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WO2008098532A1 - Zustandsanzeigevorrichtung für eine elektrische schmelzsicherung - Google Patents

Zustandsanzeigevorrichtung für eine elektrische schmelzsicherung Download PDF

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Publication number
WO2008098532A1
WO2008098532A1 PCT/DE2007/000279 DE2007000279W WO2008098532A1 WO 2008098532 A1 WO2008098532 A1 WO 2008098532A1 DE 2007000279 W DE2007000279 W DE 2007000279W WO 2008098532 A1 WO2008098532 A1 WO 2008098532A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
fuse
state
current
display
display device
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
PCT/DE2007/000279
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Michael Herr
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Siemens AG
Siemens Corp
Original Assignee
Siemens AG
Siemens Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Siemens AG, Siemens Corp filed Critical Siemens AG
Priority to PCT/DE2007/000279 priority Critical patent/WO2008098532A1/de
Priority to DE112007003455T priority patent/DE112007003455A5/de
Publication of WO2008098532A1 publication Critical patent/WO2008098532A1/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Ceased legal-status Critical Current

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Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02H—EMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
    • H02H3/00—Emergency protective circuit arrangements for automatic disconnection directly responsive to an undesired change from normal electric working condition with or without subsequent reconnection ; integrated protection
    • H02H3/02—Details
    • H02H3/04—Details with warning or supervision in addition to disconnection, e.g. for indicating that protective apparatus has functioned
    • H02H3/046—Signalling the blowing of a fuse
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H85/00—Protective devices in which the current flows through a part of fusible material and this current is interrupted by displacement of the fusible material when this current becomes excessive
    • H01H85/02—Details
    • H01H85/30—Means for indicating condition of fuse structurally associated with the fuse

Definitions

  • the invention relates to a status indicator which indicates for an electrical fuse whether it is in a blown or not blown condition.
  • An electrical fuse is an overcurrent protection device that interrupts a circuit when an inadmissibly high current flows through the fuse for an impermissibly long time. Under these conditions, the overcurrent develops enough thermal energy to melt the fuse and thus break the circuit.
  • Fuses are used in a wide variety of applications such as building electrification, in the automotive sector, in the industrial sector and in many small electrical appliances.
  • Each fuse comprises a fuse element which is heated by the overcurrent and eventually melts. After the melting of the fusible conductor, the current flow does not abruptly break off as a rule due to the inductive properties of most power grids. Instead, an arc ignites, which continues the flow of electricity for a while. In this operating state, the fusible conductor is already in the gaseous state, while the current is passed over the plasma formed by the metal vapor of the fusible conductor. Usually located within the Fuse a quartz sand, on which the metal vapor of the fusible conductor precipitates and thus leads to a cooling of the plasma.
  • fuses include an integrated striker or indicator.
  • a firing pin is pretensioned via an internal mechanism when the fuse has not blown. In this "heal" operating state of the fuse, the firing pin is barely visible from the outside. If the fuse blows, the internal mechanism releases the firing pin or indicator. The firing pin comes out, signaling a fuse blow.
  • the invention has for its object to reliably make the state of a fuse with simple means visible.
  • a status indicator device for an electrical fuse wherein the status indicator device comprises a monitoring unit for monitoring at least one electrical state quantity of the fuse fuse and for generating a short-circuit signal as soon as the state variable assumes a value characteristic for a blowout of the fuse and a bistable controlled by the monitoring unit Display for generating a blown state of the fuse characteristic output after temporary concern of the short-circuit signal has.
  • the invention is based on the finding that, using a bistable display that can be inexpensively produced today, the state of the fuse can be displayed in a clearly visible and extremely reliable manner without requiring a great deal of additional electronics or mechanics.
  • bistable nature of the display ensures that the state of the display is maintained until another pulse is applied to the display, which leads to switching to another state. Due to this characteristic, the output characterizing the blown state of the fuse thus remains even after the short-circuit signal has been applied, although u.U. no more electrical energy is available for the bistable display. As a result, if necessary, an energy store or an additional power supply for the bistable display for status indication can be dispensed with.
  • the proposed solution allows a much more reliable status indication for a fuse as compared to the prior art.
  • the aforementioned mechanical condition indicator using a prestressed firing pin or indicator is not only more complicated to implement compared to the claimed subject matter but also considerably more prone to failure. Due to the arc occurring within the fuse in the event of a fault, it often comes with the purely mechanical solution to the caking of the sand, which in turn can hinder the preloaded firing pin in the movement. In contrast to this mechanical solution, which today is considered to be working even if three out of ten tested fuses show does not work, a much higher reliability is expected in the electrical condition indicator according to the invention.
  • the electrical state variable can be any current and voltage variables which depend on the operating state of the fuse. Electrical state variables can also be based on a mathematical evaluation of such current and voltage variables. An example of this is the integration of the current flowing through the fuse, since this integral can be understood as a measure of the thermal energy fed into the wetting wire.
  • an embodiment of the state display device is advantageous in which the monitoring unit has a current detection unit for measuring a fuse current flowing through the fuse and an evaluation unit for determining the electrical state variable depending on the time course of the effective value of the fuse current.
  • the fuse current is an alternating current
  • the monitoring unit determines that the effective value of the fuse current exceeds a permissible effective value. If one integrates the difference between the current effective value and the permissible effective value over time, one obtains as a result a measure of how much thermal energy was fed into the fuse wire of the fuse.
  • the value of such an integral may therefore serve as an electrical quantity of state in the present invention which, once it has a critical threshold has exceeded, indicated a safe blowing of the fuse.
  • a simple determination of the effective value or a current value proportional to the effective value can be achieved in an advantageous embodiment of the invention in that the monitoring unit has a rectifier for generating a direct current proportional to the effective value by rectifying the fuse current.
  • the state quantity to be monitored was based on the fuse current flowing through the fuse.
  • the monitoring unit has a voltage measuring device for measuring a voltage applied across the fuse fuse voltage, wherein the backup voltage is provided as to be monitored electrical state variable. As soon as the fuse has finally blown, a fuse voltage is applied above it, which clearly signals this blown-out state. Therefore, this signal can be used very easily to switch the bistable display and thus to visualize this operating state.
  • a further advantageous embodiment of the invention is characterized in that the monitoring unit has a current detection unit for measuring a parallel current, which flows after the fuse has blown through in a current branch parallel to the fuse and is provided as electrical state variable to be monitored.
  • the parallel branch current is advantageously carried out in high impedance compared to the non-blown fuse, so that in the non-blown state of the fuse almost no current flows through the parallel branch current. Only when the fuse has blown, a significant proportion of the total current commutates to the parallel current branch around. As soon as this measured parallel current exceeds a critical threshold value, the corresponding short-circuit signal can be generated, which is provided for switching over the bistable display, so that this indicates the burned-through state of the fuse.
  • the bistable display remains after blowing through the fuse in the state that indicates the blown fuse until the fuse was replaced with a new, functional fuse and in particular this is energized. Therefore, an embodiment of the invention is advantageous in which the monitoring unit is designed to generate a switch-on when the state variable characterizes a current flowing through the fuse Inschaltstromimpuls, and wherein the bistable display for generating a conductive state of the fuse characteristic output after temporary concern of Switch-on signal is formed.
  • the switch-on pulse is interpreted as a sign of a now "healty" fuse, which is visualized by switching the display.
  • the bistable display can be switched by the energy of the temporarily applied switch-on signal. In this case, no additional power supply of the display is necessary to switch to the corresponding state.
  • the expense for the realization of the status display device can be reduced if, in a further advantageous embodiment, the bistable display can be switched over by the energy of the temporarily applied short-circuit signal. Consequently, no additional energy source is necessary in this case in order to effect the corresponding display state of the bistable display.
  • bistable Ie display is designed as an electrochromic display.
  • Electro-rochrome displays in particular based on polymers, have meanwhile become so cheap that use in mass products, in particular also in disposable products, is realistic.
  • bistable display types include electrophoretic displays, cholesteric LCDs (CHLCDs), as well as displays based on electrodeposition or electrowetting.
  • the electrical state display device can be designed such that it can be coupled as a reusable product even after the electrical fuse has blown through with a further, non-blown electrical fuse.
  • a securing unit comprising an electrical fuse and a status indicator according to one of the previously described embodiments is a viable alternative.
  • FIG. 1 shows a securing unit with a first state-pointing device
  • FIG. 2 shows a fuse unit with a second state display device
  • FIG 3 shows a fuse unit with a third state display device.
  • the illustrated monitoring unit 2 is integrated directly into the branch, which is protected by a fuse to be monitored 1.
  • the monitoring unit 2 includes a current detecting unit 5 which measures the current flowing through the fuse 1 Sich réellesström i s, for example, based on the transformer principle. Assuming that the fuse current i s is an equivalent-free variable, said fuse current i s can be measured with a simple transformer converter. Otherwise, a shunt resistor or, for example, a LEM converter would have to be used for the current detection unit 5, which can also detect the equivalent value of the fuse current i s by means of a Hall probe.
  • an evaluation unit 6 of the detected fuse current i s of the effective value I 3 is determined and observed its behavior over time t.
  • the effective value I s or a value proportional thereto can be extracted from the measurement signal by rectification of the detected fuse current i s .
  • the evaluation unit 6 comprises a corresponding rectifier.
  • the aim of the monitoring unit 2 is to determine on the basis of the detected measured variable at least one electrical state variable, which draws a conclusion on the operating state of
  • Fuse 1 allows. Since the fuse wire of the fuse 1 burns, as soon as within a certain time a critical amount of thermal energy is fed into the fuse wire, is for example the time integral of the overcurrent, which is the difference of the measured
  • the monitoring unit 2 has a display driver, not shown here, which generates the short-circuit signal 3 in a form which is suitable for driving the bistable display 4.
  • the bistable display 4 changes its display.
  • the electrochromic bistable display 4 is designed such that its two stable states are identified by the colors green and red. If the electrochromic display 4 assumes the color green, this is to be interpreted as meaning that the fuse 1 is in a non-blown state. By contrast, the color red means that the fuse 1 is blown.
  • bistable property of the display 4 which allows a very simple and cost-effective implementation of the state display device.
  • the bistable electrochromic display 4 does not require any electrical energy in order to maintain the display status once it has been reached. Electrical energy is only needed to put display 4 back into the other bistable state. Therefore, the display 4 does not have to be permanently with electrical energy, for example, from a battery or the like are supplied.
  • the display 4 can be automatically reset in the case of a multiple use with the circuit described.
  • the monitoring unit 2 must determine a first current pulse, which flows when switching on after replacing the previously blown fuse 1 against a new fuse through the new fuse.
  • a switch-on pulse can be detected with the aid of the current detection unit 5 and interpreted accordingly with the aid of the evaluation unit 6.
  • the evaluation unit 6 then controls the display driver, not shown here, which generates a corresponding switch-on signal.
  • the bistable electrochromic display 4 can be switched from the color red to the color green, which identifies the now not blown state of the fuse 1.
  • FIG. 2 shows a fuse unit with a second state indicating device, in which instead of the current flowing through the fuse 1, the voltage u s applied to the terminals of the fuse 1 is measured.
  • the status display device in turn comprises a monitoring unit 2 and a bistable display 4, which. is controlled by the monitoring unit 2 to visualize the operating state of the fuse 1.
  • the monitoring unit 2 comprises a voltage measuring device 7 with which the terminal voltage of the fuse is measured. If the fuse 1 is in a non-blown state, then the measured clamping voltage u s is negligibly small. On the other hand, if the fuse wire of the fuse 1 burns in the event of a short circuit, for example, a significant voltage is measured at the terminals of the fuse 1 at the latest after the arc has extinguished within the fuse 1.
  • the signal detected by the voltage measuring device 7 is evaluated by an evaluation unit 6. If the terminal voltage Us exceeds a value specified as critical, a short-circuit signal 3 is generated with the aid of a display driver of the monitoring unit 2, not shown here, with which the bistable display 4 is switched.
  • FIG. 3 shows a fuse unit with a third state indicating device, in which a parallel current i P is measured in a current branch arranged parallel to the fuse 1 in order to be able to draw conclusions about the operating state of the fuse 1.
  • the parallel current branch is high-impedance due to a high-resistance series resistor R in comparison to the fuse 1, provided that it is in the non-blown state. Therefore, in this heal condition of the fuse 1, the parallel current i P is negligibly small.
  • the status display device comprises a monitoring unit 2 with a further current detection unit 8, which measures the parallel current i P in the parallel branch.
  • a further current detection unit 8 which measures the parallel current i P in the parallel branch.
  • Evaluation unit 6 evaluated in order to generate based on the measurement signal for monitoring the operating state of the fuse 1 suitable electrical state variable.
  • the electrical state variable may be, for example, the integral of the effective value of the measured parallel current i P. If this integral exceeds a predetermined critical value, a short-circuit signal 3 is generated by means of a display driver stage, not shown here, with which a bistable display 4 of the status display device can be switched from a first state to a second state. As a result, the bistable display 4 produces a corresponding output, which are easily recognized from the outside can and the blown state of the fuse 1 is reliable.
  • the status display device shown here can be reset manually via a corresponding button.
  • the required energy can, for example, be supplied by a small integrated paper battery or a small capacitor, which is charged during current detection and evaluation in the event of a short circuit.
  • the electrochrome display is advantageously designed with the lowest power consumption.
  • the goal is that the intrinsic energy of the parallel current i P during switching off the fuse 1 is low and sufficient to switch the bistable display in the display state, which signals the blown state of the fuse 1.
  • the energy of a possibly provided capacitor should be sufficient to switch the bistable display 4 back to a display state after a change of the blown fuse 1, which indicates the "heal" state of the fuse.
  • the invention relates to a display device for a fuse which, based on a measurement of at least one electrical variable, which depends on the operating state of the fuse 1, derives an electrical Zu- state variable, which allows a clear state on the operating state of the fuse 1.
  • a short-circuit signal 3 is generated, for example with the aid of a display driver, with which a bistable display 4 can be switched from a first display state to a second display state.
  • the second state is maintained until a new signal is applied to the display 4, which in turn displaces the display 4 from the second state to the first state.

Landscapes

  • Fuses (AREA)
  • Emergency Protection Circuit Devices (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Anzeigevorrichtung für eine Schmelzsicherung (1), die basierend auf einer Messung mindestens einer elektrischen Größe, die vom Betriebszustand der Schmelzsicherung (1) abhängt, eine elektrische Zustandsgröße ableitet, die einen eindeutigen Zustand über den Betriebszustand der Schmelzsicherung (1) zulässt. Abhängig von der elektrischen Zustandsgröße wird beispielsweise mit Hilfe eines Displaytreibers ein Kurzschlusssignal (3) generiert, mit dem ein bistabiles Display (4) von einem ersten Anzeigezustand in einen zweiten Anzeigezustand umgeschaltet werden kann. Aufgrund der bistabilen Eigenschaften des Displays (4) bleibt der zweite Zustand solange erhalten, bis ein neues Signal am Display 4 anliegt, welches das Display (4) wiederum vom zweiten Zustand in den ersten Zustand versetzt.

Description

Beschreibung
Zustandsanzeigevorrichtung für eine elektrische Schmelzsicherung
Die Erfindung betrifft eine Zustandsanzeigevorrichtung, die für eine elektrische Schmelzsicherung anzeigt, ob diese sich in einem durchgebrannten oder nicht durchgebrannten Zustand befindet .
Eine elektrische Schmelzsicherung ist eine Überstromschutz- einrichtung, die einen Stromkreis dann unterbricht, wenn ein unzulässig hoher Strom eine unzulässig lange Zeit durch die Sicherung fließt. Unter diesen Voraussetzungen entwickelt der Überstrom genügend thermische Energie, um die Sicherung zum Schmelzen zu bringen und somit den Stromkreis zu unterbrechen.
Unter einem Überstrom wird hier sowie im gesamten Dokument insbesondere auch ein Kurzschlussstrom verstanden, dessen unzulässige Höhe auf einen elektrischen Kurzschluss zurückzuführen ist.
Schmelzsicherungen werden in verschiedensten Anwendungsgebieten wie Gebäudeelektrifizierung, im Kfz-Bereich, im industriellen Bereich sowie bei zahlreichen elektrischen Kleingeräten eingesetzt.
Jede Schmelzsicherung umfasst einen Schmelzleiter, der durch den Überstrom erwärmt wird und schließlich schmilzt. Nach dem Aufschmelzen des Schmelzleiters bricht der Stromfluss in der Regel aufgrund der induktiven Eigenschaften der meisten Stromnetze nicht schlagartig ab. Stattdessen zündet ein Lichtbogen, der den Stromfluss noch eine Zeitlang weiterführt. In diesem Betriebszustand befindet sich der Schmelzleiter bereits in gasförmigen Zustand, während der Strom über das durch den Metalldampf des Schmelzleiters gebildete Plasma geführt wird. In der Regel befindet sich innerhalb der Schmelzsicherung ein Quarzsand, auf dem sich der Metalldampf des Schmelzleiters niederschlägt und somit zu einer Abkühlung des Plasmas führt .
Die Folge davon ist, dass der Widerstand im Innern des Sicherungseinsatzes so groß wird, dass die Höhe der wiederkehrenden Spannung nicht ausreicht, den Stromfluss erneut herzustellen. Der Lichtbogen erlischt und die zu schützende Leitung ist damit von der versorgenden Quelle getrennt.
Um den Zustand einer Schmelzsicherung nach außen sichtbar zu machen, umfassen viele Schmelzsicherungen einen integrierten Schlagbolzen bzw. Kennmelder. Ein solcher Schlagbolzen ist im nicht durchgebrannten Zustand der Sicherung über einen inter- nen Mechanismus vorgespannt. In diesem "heilen" Betriebszustand der Sicherung ist der Schlagbolzen von außen kaum sichtbar. Brennt die Sicherung durch, so gibt der interne Mechanismus den Schlagbolzen bzw. Kennmelder frei. Der Schlagbolzen tritt nach außen heraus, und signalisiert so ein Durchbrennen der Sicherung.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den Zustand einer Schmelzsicherung mit einfachen Mitteln zuverlässig sichtbar zu machen.
Diese Aufgabe wird durch eine Zustandsanzeigevorrichtung für eine elektrische Schmelzsicherung gelöst, wobei die Zustandsanzeigevorrichtung eine Überwachungseinheit zur Überwachung mindestens einer elektrischen Zustandsgröße der SchmelzsSicherung und zur Erzeugung eines Kurzschlusssignals, sobald die Zustandsgröße einen für ein Durchbrennen der Schmelzsicherung charakteristischen Wert annimmt und ein von der Überwachungseinheit angesteuertes bistabiles Display zur Erzeugung einer den durchgebrannten Zustand der Schmelzsicherung kennzeichnenden Ausgabe nach temporärem Anliegen des Kurzschlusssignals aufweist . Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass unter Verwendung eines heutzutage kostengünstig herzustellenden bistabilen Displays der Zustand der Schmelzsicherung gut sichtbar und äußerst zuverlässig angezeigt werden kann, ohne dass hierfür ein hoher Aufwand an zusätzlicher Elektronik oder Mechanik notwendig wäre. Sobald die von der Überwachungseinheit beobachtete Zustandsgröße einen Wert annimmt, der zwangsläufig ein Durchbrennen der Schmelzsicherung zur Folge hat oder bereits von einem derartigen Durchbrennen verursacht wurde, kann mit einfachsten elektronischen Mitteln ein entsprechendes Kurzschlusssignal erzeugt werden, welches das bistabile Display in einen anderen Zustand schaltet.
Die bistabile Eigenschaft des Displays sorgt dafür, dass der Zustand des Displays solange erhalten bleibt, bis an das Display ein weiterer Impuls angelegt wird, der zum Umschalten in einen anderen Zustand führt. Aufgrund dieser Eigenschaft bleibt die den durchgebrannten Zustand der Schmelzsicherung kennzeichnende Ausgabe somit auch nach dem Anliegen des Kurz- schlusssignals noch erhalten, obwohl u.U. überhaupt keine elektrische Energie mehr für das bistabile Display zur Verfügung steht. Hierdurch kann gegebenenfalls auf einen Energiespeicher oder eine zusätzliche Stromversorgung für das bistabile Display zur Zustandsanzeige verzichtet werden.
Die vorgeschlagene Lösung ermöglicht im Vergleich zum Stand der Technik eine sehr viel zuverlässiger Zustandsanzeige für eine Schmelzsicherung. Die eingangs erwähnte mechanische Zustandsanzeige unter Verwendung eines vorgespannten Schlagbol- zens bzw. Kennmelders ist im Vergleich zum beanspruchten Gegenstand nicht nur aufwendiger zu realisieren sondern auch erheblich störanfälliger. Durch den im Fehlerfall auftretenden Lichtbogen innerhalb der Schmelzsicherung kommt es bei der rein mechanischen Lösung häufig zum Verbacken des Sandes, was wiederum den vorgespannten Schlagbolzen in der Bewegung behindern kann. Im Gegensatz zu dieser mechanischen Lösung, die heutzutage selbst dann als funktionierend eingestuft wird, wenn bei drei von zehn getesteten Sicherungen die An- zeige nicht funktioniert, ist bei der erfindungsgemäßen elektrischen Zustandsanzeige eine sehr viel höhere Zuverlässigkeit zu erwarten.
Bei der elektrischen Zustandsgröße kann es sich prinzipiell um beliebige vom Betriebszustand der Sicherung abhängige Strom- und Spannungsgrößen handeln. Elektrische Zustandsgrö- ßen können auch auf einer mathematischen Auswertung derartiger Strom- und Spannungsgrößen basieren. Als Beispiel sei hier die Integration des durch die Schmelzsicherung fließenden Stromes genannt, da dieses Integral als Maß für die in den Schmelzdraht eingespeiste thermische Energie verstanden werden kann.
So ist beispielsweise eine Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Zustandsanzeigevorrichtung vorteilhaft, bei der die Überwachungseinheit eine Stromerfassungseinheit zum Messen eines durch die Schmelzsicherung fließenden SicherungsStromes und eine Auswerteeinheit zur Bestimmung der elektrischen Zu- standsgröße in Abhängigkeit des zeitlichen Verlaufes des Effektivwertes des Sicherungsstromes aufweist. Insbesondere dann, wenn der Sicherungsstrom ein Wechselstrom ist, ist es zweckmäßig, als elektrische Zustandsgröße den Effektivwert oder alternativ auch den Scheitelwert des SicherungsStromes zu verwenden bzw. die elektrische Zustandsgröße in Abhängigkeit eines der genannten Werte zu definieren.
Ein beispielhaftes Szenario wäre wie folgt. Mit der Überwachungseinheit wird beispielsweise festgestellt, dass der Ef- fektivwert des Sicherungsstromes einen zulässigen Effektivwert übersteigt. Integriert man die Differenz des aktuellen Effektivwertes und des zulässigen Effektivwertes über die Zeit, so erhält man als Ergebnis ein Maß dafür, wie viel thermische Energie in den Schmelzdraht der Schmelzsicherung eingespeist wurde. Der Wert eines solchen Integrals kann daher als elektrische Zustandsgröße bei der vorliegenden Erfindung dienen, der, sobald er einen kritischen Schwellwert überschritten hat, ein sicheres Durchbrennen der Schmelzsicherung indiziert.
Eine einfache Bestimmung des Effektivwertes bzw. eines zum Effektivwert proportionalen Stromwertes kann in vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung dadurch erzielt werden, dass die Überwachungseinheit einen Gleichrichter zur Erzeugung eines zum Effektivwert proportionalen Gleichstromes durch Gleichrichten des Sicherungsstromes aufweist.
Bei den zuvor beschriebenen Ausführungsformen der Erfindung basierte die zu überwachende Zustandsgröße auf dem durch die Schmelzsicherung fließenden Sicherungsstrom. Alternativ oder auch zusätzlich ist eine Ausgestaltung der Erfindung vorteil- haft, bei der die Überwachungseinheit eine Spannungsmesseinrichtung zum Messen einer über der Schmelzsicherung anliegenden SicherungsSpannung aufweist, wobei die SicherungsSpannung als zu überwachende elektrische Zustandsgröße vorgesehen ist. Sobald die Schmelzsicherung endgültig durchgebrannt ist, liegt über ihr eine Sicherungsspannung an, die diesen durchgebrannten Zustand eindeutig signalisiert. Daher kann dieses Signal sehr einfach genutzt werden, um das bistabile Display umzuschalten und somit diesen Betriebszustand zu visualisie- ren.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Überwachungseinheit eine Stromerfassungseinheit zum Messen eines Parallelstromes aufweist, der nach dem Durchbrennen der Schmelzsicherung in einem zur Schmelzsicherung parallelen Stromzweig fließt und als zu überwachende elektrische Zustandsgröße vorgesehen ist. Bei einer solchen Ausgestaltung der Erfindung wird der parallele Stromzweig zweckmäßigerweise im Vergleich zur nicht durchgebrannten Schmelzsicherung hochohmig ausgeführt, so dass im nicht durchgebrannten Zustand der Schmelzsicherung nahezu kein Strom durch den parallelen Stromzweig fließt. Erst wenn die Schmelzsicherung durchgebrannt ist, kommutiert ein signifikanter Anteil des Gesamtstromes auf den parallelen Strom- zweig um. Sobald dieser gemessene Parallelstrom einen kritischen Schwellwert übersteigt, kann das entsprechende Kurzschlusssignal erzeugt werden, welches zum Umschalten des bistabilen Displays vorgesehen ist, so dass dieses den durch- gebrannten Zustand der Schmelzsicherung anzeigt.
Vorteilhafter Weise bleibt das bistabile Display nach einem Durchbrennen der Schmelzsicherung solange in dem Zustand, der die durchgebrannte Schmelzsicherung anzeigt, bis die Schmelz- Sicherung gegen eine neue, funktionstüchtige Sicherung ausgetauscht wurde und insbesondere diese mit Strom beaufschlagt wird. Daher ist eine Ausgestaltung der Erfindung vorteilhaft, bei der die Überwachungseinheit zur Erzeugung eines Einschaltsignals ausgebildet ist, sobald die Zustandsgröße einen durch die Schmelzsicherung fließenden Einschaltstromimpuls charakterisiert, und bei der das bistabile Display zur Erzeugung einer den leitenden Zustand der Schmelzsicherung kennzeichnenden Ausgabe nach temporärem Anliegen des Einschaltsignales ausgebildet ist. Hierbei wird der Einschaltimpuls als Zeichen einer nunmehr "heilen" Schmelzsicherung gewertet, was durch Umschalten des Displays visualisiert wird.
Bei einer besonders kostengünstigen Ausgestaltung der Erfindung ist das bistabile Display durch die Energie des temporär anliegenden Einschaltsignales umschaltbar. Hierbei ist keine zusätzliche Energieversorgung des Displays notwendig, um in den entsprechenden Zustand umzuschalten.
Weiterhin lässt sich der Aufwand für die Realisierung der Zu- Standsanzeigevorrichtung reduzieren, wenn das bistabile Display in weiterer vorteilhafter Ausgestaltung durch die Energie des temporär anliegenden Kurzschlusssignals umschaltbar ist. Folglich ist auch hier keine zusätzliche Energiequelle notwendig, um den entsprechenden Anzeigezustand des bistabi- len Displays zu bewirken.
Eine besonders kostengünstige Ausgestaltung der Zustandsan- zeigevorrichtung kennzeichnet sich dadurch, dass das bistabi- Ie Display als elektrochromes Display ausgeführt ist. Elekt- rochrome Displays insbesondere auf Polymerbasis sind mittlerweile derartig günstig zu fertigen, dass ein Einsatz bei Massenprodukten, insbesondere auch bei Einwegprodukten, realis- tisch ist.
Alternative bistabile Displaytypen sind elektrophorensische Displays, Cholesteric LCD (CHLCD) sowie Displays, die nach dem Elektrodepositionsverfahren oder Elektrowettingverfahren arbeiten.
Die elektrische Zustandsanzeigevorrichtung kann derart ausgeführt werden, dass sie als Mehrwegprodukt auch nach dem Durchbrennen der elektrischen Schmelzsicherung mit einer wei- teren, nicht durchgebrannten elektrischen Schmelzsicherung koppelbar ist.
Weiterhin ist in Ausgestaltung der Erfindung eine Sicherungseinheit umfassend eine elektrische Schmelzsicherung und eine Zustandsanzeigevorrichtung nach einer der zuvor beschriebenen Ausführungsformen eine gangbare Alternative.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand der in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiele näher beschrieben und er- läutert.
Es zeigen:
FIG 1 eine Sicherungseinheit mit einer ersten Zustandsan- Zeigevorrichtung,
FIG 2 eine Sicherungseinheit mit einer zweiten Zustandsanzeigevorrichtung und
FIG 3 eine Sicherungseinheit mit einer dritten Zustandsanzeigevorrichtung .
FIG 1 zeigt eine Sicherungseinheit mit einer ersten Zustandsanzeigevorrichtung, die eine Überwachungseinheit 2 und ein bistabiles Display 4 aufweist, welches als elektrochromes Display ausgeführt ist. Die dargestellte Überwachungseinheit 2 ist direkt in den Abzweig integriert, der durch eine zu überwachende Schmelzsicherung 1 abgesichert ist. Die Überwachungseinheit 2 umfasst eine Stromerfassungseinheit 5, die beispielsweise nach dem transformatorischen Prinzip den durch die Sicherung 1 fließenden Sicherungsström is misst. Unter der Annahme, dass es sich bei dem Sicherungsström is um eine gleichwertfreie Größe handelt, kann besagter Sicherungsstrom is mit einem einfachen transformatorischen Wandler gemessen werden. Andernfalls müsste für die Stromerfassungseinheit 5 ein Shuntwiderstand oder beispielsweise ein LEM-Wandler eingesetzt werden, der mittels einer Hallsonde auch den Gleichwert des Sicherungsstromes is erfassen kann.
Mittels einer Auswerteeinheit 6 wird von dem erfassten Sicherungsstrom is der Effektivwert I3 bestimmt und dessen Verhalten über die Zeit t beobachtet. Der Effektivwert Is bzw. ein zu diesem proportionaler Wert kann durch Gleichrichtung des erfassten SicherungsStromes is aus dem Messsignal extrahiert werden. In diesem Fall umfasst die Auswerteeinheit 6 einen entsprechenden Gleichrichter.
Ziel der Überwachungseinheit 2 ist es, anhand der erfassten Messgröße mindestens eine elektrische Zustandsgröße zu be- stimmen, die einen Rückschluss auf den Betriebszustand der
Schmelzsicherung 1 zulässt. Da der Schmelzdraht der Schmelzsicherung 1 durchbrennt, sobald innerhalb einer gewissen Zeit eine kritische Menge thermische Energie in den Schmelzdraht eingespeist wird, ist beispielsweise das zeitliche Integral des Überstromes, der sich aus der Differenz des gemessenen
Stromes und des zulässigen Sicherungsstromes ergibt, ein gutes Maß dafür, ob der Schmelzdraht der Schmelzsicherung 1 die Belastung aushält oder nicht. Folglich wird bei der Ausführungsform einer Integration des Anteils des gemessenen Effek- tivwertes I5 durchgeführt, der über den zulässigen Siche- rungsstromeffektivwert liegt. Sobald dieses Integral einen vorgegebenen Wert überschreitet, wird ein Kurzschlusssignal 3 erzeugt, mit dem das bistabile elektrochrome Display 4 ange- steuert wird. Die Bezeichnung KurzSchlussSignal rührt daher, dass in den meisten Fällen ein derartiger Überstrom, der zum Durchbrennen der Schmelzsicherung führt, seine Ursache in einem elektrischen Kurzschluss hat. Selbstverständlich können mit der erfindungsgemäßen Zustandsanzeigevorrichtung bzw. deren Überwachungseinheit 2 auch andere Überströme detektiert werden, die zum Durchbrennen der Schmelzsicherung 1 führen, die eine andere Ursache als einen elektrischen Kurzschluss haben .
Die Überwachungseinheit 2 weist einen hier nicht dargestellten Displaytreiber auf, der das Kurzschlusssignal 3 in einer Form generiert, die zur Ansteuerung des bistabilen Displays 4 geeignet ist. Sobald das Kurzschlusssignal 3 am bistabilen Display 4 anliegt, ändert das bistabilde Display 4 seine Anzeige. Beispielsweise ist das elektrochrome bistabile Display 4 derart ausgeführt, dass seine zwei stabilen Zustände durch die Farben grün und rot gekennzeichnet werden. Nimmt das elektrochrome Display 4 die Farbe grün an, so ist dies dahin- gehend zu interpretieren, dass die Schmelzsicherung 1 im nicht durchgebrannten Zustand ist. Hingegen bedeutet die Farbe rot, dass die Schmelzsicherung 1 durchgebrannt ist.
An dieser Stelle sei nochmals auf die bistabile Eigenschaft des Displays 4 hingewiesen, die eine sehr einfache und kostengünstige Realisierung der Zustandsanzeigevorrichtung erlaubt. Um den Farbumschlag des Displays 4 zu bewirken, ist nur ein temporärer Impuls notwendig. D.h. das Kurzschlusssignal 3 muss nur für eine kurze Zeit am bistabilen Display 4 anliegen, damit dies seinen Farbumschlag ändert und die neu angenommene Farbe, in diesem Beispiel rot, auch nach dem Anliegen des Kurzschlusssignales 3 noch beibehält. Das bistabile elektrochrome Display 4 benötigt keinerlei elektrische E- nergie, um den einmal erreichten Anzeigezustand aufrechtzuer- halten. Elektrische Energie wird lediglich dafür benötigt, dass Display 4 wiederum in den anderen bistabilen Zustand zu versetzen. Daher muss das Display 4 nicht dauerhaft mit elektrischer Energie beispielsweise aus einer Batterie oder ähnlichem versorgt werden.
Das Display 4 kann im Fall einer Mehrfachverwendung automa- tisch auch mit der beschriebenen Schaltung zurückgesetzt werden. Hierzu muss die Überwachungseinheit 2 einen ersten Stromimpuls ermitteln, der beim Einschalten nach einem Austausch der zuvor durchgebrannten Schmelzsicherung 1 gegen eine neue Schmelzsicherung durch die neue Schmelzsicherung fließt. Ein solcher Einschaltimpuls kann mit Hilfe der Stromerfassungseinheit 5 erfasst und mit Hilfe der Auswerteeinheit 6 entsprechend interpretiert werden. Die Auswerteeinheit 6 steuert anschließend den hier nicht dargestellten Displaytreiber an, der ein entsprechendes Einschaltsignal generiert. Anhand des Einschaltsignals kann wiederum das bistabile elektrochrome Display 4 von der Farbe rot auf die Farbe grün, die den nunmehr nicht durchgebrannten Zustand der Schmelzsicherung 1 kennzeichnet, umgeschaltet werden.
FIG 2 zeigt eine Sicherungseinheit mit einer zweiten Zu- standsanzeigevorrichtung, bei der anstelle des durch die Schmelzsicherung 1 fließenden Stromes is die an den Klemmen der Schmelzsicherung 1 anliegende Spannung us gemessen wird.
Die Zustandsanzeigevorrichtung umfasst wiederum eine Überwachungseinheit 2 und ein bistabiles Display 4, welches. von der Überwachungseinheit 2 angesteuert wird, um den Betriebszustand der Schmelzsicherung 1 zu visualisieren. Die Überwachungseinheit 2 umfasst eine Spannungsmesseinrichtung 7, mit der die Klemmspannung der Schmelzsicherung gemessen wird. Befindet sich die Schmelzsicherung 1 im nicht durchgebrannten Zustand, so ist die gemessene Klemmspannung us vernachlässigbar klein. Brennt hingegen der Schmelzdraht der Schmelzsicherung 1 beispielsweise im Kurzschlussfall durch, so wird spä- testens nachdem der Lichtbogen innerhalb der Schmelzsicherung 1 erloschen ist eine signifikante Spannung an den Klemmen der Schmelzsicherung 1 gemessen. Das von der Spannungsmesseinrichtung 7 erfasste Signal wird mit einer Auswerteeinheit 6 ausgewertet. Übersteigt die Klemmspannung Us einen als kritisch vorgegebenen Wert, so wird mit Hilfe eines hier nicht dargestellten Displaytreibers der Überwachungseinheit 2 ein Kurzschlusssignal 3 generiert, mit dem das bistabile Display 4 umgeschaltet wird.
FIG 3 zeigt eine Sicherungseinheit mit einer dritten Zu- standsanzeigevorrichtung, bei der ein Parallelstrom iP in ei- nem parallel zur Schmelzsicherung 1 angeordneten Stromzweig gemessen wird, um Rückschlüsse auf dem Betriebszustand der Schmelzsicherung 1 ziehen zu können. Der parallele Stromzweig ist durch einen hochohmigen Serienwiderstand R hochohmig im Vergleich zur Schmelzsicherung 1, sofern sich diese im nicht durchgebrannten Zustand befindet. Daher ist in diesem heilen Zustand der Schmelzsicherung 1 der Parallelstrom iP vernachlässigbar klein.
Die Zustandsanzeigevorrichtung umfasst eine Überwachungsein- heit 2 mit einer weiteren Stromerfassungseinheit 8, die den Parallelstrom iP im Parallelzweig misst. Auch hier kommen je nach Eigenschaft des zu messenden ParallelStromes iP verschiedene aus dem Stand der Technik bekannte Realisierungen von Stromwandlern in Frage. Der von der Parallelstromerfas- sungseinheit 8 erfasste Parallelstrom iP wird mittels einer
Auswerteeinheit 6 ausgewertet, um anhand des Messsignals eine zur Überwachung des Betriebszustandes der Schmelzsicherung 1 geeignete elektrische Zustandsgröße zu generieren. Bei der elektrischen Zustandsgröße kann es sich beispielsweise um das Integral des Effektivwertes des gemessenen Parallelstromes iP handeln. Übersteigt dieses Integral einen vorgegebenen kritischen Wert, so wird mit Hilfe einer hier nicht dargestellten Displaytreiberstufe ein Kurzschlusssignal 3 generiert mit dem ein bistabiles Display 4 der Zustandsanzeigevorrichtung von einem ersten Zustand in einen zweiten Zustand umgeschaltet werden kann. Hierdurch produziert das bistabile Display 4 eine entsprechende Ausgabe, die leicht von außen erkannt werden kann und den durchgebrannten Zustand der Schmelzsicherung 1 zuverlässig darstellt.
Die hier dargestellte Zustandsanzeigevorrichtung kann manuell über einen entsprechenden Taster zurückgesetzt werden. Die erforderliche Energie kann z.B. aus einer kleinen integrierten Papierbatterie oder einem kleinen Kondensator, der bei der Stromerfassung und -auswertung im Kurzschlussfall aufgeladen wird, geliefert werden. Auch hier wird das elektrochro- me Display vorteilhafter Weise mit geringster Stromaufnahme ausgelegt. Ziel ist, dass die Eigenenergie des Parallelstromes iP während des Abschaltens der Schmelzsicherung 1 gering und ausreichend ist, das bistabile Display in den Anzeigezustand zu schalten, der den durchgebrannten Zustand der Schmelzsicherung 1 signalisiert. Die Energie eines eventuell vorgesehenen Kondensators sollte ausreichen, um nach einem Wechsel der durchgebrannten Schmelzsicherung 1 das bistabile Display 4 wieder in einen Anzeigezustand zu schalten, der den "heilen" Zustand der Schmelzsicherung kennzeichnet.
Zusammenfassend betrifft die Erfindung eine Anzeigevorrichtung für eine Schmelzsicherung, die basierend auf einer Messung mindestens einer elektrischen Größe, die vom Betriebszustand der Schmelzsicherung 1 abhängt, eine elektrische Zu- Standsgröße ableitet, die einen eindeutigen Zustand über den Betriebszustand der Schmelzsicherung 1 zulässt. Abhängig von der elektrischen Zustandsgröße wird beispielsweise mit Hilfe eines Displaytreibers ein Kurzschlusssignal 3 generiert, mit dem ein bistabiles Display 4 von einem ersten Anzeigezustand in einen zweiten Anzeigezustand umgeschaltet werden kann.
Aufgrund der bistabilen Eigenschaften des Displays 4 bleibt der zweite Zustand solange erhalten, bis ein neues Signal am Display 4 anliegt, welches das Display 4 wiederum vom zweiten Zustand in den ersten Zustand versetzt.

Claims

Patentansprüche
1. Zustandsanzeigevorrichtung für eine elektrische Schmelzsicherung (1) , wobei die Zustandsanzeigevorrichtung - eine Überwachungseinheit (2) zur Überwachung mindestens einer elektrischen Zustandsgröße der Schmelzsicherung (1) und zur Erzeugung eines Kurzschlusssignals (3), sobald die Zustandsgröße einen für ein Durchbrennen der Schmelzsicherung (1) charakteristischen Wert annimmt, und - ein von der Überwachungseinheit (2) angesteuertes bistabiles Display (4) zur Erzeugung einer den durchgebrannten Zustand der Schmelzsicherung kennzeichnenden Ausgabe nach temporärem Anliegen des Kurzschlusssignals (3) aufweist .
2. Zustandsanzeigevorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Überwachungseinheit (2) eine Stromerfassungseinheit (5) zum Messen eines durch die Schmelzsicherung (1) fließenden Sicherungsstromes (is) und eine Auswerteeinheit (6) zur Bestimmung der elektrischen Zustandsgröße in Abhängigkeit des zeitlichen Verlaufes des Effektivwertes (Is) des Sicherungsstromes (is) aufweist.
3. Zustandsanzeigevorrichtung nach Anspruch 2 , wobei die Überwachungseinheit (2) einen Gleichrichter zur Erzeugung eines zum Effektivwert (is) proportionalen Gleichstroms durch Gleichrichten des SicherungsStromes (is) aufweist.
4. Zustandsanzeigevorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Überwachungseinheit (2) eine Spannungsmesseinrichtung (7) zum Messen einer über der Schmelzsicherung (1) anliegenden Sicherungsspannung (us) aufweist, wobei die Siche- rungsSpannung (us) als zu überwachende elektrische Zustandsgröße vorgesehen ist.
5. Zustandsanzeigevorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Überwachungseinheit eine Parallelstromerfassungs- einheit (8) zum Messen eines Parallelstromes (iP) aufweist, der nach dem Durchbrennen der Schmelzsicherung (1) in einem zur Schmelzsicherung (1) parallelen Stromzweig fließt und als zu überwachende elektrische Zustandsgröße vorgesehen ist.
6. Zustandsanzeigevorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Überwachungseinheit (2) zur Erzeugung eines Einschaltsignals ausgebildet ist, sobald die Zustandsgröße einen durch die Schmelzsicherung (1) fließenden Einschaltstromimpuls charakterisiert und wobei das bistabile Display (4) zur Erzeugung einer den leitenden Zustand der Schmelzsicherung
(1) kennzeichnenden Ausgabe nach temporärem Anliegen des Einschaltsignals ausgebildet ist.
7. Zustandsanzeigevorrichtung nach Anspruch 6, wobei das bistabile Display (4) durch die Energie des temporär anliegenden Einschaltsignals umschaltbar ist.
8. Zustandsanzeigevorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das bistabile Display (4) durch die Energie des temporär anliegenden Kurzschlusssignals (3) umschaltbar ist.
9. Zustandsanzeigevorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das bistabile Display (4) als elektrochrom.es Display ausgeführt ist.
10. Sicherungseinheit umfassend eine elektrische Schmelzsicherung (1) und eine Zustandsanzeigevorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9.
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