AT509836A2 - Elektronische sicherung - Google Patents

Description

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Elektronische Sicherung

Beschreibung 5 Die Erfindung betrifft eine elektronische Sicherung, welche ein Schaltelement zur Abschaltung und/oder zur Stromaufnahmebegrenzung eines elektrischen Verbrauchers umfasst sowie ein Verfahren zum Betreiben einer solchen elektronischen Sicherung. 10

Elektrische Sicherungen finden überall dort Anwendung, wo Störfälle innerhalb einer elektrischen Anlage zu einer Gefährdung von Mensch und/oder Maschine führen können. Insbesondere bei Industrieanlagen ist der Einsatz 15 elektronischer Sicherungen üblich. Häufig werden dabei mehrere Lastzweige mittels einer Stromversorgung versorgt. Jeder Lastzweig umfasst einen oder mehrere Verbraucher, wobei in der Regel jeder dieser Lastzweige mittels einer elektronischen Sicherung am jeweiligen Ausgang der 20 Stromversorgung abgesichert ist. Im Störfall werden Ströme durch einen Lastzweig begrenzt und bei fortdauernder Störung erfolgt eine Abschaltung des betroffenen Lastzweigs. Die Strom begrenzende Funktion einer elektronischen Sicherung bietet dabei gegenüber einer konventionellen Sicherung den 25 Vorteil, dass auch im regulären Betrieb gegebenenfalls Einschaltströme von Verbrauchern begrenzt werden können.

Mit zunehmendem Einsatz von Schaltnetzteilen als Stromversorgungen mit deren exakter Strombegrenzung und zum 30 eindeutigen Erkennen defekter Verbraucher finden elektronische Sicherungen immer mehr Verbreitung. Der Einbruch der Speisespannung wird im Falle eines Verbraucherkurzschlusses verhindert, indem ein Kurzschlussstrom mittels elektrischer Sicherung aktiv 35 begrenzt wird. 1 201000046 « · · · · * ···· ··« · • « ΦΦΦ ·♦* «· ···«

Neben einer Absicherung jedes Lastzweigs besteht häufig der Bedarf, einzelne Lastzweige vorübergehend abzuschalten.

Gründe sind beispielsweise erforderliche Wartungsarbeiten oder schlicht Stromsparmaßnahmen. In den meisten Fällen 5 handelt es sich aber um ein betriebsmäßiges Ansteuern verschiedener Verbraucher (z.B. Magnetventile, Schützspulen, Stellmotoren etc.)

Im Fall von Stromsparmaßnahmen werden einzelne Lastzweige 10 abgeschaltet, wenn die entsprechenden Anlagenteile nicht benötigt werden. Dabei ist darauf zu achten, dass die Betriebszustände der gesamten Anlage und der einzelnen Anlagenteile immer eindeutig definiert sind, um jederzeit ein reibungsloses Hochfahren sicherzustellen. 15

Nach dem Stand der Technik werden für das Ab- und Einschalten einzelner Lastzweige Relais oder Schütze verwendet. Hohe Einschaltströme infolge kapazitiver Verbraucher könnten ein Relais bzw. Schütz beschädigen oder zerstören. Es ist deshalb 20 sinnvoll, ein solches Schaltrelais einer elektronischen

Sicherung nachzuschalten. Die elektronische Sicherung dient dann als Überwachungseinheit und wird in der Weise betrieben, dass Stromstöße im Zuge eines Einschaltvorgangs begrenzt werden. Die elektronische Sicherung arbeitet dabei so lange 25 in einem Linearbetrieb, bis der Strom wieder unter eine zulässige Höchstgrenze abfällt.

Infolge dieser Einschaltstrombegrenzung können kleiner dimensionierte Schaltrelais eingesetzt werden und die 30 Lebensdauer der Schaltkontakte erhöht sich signifikant.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die aus dem Stand der Technik bekannten elektronischen Sicherungen insbesondere für den Einsatz in Industrieanlagen weiterzubilden.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe gelöst mit einem Verfahren gemäß Anspruch 1 und einer elektronischen Sicherung gemäß 2 35 201000046 • ··**·«··

Anspruch 11. Durch die erfindungsgemäße Ausführung einer elektronischen Sicherung und dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Betreiben dieser Sicherung entfällt bei elektrischen Anlagen die Notwendigkeit, für ferngesteuerte Schaltvorgänge 5 ein eigenes Relais vorzusehen. Die Zusammenfassung mehrerer Sicherungskanäle in einem Sicherungsgerät führt zudem zu einem geringen Verdrahtungsaufwand innerhalb einer Anlage.

Dabei werden über eine Fernsteuerungsschnittstelle 10 Steuerbefehle für das Schaltelement empfangen und das

Schaltelement wird nur dann ein- oder ausgeschaltet, wenn die thermische Belastung des Schaltelements innerhalb eines zulässigen Bereichs liegt. Auf diese Weise ist es möglich, die elektronische Sicherung selbst zum Ein- und Ausschalten 15 einzelner Lastzweige zu nutzen. Die Berücksichtigung der thermischen Belastung erfolgt, weil nur ein Schalter zur Ausführung von Fernschaltbefehlen und gegebenenfalls zur Strombegrenzung vorgesehen ist. Die Problematik einer zu hohen Schaltfrequenz eines schaltenden Relais wird 20 überwunden. Eine zu hohe Schaltfolge, beispielsweise infolge eines Programmierfehlers, führt nicht mehr zum Verschleißen von Relaiskontakten oder einem plötzlichen Abschalten der elektronischen Sicherung. 25 Innerhalb einer Industrieanlage ist üblicherweise eine zentrale Anlagensteuerung angeordnet. Diese steuert über die Fernsteuerungsschnittstelle die Schaltfunktion der elektronischen Sicherung. Die Einschränkung, dass ein Schaltbefehl nur bei zulässigen thermischen Bedingungen 30 ausgeführt wird, verhindert eine Beschädigung der elektronischen Sicherung. Insbesondere bei industriellen Anlagen ist diesem Umstand eine hohe Bedeutung beizumessen, da der Ausfall einer Sicherung den Stillstand der gesamten Anlage bedeuten kann. Auf Ausfallsicherheit wird deshalb in 35 vielen Einsatzbereichen elektronischer Sicherungen großer Wert gelegt. 3 201000046 » * t

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In einer Weiterentwicklung der Erfindung wird ein Meldesignal generiert, wenn ein Schaltbefehl nicht umgesetzt wird. Damit ist eine Rückmeldemöglichkeit an eine zentrale Anlagensteuerung gegeben. Es wird verhindert, dass aufgrund 5 thermisch ungünstiger Gegebenheiten nicht durchgeführte Fernschaltbefehle zu Fehlfunktionen einer Anlage führen.

Eine weitere Verbesserung sieht vor, dass nach jedem Schaltvorgang ein Bestätigungssignal generiert wird. Eine 10 Übertragung dieses Bestätigungssignals an eine

Anlagensteuerung erhöht die Funktionssicherheit der Anlage. Insbesondere bei komplexen Anlagen ist die Kenntnis über Betriebszustände einzelner Lastzweige bedeutungsvoll, um eine koordinierte Steuerung der gesamten Anlage sicherzustellen. 15 Auch eine Fehlersuche ist einfacher, weil mittels zentraler Anlagensteuerung Fehlerbestimmungen automatisiert durchführbar sind.

Eine einfache Ausführungsform der Erfindung ist dann gegeben, 20 wenn nach einem Schaltvorgang oder nach mehreren

Schaltvorgängen eine Verriegelungsdauer vorgegeben wird, während der kein weiterer Schaltvorgang durchführbar ist. Die Länge der Verriegelungsdauer wird so gewählt, dass in allen möglichen Betriebszuständen die zulässigen thermischen 25 Belastungen der Sicherungsbauteile nicht überschritten werden. Als Vorgabe für die Verriegelungsdauer wird eine erforderliche Abkühldauer für das Schaltelement zuzüglich einer Sicherheitsspanne herangezogen. Auf diese Weise ist sichergestellt, dass eine ausreichende Abkühlung stattfindet 30 und ein neuerlicher Schaltvorgang nicht zum Verlassen des zulässigen Bereichs der thermischen Belastung des Schaltelements führt. Kritische Zustände können auftreten, wenn das Schaltelement der elektronischen Sicherung beim Einschalten eines Lastzweigs einen großen Teil seiner 35 thermischen Kapazität dafür verwenden muss, Verbraucher im Strombegrenzungsbetrieb einzuschalten oder eine große 4 m m • fl • #··· ···· ♦ • · • « • fl · • • • · * • ··· 1·· * « · # • * fl • • · • fl • fl·· · • · flflfl ··· fl fl« fl 201000046

Induktivität mit ihrer Belastung von Freilaufkreisen abzuschalten.

Eine verfeinerte Ausführungsform sieht vor, dass die 5 thermische Belastung des Schaltelements ermittelt wird und dass keine Schaltvorgänge durchgeführt werden, wenn die thermische Belastung eine kritische Grenze erreicht. Eine Blockierung eines Schaltvorgangs erfolgt in Abhängigkeit der tatsächlichen thermischen Belastung des Schaltelements. 10 In Einfacher Weise geschieht die Ermittlung der thermischen Belastung durch Messen der Temperatur des Schaltelements.

Ein solcher physikalischer Messvorgang ist nicht erforderlich, wenn die thermische Belastung aus errechneten 15 Schaltenergieverlusten und/oder Durchleitungsverlusten des Schaltelements ermittelt wird. Befindet sich die elektronische Sicherung in einem Linearbetrieb, das heißt in einem Strom begrenzenden Betriebszustand, wird zunächst die Verharrungszeit in diesem Linearbetrieb bestimmt. Neben 20 dieser Verharrungszeit wird zur ungefähren Berechnung der Schaltenergieverluste der eingestellte

Sicherungsbegrenzungsstrom herangezogen. Für eine genauere Berechnung ist es sinnvoll, wenn zusätzlich die am Schaltelement abfallende Spannung ermittelt wird. Durch 25 Integralbildung zumindest eines der genannten Parameter kann auf die thermische Auslastung des Schaltelements der elektronischen Sicherung geschlossen werden.

Noch präziser erfolgt die Berechnung der Verluste des 30 Schaltelements, wenn die am Schaltelement abfallende Spannung und der durch das Schaltelement fließende Strom gemessen werden. Mit dieser Methode werden alle im Schaltelement anfallenden Verluste erfasst, sowohl die Schaltenergieverluste als auch im normalen Betrieb 35 auftretenden Durchleitungsverluste. 5 201000046 ·· • · · · Φ · · « · * • · · · ΦΦ Φ· ι··· ·#·· » · »·· ***

Vorteilhafterweise wird in Abhängigkeit der ermittelten thermischen Belastung eine Abkühlzeit vorgegeben, während der keine Schaltvorgänge durchgeführt werden. Dabei ist beispielsweise die thermische Abkühlung als mathematische 5 Funktion in der Steuerung der elektronischen Sicherung hinterlegt. Eine schwache Belastung führt zu keinen oder zu kurzen Abkühlzeiten, wohingegen eine starke thermische Belastung zu längeren Abkühlzeiten führt. 10 In einer besonderen Ausführungsform werden über die

Fernsteuerungsschnittstelle binäre Signale übermittelt. Die Kommunikation der elektronischen Sicherung mit einer übergeordneten Anlagensteuerung erfolgt dann beispielsweise mittels einfacher binärer Zustände. Dabei ist pro Funktion 15 ein Kabel zwischen elektronischer Sicherung und der Anlagensteuerung vorgesehen. Alternativ dazu kann die Kommunikation über Telegramme und binäre Zustände erfolgen, wodurch mehrere Signale bzw. Funktionen über eine einzige Leitung übertragbar sind. Insbesondere bei mehreren 20 Sicherungskanälen in einem Sicherungsgerät wird durch die Bündelung der Signalisierung in Form von Telegrammen der Verdrahtungsaufwand erheblich verringert.

Eine Telegrammübertragung erlaubt zudem die Zusatzfunktion, 25 dass der Sicherungsauslösewert der elektronischen Sicherung mittels einer übergeordneten Anlagensteuerung vorgebbar ist. Auf diese Weise kann eine Anlage von einer Steuerwarte aus nachgetrimmt werden. 30 Eine erfindungsgemäße elektronische Sicherung umfasst eine Steuerelektronik und ein Schaltelement, wobei eine Fernsteuerungsschnittstelle zum Empfang von Steuerbefehlen für das Schaltelement vorgesehen ist und wobei die Steuerelektronik das Schaltelement nur dann ansteuert, wenn 35 die thermischen Belastung des Schaltelements innerhalb eines zulässigen Bereichs liegt. 6 201000046 ·« ·· ·· 4 ♦ · ♦ ♦ ♦ • » * » · * · · · • · · » · *· ·· ·»·»

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In einer Ausprägung der Erfindung ist ein Zeitglied angeordnet, mittels dem eine Verriegelungsdauer festgelegt ist, während der kein weiterer Schaltvorgang durchführbar ist. 5

Des Weiteren ist es von Vorteil, wenn die elektronische Sicherung zur Ermittlung der thermischen Belastung des Schaltelements eingerichtet ist. Da eine elektronische Sicherung in der Regel ohnedies einen Mikrocontroller 10 umfasst, ist es günstig, wenn dieser zur Errechnung von Schaltenergieverlusten vorgesehen ist.

Schließlich ist es vorteilhaft, wenn ein Bedienelement vorgesehen ist, mittels dem zumindest eine Funktion der 15 elektrischen Sicherung manuell abrufbar ist. Vor allem für Wartungsarbeiten und für Inbetriebnahmezwecke ist dies sinnvoll.

Eine weitere Ausgestaltung sieht vor, dass nebeneinander 20 angeordnete elektronische Sicherungen untereinander nach der sogenannten Daisy-chain-Methode verbunden sind. Damit weist jede Sicherung oder weisen mehrere zu einer Gruppe zusammengefasste Sicherungen einen Kommunikationseingang und einen Kommunikationsausgang auf. Signale einer 25 Anlagensteuerung werden an eine Sicherung bzw.

Sicherungsgruppe übertragen und von Sicherung zu Sicherung weitergegeben. Ebenso werden Meldungen über eine Sicherung bzw. Sicherungsgruppe an die zentrale Anlagensteuerung übertragen. Dadurch kann eine schadhafte Sicherung getauscht 30 werden, ohne dass eine Programm- oder Adressänderung nötig ist.

Die Erfindung wird nachfolgend näher erläutert. 35 In den meisten Automatisierungsanlagen werden

Gleichspannungen für die Versorgung einer Anlagensteuerung und deren Peripherie verwendet. Seit vielen Jahren ist ein 7 • · • ft ·· » ···· • «ft ft * e • · • · ·· · • • · • · • ft ·*· ·· · • · • ft • ft · • # · • » • ft · • ·· « · • · · · • •ft 201000046 weltweiter Standard von 24V Gleichspannung etabliert und im Einsatz. Diese Spannung steht als Steuerspannung zur Verfügung. In manchen Anlagen kann diese Steuerspannung auch eine 230V-AC-Spannung sein oder eine beliebige andere 5 Spannung. Die Frequenz einer AC-Spannung ist dabei anlagenspezifisch festlegbar. Die Erfindung bezieht sich auf unterschiedlichste Versorgungssysteme, insbesondere aber auf Sicherungen für Gleichspannungssysteme, da diese am häufigsten auftreten. 10

Im Folgenden wird vornehmlich auf ein 24V-DC-Verteilsystem Bezug genommen. In der Regel werden bei Industrieanlagen Stromversorgungen eingesetzt, welche aus einer 230V- od. 400V-Versorgungsspannung eine 24V-DC-Steuerspannung erzeugen. 15 Diese Stromversorgungen können ungeregelt {meist 50Hz Transformatoren mit Gleichrichter) oder geregelt (meist getaktete Netzteile) ausgeführt sein.

Die Steuerung einer Industrieanlage erfolgt mittels einer 20 zentralen Steuerung, beispielsweise einer SIMATIC der Fa. Siemens. Der Vorteil der vorliegenden Erfindung kommt insbesondere dann zum Tragen, wenn diese übergeordnete Anlagensteuerung mit einer erfindungsgemäßen Sicherung zum Zu- und Wegschalten des entsprechenden Lastzweigs verbunden 25 ist. Für die Übertragung eines Schaltbefehls können bekannte Standardlösungen herangezogen werden. Zum Beispiel ist ein Übertragungskanal der elektrischen Sicherung mit einem 30 Digitalausgang der übergeordneten Anlagensteuerung mittels eigener Leitung verbunden. Übermittelt wird entweder ein einfaches Ein-Aus-Signal oder es werden mittels eines Telegramms definierte einzelne Schaltkanäle einer mehrkanaligen elektronischen Sicherung angesprochen. Die 35 elektronische Sicherung ist auch über ein beliebiges standardisiertes Datenbusnetz (z.B. Profinet) anschließbar. 8 *· m · ·« • ·*·· *·· • · • * • · M * • • · • · • • ·*♦ ··* • # « * • · • » • · • • # ·♦ ·· ···· ··· »*· *·· 201000046

Vor allem ein Zuschalten von Lastzweigen, das heißt ein Einschalten von entsprechenden Verbrauchern, führt zu einer thermischen Belastung des Schaltelements innerhalb der elektronischen Sicherung. Die Höhe der Belastung ist abhängig 5 von der Charakteristik der jeweiligen Verbraucher. Ein Einschaltstrom ist besonders groß, wenn es sich um Verbraucher mit einem hohen kapazitiven Anteil handelt. Beim Schließen des Schaltelements ist der Strom nur mehr durch parasitäre Widerstände von Leitungen und Verbindungsklemmen, 10 durch Innenwiderstände von Ausgangskondensatoren einer Stromversorgung sowie durch Innenwiderstände von Verbraucherkondensatoren begrenzt.

Eine massive Belastung des Schaltelements entsteht 15 insbesondere, wenn die Verbraucher Anlaufströme aufweisen, welche deutlich höher sind als die Dauerbetriebsströme. Ohne geeignete Maßnahmen würde dies zu einer Überlastung der speisenden Stromversorgung und in weiterer Folge zu einem unzulässigen Einbruch der Versorgungsspannung führen. Eine 20 elektrische Sicherung ist deshalb zur linearen

Strombegrenzung eingerichtet. Der Verbraucherstrom wird dabei auf einen vorgegebenen Maximalwert begrenzt. Im Schaltelement können während eines solchen Linearbetriebs massive Verlustleistungen auftreten. Verbraucher dieser Art sind 25 beispielsweise Glühlampen, Stellmotoren zur Beschleunigung von Massen, oder DC/DC-Wandler, welche während des Aufladens von Eingangskondensatoren und beim Aufladen von Ausgangskondensatoren hohe Ströme aufnehmen. Verbraucher mit an sich nichtlinearen Anlaufströmen führen demnach zu einer 30 zeitlich auf den Anlaufvorgang begrenzten zusätzlichen Belastung des Schaltelements.

Das Schaltelement ist vorteilhafterweise als Leistungstransistor ausgebildet. Eine Alternative stellt ein 35 abgestuftes Netzwerk von Leistungswiderständen mit überbrückenden mechanischen Kontakten dar. In jedem Fall muss 9 • » ···* »* * « • M« • * • • · • ··· M« ··· 201000046 das Schaltelement bzw. müssen mehrere Schaltelemente den Strom am Ausgang stufenlos oder in Stufen begrenzen können.

Generell sind Verbraucher zu berücksichtigen, welche aufgrund 5 von kapazitiven Anteilen hohe Einschaltströme oder aufgrund von induktiven Anteilen hohe Abschaltspannungen am Schaltelement hervorrufen. Schaltet das Schaltelement derartige Verbraucher, treten thermische Belastungen des Schaltelements auf, welche eine notwendige Abkühlzeit 10 zwischen zwei Schaltvorgängen erfordern. Die Dauer der Abkühlzeit bestimmt sich einerseits aus der auftretenden thermischen Belastung und andererseits aus der Spezifikation des Schaltelements sowie den Kühlungsbedingungen. Die thermische Belastung lässt sich aus den Schaltverlusten und 15 den Durchleitungsverlusten bestimmen, die thermische

Belastbarkeit des Schaltelements und die Kühlbedingungen sind durch die Bauart und die Implementierung der elektronischen Sicherung vorgegeben. 20 Aus der notwendigen Abkühlzeit ergibt sich eine maximale

Frequenz, mit der ein Verbraucher bzw. Lastzweig geschaltet werden kann.

Um die thermische Belastung des Schaltelements innerhalb des 25 zulässigen Bereichs zu halten, werden Fernschaltbefehle erfindungsgemäß blockiert, wenn eine Anlagensteuerung einen Verbraucher zu oft ein- und ausschalten würde. Insbesondere bei komplexen Anlagen mit proprietären Steuerungen ist von einer Häufung solcher Fälle auszugehen. Zudem sind im 30 Anlagenbau kurze Projektierungszeiten die Regel, wodurch eine detaillierte Berechnung aller Belastungen und somit eine sichere Dimensionierung aller Schaltelemente nicht immer möglich ist. 35 Im einfachsten Fall wird einer in der Sicherung vorhandenen Steuerelektronik (z.B. Mikrocontroller) eine fixe Begrenzung der Schaltfrequenz vorgegeben. Zwischen zwei Schaltspielen 10 201000046 • * · • · # • · « *· ·* • ♦♦·* ···· • « · • ··· ··· ··· ·♦* muss also eine fixe Mindestabkühlzeit vergehen. Sollte während einer entsprechenden Verriegelungsdauer ein Schaltbefehl empfangen werden, blockiert die Steuerelektronik diesen Befehl und meldet dies der übergeordneten 5 Anlagensteuerung. Die elektronische Sicherung ist dabei gegebenenfalls so eingerichtet, dass ein blockierter Schaltbefehl nach Ablauf der Verriegelungszeit verspätet ausgeführt wird. In manchen Anlagenkonstellationen kann es auch sinnvoll sein, einen blockierten Schaltbefehl überhaupt 10 nicht auszuführen und dies der übergeordneten Steuerung zu melden.

Eine weitere Ausführungsform sieht vor, dass die Schaltvorganganzahl pro Zeiteinheit begrenzt wird. Eine 15 Häufung von Schaltvorgängen wird akzeptiert, wenn eine entsprechend lange Abkühlzeit folgt. Dabei ist beispielsweise die thermische Zeitkonstante des Schaltelements in einem Rechenalgorithmus hinterlegt. Die thermische Belastung wird in einfacher Weise aus den Schaltzeiten und einem maximal 20 zulässigen Begrenzungsstrom der Sicherung abgeleitet.

In einem vorteilhaften Verfahren zur Bestimmung der maximal zulässigen Schaltfrequenz wird die Temperatur des Schaltelements als Gradmesser der thermischen Reserve 25 herangezogen. Dies erfordert die Messung der Temperatur des Schaltelements. Wird die Verlustleistung des Schaltelements mittels ohmscher Widerstände verteilt, so müssen auch diese Widerstände thermisch überwacht werden. Als Schaltelement kommt günstigerweise ein Leistungstransistor mit eingebauter 30 thermischer Signalisierung zum Einsatz (z.B. Tempfet der Fa. Infineon). Bei einer definierten Grenztemperatur wird ein zusätzlich eingebauter Thyristor gezündet, wodurch außerhalb des Leistungshalbleiters eine detektierbare Veränderung eines Spannungsteilers hervorgerufen wird. Die elektronische 35 Sicherung ist dabei so eingerichtet, dass Schaltbefehle bei Erreichen der Grenztemperatur blockiert werden. 11 • Φ • ΦΦΦ • ΦΦΦΦ ΦΦΦΦ ΦΦ Φ • φ ΦΦΦ ΦΦΦ φ · • • · Φ ΦΦ φ ΦΦΦ φφφ 201000046 »t *· • Φ Φ · • Φ Φ Φ • Φ Φ # φ Φ Φ Φ ΦΦ ΦΦ

Zur verbesserten Bestimmung der Verlustleistung des Schaltelements wird die Begrenzungszeit gemessen, während der das Schaltelement bei einem Einschalt- oder Ausschaltvorgang eines Verbrauchers im Linearbetrieb arbeitet. Mit der 5 Annahme, dass während des Linearbetriebs ein stetiges

Ansteigen bzw. Absinken der Verbraucherspannung vorliegt, ergibt sich aus dieser Begrenzungszeit die maximal mögliche Verlustenergiemenge pro Schaltvorgang. Die Bestimmung des thermischen Zustands des Schaltelements erfolgt mittels einer 10 thermischen Zeitkonstante, die entweder bekannt oder in einfachen Versuchen bestimmbar ist. Es wird somit für jeden Verbraucher eine eigene maximale Schaltfrequenz ermittelt und der Steuerelektronik als Grenzwert vorgegeben. 15 Eine weitere Verbesserung ergibt sich durch die Bestimmung der tatsächlich auftretenden Verluste am Schaltelement durch Messung des Stroms durch das Schaltelement und der am Schaltelement anliegenden Spannung über der Zeit. Damit lässt sich die thermische Situation nahezu exakt berechnen und die 20 Leistungsfähigkeit der elektronischen Sicherung steigern.

Dabei ist es zweckmäßig, bei jedem Ein- oder Ausschaltvorgang die Verlustleistung möglichst genau zu ermitteln und in die Kalkulation der thermischen Situation einzubeziehen. Es werden dadurch bei kurz hintereinander auftretenden 25 Schaltspielen die thermischen Kapazitäten des Leistungsteils genutzt und nur bei einer drohenden Überlastung die Annahme weiterer Schaltbefehle unterdrückt. 12

Claims (17)

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2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch geksnnzsichnet, dass ein Meldesignal generiert wird, wenn ein Schaltbefehl 15 nicht umgesetzt wird.
3. 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass nach jedem Schaltvorgang ein Bestätigungssignal generiert wird. 20
4. 4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass nach einem Schaltvorgang oder mehreren Schaltvorgängen eine Verriegelungsdauer vorgegeben wird, während der kein weiterer Schaltvorgang durchführbar 25 ist.
5. 5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die thermische Belastung des Schaltelements ermittelt wird und dass keine Schaltvorgänge 30 durchgeführt werden, wenn die thermische Belastung eine kritische Grenze erreicht.
6. 6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die thermische Belastung durch Messen der Temperatur 35 des Schaltelements ermittelt wird. 13 201000046 • I «« *« ♦ ♦ ·*· »*·· *···**«·· · • · « f · ♦ ··♦ ··♦ • * * « * · * * § i · Φ I ♦ · *
7. 7. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, da ss die thermische Belastung aus errechneten Schaltenergieverlusten und/oder Durchleitungsverlusten des Schaltelements ermittelt wird. 5
8. 8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die am Schaltelement abfallende Spannung und der durch das Schaltelement fließende Strom gemessen werden und dass aus diesen Messwerten die Verluste des Schaltelements 10 errechnet werden.
9. 9. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass in Abhängigkeit der ermittelten thermischen Belastung eine Abkühlzeit vorgegeben wird, 15 während der keine Schaltvorgänge durchgeführt werden.
10. 10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass über die Fernsteuerungsschnittstelle binäre Signale übermittelt werden. 20
11. 11. Elektronische Sicherung, eine Steuerelektronik und ein Schaltelement umfassend, dadurch gekennzeichnet, dass eine Fernsteuerungsschnittstelle zum Empfang von Steuerbefehlen für das Schaltelement vorgesehen ist und dass 25 die Steuerelektronik das Schaltelement nur dann ansteuert, wenn die thermischen Belastung des Schaltelements innerhalb eines zulässigen Bereichs liegt.
12. 12. Elektronische Sicherung nach Anspruch 11, dadurch 30 gekennzeichnet, dass ein Zeitglied angeordnet ist, mittels dem eine Verriegelungsdauer festgelegt ist, während der kein weiterer Schaltvorgang durchführbar ist.
13. 13. Elektronische Sicherung nach Anspruch 11 oder 12, 35 dadurch gekennzeichnet, dass die elektronische Sicherung zur Ermittlung der thermischen Belastung des Schaltelements eingerichtet ist. 14 9 9 fr* ·» • 9999 999 « * fr 1 · « 99 9 • » • · 9 9 999 99· • ♦ • · " 9 • · « · · 9 9 201000046
14. 14. Elektronische Sicherung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass ein Mikrocontroller zur Errechnung von Schaltenergieverlusten vorgesehen ist.
15. 15. Elektronische Sicherung nach einem der Ansprüche 11 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass ein Bedienelement vorgesehen ist, mittels dem zumindest eine Funktion der elektrischen Sicherung manuell abrufbar ist.
16. 16. Elektronische Sicherung nach einem der Ansprüche 11 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Fernsteuerungsschnittstelle zum Anschluss an eine Daisy-chain-Kommunikationsverbindung eingerichtet ist, sodass Schaltbefehle und Meldungen für mehrere Sicherungen bzw. von mehreren Sicherungen weiterleitbar sind. 201000046 A316/2010

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    • · · 19.05.2011 Geänderte Patentansprüche 1. Verfahren zum Betreiben einer elektronischen Sicherung, welche ein Schaltelement zur Abschaltung und/oder zur 5 Stromaufnahmebegrenzung eines elektrischen Verbrauchers umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass in einem ersten Schritt die Bedingung geprüft wird, ob die thermische Belastung des Schaltelements innerhalb eines zulässigen Bereichs liegt und dass bei erfüllter Bedingung in einem 10 zweiten Schritt das Schaltelement ein- oder ausgeschaltet wird, wenn über eine Fernsteuerungsschnittstelle ein Steuerbefehl für das Schaltelement empfangen wird. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, 15 dass bei nicht erfüllter Bedingung ein Meldesignal, das ein Nichtumsetzen eines Schaltbefehls anzeigt, generiert wird. 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass nach jedem zweiten Schritt in einem 20 dritten Schritt ein Bestätigungssignal generiert wird. 4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass nach einem Schaltvorgang oder mehreren Schaltvorgängen mittels eines Zeitglieds eine 25 Verriegelungsphase mit einer vorgegebenen Dauer abläuft, während der kein weiterer Schaltvorgang durchführbar ist. 5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass vor jedem Schaltvorgang die 30 thermische Belastung des Schaltelements ermittelt und anschließend überprüft wird, ob die thermische Belastung eine kritische Grenze erreicht hat und dass bei Erreichung keine Schaltvorgänge durchgeführt werden. 6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die thermische Belastung durch Messen der Temperatur des Schaltelements ermittelt wird. NACH<5tREICHT 201000046 A316/2010 • » » · · • » · ♦ ·♦♦ • » · I * · · · • · · 19.05.2011 7. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die thermische Belastung aus errechneten Schaltenergieverlusten und/oder Durchleitungsverlusten des 5 Schaltelements ermittelt wird. 8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die am Schaltelement abfallende Spannung und der durch das Schaltelement fließende Strom gemessen werden und dass 10 anschließend aus diesen Messwerten die Verluste des Schaltelements errechnet werden. 9. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass nach der Ermittelung der thermischen 15 Belastung eine Verriegelungsphase mit einer Dauer in Abhängigkeit der ermittelten thermischen Belastung abläuft, während der keine Schaltvorgänge durchgeführt werden. 10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch 20 gekennzeichnet, dass die über die Fernsteuerungsschnittstelle übermittelten Steuerbefehle als binäre Signale codiert sind. 11. Elektronische Sicherung, eine Steuerelektronik und ein 25 Schaltelement umfassend, dadurch gekennzeichnet, dass die elektronische Sicherung eine Fernsteuerungsschnittstelle zum Empfang von Steuerbefehlen für das Schaltelement aufweist und dass der Steuerelektronik eine thermische Signalisierung des Schaltelements zugeführt ist und dass die Steuerelektronik 30 eine Blockierfunktion aufweist, welche die Ansteuerung des Schaltelements nur dann zulässt, wenn die thermischen Belastung des Schaltelements innerhalb eines zulässigen Bereichs liegt. 12. Elektronische Sicherung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die elektronische Sicherung ein Zeitglied umfasst, mittels dem eine Verriegelungsdauer NACHGERZ.... 201000046 A316/2010 • I « • · · t · * « « · · » ·· M • · ♦ ··· • «ft * ft ft «ft • ·♦♦ ft • · · ft • · # ♦ • ♦•ft ·· ··· 19.05.2011 festgelegt ist, während der die Blockierfunktion der Steuerelektronik aktiviert ist. 13. Elektronische Sicherung nach Anspruch 11 oder 12, 5 dadurch gekennzeichnet, dass die elektronische Sicherung Einrichtungen zur Ermittlung der thermischen Belastung des Schaltelements umfasst. 14. Elektronische Sicherung nach Anspruch 13, dadurch 10 gekennzeichnet, dass die elektronische Sicherungen einen Mikrocontroller zur Errechnung von Schaltenergieverlusten umfasst. 15. Elektronische Sicherung nach einem der Ansprüche 11 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die elektronische Sicherung ein Bedienelement umfasst, mittels dem zumindest eine Funktion der elektrischen Sicherung manuell abrufbar ist.
17. 16. Elektronische Sicherung nach einem der Ansprüche 11 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Fernsteuerungsschnittstelle zum Anschluss an eine Daisy-chain-Kommunikationsverbindung eingerichtet ist, sodass Schaltbefehle und Meldungen für mehrere Sicherungen bzw. von 25 mehreren Sicherungen weiterleitbar sind. NACHGEREICHT 15