DE102007027727A1 - Device for detecting fault current in electrical circuits in machines, has electromagnetic filter, which is connected with measuring device for detecting fault current - Google Patents

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Wolfgang DÜRR
Klaus-Dieter Kleibaumhüter
Michael Krüger
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Abstract

The device has an electromagnetic filter, which is connected with a measuring device for detecting a fault current (I-F). The electromagnetic filter comprises an inductor made of iron core (4) and a coil, and the inductor has an additional coil for detecting fault current. A magnetic flux in the electromagnetic filter is detected by a measuring device.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Erfassung von Fehlerströmen in elektrischen Schaltkreisen bei Maschinen und mit einer solchen Vorrichtung ausgerüstete Maschinen.The The present invention relates to a device for detecting fault currents in electrical circuits in machines and with such Device equipped Machinery.

Maschinen wie z.B. Druckmaschinen verfügen über eine große Anzahl von elektrischen Antrieben und Stellgliedern, welche über elektronische Steuerungseinrichtungen und Stromversorgungseinrichtungen angesteuert und mit elektrischer Energie versorgt werden. Die elektronischen Steuerungseinrichtungen und elektrischen Schaltkreise führen elektrische Spannungen, was im Fehlerfall bei nicht ausreichender Isolation oder aufgrund von Wechselwirkungen in den Schaltkreisen und Stromnetzen der Maschine zu Fehlerströmen führen kann. Diese Fehlerströme können zum einen das Bedienpersonal der Maschine gefährden und zum anderen zu Schäden durch Überspannung an anderen elektrischen Bauteilen der Maschine führen. Zur Ermittlung von Fehlerströmen gibt es mehrere Möglichkeiten. So kann vor Auslieferung einer Maschine im Werk zunächst eine Vermessung der Maschine vorgenommen werden, um Fehlerströme vor der Auslieferung aufspüren zu können. Allerdings reicht dies aus Sicherheitsgründen nicht aus, da sich Isoliermaterial im Laufe der Jahre in seiner Qualität verschlechtert und so Fehlerströme erst nach einer gewissen Betriebsdauer auftreten können, welche bei der Prüfung im Werk nicht ermittelbar sind. Zur Erfassung der Fehlerströme sind Fehlerstromschutzschaltungen vorgesehen, welche zum einen den Strom erfassen, welcher in einen zu überwachenden Stromkreis hineinfließt, und den Strom, welcher zu den jeweiligen Verbrauchern fließt. Wenn es bei dem hinein fließenden Strom und dem Strom der elektrischen Verbraucher eine Differenz gibt, so liegt ein Fehlerstrom vor. Sobald der Fehlerstrom eine nicht mehr zulässige Größe erreicht, wird die Fehlerstromschutzschaltung den Stromkreis unterbrechen und so dafür sorgen, dass kein unzulässig hoher Fehlerstrom, welcher das Bedienpersonal gefährden könnte, auftreten kann.machinery such as. Printing machines have one size Number of electric drives and actuators, which via electronic control devices and power supply devices controlled and with electrical Be supplied with energy. The electronic control devices and electrical circuits electrical voltages, which in case of failure inadequate Isolation or due to interactions in the circuits and power networks of the machine can lead to fault currents. These fault currents can be used for one endanger the operating personnel of the machine and, on the other hand, damage due to overvoltage on other electrical components of the machine. To determine fault currents are There are several options. So before delivery of a machine in the factory first a Measuring the machine to be made before the fault currents Track down delivery to be able to. However, this is not enough for safety reasons, since insulating material deteriorated in quality over the years and so fault currents only after a certain period of operation, which may occur during the test Work can not be determined. For detecting the fault currents are Residual current protection circuits provided, which on the one hand the current capture which one to be monitored Circuit flows in, and the electricity that flows to the respective consumers. If it in the flowing into it Electricity and the electricity of the electrical consumers a difference there is a fault current. Once the fault current a no longer allowed Size reached, the residual current device will break the circuit and so for that make sure that no inadmissible high fault current, which could endanger the operating personnel occur can.

Eine solche Fehlerstromschutzvorrichtung ist aus der DE 101 25 338 A1 bekannt. Bei dieser Schutzvorrichtung sind einem Stromkreis mit einem Stromeingang mehrere Stromausgänge zugeordnet, an welche ein oder mehrere Verbraucher angeschlossen sind. In einer bevorzugten Ausführungsform wird an jeden Stromausgang ein einziger Verbraucher angeschlossen. Weiterhin weist jeder dieser Stromausgänge eine eigene Fehlerstromerfassungseinrichtung auf, so dass die Fehlerströme an allen Stromausgängen und damit an den einzelnen Verbrauchern separat erfasst werden können. Wenn eine Fehlerstromerfassungsvorrichtung einen unzulässig hohen Fehlerstrom ermittelt, so wird die Stromversorgung des gesamten Schaltkreises unterbrochen. Die Erfassung der einzelnen Fehlerströme stellt sicher, dass sich einzelne Fehlerströme nicht zufällig gegeneinander aufheben und so gegebenenfalls gefährliche Spannung an Gehäusebauteilen auftreten können, welche von einer einzigen Fehlerstromerfassung nicht bemerkt werden. Auf diese Art und Weise kann jeder Verbraucher separat überwacht werden, so dass schon das Auftreten eines einzigen unzulässigen Fehlerstroms an einem der Verbraucher zur Abschaltung des Stromkreises führt. Auf diese Art und Weise soll die Sicherheit erhöht werden.Such a residual current device is from the DE 101 25 338 A1 known. In this protection device, a power circuit with a power input assigned to a plurality of power outputs to which one or more consumers are connected. In a preferred embodiment, a single load is connected to each power outlet. Furthermore, each of these current outputs has its own fault current detection device, so that the fault currents can be detected separately at all current outputs and thus at the individual consumers. If an error current detection device detects an impermissibly high fault current, the power supply of the entire circuit is interrupted. The detection of the individual fault currents ensures that individual fault currents do not cancel each other out randomly and thus potentially hazardous voltage can occur on housing components, which are not noticed by a single fault current detection. In this way, each consumer can be monitored separately, so that even the occurrence of a single impermissible leakage current at one of the consumers leads to the shutdown of the circuit. In this way, the security should be increased.

Das Konzept aus der DE 101 25 338 A1 führt jedoch immer dazu, dass der gesamte Schaltkreis mit allen angeschlossenen Verbrauchern abgeschaltet wird, wenn bei einem der Verbraucher ein unzulässig hoher Fehlerstrom festgestellt wird. Die Übertragung des Konzepts auf eine Maschine würde dazu führen, dass beim Auftreten eines Fehlerstroms in irgendeiner Komponente der Maschine die gesamte Maschine abgeschaltet wird. Dies kann jedoch zum häufigen Stillstand der Maschine und damit zu erhöhten Kosten führen.The concept from the DE 101 25 338 A1 However, always leads to the fact that the entire circuit is switched off with all connected loads, if one of the consumers an excessively high fault current is detected. Transferring the concept to a machine would result in the entire machine being shut down when a fault current occurs in any component of the machine. However, this can lead to frequent stoppage of the machine and thus to increased costs.

Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung zur Erfassung von Fehlerströmen zu schaffen, welche es ermöglicht, die Erfassung von Fehlerströmen örtlich zuordnen zu können.It is therefore an object of the present invention, a device for Detection of fault currents to create, which makes it possible Locally assign the detection of fault currents to be able to.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Vorrichtung und die Maschine gemäß der Patentansprüche 1 und 6 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind den Unteransprüchen und den Zeichnungen zu entnehmen. Um eine Abschaltung der gesamten Maschine beim Auftreten eines Fehlerstroms an einer der elektrischen Komponenten zu vermeiden, müssen zumindest alle unter dem Aspekt der Betriebssicherheit kritischen Stromkreise auf Fehlerströme hin überwacht werden. Zur Unterschreitung der gesetzlich zulässigen EMV(elektromagnetische Verträglichkeit)-Grenzwerte und zur Vermeidung von Funktionsstörungen durch elektromagnetische Interferenzen in der Maschine sind in vielen Schaltkreisen elektromagnetische Filter vorhanden. Gemäß der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, dass die elektromagnetischen Filter außerdem mit einer Messvorrichtung zur Erfassung eines Fehlerstroms verbunden sind. Da die elektromagnetischen Filter wegen der EMV Problematik in den Stromkreisen der Maschine ohnehin vorhanden sind, kann durch die vorliegende Erfindung eine kostengünstige Überwachung von Fehlerströmen in den Schaltkreisen der Maschine erreicht werden. Dazu erhalten die elektromagnetischen Filter eine Zusatzfunktion, um mittels einer Messvorrichtung Fehlerströme erfassen zu können.The The object is achieved by the Device and the machine according to claims 1 and 6 solved. Advantageous embodiments of the invention are the dependent claims and the Drawings to take. To shut down the entire machine when a fault current occurs on one of the electrical components, have to at least all in terms of operational safety critical Circuits on fault currents monitored become. To fall below the legally permissible EMC (electromagnetic Compatibility) Thresholds and to avoid malfunction by electromagnetic Interference in the machine is electromagnetic in many circuits Filter available. According to the present Invention is provided that the electromagnetic filter also with a measuring device connected to detect a fault current are. Because the electromagnetic filters because of the EMC problem in the circuits of the machine anyway, can by the present invention provides cost effective monitoring of fault currents in the circuits the machine can be achieved. To get the electromagnetic Filter an additional function to detect fault currents by means of a measuring device to be able to.

In einer ersten Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass das elektromagnetische Filter eine Drossel bestehend aus einem Eisenkern und einer Wicklung ist. Eine solche Drossel sorgt dafür, dass hochfrequente Signale mittels eines Tiefpasses herausgefiltert werden. Dieser Drossel kann gemäß der vorliegenden Erfindung auch die Funktion zur Erfassung von Fehlerströmen zukommen. Dazu weist die Drossel eine zusätzliche Wicklung auf, in welcher ein Fehlerstrom einen entsprechenden Messstrom induziert. Dieser induzierte Strom kann an eine Messvorrichtung weitergeleitet werden, welche so den Fehlerstrom in dem Stromkreis mit der Drossel ermittelt. Alternativ oder zusätzlich kann bei einem solchen elektromagnetischen Filter auch der magnetische Fluss mittels eines Messgeräts erfasst werden. Auch so lässt sich der anliegende Fehlerstrom berechnen und erfassen. Der ermittelte Fehlerstrom kann zusätzlich elektrisch verstärkt oder gefiltert werden, um in der Steuerung der Maschine weiterverarbeitet zu werden.In a first embodiment of the invention, it is provided that the electromagnetic filter is a throttle consisting of an iron core and egg ner winding is. Such a choke ensures that high-frequency signals are filtered out by means of a low-pass filter. This throttle may also have the function of detecting fault currents according to the present invention. For this purpose, the throttle has an additional winding in which a fault current induces a corresponding measuring current. This induced current can be forwarded to a measuring device, which thus determines the fault current in the circuit with the throttle. Alternatively or additionally, in such an electromagnetic filter and the magnetic flux can be detected by means of a measuring device. This also allows the applied fault current to be calculated and recorded. The determined fault current can additionally be electrically amplified or filtered in order to be further processed in the control of the machine.

Eine besonders vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass der elektrische Antriebsmotor einer Maschine über ein elektronisches Leistungsteil mit Strom versorgt wird und dass dem elektronischen Leistungsteil eine Vorrichtung zur Erfassung von Fehlerströmen vorgeschaltet ist. In diesem Fall kann der Fehlerstrom in dem Zweig des Elektromotors erfasst werden, so dass auch Fehlerströme, welche in dem Motorzweig auftreten, von der Vorrichtung zur Fehlerstromerfassung festgestellt werden können. Je näher am Endverbraucher bei einem Zweig eines Stromkreises die Fehlerstromerkennung installiert ist, desto besser wird sichergestellt, dass alle Fehlerströme erfasst werden. Alternativ oder zusätzlich kann auch vorgesehen sein, dass in der elektrischen Verbindung zwischen elektrischem Antriebsmotor und elektronischem Leistungsteil wenigstens eine Vorrichtung zur Fehlerstromerkennung angeordnet ist. Bei dieser Ausgestaltung der Erfindung befindet sich die Fehlerstromerkennung unmittelbar vor dem Motor, so dass hier exakt nur die Fehlerströme des Motors erfasst werden und so die Lokalisierung des Fehlerstroms besonders exakt möglich ist.A particularly advantageous embodiment of the invention is characterized characterized in that the electric drive motor of a machine via an electronic Power unit is powered and that the electronic Power unit upstream of a device for detecting fault currents is. In this case, the fault current in the branch of the electric motor be detected so that fault currents that occur in the motor branch, can be detected by the device for fault current detection. ever closer to End consumers in a branch of a circuit fault current detection is installed, the better it is ensured that all fault currents are detected. Alternatively or in addition can also be provided that in the electrical connection between electric drive motor and electronic power unit at least a device for fault current detection is arranged. In this embodiment the invention is the fault current detection directly in front of the engine, so that here exactly only the fault currents of the engine be detected and so the location of the fault current especially exactly possible is.

Es erweist sich als besonders vorteilhaft, dass die Auswertung des Fehlerstroms in einer übergeordneten Maschinensteuerung erfolgt. Die Maschinensteuerung steuert sämtliche Antriebsmotoren einer Maschine und überwacht diese auch auf Fehler oder Ausfälle. Gemäß der vorliegenden Erfindung kann als Fehler nun auch das Fließen unzulässiger Fehlerströme erkannt werden. Wenn die Maschinensteuerung in der Maschine oder in einem Stromkreis der Maschine einen unzulässigen Fehlerstrom feststellt, so kann die Maschinensteuerung den betroffenen Stromkreis separat von allen anderen Stromkreisen der Maschine abschalten. In diesem Fall wird vermieden, sämtliche Antriebe oder Steuerungen einer Maschine wegen dem Fehlerstrom in einem Stromkreis abzuschalten. Außerdem wird durch die Auswertung des Fehlerstroms in der Maschinensteuerung eine separate Auswertevorrichtung für den Fehlerstrom vermieden, so dass die dafür anfallenden Kosten gespart werden können. In diesem Fall enthält der Maschinenrechner eine Software zur Auswertung des Fehlerstroms. Alternativ dazu kann die Auswertung des Fehlerstroms auch direkt in der Vorrichtung zur Fehlerstromerkennung erfolgen, in dem der Fehlerstrom mittels eines Messgeräts erfasst wird und bei Überschreiten eines zulässigen Fehlerstroms ein Impuls von der Vorrichtung zur Stromerfassung an die Maschinensteuerung übermittelt wird, welche daraufhin den betroffenen Stromkreis abschaltet.It proves to be particularly advantageous that the evaluation of the Fault current in a parent Machine control takes place. The machine control controls all Drive motors of a machine and monitors these also for errors or Failures. According to the present Invention can now be recognized as a fault, the flow of impermissible fault currents become. When the machine control in the machine or in a Circuit of the machine determines an impermissible leakage current, so the machine controller can separate the affected circuit Switch off all other circuits of the machine. In this Case is avoided, all Drives or controls of a machine due to fault current in to shut off a circuit. In addition, by the evaluation the fault current in the machine control a separate evaluation device for the fault current avoided, so that's for it can be saved. In this case, the machine computer contains a software for the evaluation of the fault current. Alternatively, it can the evaluation of the fault current also directly in the device for Fault current detection carried out in which the fault current by means of a meter is detected and when exceeded a permissible one Fault current on a pulse from the device for current detection the machine control transmitted which then shuts off the affected circuit.

In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass in jedem elektrischen Zweig zur Versorgung von elektrischen Verbrauchern wenigstens eine Vorrichtung zur Fehlerstromerfassung vorgesehen ist. Auf diese Art und Weise können sämtliche Stromkreise oder Zweige von elektrischen Stromkreisen in der Maschine separat überwacht werden, und die von einem unzulässig hohen Fehlerstrom betroffenen Stromkreise oder –zweige können separat oder auch sequentiell nacheinander abgeschaltet werden, bis kein unzulässig hoher Fehlerstrom mehr festgestellt wird. Auf diese Art und Weise wird effektiv vermieden, dass beim Fließen eines Fehlerstroms in einem Stromkreis auch die davon nicht betroffenen Teile der Maschine abgeschaltet werden.In A further embodiment of the invention provides that in each electrical branch for supplying electrical consumers at least a device for fault current detection is provided. To this Everyone can Circuits or branches of electrical circuits in the machine be monitored separately and that of one inadmissible high fault current affected circuits or branches can be used separately or sequentially be switched off one after the other, until no inadmissibly high fault current more is detected. In this way it is effectively avoided that when flowing a fault current in a circuit even those not affected Parts of the machine are switched off.

Bei Druckmaschinen sind die elektrischen Verbraucher, insbesondere die Antriebsmotoren, meist über einen Umrichter an das Drehstromnetz oder einen Wechselrichter an einen Gleichspannungszwischenkreis angeschlossen. In diesem Fall ist es sinnvoll, den Gleichspannungszwischenkreis oder das maschineninterne Drehstromnetz ebenso mit einer Vorrichtung zur Fehlerstromüberwachung zu versehen und so Fehlerströme in den maschineninternen Netzen zu erfassen.at Printing machines are the electrical consumers, especially the Drive motors, mostly over a converter to the three-phase network or an inverter a DC voltage link connected. In this case is it makes sense, the DC intermediate circuit or the internal machine Three-phase network also with a device for fault current monitoring too provided and so fault currents in the machine-internal networks.

Vorteilhafterweise ist außerdem vorgesehen, dass die Maschine mehrere Druckwerke oder Aggregate aufweist und dass die Druckwerke und Aggregate einzeln von der Stromversorgung abschaltbar sind. Beim Einsatz der erfindungsgemäßen Fehlerstromerkennungsvorrichtung in einer Druckmaschine können den einzelnen Druckwerken oder Aggregaten wie Ausleger und Anleger eigene elektrische Schaltkreise zugeordnet werden. Wenn die Vorrichtung zur Fehlerstromerkennung in einem Schaltkreis einen Fehlerstrom diagnostiziert, so werden der entsprechende Schaltkreise und das zugehörige Aggregat abgeschaltet. Der Rest der Maschine bleibt funktionsfähig und kann z.B. ein sicheres Abschalten und Herunterfahren der Maschine sicherstellen.advantageously, is also provided that the machine has multiple printing units or units and that the printing units and units individually from the power supply can be switched off. When using the fault current detection device according to the invention in a printing press the individual printing units or aggregates such as boom and feeder own electrical circuits are assigned. When the device for fault current detection in a circuit a fault current diagnosed, so are the corresponding circuits and the associated Aggregate switched off. The rest of the machine remains functional and can e.g. a safe shutdown and shutdown of the machine to ensure.

Weiterhin ist vorgesehen, dass die Ergebnisse der Auswertung des Fehlerstroms mittels einer Kommunikationseinrichtung an einen örtlich entfernt angeordneten Rechner übertragbar sind. Wenn das Auftreten eines Fehlerstroms in einem Schaltkreis diagnostiziert wird, so muss meist Servicepersonal eingesetzt werden, um den Fehler vor Ort an der Maschine zu beheben. In Abhängigkeit des betroffenen Schaltkreises müssen die fehlerbehafteten elektrischen Bauteile ausgetauscht werden. Durch die erfindungsgemäße Fehlerstromerkennung sind der betroffene Schaltkreis und damit die betroffenen elektrischen Bauteile bereits bekannt. Der betroffene Schaltkreis und die betroffenen Bauteile werden dann als Datei auf dem Maschinenrechner oder einem separaten Rechner, welcher über das Internet mit einem Rechner des Herstellers kommunizieren kann, abgespeichert. Die Fehlerdatei kann so über das Internet an den Hersteller übertragen werden, so dass das Servicepersonal bereits vor seinem Einsatz weiß, welche Schaltkreise betroffen sind und welche Bauteile eventuell ausgetauscht und erneuert werden müssen. Durch die so ausgestaltete Erfindung ist eine Ferndiagnose vom Hersteller aus möglich.Furthermore, it is envisaged that the result se the evaluation of the fault current by means of a communication device to a remote computer can be transferred. If the occurrence of a fault current in a circuit is diagnosed, usually service personnel must be employed to remedy the fault locally on the machine. Depending on the affected circuit, the faulty electrical components must be replaced. The inventive fault current detection of the affected circuit and thus the affected electrical components are already known. The affected circuit and the affected components are then stored as a file on the machine computer or a separate computer that can communicate over the Internet with a computer manufacturer. The error file can be transmitted over the Internet to the manufacturer, so that the service staff knows before its use, which circuits are affected and which components may need to be replaced and replaced. By so configured invention, a remote diagnosis from the manufacturer is possible.

Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend anhand mehrerer Figuren näher beschrieben und erläutert: Es zeigenThe The present invention will be described in more detail below with reference to several figures and explains: Show it

1 eine Vorrichtung zur Fehlerstromerkennung mit einer SMV-Drossel und einer darauf angebrachten Wicklung zur Fehlerstrommessung, 1 an apparatus for fault current detection with an SMV choke and a winding mounted thereon for fault current measurement,

2 eine Druckmaschine mit einem elektrischen Antriebsmotor und 2 a printing machine with an electric drive motor and

3 eine Druckmaschine mit mehreren Antriebsmotoren, welche einen Gleichspannungszwischenkreis aufweist. 3 a printing machine with multiple drive motors, which has a DC intermediate circuit.

In 1 sind die Bestandteile eines erfindungsgemäßen Fehlerstromerfassungsschaltkreises 8 zu erkennen. Auf der linken Seite liegt die Eingangsspannung UEin der Stromversorgung an, während auf der rechten Seite die Ausgangsspannung Ums anliegt, welche gleich der Eingangsspannung eines elektrischen Verbrauchers ist. Um die Abstrahlung insbesondere hochfrequenter elektromagnetischer Wellen zu vermindern, wird in 1 eine Drossel eingesetzt, welche aus einem Eisenkern 4 und einer darum gewickelten Drosselwicklung 6 besteht. Diese Drossel wirkt als Tiefpass und sorgt dafür, dass hochfrequente Spannungen herausgefiltert werden. Weiterhin weist der Fehlerstromerfassungsschaltkreis 8 Kondensatoren 2 auf, welche ausgangsseitig geerdet sind, um hochfrequente Störspannungen abzuleiten. Die Drossel in 1 ist für ein zweiphasiges Stromnetz ausgelegt, die Erfindung ist aber grundsätzlich auch bei drei- und mehrphasigen Stromnetzen einsetzbar. Auf dem Eisenkern 4 ist neben der Drosselwicklung 6 außerdem noch eine Fehlerstromwicklung 5 vorhanden, um einen auftretenden Fehlerstrom IF erfassen zu können. Der Fehlerstrom IF induziert in der Fehlerstromwicklung 5 eine proportionale Spannung UF, welche einem Messgerät zugeführt werden kann. Auf diese Art und Weise kann mittels eines EMV Filters zugleich der Fehlerstrom in einem Zweig eines Stromkreises erfasst werden. Da die Drosseln zur Unterdrückung von EMV bedingten Störungen ohnehin in mehreren Schaltkreisen vorhanden sein müssen, kann so auf einfache Art und Weise zusätzlich die Fehlerstromerfassung realisiert werden, ohne zusätzliche Stromwandler oder Messgeräte im Stromkreis installieren zu müssen. Die Fehlerstromerfassung kann auf diese Art und Weise einfach in das EMV Filter integriert werden.In 1 are the components of a fault current detection circuit according to the invention 8th to recognize. On the left side, the input voltage U is A of the power supply, while on the right side of the output voltage Um s is applied, which is equal to the input voltage of an electrical load. In order to reduce the radiation, in particular high-frequency electromagnetic waves, is in 1 a choke used, which consists of an iron core 4 and a coil winding wound around it 6 consists. This choke acts as a low-pass filter and ensures that high-frequency voltages are filtered out. Furthermore, the fault current detection circuit has 8th capacitors 2 which are grounded on the output side to dissipate high-frequency interference voltages. The throttle in 1 is designed for a two-phase power grid, but the invention is basically also applicable to three- and multi-phase power grids. On the iron core 4 is next to the choke winding 6 also a fault current winding 5 present in order to detect an occurring fault current I F. The fault current I F induced in the fault current winding 5 a proportional voltage U F , which can be supplied to a meter. In this way, by means of an EMC filter at the same time the fault current can be detected in a branch of a circuit. Since the chokes for suppression of EMC-related interference must be present in any case in several circuits anyway, so in a simple way, the fault current detection can be realized without having to install additional current transformers or gauges in the circuit. The fault current detection can be easily integrated into the EMC filter in this way.

In 2 ist das Innere einer Druckmaschine 1 abgebildet, welche an ein Dreiphasendrehstromnetz 7 anschließbar ist. Innerhalb der Druckmaschine 1 sind mehrere elektrische Verbraucher 19 an das Drehstromnetz 18 angeschlossen, unter Anderem auch ein Elektromotor 10. Der Antriebsmotor 10 wird von einem Umrichter 9 mit elektrischer Energie versorgt und in seiner Drehzahl geregelt. Zwischen Drehstromnetz 18 und Umrichter 9 ist in 2 ein Fehlerstromerfassungsschaltkreis 8 vorgesehen, welcher über einen EMV Filter wie in 1 verfügt. Zudem kann an dem EMV Filter der Fehlerstrom abgegriffen und der Maschinensteuerung 13 sowie der Antriebssteuerung 12 zugeführt werden. Die Antriebssteuerung 12 berechnet die Drehzahlen des Motors 10 und gibt die entsprechenden Steuerungsbefehle an den Wechselrichter 9 weiter. Die Antriebssteuerung 12 wiederum wird von der Maschinensteuerung 13 überwacht, welche die verschiedenen Antriebe innerhalb der Druckmaschine 1 koordiniert und steuert. Die tatsächlich anliegende Drehzahl des Motors 10 wird über einen Drehgeber 11 erfasst und dient ebenfalls als Eingangsgröße für die Antriebssteuerung 12. Wie in 2 zu erkennen ist, sind Fehlerstromerfassungsschaltkreis 8, Umrichter 9 und Elektromotor 10 jeweils mit Erde 3 verbunden. Falls in diesen Bauteilen ein Fehlerstrom auftritt, so fließt dieser über die Erde ab und wird von dem Fehlerstromerfassungsschaltkreis 8 erfasst. Neben der Anordnung wie in 2 kann der Fehlerstromerfassungsschaltkreis 8 auch nach dem Umrichter angeordnet sein. Die Auswertung des Fehlerstroms IF kann dabei entweder direkt über ein Messgerät im Filter erfolgen oder in der übergeordneten Maschinensteuerung 13 oder der Antriebssteuerung 12. Dabei wird der gemessene Fehlerstrom IF mit vorgegebenen zulässigen Werten verglichen. Wenn die höchsten zulässigen Werte überschritten werden, so erfolgt zumindest eine Fehlermeldung z. B. auf einem nicht gezeigten Bildschirm der Druckmaschine 1 oder es erfolgt eine automatische Abschaltung des betroffenen Stromkreises. Wenn in 2 durch den Fehlerstromerfassungsschaltkreis 8 ein nicht mehr zulässiger Fehlerstrom IF an die Maschinensteuerung 13 gemeldet wird, so schaltet die Maschinensteuerung 13 über die Antriebssteuerung 12 den Umrichter 9 und damit auch den Motor 10 ab. Der höchstzulässige Fehlerstromwert IF kann dabei eine variable Größe sein, welche von der Maschinensteuerung 13 in Abhängigkeit des Zustands der Druckmaschine 1 generiert wird. So kann es sein, dass kurzzeitig höhere Fehlerströme IF zugelassen werden, welche das Bedienpersonal grundsätzlich noch nicht gefährden, welche aber aufgrund der Nähe zur maximalen Grenze nur kurzzeitig überschritten werden dürfen. Falls diese variablen Werte längere Zeit überschritten werden, so erfolgt auch in diesem Fall eine Abschaltung des Stromkreises.In 2 is the inside of a printing press 1 which is connected to a three-phase three-phase network 7 is connectable. Inside the printing press 1 are several electrical consumers 19 to the three-phase network 18 connected, among other things also an electric motor 10 , The drive motor 10 is from a converter 9 supplied with electrical energy and regulated in its speed. Between three-phase network 18 and converters 9 is in 2 a fault current detection circuit 8th provided, which via an EMC filter as in 1 features. In addition, the fault current can be tapped on the EMC filter and the machine control 13 as well as the drive control 12 be supplied. The drive control 12 calculates the speeds of the motor 10 and gives the appropriate control commands to the inverter 9 further. The drive control 12 turn, will be from the machine control 13 monitors which the various drives within the printing press 1 coordinates and controls. The actual speed of the motor 10 is via a rotary encoder 11 recorded and also serves as input for the drive control 12 , As in 2 can be seen, are fault current detection circuit 8th , Inverter 9 and electric motor 10 each with earth 3 connected. If a fault current occurs in these components, it will leak across the earth and will be leaked by the fault current detection circuit 8th detected. In addition to the arrangement as in 2 can the fault current detection circuit 8th also be arranged after the inverter. The evaluation of the fault current I F can either be done directly via a meter in the filter or in the higher-level machine control 13 or the drive control 12 , In this case, the measured fault current I F is compared with predetermined permissible values. If the highest permissible values are exceeded, at least one error message z. B. on a screen, not shown, of the printing press 1 or there is an automatic shutdown of the affected circuit. When in 2 by the fault current detection circuit 8th a no longer permissible fault current I F to the machine control 13 gemel det, the machine control switches 13 via the drive control 12 the inverter 9 and therefore also the engine 10 from. The maximum permissible residual current value I F can be a variable which is determined by the machine control 13 depending on the condition of the printing machine 1 is generated. So it may be that briefly higher fault currents I F are allowed, which in principle does not endanger the operating personnel, but which may be exceeded only briefly due to the proximity to the maximum limit. If these variable values are exceeded for a longer period of time, the circuit will also be shut off in this case.

Eine weitere Ausführungsform der Erfindung zeigt 3. Auch hier ist die Druckmaschine 1 an ein Drehstromnetz 7 angeschlossen, wobei innerhalb der Druckmaschine 1 mehrere elektrische Verbraucher 19 an das Drehstromnetz 18 angeschlossen sind. Neben den Drehstromverbrauchern 19 sind hier aber auch Gleichstromverbraucher 10 vorgesehen, welche an einen Gleichspannungszwischenkreis 17 angeschlossen sind. Der Gleichspannungszwischenkreis 17 ist mit dem Drehstromnetz 18 über einen Gleichrichter 14 verbunden und wird so mit elektrischer Energie versorgt. Auch hier ist zu erkennen, dass die elektrischen Antriebskomponenten mit Erde 3 verbunden sind. In 3 sind neben den Drehstromverbrauchern 19 auch zwei Elektromotoren 10 vorhanden, welche über den Gleichspannungszwischenkreis 17 versorgt werden. Die Drehzahlsteuerung der Motoren 10 wird dabei jeweils von Wechselrichtern 15, 16 vorgenommen, in welche eine Fehlerstromerfassungsvorrichtung 8 integriert ist. In diesem Fall wird jeder Wechselrichter und der nachgeschaltete Motor 10 separat auf Fehlerströme IF überwacht. Falls einer der Fehlerstromerfassungsschaltkreise 8 einen nicht mehr zulässigen Fehlerstrom IF an die Maschinensteuerung 13 übermittelt, so kann die Maschinensteuerung 13 den jeweiligen Wechselrichter 15, 16 separat abschalten. Auf diese Art und Weise kann verhindert werden, dass bei einem festgestellten nicht mehr zulässigen Fehlerstrom IF die komplette Maschine 1 abgeschaltet wird. Stattdessen wird nur der betroffene Zweig eines Stromkreises heruntergefahren. Bei einer Druckmaschine 1 ist es so möglich, Druckwerke und Aggregate wie Anleger oder Ausleger separat ein- und auszuschalten, so dass z. B. bei Druckmaschinen zunächst nur das betroffene Druckwerk stillgesetzt wird, bis der Fehler behoben ist, während die anderen Druckwerke weiter arbeiten können. Die Maschinensteuerung 13 kann weiterhin über einen hier nicht gezeigten Rechner mit dem Internet kommunizieren und die aufgetretene Abschaltung aufgrund eines nicht mehr zulässigen Fehlerstroms IF an einen Rechner beim Hersteller der Druckmaschine 1 übermitteln. Dieser kann dann aus der Ferne feststellen, welcher Stromkreis oder –zweig ausgefallen ist, und eine Fehleranalyse durchführen. Falls ein Einsatz von Servicepersonal vor Ort nötig ist, so können die benötigten Ersatzteile im Voraus beschafft werden, um den Einsatz vor Ort so kurz wie möglich zu gestalten. Wenn für jeden Schaltkreis oder –zweig eines Schaltkreises eine erfindungsgemäße Fehlerstromerkennungsvorrichtung 8 vorgesehen ist, so können alle Schaltkreise separat überwacht und bei auftretenden Fehlerströmen IF auch separat abgeschaltet werden. Damit kann eine Druckmaschine 1 unter Umständen noch weiter betrieben werden, wenn die ausgefallenen Komponenten nicht benötigt oder durch gleichwertige ersetzt werden können. Insbesondere kann so vermieden werden, dass bei einem nicht mehr zulässigen Fehlerstrom IF die gesamte Druckmaschine 1 und damit auch Maschinensteuerung 13 abgeschaltet wird, so dass die Maschinensteuerung 13 dann zur Fehlerdiagnose nicht mehr zur Verfügung steht. Dies ist insbesondere beim Einsatz von Ferndiagnosemitteln hinderlich. Trotzdem kann durch die separate Abschaltung des betroffenen Stromkreises oder –zweiges die maximale Sicherheit für das Bedienpersonal sichergestellt werden, da der betroffene Stromkreis zuverlässig abgeschaltet werden kann.Another embodiment of the invention shows 3 , Again, the printing press 1 to a three-phase network 7 connected, being inside the printing press 1 several electrical consumers 19 to the three-phase network 18 are connected. In addition to the three-phase loads 19 but here are also DC consumers 10 provided, which to a DC voltage intermediate circuit 17 are connected. The DC voltage intermediate circuit 17 is with the three-phase network 18 via a rectifier 14 connected and is thus supplied with electrical energy. Again, it can be seen that the electric drive components with earth 3 are connected. In 3 are next to the three-phase loads 19 also two electric motors 10 present, which via the DC voltage intermediate circuit 17 be supplied. The speed control of the motors 10 is doing each of inverters 15 . 16 in which a fault current detection device 8th is integrated. In this case, each inverter and the downstream motor 10 monitored separately for fault currents I F. If one of the fault current detection circuits 8th a no longer permissible fault current I F to the machine control 13 transmitted, so can the machine control 13 the respective inverter 15 . 16 turn off separately. In this way it can be prevented that at a detected no longer permissible residual current I F, the entire machine 1 is switched off. Instead, only the affected branch of a circuit is shut down. At a printing press 1 It is thus possible to turn on and off separately printing units and units such as feeder or boom, so that z. B. in printing machines initially only the affected printing unit is stopped until the error is corrected while the other printing works can continue to work. The machine control 13 can continue to communicate via a computer not shown here with the Internet and the occurred shutdown due to a no longer permissible fault current I F to a computer at the manufacturer of the printing press 1 to transfer. This can then remotely determine which circuit or branch has failed and perform a fault analysis. If on-site service is required, spare parts can be obtained in advance to minimize on-site service. If, for each circuit or branch of a circuit, a fault current detection device according to the invention 8th is provided, so all circuits can be monitored separately and switched off at occurring fault currents I F and separately. This can be a printing press 1 may still continue to operate if the failed components are not needed or can be replaced with equivalent ones. In particular, it can thus be avoided that at a no longer permissible fault current I F the entire printing press 1 and thus also machine control 13 is turned off, leaving the machine control 13 then is no longer available for error diagnosis. This is particularly hindering the use of remote diagnostic equipment. Nevertheless, the maximum safety for the operating personnel can be ensured by the separate shutdown of the affected circuit or branch, since the affected circuit can be reliably switched off.

11
Druckmaschinepress
22
Kondensatorcapacitor
33
Erdunggrounding
44
Eisenkerniron core
55
FehlerstromwicklungFault current winding
66
Drosselwicklungchoke winding
77
Netzanschlußmains connection
88th
FehlerstromerfassungsschaltkreisFault-current detection circuit
99
DrehstromleistungsteilThree-phase power unit
1010
Antriebsmotordrive motor
1111
Drehgeberencoders
1212
AntriebssteuerelektronikDrive control electronics
1313
Maschinensteuerungmachine control
1414
Gleichrichterrectifier
1515
Wechselrichterinverter
1616
Wechselrichterinverter
1717
GleichspannungsnetzDC power
1818
DrehstromnetzThree-phase system
1919
DrehstromverbraucherAC loads
IF I F
Fehlerstromfault current
UF U F
Fehlerspannungfault voltage
UEin U A
Eingangsspannung der Drosselinput voltage the throttle
UAus U out
Ausgangsspannung der Drosseloutput voltage the throttle

Claims (17)

Vorrichtung (8) zur Erfassung von Fehlerströmen (IF) in elektrischen Schaltkreisen (17, 18) bei Maschinen (1), dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein elektrischer Schaltkreis (17, 18) in der Maschine (1) ein elektromagnetisches Filter (4, 6) aufweist und daß das elektromagnetische Filter (4, 6) mit einer Messvorrichtung (12, 13) zur Erfassung eines Fehlerstroms (IF) verbunden ist.Contraption ( 8th ) for detecting fault currents (I F ) in electrical circuits ( 17 . 18 ) in machines ( 1 ), characterized in that at least one electrical circuit ( 17 . 18 ) in the machine ( 1 ) an electromagnetic filter ( 4 . 6 ) and that the electromagnetic filter ( 4 . 6 ) with a measuring device ( 12 . 13 ) for recording ei Nes fault current (I F ) is connected. Vorrichtung (8) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das elektromagnetische Filter (4, 6) eine Drossel bestehend aus einem Eisenkern (4) und einer Wicklung (6) ist.Contraption ( 8th ) according to claim 1, characterized in that the electromagnetic filter ( 4 . 6 ) a throttle consisting of an iron core ( 4 ) and a winding ( 6 ). Vorrichtung (8) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Drossel eine zusätzliche Wicklung (5) zur Erfassung des Fehlerstroms (IF) aufweist.Contraption ( 8th ) according to claim 2, characterized in that the choke an additional winding ( 5 ) for detecting the fault current (I F ). Vorrichtung (8) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der magnetische Fluss im elektromagnetischen Filter (4, 6) mittels eines Messgeräts (12, 13) erfasst wird.Contraption ( 8th ) according to one of the preceding claims, characterized in that the magnetic flux in the electromagnetic filter ( 4 . 6 ) by means of a measuring device ( 12 . 13 ) is detected. Vorrichtung (8) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der ermittelte Fehlerstrom (IF) elektrisch verstärkt oder gefiltert wird.Contraption ( 8th ) according to one of the preceding claims, characterized in that the determined fault current (I F ) is electrically amplified or filtered. Maschine (1) mit wenigstens einem elektrischen Antriebsmotor (10), dadurch gekennzeichnet, dass dem elektrischen Antriebsmotor (10) wenigstens eine Vorrichtung (8) nach einem der Ansprüche 1 bis 5 zur Erfassung eines elektrischen Fehlerstroms (IF) vorgeschaltet ist.Machine ( 1 ) with at least one electric drive motor ( 10 ), characterized in that the electric drive motor ( 10 ) at least one device ( 8th ) according to one of claims 1 to 5 for detecting an electrical fault current (I F ) is connected upstream. Maschine (1) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der elektrische Antriebsmotor (10) über ein elektronisches Leistungsteil (9, 15, 16) mit Strom versorgt wird und dass dem elektronischen Leistungsteil (9, 15, 16) eine Vorrichtung (8) nach einem der Ansprüche 1 bis 5 vorgeschaltet ist.Machine ( 1 ) according to claim 6, characterized in that the electric drive motor ( 10 ) via an electronic power unit ( 9 . 15 . 16 ) and that the electronic power unit ( 9 . 15 . 16 ) a device ( 8th ) is preceded by one of claims 1 to 5. Maschine (1) nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass in der elektrischen Verbindung zwischen elektrischem Antriebsmotor (10) und elektronischem Leistungsteil (9, 15, 16) wenigstens eine Vorrichtung (8) nach einem der Ansprüche 1 bis 5 angeordnet ist.Machine ( 1 ) according to claim 6 or 7, characterized in that in the electrical connection between the electric drive motor ( 10 ) and electronic power unit ( 9 . 15 . 16 ) at least one device ( 8th ) is arranged according to one of claims 1 to 5. Maschine (1) nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswertung des Fehlerstroms (IF) in einer übergeordneten Maschinensteuerung (13) erfolgt.Machine ( 1 ) according to one of claims 6 to 8, characterized in that the evaluation of the fault current (I F ) in a higher-level machine control ( 13 ) he follows. Maschine (1) nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswertung des Fehlerstroms (IF) direkt in der Vorrichtung (8) nach einem der Ansprüche 1 bis 5 erfolgt.Machine ( 1 ) according to any one of claims 6 to 8, characterized in that the evaluation of the fault current (I F ) directly in the device ( 8th ) according to one of claims 1 to 5. Maschine (1) nach einem der Ansprüche 6 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass in jedem elektrischen Zweig (17, 18) zur Versorgung von elektrischen Verbrauchern (10, 19) wenigstens eine Vorrichtung (8) nach einem der Ansprüche 1 bis 5 vorhanden ist.Machine ( 1 ) according to one of claims 6 to 10, characterized in that in each electrical branch ( 17 . 18 ) for the supply of electrical consumers ( 10 . 19 ) at least one device ( 8th ) according to one of claims 1 to 5 is present. Maschine (1) nach einem der Ansprüche 6 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrischen Verbraucher (10, 19) an einen Gleichspannungszwischenkreis (17) angeschlossen sind.Machine ( 1 ) according to one of claims 6 to 11, characterized in that the electrical consumers ( 10 . 19 ) to a DC voltage intermediate circuit ( 17 ) are connected. Maschine (1) nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass im Gleichspannungszwischenkreis (17) eine Vorrichtung (8) nach einem der Ansprüche 1 bis 5 vorhanden ist.Machine ( 1 ) according to claim 12, characterized in that in the DC voltage intermediate circuit ( 17 ) a device ( 8th ) according to one of claims 1 to 5 is present. Maschine (1) nach einem der Ansprüche 6 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass Zweige (17, 19) oder Teile der Zweige der elektrischen Stromversorgung von elektrischen Antrieben (10) und Verbrauchern (19) einzeln abschaltbar sind.Machine ( 1 ) according to one of claims 6 to 13, characterized in that branches ( 17 . 19 ) or parts of the branches of the electric power supply of electric drives ( 10 ) and consumers ( 19 ) can be switched off individually. Maschine (1) nach einem Ansprüche 6 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Maschine eine Druckmaschine (1) oder Druckweiterverarbeitungsmaschine ist.Machine ( 1 ) according to one of claims 6 to 14, characterized in that the machine is a printing press ( 1 ) or print finishing machine is. Maschine (1) nach Anspruch 14 und 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Maschine (1) mehrere Druckwerke oder Aggregate aufweist und dass die Druckwerke und Aggregate einzeln von der Stromversorgung abschaltbar sind.Machine ( 1 ) according to claims 14 and 15, characterized in that the machine ( 1 ) has multiple printing units or units and that the printing units and units are individually switched off from the power supply. Maschine (1) nach einem der Ansprüche 6 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Ergebnisse der Auswertung des Fehlerstroms (IF) mittels einer Kommunikationseinrichtung an einen örtlich entfernt angeordneten Rechner übertragbar sind.Machine ( 1 ) according to one of claims 6 to 16, characterized in that the results of the evaluation of the fault current (I F ) by means of a communication device to a locally remote computer are transferable.
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