“ gesetzt werden, denn ein vorheriger Spitzenstrom war noch nicht aufgetreten. In einem Schritt 170 kann zudem ein Merker ta für den Anfangszeitpunkt der Trainingsphase gesetzt werden.

In einem weiteren Schritt 170 wird (erneut) der Strom durch den Geräteschutzschalter und Zeit des Zählers ermittelt.

In Schritt 180 wird nun verglichen, ob der zuletzt ermittelte Strom durch den Geräteschutzschalter größer ist als der Merker für den Stromspitzenwert. Im Falle eines ersten Durchlaufes wird dies immer der Fall sein, sodass in Schritt 190 der Wert des Merkers für den Stromspitzenwert mit dem zuletzt ermittelten Strom durch den Geräteschutzschalter ersetzt wird. Ist in Schritt 180 hingegen der zuletzt ermittelte Strom durch den Geräteschutzschalter nicht größer ist als der Merker für den Stromspitzenwert, so kann der Schritt 190 übersprungen werden.

Im nachfolgenden Schritt 200 wird nun verglichen, ob der zuletzt ermittelte Strom durch den Geräteschutzschalter größer ist als der bestimmte untere Grenzwert. Im Falle, dass der zuletzt ermittelte Strom durch den Geräteschutzschalter größer als der bestimmte untere Grenzwert ist, wird in Schritt 210 ein Merker te als aktuelles Zählerdatum / Timerdatum für den Endpunkt der Trainingsphase gespeichert. Im Falle, dass der zuletzt ermittelte Strom durch den Geräteschutzschalter nicht größer als der bestimmte untere Grenzwert ist, wird der Schritt 210 übersprungen. Offensichtlich kann Schritt 210 und die zugehörige Auswertung auch an anderer Stelle des T rainingsverf ahrens eingebaut werden, sodass z.B. der Vergleich in Bezug auf den maximalen Strom durch den Geräteschutzschalter als erster Vergleich durchgeführt wird.

In einem Schritt 220 kann nun verglichen werden, ob der zuletzt ermittelte Strom bzw. der Merker für den Stromspitzenwert kleiner als der maximale Strom konst durch den Geräteschutzschalter ist. Ist dies nicht der Fall, so kann dies in einem optionalen Schritt 240 das Ende signalisieren und sodann das Verfahren durch Abschaltung des Geräteschutzschalters beenden. Da bereits bei Beginn der Trainingsphase ein zu hoher Strom gemessen wurde, kann angenommen werden, dass ein erfolgreiches Starten des Geräteschutzschalters, z.B. wegen einer zu geringen Leistung des Geräteschutzschalters oder aber wegen eines Kurzschlusses nicht möglich ist. Dies kann z.B. in Schritt 240 als Fehlercode signalisiert werden.

Ist hingegen der zuletzt ermittelte Strom bzw. der Merker für den Stromspitzenwert kleiner als der maximale Strom lk0nst durch den Geräteschutzschalter so kann das Verfahren mit Schritt 250 fortfahren. In Schritt 250 wird überprüft, ob die Zeit der laufenden Trainingsphase außerhalb der maximalen Anlernzeit tkonst ist.

Ist dies nicht der Fall (FALSE) kehrt das Verfahren zu Schritt 180 zurück.

Ist die Zeit der laufenden Trainingsphase außerhalb der maximalen Anlernzeit tkonst,

(TRUE) so wird in Schritt 260 überprüft, ob der Strom durch den Geräteschutzschalter größer als der bestimmte untere Grenzwert, z.B. 1 ,3*1N, ist

Ist dies der Fall (TRUE), kann das Verfahren in optionalem Schritt 270 das Ende signalisieren und sodann das Verfahren beenden. Dies kann z.B. in Schritt 270 als Fehlercode signalisiert werden. In diesem Fall muss davon ausgegangen werden, dass der Geräteschutzschalter im Betrieb zu lange mit höheren Strömen belastet sein wird und daher für den Verbraucher ungeeignet ist.

Ist dies hingegen nicht der Fall (FALSE), kann die Trainingsphase in die letzte Etappe gehen. In Schritt 280 kann die Schwelle für den Spitzenstrom für eine anschließende Überwachungsphase mit dem Wert des Merkers für den Spitzenstrom belegt werden. In Schritt 290 kann aus dem Merker für Startzeitpunkt ta und dem zuletzt gespeicherten Merker für den Endzeitpunkt te eine Zeitdifferenz als Schwelle für die Abschaltzeit für eine anschließende Überwachungsphase ermittelt werden. In optionalem Schritt 300 kann die erfolgreiche Beendigung der Trainingsphase signalisiert werden, womit das Trainingsverfahren endet.

In der Überwachungsphase wird bevorzugt (fortlaufend) überwacht, ob der durch den Geräteschutzschalter fließende Strom größer ist als der maximale Strom des Geräteschutzschalters. Wird der Strom größer wird der Geräteschutzschalter abgeschaltet.

Ein beispielhaftes Verfahren ist in Figur 2 dargestellt. Das Verfahren beginnt bei Start. Nunmehr wird eine Überwachungsphase gestartet. In einem Schritt 400 wird in der Überwachungsphase der zuletzt ermittelte Strom durch den Geräteschutzschalter mit

dem bestimmten unteren Grenzwert als auch mit der zuvor bestimmten Schwelle für den Spitzenstrom verglichen. Ist der zuletzt ermittelte Strom durch den Geräteschutzschalter sowohl größer als der bestimmte untere Grenzwert, z.B. 1 ,3ΊN, als auch kleiner als die zuvor bestimmte Schwelle für den Spitzenstrom, d.h. es fließt ein Überstrom, wird in Schritt 410 ein Timer gestartet/initialisiert. Andernfalls kehrt das Verfahren zurück zu Schritt 400.

Zeitlich nachfolgend zu Schritt 410 wird in Schritt 420 der Strom gemessen und der Timer bestimmt. In Schritt 430 wird verglichen, ob der Timer unter der Schwelle für die Abschaltzeit liegt. Ist dies nicht der Fall (FALSE), so endet das Verfahren (Schritt 440). Ist der Timer hingegen unter der Schwelle für die Abschaltzeit (TRUE), so wird in Schritt 450 überprüft, ob der zuletzt gemessene Strom geringer als die Schwelle für den Spitzenstrom ist. Ist dies nicht der Fall (FALSE), so endet das Verfahren und kann optional einen erkannten Kurzschluss signalisieren (Schritt 460). Ist der zuletzt gemessene Strom hingegen geringer als die Schwelle für den Spitzenstrom (TRUE), so wird nun in Schritt 470 überprüft, ob der zuletzt gemessene Strom größer als der bestimmte untere Grenzwert, z.B. 1 ,3*IN, ist. Ist dies nicht der Fall (FALSE), so kehrt das Verfahren an seinen Beginn (Start) zurück. Ist hingegen der zuletzt gemessene Strom größer als der bestimmte untere Grenzwert, z.B. 1 ,3*IN, (TRUE), so kehrt das Verfahren zu Schritt 420 zurück.

Es sei darauf hingewiesen, dass die Implementierung nur beispielhaft ist. Es können ohne Weiters z.B. die Abfragen der Schritte 430, 450, 470 auch in anderer Reihenfolge und/oder in Kombination zueinander angeordnet werden.

Nachfolgend sei nun das Verhalten eines G erätesch utzschalters gemäß Ausführungsformen der Erfindung mit dem Verhalten eines Geräteschutzschalters gemäß dem Stand der Technik verglichen.

In Figur 3 ist der Stromverlauf eines Geräteschutzschalters gemäß Ausführungsform der Erfindung in einem ersten Lastfall und einem zweiten Lastfall gezeigt. Der erste Lastfall ist im Diagramm als durchgezogene Linie kenntlich gemacht. Der zweite Lastfall ist im Diagramm als punktierte Linie dargestellt.

Im ersten Lastfall erfolgt nach einem Anstieg über den vorbestimmten Schwellwert, z.B. den zweifachen Nennstrom, d.h. 2*IN, ein erstes Abschalten, dem ein erneutes Einschalten folgt. Wieder steigt der Strom steil an auf einen Wert jenseits des zweifachen Nennstromes, d.h. 2*IN. Nunmehr wird nach tk in Folge des kurzfristigen erneuten Erreichens der Ausschaltbedingung der Kurzschlussfall erkannt und der Geräteschutzschalter schaltet dauerhaft ab.

Im zweiten Lastfall wird auf ein Überlastfall nach Erreichen der unteren bestimmten Grenze, z.B. 1 ,3*IN überprüft. Ist über einen Zeitraum tü nach Überschreiten der unteren bestimmten Grenze der Strom immer noch über der unteren bestimmten Grenze, so schaltet der Geräteschutzschalter dauerhaft ab. Im Stand der Technik wäre mindestens in diesem Fall auf Grund der höheren Auslegung der Abschaltbedingung von 2ΊM der Geräteschutzschalter nicht in der Lage gewesen, den Überiastfall korrekt zu erkennen und stattdessen wäre wie durch die gestrichelte Linie angedeutet, der Betrieb auch nach tü nicht fortgesetzt worden.

In der Trainingsphase für einen erfindungsgemäßen Geräteschutzschalter hingegen wäre ein Schwellwert für den Spitzenstrom als auch eine Schwelle für die Abschaltzeit bestimmt worden.

Mittels der neuen Geräteschutzschalter ist es nunmehr möglich, beide Fälle (Überlastfall, Kurzschlussfall) zu unterscheiden und ein angepasstes Schaltverhalten zur Verfügung zu stellen. Beispielsweise kann wie in Figur 4 gezeigt, der Kurzschlussfall von einem anderen Fall unterschieden werden, da der Strom nicht über den Schwellwert steigt bzw. auch innerhalb der Schwelle für die Abschaltzeit wieder unter den unteren Grenzwert fällt. Ebenso kann das Nicht-Vorliegen eines Überlastfalles erkannt werden, da nunmehr wie in Figur 5 gezeigt, innerhalb der Schwelle für die Abschaltzeit der Strom unter den bestimmten unteren Grenzwert fällt.

D.h., mittels der neuartigen Geräteschutzschalter können unkritische Lastfälle von kritischen Lastfällen unterschieden werden. Damit steigt die Verfügbarkeit der geschützten Verbraucher, da unnötige / fehlerhafte Abschaltungen vermieden werden,

während andererseits reale Kurzschlussfälle als auch reale Überlastfälle sicher unterschieden werden können.

In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wird ebenfalls ein Geräteschutzschalter 1 mit intelligenter Grenzwertermittlung zur Verfügung gestellt.

ln dieser Ausführungsform weist der Geräteschutzschalter 1 mit intelligenter Grenzwertermittlung Mittel zur Bestimmung der Energie EM, Mittel zur Bestimmung des Stromes IM durch den Geräteschutzschalter 1 , Mittel zur Bestimmung der Eingangs- und Ausgangsspannung am Geräteschutzschalter und Mittel zur Zeiterfassung CLK und Mittel zur Einstellung des Auslöse-Nennstromes auf. Es sei dabei angemerkt, dass die unterschiedlichen Ausführungsformen der Geräteschutzschalter auch in einer gemeinsamen Form oder geeigneten Mischformen verwirklicht sein können. Die entsprechenden Mittel können jeweils gemeinsam eingesetzt werden. Obwohl die Mittel zur Bestimmung der Energie EM als getrennt von den Mitteln zur Bestimmung des Stromes IM dargestellt sind, ist für den Fachmann einsichtig, dass bei einer Strombestimmung und bekanntem Zeitintervall die Energie auch hieraus bestimmt werden kann. Insofern ist der Verweis auf Mittel zur Bestimmung einer Energie lediglich als Verweis auf das zu erzielende Zwischenresultat zu verstehen.

Wiederum misst der Geräteschutzschalter 1 in einer Trainingsphase (tarn) die Energie, die zum Verbraucher hin durch den Geräteschutzschalter 1 geflossen ist, wobei die Dauer der Trainingsphase in auf eine maximale Trainingszeit tkonst begrenzt ist.

Dabei beginnt z.B. die Messung sobald der Strom eine bestimmte untere Grenze, z.B. 1 ,3*IN, überschreitet. Danach werden die Energieanteile (positiv + als auch negativ - in Bezug zur unteren Grenze) aufaddiert, siehe Figur 8. Beispielhaft kann dies so erreicht werden:


Nach Zeitablauf der Trainingsphase t onst wird dies als Grenzwert Everbr.train abspeichert.

In einer anschließenden Überwachungsphase misst der der Geräteschutzschalter 1 die aktuelle Energie und addiert sie zu einem Summenwert ZE auf. Beispielhaft kann dies so erreicht werden:


Dabei werden nur Energieeinträge größer als der Nennstromwert des Geräteschutzschalters 1 berücksichtigt, siehe Figur 9. Dies kann unterschiedlich implementiert sein und die Formelzusammenhänge geben nur eine mögliche Form der Berücksichtigung wieder.

Wenn die aufsummierten Energieumsätze Se größer oder gleich dem in der Trainingsphase bestimmten Energieumsatz Everbr.train sind, unterbricht der Geräteschutzschalter 1 den Stromfluss.

Es sei angemerkt, dass in allen Ausführungsformen auch eine gleitende Betrachtung verwendet werden kann, sodass für ein bestimmtes zurückliegendes Intervall vom jeweiligen Zeitpunkt aus der Energieumsatz (Gesamtenergie und/oder Energieanteile jenseits der Nennbelastung) mit entsprechenden Referenzwerten aus der Trainingsphase, z.B. dem unteren Grenzwert, verglichen wird.

Ein beispielhaftes Verfahren in der Trainingsphase ist in Figur 6 dargestellt. Die Trainingsphase beginnt bei Start. Wiederum kann die Trainingsphase automatisch starten oder aber der Start kann manuell, z.B. durch Tastendruck, oder per Steuerbefehl ausgelöst werden.

In Schritt 500 wird wiederum wie zuvor in Schritt 100 ein Timer gestartet. In Schritt 510 wird wiederum wie in Schritt 1 10 die Startzeit ta als aktuelles Zählerdatum / Timerdatum gespeichert und in Schritt 120 wird der Strom durch den Gerätesch utzschalter 1 und Zeit des Zählers ermittelt. In Schritt 520 wird (analog zu Schritt 130) überprüft, ob die Zeit der laufenden Trainingsphase noch innerhalb der maximalen Anlernzeit t onst ist.

Ist dies nicht der Fall (FALSE) kann das Verfahren in optionalem Schritt 530 das Ende signalisieren und sodann das Verfahren nach Zeitablauf beenden. Da in der Trainingsphase keine höheren Ströme gemessen wurden, kann angenommen werden, dass der Nennstrom falsch gewählt ist oder aber, dass kein Verbraucher angeschlossen war. Dies kann z.B. in Schritt 530 als Fehlercode signalisiert werden.

Ist die Zeit der laufenden Trainingsphase noch innerhalb der maximalen Anlernzeit tkonst, (TRUE), so wird in Schritt 540 {analog zu Schritt 150} überprüft, ob der Strom durch den Geräteschutzschalter größer als der bestimmte untere Grenzwert, z.B. 1 ,3*IN, ist

Ist dies nicht der Fall (FALSE) kann das Verfahren zurück zu Schritt 510 springen und die weiteren Schritte erneut durchlaufen.

Ist hingegen der Strom durch den Geräteschutzschalter größer als der bestimmte untere Grenzwert, z.B. 1 ,3*IN, (TRUE). so kann in Schritt 550 ein Merker für die Energie gespeichert werden, z.B. wird der Merker auf „0“ gesetzt werden, denn ein vorheriger Energieeintrag war noch nicht aufgetreten.

In einem weiteren Schritt 560 (analog zu Schritt 170) wird (erneut) der Strom durch den Geräteschutzschalter 1 und Zeit des Zählers ermittelt.

Auf Basis der ermittelten Strom- und Zeitwerte werden die Energieanteile gemäß


aufsummiert.

In Schritt 580 (analog zu Schritt 180) wird nun verglichen, ob die so ermittelte Energie durch den Geräteschutzschalter kleiner ist als der Merker für die maximale Energieschwelle (Leistungsschwelle des Geräteschutzschalters) . Im Falle, dass die zuletzt ermittelte Energie durch den Geräteschutzschalter größer ist als die maximale Energieschwelle (FALSE) kann dies in einem optionalen Schritt 590 signalisiert und das Verfahren abgebrochen werden. Ist hingegen die zuletzt ermittelte Energie durch den Geräteschutzschalter nicht größer ist als die maximale Energieschwelle kann in Schritt 600 überprüft werden, ob der Messwert für den Strom kleiner als der maximale Strom durch den Geräteschutzschalter ist (analog zu Schritt 230).

In einem Schritt 600 kann nun verglichen werden, ob der zuletzt ermittelte Strom bzw. der Merker für den Stromspitzenwert kleiner als der maximale Strom kamt durch den Geräteschutzschalter 1 ist. Ist dies nicht der Fall, so kann dies in einem optionalen Schritt 610 das Ende signalisieren und sodann das Verfahren durch Abschaltung des Geräteschutzschalters beenden. Da bereits bei Beginn der Trainingsphase ein zu hoher Strom gemessen wurde, kann angenommen werden, dass ein erfolgreiches Starten des Geräteschutzschalters, z.B. wegen einer zu geringen Leistung des Geräteschutzschalters oder aber wegen eines Kurzschlüsse nicht möglich ist. Dies kann z.B. in Schritt 610 als Fehlercode signalisiert werden.

Ist hingegen der zuletzt ermittelte Strom bzw. der Merker für den Stromspitzenwert kleiner als der maximale Strom lk0nst durch den Geräteschutzschalter so kann das Verfahren mit Schritt 620 fortfahren.

In Schritt 620 wird überprüft, ob die Zeit der laufenden Trainingsphase außerhalb der maximalen Anlernzeit tkonst ist.

Ist dies nicht der Fall (FALSE) kehrt das Verfahren zu Schritt 560 zurück.

Ist die Zeit der laufenden Trainingsphase außerhalb der maximalen Anlernzeit tkonst, (TRUE), so mündet das Verfahren in der Trainingsphase in die finale Phase.

In Schritt 630 kann die Schwelle für die Energie für eine anschließende Überwachungsphase mit dem Wert des Merkers für die Energie belegt werden. In optionalem Schritt 640 kann die erfolgreiche Beendigung der Trainingsphase signalisiert werden, womit das Trainingsverfahren endet.

Es sei darauf hingewiesen, dass die Implementierung nur beispielhaft ist. Es können ohne Weiteres z.B. die Abfragen auch in anderer Reihenfolge und/oder in Kombination zueinander angeordnet werden.

1i0o Die Überwachungsphase eines so eingerichteten Geräteschutzschalters 1 ist beispielhaft im Flussdiagramm der Figur 7 illustriert.

Die Überwachungsphase beginnt mit dem Start. In einem ersten Schritt 700 wird ein Merker für die aktuell aufsummierte Energie zu„0“ gesetzt.

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In einem weiteren Schritt 710 {analog zu Schritt 420) wird (erneut) der Strom durch den Geräteschutzschalter 1 und Zeit des Zählers ermittelt.

Mittels dieser Angaben wird in Schritt 720 gemäß


der Merker für die Energie berechnet.

In einem nachfolgenden Schritt 730 wird nun verglichen, ob der Merker für die Energie kleiner als der in der Trainingsphase bestimmte Energieumsatz {Energieschwelle} ist. Ist

25 dies der Fall (TRUE) kehrt das Verfahren zu Schritt 710 zurück. Ist jedoch der Merker nicht kleiner als der in der Trainingsphase bestimmte Energieumsatz so endet das

Verfahren mit dem Abschalten des Geräteschutzschalters 1 .

D.h. auch in der zweiten Variante unterteilt sich der Betrieb in eine Trainingsphase und eine Überwachungsphase. In der Trainingsphase werden innerhalb einer vorbestimmten Anlernzeit tkonst die Energie aufsummiert
* IN)2] * (t£ - Als Grenzwerte werden sowohl ein maximaler Strom und ein Stromintegral l2t vorgegeben. Wird einer der Grenzwerte überschritten, wird der Anlernvorgang beendet. Ansonsten wird die gemessene Energie als Schwellwert gespeichert. In der Überwachungsphase wird der Energieverlauf im Wesentlichen kontinuierlich abgetastet und aufsummiert, wobei gleichzeitig entsprechend dem aktuell eingestellten Strom die max. zulässige Energie abgezogen wird E(tn - t0) =
(t; -t^i). Die so aufsummierte Energie wird mit der gespeicherten Energieschweile des angelernten Verbrauchers verglichen. Ist eine Überschreitung festzustellen, wird der Verbraucher abgeschaltet.

In einer weiteren Ausführungsform kann zudem vorgesehen sein, dass die aufsummierte Energie die resultierende Energie ist. Die resultierende Energie kann sich als Differenz der durch Stromfluss eingetragenen Energie und der durch Abstrahlung / Ableitung von Wärmeenergie ausgetragenen Energie ergeben.

Die durch Abstrahlung / Ableitung von Wärmeenergie ausgetragene Energie kann sich iterativ aus der eingetragenen Energie und schalterspezifischen Parametern zur Wärmeableitung ergeben, wobei von einer bestimmten Anfangstemperatur ausgegangen wird.

In einer weiteren Ausführungsform weist ein Geräteschutzschalter 1 mit intelligenter

Grenzwertermittlung Mittel zur Bestimmung der Energie EM, Mittel zur Bestimmung des Stromes IM durch den Geräteschutzschalter 1 und Mittel zur Zeiterfassung CLK auf.

In einer Trainingsphase, in der der Strom kleiner oder gleich eines bestimmten oberen Grenzwertes hax ist und die Energie kleiner oder gleich eines bestimmten oberen Grenzwertes EM3X ist, werden Energieumsätze (Etrain) bestimmt, die größer sind entsprechend eines bestimmten unteren Grenzwertes (1 ,3 IN). Die Trainingsphase beginnt bei Erreichen des bestimmten unteren Grenzwertes (Iwax) des Stromes.

In einer anschließenden Überwachungsphase werden die Energieumsätze aufsummiert, die größer sind entsprechend eines bestimmten unteren Grenzwert (1 ,3 IN) , wobei, wenn die aufsummierten Energieumsätze größer oder gleich dem in der Trainingsphase bestimmten Energieumsatzes (Etrain) sind, der Geräteschutzschalter 1 den Stromfluss, z.B. mittels des Schalters S, unterbricht.

in einer weiteren Ausführungsform der Erfindung weist der Geräteschutzschalter 1 mit intelligenter Grenzwertermittlung Mittel zur Bestimmung der Energie EM, Mittel zur Bestimmung des Stromes IM durch den Geräteschutzschalter 1 , Mittel zur Bestimmung der Eingangs- und Ausgangsspannung am Geräteschutzschalter und Mittel zur Zeiterfassung CLK auf.

In einer Trainingsphase, in der der Strom kleiner oder gleich eines bestimmten oberen Grenzwertes (It*«) ist, summiert der Geräteschutzschalter 1 die resultierende Energie, wobei sich die resultierende Energie als Differenz der durch Stromfluss eingetragenen Energie und der durch Abstrahlung / Ableitung von Wärmeenergie ausgetragenen Energie ergibt, wobei die durch Abstrahlung / Ableitung von Wärmeenergie ausgetragenen Energie aus der eingetragenen Energie und schalterspezifischen Parametern zur Wärmeableitung iterativ ergeben, wobei von einer bestimmten Anfangstemperatur ausgegangen wird.

Bei Erreichen einer bestimmten maximalen Trainingszeit tmax endet die Trainingsphase. Die so ermittelte resultierende Energie dient als Grenzwert Etrajn. Diese Energie kann auch zu einer maximalen Energie des Verbrauchers korrespondieren.

In einer anschließenden Überwachungsphase summiert der Geräteschutzschalter f die resultierende Energieumsätze entsprechend auf, wobei, wenn die resultierenden Energieumsätze größer oder gleich dem in der Trainingsphase bestimmten Energieumsatz Etrain sind, der Geräteschutzschalter den Stromfluss, z.B. milteis eines Schalter S, unterbricht.

In einer weiteren Ausführungsform weist der erfindungsgemäße Geräteschutzschalter 1 weiterhin eine T emperaturmesseinrichtung TM zur Bestimmung der Temperatur des Schalters S auf, wobei die ermittelte Temperatur als bestimmte Anfangstemperatur verwendet wird.

Alternativ oder zusätzlich kann bei Erreichen einer bestimmten Grenztemperatur Tmax der Geräteschutzschalter 1 den Stromfluss unterbrechen.

Insbesondere kann in allen Ausführungsbeispielen vorgesehen sein, dass der Geräteschutzschalter 1 einen Halbleiterschalter S aufweist. Insbesondere kann der

Geräteschutzschalter 1 einen MOS- FET -T ransistor als Schalter S aufweisen.

Ohne Beschränkung der Allgemeinheit kann in allen Ausführungsbeispielen vorgesehen sein, dass die maximale Trainingszeit « durch einen Benutzer lokal oder aus der Ferne einstellbar ist. Ebenso kann alternativ oder zusätzlich in allen Ausführungsbeispielen vorgesehen sein, dass die maximale Trainingszeit geräteschutzschalterspezifisch als obere Grenze vorbestimmt ist.

Gemäß noch einer weiteren Ausführungsform weist ein erfindungsgemäßer Geräteschutzschalter 1 mit intelligenter Grenzwertermittlung Mittel zur Bestimmung des Stromes IM durch den Schutzschaiter 1 und Mittel zur Zeiterfassung CLK auf.

Der Geräteschutzschalter 1 misst in einer T rainingsphase Win, sobald der fließende Strom einen ersten Grenzwert überschreitet (z. B. > 1 ,3 IN), den Strom durch den Schutzschalter 1 in regelmäßigen Zeitabständen Wim ,., Win2„ , und speichert einen jeweiligen Wert Wim,...

Itrain2,... 3b.

Bei Erreichen einer bestimmten maximalen Trainingszeit endet die Trainingsphase.

In einer anschließenden Überwachungsphase überwacht der Geräteschutzschalter 1 den Stromfluss. Wenn der Stromfluss über einem bestimmten zweiten Grenzwert (z. B. 1 ,3 IN) liegt, werden ab diesem Zeitpunkt die Stromwerte foi,... IQ2, ... in regelmäßigen Abständen tüi,.„ tü2, . mit den entsprechenden ermittelten Stromwerten aus der Trainingsphase verglichen, wobei sobald eine Abweichung festgestellt wird, der Schutzschalter den Stromfluss unterbricht.

Für alle zuvor genannten Ausführungsformen gilt, dass die jeweiligen Verfahren natürlich auf weitere Gegebenheiten angepasst werden können. Beispielsweise kann das Auslöseverhalten sensibler als auch unsensibler Schutzschalter im Vergleich zu dem Verhalten der zur Zeit am Markt verfügbaren Schutzschaltern gestaltet werden, indem man die Trainingszeiten oder einen maximalen Strom durch den Geräteschutzschaiter entsprechend wählt. Wird z.B. der maximale Strom an die Leistungsgrenze des Geräteschutzschalters gesetzt und auch die hierfür zur Verfügung stehende Trainingszeit an die Leistungsgrenze des Geräteschutzschalters gesetzt, so wird ein eher unsensibles Verhalten erreicht. Wird hingegen die Trainingszeit und/oder der maximale Strom geringer als die Leistungsgrenzen des Geräteschutzschalters gewählt, so steigt die Sensibilität an.

Ohne Beschränkung der Allgemeinheit kann für alle zuvor genannten Ausführungsformen auch vorgesehen sein, dass der Geräteschutzschalter den Nennstrom in oder vor der

Trainingsphase ermittelt. Der so ermittelte Nennstrom kann z.B. zur Bestimmung der Schwelle in der Trainingsphase, d.h. z.B. für 1 ,3 IN, verwendet werden.

Ebenso kann für alle zuvor genannten Ausführungsformen zur Bestimmung eines maximalen Energieeintrages in den Geräteschutzschalter das thermische Ersatzschaltbild der elektronischen Komponenten des Geräteschutzschalters für den Anlernvorgang sowie das angelernte angenommene thermische Betriebsverhaiten des Verbrauchers im Überwachungsmodus berücksichtigt werden.

Ohne Beschränkung der Allgemeinheit kann für alle zuvor genannten Ausführungsformen die Trainingsphase durch einen externen Trigger, z.B. ein Schaltelement oder einen Steuerbefehl, gestartet und/oder beendet werden. Zudem kann die Trainingsphase wiederholt werden.

Weiterhin kann ohne Beschränkung der Allgemeinheit für alle zuvor genannten Ausführungsformen vorgesehen sein, dass die max. Zeit der Trainingsphase tkonst statisch in Abhängigkeit des maximal zulässigen Spitzenstromes bestimmt wird. Somit kann verhindert werden, dass das Pt der Elektronik im Geräteschutzschalter überschritten wird.

Zudem kann durch mehrere kontrollierte Anläufe der maximale Stromwert des Verbrauchers ermittelt und entsprechend die maximale Zeitschwelle ausgeweitet werden, solange das Pt nicht überschritten wird.

Es sei angemerkt, dass natürlich auch für alle zuvor genannten Ausführungsformen vorgesehen sein kann, dass in Abhängigkeit vom eingestellten Nennstrom IN der maximale Spitzenstrom Itonst und die maximale Zeit der Trainingsphase a vorgegeben sein können. Für die Eingabe von einem oder mehreren Werten kann am Geräteschutzschalter z.B. ein Eingabeelement vorgesehen sein, oder aber der Geräteschutzschalter kann durch eine geeignete drahtgebundene / drahtlose Schnittstelle parametrisiert werden.

Bezeichnunasliste

1 Geäteschutzschalter

CLK Mittel zur Zeiterfassung

IM Mittel zur Bestimmung des Stroms

EM Mittel zur Bestimmung der Energie

TM Mittel zur Bestimmung der Temperatur

CPU Verarbeitungseinheit

IO Schnittstelle

S Schalter