DE4331250C1 - Vorrichtung zur Begrenzung des Einschaltstromes in einem Laststromkreis - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Begrenzung des Einschaltstromes in einem Laststromkreis, mit wenigstens einem zum Laststromkreis in Reihe geschalteten Begrenzungswiderstand und einem mit einer Steuerung verbundenen Überbrückungselement zum Überbrücken des Begrenzungswiderstandes (DE 33 08 320 A1).

Es sind bereits Schaltungen bekannt, die zur Begrenzung des Einschaltstromes einen Heißleiter verwenden, der mit der Last in Reihe geschaltet ist (vgl. DE-AS 24 43 522). Beim Einschal­ ten der Last befindet sich der Heißleiter in kaltem Zustand und hat daher einen hohen elektrischen Widerstand, der als Vorwiderstand den Einschaltstrom begrenzt. Durch den nach dem Einschalten fließenden Laststrom erwärmt sich der Heißleiter, wodurch sein Widerstand auf einen niedrigen Wert abfällt.

Nachteilig ist hierbei, daß die Temperatur des Heißleiters und damit auch sein elektrischer Widerstand von der Größe des Laststromes abhängig ist. Fällt der Laststrom vorübergehend auf einen niedrigen Wert ab, kühlt sich der Heißleiter ab und wird hochohmig. Beim Ansteigen des Laststromes fällt dann eine erhöhte Spannung am Heißleiter ab, was zu einem vorübergehenden Spannungseinbruch an der Last führt, bis der Heißleiter erneut aufgeheizt ist. Weiterhin ist nachteilig, daß bei einem kurzen Netzausfall oder bei einem kurzen Ausschalten der Last der Heißleiter seine hohe Temperatur und seinen niedrigen Widerstand weitgehend beibehält und daher beim Wiedereinschalten der Last das Auftreten eines Stromstoßes nicht verhindern kann.

Es sind auch bereits Schaltungen bekannt, die mit einem Festwiderstand arbeiten, welcher zu der Last in Reihe geschaltet ist und der nach dem Einschaltvorgang z. B. durch einen mit einer Steuerung gekoppelten Kontakt überbrückt wird (vgl. DE 33 08 320 A1). Bei dieser Schaltung muß der Festwiderstand jedoch an die Last angepaßt werden, damit weder beim Einschalten, noch beim Überbrücken des Festwiderstandes unzulässig hohe Stromspitzen auftreten. Somit ist die Schaltung lastabhängig und kann nicht für variable Lasten eingesetzt werden. Da der Festwiderstand in der Regel nicht für Dauerbetrieb ausgelegt ist, besteht darüber hinaus beim Ein-/Ausschalten der Last in schneller Folge die Gefahr, daß sich der Festwiderstand überhitzt und zerstört wird.

Ferner sind elektronische Schaltungen bekannt, die durch eine geeignete Phasenanschnittsteuerung ein Sanfteinschalten, insbesondere induktiver Lasten, ermöglichen (WO 91/17597 A1). Diese Schaltungen verfügen zwar über zahlreiche Vorteile, erfordern jedoch einen nicht unerheblichen schaltungstechnischen Aufwand, der mit entsprechenden Kosten verbunden ist. In manchen Anwendungsfällen, in denen aus Sicherheitsgründen auf die ausschließliche Verwendung elektronischer Bauelemente verzichtet werden soll, muß außerdem eine zusätzliche Einschaltstrombegrenzung vorhanden sein, die beim Ausfall der Elektronik die Betriebssicherheit gewährleistet.

Die Aufgabe der Erfindung besteht deshalb darin, eine einfache und betriebssichere Einschaltstrombegrenzung zu schaffen, bei der auch unter ungünstigen Bedingungen, z. B. beim wiederholten Einschalten der Last nach kurzer Zeit, bzw. in Folge, der Einschaltstrom einen vorgegebenen Grenzwert nicht überschreitet. Die Einschaltstrombegrenzung soll auch lastunabhängig arbeiten.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird vorgeschlagen, daß der Begrenzungswiderstand ein Heißleiter ist, der mit wenigstens einer Meß- und Steuervorrichtung zur Überwachung seines Betriebszustandes verbunden ist, wobei die Meß- und Steuervorrichtung mit dem Überbrückungselement sowie mit einem zu der Last in Reihe geschalteten Verriegelungselement zur Einschaltblockierung beim Unterschreiten eines vorgebbaren Heißleiterwiderstandes in Steuerverbindung steht.

Beim Einschalten der Last ist der Heißleiter zur Last in Reihe geschaltet und begrenzt wegen seines hohen Kaltwiderstandes den Einschaltstrom. Dabei erwärmt sich der Heißleiter, wodurch sein elektrischer Widerstand abnimmt. Beim Unterschreiten eines vorgegebenen Widerstandswertes überbrückt die Meß- und Steuervorrichtung den Heißleiter durch Parallelschalten des Überbrückungselementes. Der Heißleiter wird dann stromlos und kühlt ab. Da der Heißleiter während des Einschaltvorganges seinen Widerstand kontinuierlich verringert, wird das Auftreten unzulässig hoher Stromspitzen sowohl beim Einschalten der Last, als auch beim Überbrücken des Heißleiters vermieden.

Da das Einschalten der Last beim Unterschreiten eines vorgebbaren Heißleiterwiderstandes blockiert ist, kann der Einschaltstrom auch beim wiederholten Einschalten der Last in Folge nicht den vorgegebenen Grenzwert überschreiten. Durch die erfindungsgemäßen Maßnahmen ist der Heißleiter außerdem vor Überlastung durch zu häufiges Ein-/Ausschalten geschützt.

Die Vorrichtung kann darüberhinaus ohne die Verwendung von elektronischen Schaltelementen realisiert werden. Sie eignet sich deshalb besonders für Anwendungsfälle, bei denen die Betriebssicherheit der Einschaltstrombegrenzung besonders wichtig ist und bei denen der Einschaltstrom mit geringem technischem Aufwand begrenzt werden soll.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung enthält die Meß- und Steuervorrichtung zur Überwachung des Heißleiterwiderstandes einen mit dem Heißleiter thermisch gekoppelten Temperatursensor, vorzugsweise einen Meß-Heiß- oder Meß-Kaltleiter. Der Temperatursensor kann einerseits dazu verwendet werden, bei ausgeschalteter Last und zu heißem, niederohmigen Heißleiter durch Ansteuern des mit der Last in Reihe geschalteten Verriegelungselementes das Einschalten der Last zu blockieren. Andererseits kann der Temperatursensor bei eingeschalteter Last auch zum Ansteuern des Überbrückungs­ elementes verwendet werden, wenn der Heißleiter eine vorgebbare Temperatur überschreitet und sein elektrischer Widerstand so klein geworden ist, daß die Last direkt an das Netz geschaltet werden kann, ohne daß dabei ein unzulässig hoher Laststromstoß auftritt.

Eine andere Ausführungsform der Erfindung sieht vor, daß zur Überwachung des Heißleiterwiderstandes eine Spannungsmeß­ einrichtung zur Messung der am Heißleiter abfallenden Spannung vorgesehen ist und daß die Meß- und Steuervorrichtung zur Bildung des Zeit-Spannungs-Integrals ausgebildet ist. Das Zeit-Spannungs-Integral stellt ein Maß für die Erwärmung des Heißleiters dar, das zur Steuerung der Einschaltblockierung herangezogen werden kann. Da durch Bildung des Zeit-Spannungs- Integrals Temperatur- bzw. Widerstandsänderungen des Heißleiters verzögerungsfrei ermittelt werden können, eignet es sich besonders zum Überwachen des Betriebszustandes des Heißleiters in Verbindung mit einer Temperaturmessung. Eine möglicherweise vorhandene Trägheit bei der Temperaturmessung des Heißleiters, die z. B. durch die thermische Kopplung zwischen Heißleiter und Temperatursensor verursacht sein kann, wird dadurch kompensiert.

Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, daß das Verriegelungselement mit einem zur Meß- und Steuervorrichtung gehörenden Zeitglied in Steuerverbindung steht, das beim Abschalten der Spannungsversorgung oder beim Überbrücken des Heißleiters zurückgesetzt und gestartet wird. In diesem Fall muß die Zeitkonstante ausreichend groß bemessen werden, damit sichergestellt ist, daß der Begrenzungs-Heißleiter beim wiederholten Einschalten der Last nicht bei jedem Einschaltvorgang mit einer höheren Anfangstemperatur startet.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, daß die Verzögerungszeit des Zeitgliedes etwa proportional zum Zeit- Strom-Integral des Heißleiterstroms vor dem Abschalten der Spannungsversorgung oder dem Überbrücken des Heißleiters ist. Bei größeren Einschaltströmen, die den Begrenzungs-Heißleiter stärker erwärmen, wird somit eine größere Zeitkonstante gewählt als bei kleinen Einschaltströmen. Der Heißleiter hat dann ausreichend Zeit zum Abkühlen und ist dennoch nach dem Einschalten der Last möglichst schnell für den nächsten Einschaltvorgang bereit.

Zum Messen des Heißleiterstromes ist es vorteilhaft, wenn dem Heißleiter ein Meß-Shunt in Reihe geschaltet ist. Der Heißleiterstrom kann dann unabhängig vom Betriebszustand des Heißleiters durch Messung des zum Heißleiterstrom proportionalen Spannungsabfalls am Meß-Shunt ermittelt werden.

Bei einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist die Verzögerungszeit des Zeitgliedes etwa proportional zum Zeit- Spannungs-Integral des Spannungsabfalls am Heißleiter vor dem Abschalten der Spannungsversorgung oder dem Überbrücken des Heißleiters. Bei größeren Einschaltströmen, die den Heißleiter stärker erwärmen, fällt bei gleicher Ausgangstemperatur des Heißleiters eine höhere Spannung am Heißleiter ab, als bei kleinen Einschaltströmen. Wird die Verzögerungszeit des Zeitgliedes etwa proportional zum Zeit-Spannungs-Integral gesteuert, ist somit bei großen Einschaltströmen das Wiedereinschalten der Last länger verriegelt als bei kleinen Einschaltströmen. Der Heißleiter hat somit ausreichend Zeit zum Abkühlen und ist trotzdem nach dem Einschalten der Last möglichst schnell für den nächsten Einschaltvorgang bereit.

Da die am Heißleiter abfallende Spannung auch von der Temperatur des Heißleiters abhängt, besteht die Möglichkeit, daß sich die Heißleitertemperatur beim mehrfachen Ein-/Ausschalten der Last in Folge, bei jedem Einschaltvorgang gegenüber dem vorherigen Einschaltvorgang erhöht. Bevorzugt wird deshalb als zusätzliches Sicherheitselement ein Temperaturfühler für den Heißleiter vorgesehen, der das Einschalten der Last bei zu heißem Begrenzungs-Heißleiter verriegelt. Die verzögerungsfrei arbeitende Zeit-Spannungs- Integration wird dabei besonders zur Erkennung schneller Temperatur- bzw. Widerstandsänderungen des Heißleiters herangezogen, während der Temperatursensor vorzugsweise zum Erkennen "langfristiger" Veränderungen des Heißleiter­ widerstands dient.

Damit die Reaktionszeit des Temperaturfühlers möglichst gering ist und die Temperatur des Begrenzungs-Heißleiters besonders gut auf den Temperatursensor übertragen wird, ist vorgesehen, daß zumindest zwei Begrenzungs-Heißleiter vorhanden sind, zwischen denen ein mit den Heißleitern gut wärmeleitend verbundener Temperatursensor angeordnet ist. Dabei kann die Abkühlzeit des Begrenzungs-Heißleiters durch wenigstens ein Kühlelement, vorzugsweise ein Kühlblech, das gut wärmeleitend mit dem/den Begrenzungs-Heißleiter(n) verbunden ist, verkürzt werden. Durch die außen angebrachten Kühlelemente wird außerdem erreicht, daß beim Abkühlen die Temperatur zuerst an den Begrenzungs-Heißleitern und erst dann am Meß-Heißleiter abfällt. Dadurch ergibt sich eine Hysterese, die eine sichere Einschaltblockierung ermöglicht.

Die Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit den Ansprüchen und den Zeichnungen. Die einzelnen Merkmale können je für sich oder zu mehreren bei einer Ausführungsform der Erfindung verwirklicht sein.

Es zeigen zum Teil stärker schematisiert:

Fig. 1 ein Blockschaltbild einer Einschaltstrombegrenzung mit einer Temperaturüberwachung, einem Zeitglied und einer Meßvorrichtung für den Spannungsabfall am Begrenzungs-Heißleiter,

Fig. 2 ein Blockschaltbild einer Einschaltstrombegrenzung mit einem Zeitglied und einer Vorrichtung zum Messen des Laststromes,

Fig. 3 ein Schaltbild einer Einschaltstrombegrenzung, mit einem von einem Temperaturschnappschalter gesteuerten Verriegelungselement und einem Überbrückungselement,

Fig. 4 ein Schaltbild einer Einschaltstrombegrenzung mit einer Temperaturüberwachung für den Begrenzungs- Heißleiter, einem Zeitglied und einer Meßvorrichtung für den Spannungsabfall am Begrenzungs-Heißleiter, und

Fig. 5 eine Seitenansicht von mit Kühlelementen wärmeleitend verbundenen Begrenzungs-Heißleitern, zwischen denen ein Temperatursensor angeordnet ist.

Fig. 3 zeigt eine einfache Ausführung einer erfindungsgemäßen Einschaltstrombegrenzung 100. An den Netzspannungsanschlüssen 1, 1′ sind eine Spannungsversorgung und an den Lastanschlüssen 2, 2′ eine Last anschließbar. Zur Überwachung des Betriebszustandes eines Begrenzungs-Heißleiters 4 sind eine Spannungsmeßvorrichtung 9a sowie eine Temperatur- Meßvorrichtung 6 vorgesehen. Der Begrenzungs-Heißleiter 4 ist hierbei zur Überwachung seines Betriebszustandes mit einem Temperaturschnappschalter 15 thermisch gut leitend verbunden. Das Verriegelungselement 3 weist ein Verriegelungsrelais 14 mit einem Kontakt 34 auf. Das Verriegelungsrelais 14 wird von dem Temperaturschnappschalter 15 gesteuert. Wenn der Begrenzungs-Heißleiter 4 kalt ist, ist der Temperatur­ schnappschalter 15 geschlossen und das Verriegelungsrelais 14 zieht an. Dabei fließt der Laststrom von der an den Kontakten 1, 1′ angeschlossenen Spannungsversorgung über den Heißleiter 4 und den geschlossenen Kontakt 34 des Verriegelungsrelais 14 zu der an den Kontakten 2, 2′ angeschlossenen Last. Der beim Einschalten noch kalte Heißleiter 4 weist einen hohen Widerstand auf, wodurch eine entsprechend hohe Spannung an ihm abfällt. Diese steuert über den Vorwiderstand 35 die Spule des Steuerrelais 16. Der Relaiskontakt 17 ist dadurch geöffnet und die Spule des Überbrückungsrelais 18 ist stromlos; der Relaiskontakt 19 ist geöffnet. Der Heißleiter 4 heizt sich nun durch den Laststrom auf, wodurch sein elektrischer Widerstand kleiner wird. Dadurch fällt die am Heißleiter 4 abfallende Spannung ab und der Kontakt 17 des Steuerrelais 16 schließt. Die Spule des Überbrückungsrelais 18 liegt dann über den Begrenzungs-Heißleiter 4 und das Verriegelungsrelais 14 an Netzspannung und zieht an. Der Begrenzungs-Heißleiter 4 wird dann mit dem Kontakt 19 des Überbrückungsrelais 18 überbrückt.

Bedingt durch die Wärmewiderstände und die Wärmekapazitäten des Begrenzungs-Heißleiters 4 und des Temperaturschnapp­ schalters 15, detektiert der relativ träge Temperaturschnapp­ schalter 15 den plötzlichen Temperaturanstieg am Heißleiter 4 zeitverzögert. Der Temperaturschnappschalter 15 öffnet deshalb erst nachdem der Überbrückungskontakt 19 geschlossen ist. Das Verriegelungsrelais 14 fällt dann ab und der Stromzweig über den Heißleiter 4 ist unterbrochen. Die Last bleibt dann über den Überbrückungskontakt 19 weiterhin eingeschaltet, bis der Hauptschalter 20 geöffnet wird. Durch das Öffnen des Hauptschalters 20 wird die Verbindung zur Spannungsversorgung unterbrochen und das Überbrückungsrelais 18 fällt ab. Der Überbrückungsstromkreis wird dadurch unterbrochen. Ein erneutes Einschalten der Last ist dann nur über den Stromzweig mit dem Heißleiter 4 möglich. Hierzu muß der Begrenzungs- Heißleiter 4 jedoch ausreichend abgekühlt sein, damit der Temperaturschnappschalter 15 geschlossen ist und das Verriegelungsrelais 14 anzieht und den Relaiskontakt 34 schließt. Das Wiedereinschalten der Last bei heißem, niederohmigem Begrenzungs-Heißleiter 4 ist somit verriegelt, wodurch unzulässig hohe Einschaltstromstärken vermieden werden.

Fig. 1 zeigt ein Blockschaltbild einer erweiterten Einschaltstrombegrenzung 100a, bei der ebenfalls wie in Fig. 3 an den Netzspannungsanschlüssen 1, 1′ eine Spannungs­ versorgung und an den Lastanschlüssen 2, 2′ eine Last, z. B. ein Transformator, anschließbar sind. Die Schaltung enthält im Laststromkreis das Verriegelungselement 3 zu dem der Begrenzungs-Heißleiter 4 in Reihe geschaltet ist, sowie das parallel zu dieser Reihenschaltung geschaltete Überbrückungs­ element 5. Der Begrenzungs-Heißleiter 4, das Verriegelungs­ element 3 sowie das Überbrückungselement 5 sind mit einer im ganzen mit 99 bezeichneten Meß- und Steuervorrichtung verbunden. Zu dieser gehören entsprechend dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 eine Temperaturmeßvorrichtung 6 mit einem Meß-Heißleiter 37, der thermisch gut leitend mit dem Begrenzungs-Heißleiter 4 verbunden ist, eine Verriege­ lungssteuerung 8, eine Differenzspannungsmeßvorrichtung 9, eine Überbrückungssteuerung 10 sowie ein Zeitglied 11.

Die Temperaturmeßvorrichtung 6 ist mit der Verriegelungs­ steuerung 8 verbunden, die das Verriegelungselement 3 bei ausgeschalteter Last öffnet, wenn die von der Temperaturmeßvorrichtung 6 ermittelte Temperatur des Begrenzungs-Heißleiters 4 einen vorgebbaren Wert überschreitet. Damit wird sichergestellt, daß die Last nicht eingeschaltet werden kann, wenn der Heißleiter 4 aufgrund zu hoher Temperatur einen zu niedrigen Widerstand hat, der nicht ausreicht, um den Einschaltstrom in der gewünschten Weise zu begrenzen.

Mit der Differenz-Spannungs-Meßvorrichtung 9 wird der Spannungsabfall am Begrenzungs-Heißleiter 4 gemessen und an eine Überbrückungssteuerung 10 sowie an ein Zeitglied 11 weitergeleitet. Die Überbrückungssteuerung 10 vergleicht die am Heißleiter 4 anliegende Spannung mit einem vorgebbaren Schwellwert. Wird der Schwellwert bei eingeschalteter Last unterschritten, schließt die Überbrückungssteuerung 10 das Überbrückungselement 5, anderenfalls öffnet sie es.

Wenn beim Einschalten der Last nur ein geringer Laststrom vorliegt, schließt die Überbrückungssteuerung 9 das Überbrückungselement 5 bereits kurz nach dem Einschalten, da in diesem Fall trotz des hohen Widerstandes des noch kalten Begrenzungs-Heißleiters 4 nur ein geringer Spannungsabfall am Heißleiter 4 auftritt. Der Heißleiter 4, der wegen des ohnehin niedrigen Laststromes nicht benötigt wird, erwärmt sich dabei kaum und ist für den nächsten Einschaltvorgang sofort einsatzbereit.

Bei hohen Einschaltströmen schaltet die Überbrückungssteuerung 10 das Überbrückungselement 5 dagegen erst dann zu, wenn sich die Temperatur des Heißleiters 4 so weit erhöht hat, daß der Spannungsabfall am Heißleiter 4 aufgrund seines niedrigen Heißwiderstandes den Schwellwert der Überbrückungssteuerung 10 unterschreitet. Der Heißleiter 4 ist dadurch länger mit der Last in Reihe geschaltet und begrenzt den Einschaltstrom.

Die Differenz-Spannungs-Meßvorrichtung 9 ist außerdem mit dem Zeitglied 11 verbunden, das nach dem Einschalten der Last mit Hilfe der Verriegelungssteuerung 8 für eine bestimmte Zeitdauer ein erneutes Schließen des Verriegelungselementes 3 verhindert. Das Verriegelungselement 8 hat zu diesem Zweck eine Steuerlogik 12, mit der die Informationen vom Zeitglied 11 und der Temperaturmeßvorrichtung 6 entsprechend verknüpft werden.

Die Verzögerungszeit des Zeitglieds 11 ist an den zeitlichen Verlauf des Spannungsabfalls am Heißleiter 4 vor dem Abschalten der Spannungsversorgung oder dem Überbrücken des Heißleiters 4 gekoppelt. Die Einstellung der Verzögerungszeit erfolgt dabei etwa proportional zum Integral des Spannungsabfalls über die Zeit. Wenn beim Einschalten der Last ein großer Laststrom fließt, fällt eine entsprechend hohe Spannung am Heißleiter 4 ab. Außerdem wird das Überbrückungselement 5 erst relativ spät zugeschaltet. Das Integral ergibt somit einen hohen Wert, der im Zeitglied 11 in eine entsprechend lange Verzögerungszeit umgesetzt wird, damit der heiße Begrenzungs-Heißleiter 4 ausreichend Zeit zum Abkühlen hat. Fließt dagegen beim Einschalten der Last nur ein kleiner Laststrom, fällt nur eine kleine Spannung am Heißleiter 4 ab. Außerdem wird das Überbrückungselement 5 früher zugeschaltet. Das Integral des Spannungsabfalls über die Zeit ergibt in diesem Fall einen kleinen Wert, der im Zeitglied 11 in eine entsprechend kurze Verzögerungszeit umgesetzt wird, die ausreichend ist, um den nur wenig erwärmten Heißleiter 4 abzukühlen.

Die Temperaturmeßvorrichtung 6 ist in Fig. 1 als zusätzliches Sicherheitselement vorgesehen, das verhindern soll, daß sich der Heißleiter 4 beim wiederholten Einschalten der Last in Folge unzulässig stark erwärmt.

Fig. 2 zeigt das Blockschaltbild einer weiteren Ausführung der Erfindung. Ähnlich wie in Fig. 1 sind Spannungsversorgungs­ anschlüsse 1, 1′, Lastanschlüsse 2, 2′, ein Verriegelungs­ element 3, ein Begrenzungs-Heißleiter 4, ein Überbrückungs­ element 5, eine Verriegelungssteuerung 8, eine Differenz- Spannungs-Meßvorrichtung 9, eine Überbrückungssteuerung 10, ein Zeitglied 11 und eine Steuerlogik 12 zu erkennen. Die Differenz-Spannungs-Meßvorrichtung 9 ist jedoch nicht, wie in Fig. 1, an dem Begrenzungs-Heißleiter 4 angeschlossen, sondern mißt den dem Laststrom proportionalen Spannungsabfall an einem zu dem Heißleiter 4 in Reihe geschalteten Meß-Shunt 13. Das Zeitglied 11 und die Überbrückungssteuerung 10 sind also an den Laststrom gekoppelt. Erhöht sich die Einschalttemperatur des Begrenzungs-Heißleiters 4 beim wiederholten Ein-/Ausschalten der Last in Folge, steigt der Einschaltstrom wegen des abnehmenden Widerstandes des Heißleiters 4 an. Dies führt zu einem größeren Spannungsabfall an dem Meß-Shunt 13, der im Zeitglied 11 in eine längere Wartezeit umgesetzt wird.Die Verriegelungssteuerung 8 hält deshalb das Verriegelungselement 3 länger geöffnet, wodurch sich der Heißleiter 4 bis zum nächsten Einschalten länger abkühlen kann. Die Einschalttemperatur des Heißleiters 4 wird somit auch beim wiederholten Ein-/Ausschalten der Last in Folge begrenzt.

Auch die Überbrückungssteuerung 10 ist mit dem Laststrom gekoppelt. Wenn der Laststrom bei eingeschalteter Last einen vorgegebenen Schwellwert unterschreitet, gilt der Einschaltvorgang als beendet, und die Überbrückungssteuerung 10 schließt das Überbrückungselement 5. Der Heißleiter 4 wird dann nicht mehr vom Laststrom durchflossen und kühlt ab.

Fig. 4 zeigt eine gegenüber Fig. 3 etwas erweiterte Einschaltstrombegrenzung, bei der auch bei wiederholtem Einschalten der Last in Folge ein Überschreiten des zulässigen Einschaltstromes sicher vermieden wird. Die Schaltung weist Versorgungsspannungsanschlüsse 1, 1′, Lastanschlüsse 2, 2′ sowie zwei zu der Last in Reihe geschaltete Begrenzungs- Heißleiter 4a, 4b auf. Ein als Temperatursensor dienender Meß- Heißleiter 37 ist thermisch gut leitend mit den Begrenzungs- Heißleitern 4a, 4b verbunden.

Der Meß-Heißleiter 37 ist zwischen den beiden Begrenzungs- Heißleitern 4a, 4b angeordnet (Fig. 5). Auf der dem Meß- Heißleiter 37 abgewandten Seite jedes Begrenzungs-Heißleiters 4a, 4b sind Kühlelemente 21a, 21b angeordnet, die ebenfalls gut thermisch leitend mit dem jeweiligen Begrenzungs- Heißleiter 4a, 4b verbunden sind. Durch die außen angebrachten Kühlelemente 21a, 21b kühlen beim Abkühlen zuerst die Begrenzungs-Heißleiter 4a, 4b ab und erst dann der Meß- Heißleiter 37. Dadurch ergibt sich eine Hysterese, die eine sichere Blockierung und Freigabe des von dem Meß-Heißleiter 37 gesteuerten Verriegelungsrelais 14 ermöglicht.

Die Spule des Verriegelungsrelais 14 wird von dem Gleichrichter 23 über den Vorwiderstand 24 gespeist. Parallel zu dem Verriegelungsrelais 14 ist über den oberen geschlossenen Relaiskontakt der Meß-Heißleiter 37 geschaltet.

Wird der Hauptschalter 20 bei kalten Begrenzungs-Heißleitern 4a, 4b geschlossen, zieht das Verriegelungsrelais 14 sofort an. Der noch kalte Meß-Heißleiter 37 hat dann einen hohen Widerstand und der überwiegende Teil des durch den Vorwiderstand 24 fließenden Stroms fließt durch die Spule des Verriegelungsrelais 14. Auch der Relaiskontakt 36 des Verriegelungsrelais 14 schließt und der Laststrom fließt dadurch durch die beiden Heißleiter 4a, 4b. Die an den Heißleitern 4a, 4b abfallende Spannung liegt an dem Transformator 22 an, der auf seiner Sekundärseite einen Gleichrichter 25 speist. Der Gleichrichter 25 versorgt über den Vorwiderstand 26 die Spule des Steuerrelais 16. Bei einem entsprechend großen Spannungsabfall an den Begrenzungs- Heißleitern 4a, 4b zieht das Steuerrelais 16 an und der zugehörige Ruhekontakt 38 öffnet. Der Gleichrichter 27 ist dann spannungslos und das Überbrückungsrelais 18 versorgt über seinen Ruhekontakt 39 die Anzeige 28 mit Netzspannung. Hierdurch wird signalisiert, daß die Heißleiter 4a, 4b in den Laststromkreis geschaltet sind.

Durch das Aufheizen der Heißleiter 4a, 4b wird der Spannungsabfall an den Heißleitern 4a, 4b immer geringer. Beim Unterschreiten eines bestimmten Spannungswertes schließt der Ruhekontakt 38 und der Gleichrichter 27 wird mit der an der Last anliegenden Spannung versorgt. Nach Aufladen des Kondensators 29 über den Vorwiderstand 30 zieht das Überbrückungsrelais 18 an. Die Begrenzungs-Heißleiter 4a, 4b werden dann überbrückt und die Anzeige 28 erlischt.

Die Überbrückungssteuerung erfaßt auch den Fall kleiner Einschaltströme. In diesem Fall ist der Spannungsabfall an den Heißleitern 4a, 4b schon in deren kaltem Zustand so gering, daß das Überbrückungsrelais 18 unmittelbar nach dem Einschalten der Last anzieht. Die Heißleiter 4a, 4b erwärmen sich dann nicht.

Bei einem entsprechend großen Spannungsabfall über den Heißleitern 4a, 4b wird über den Transformator 22, den Gleichrichter 25 und die Diode 31 der Kondensator 32 aufgeladen. Die Diode 31 verhindert dabei ein Entladen des Kondensators 32 über den Vorwiderstand 26 und die Spule des Steuerrelais 16. Die Aufladung des Kondensators 32 ist spannungszeitproportional. Der Transformator 22 übernimmt dabei auch die Funktion eines Vorwiderstandes. Der Kondensator 33 ist so dimensioniert, daß er das Steuerrelais 33 bei voller Aufladung über mehrere Sekunden halten kann. Die Spule des Verriegelungsrelais 14 wird dann über den Arbeitskontakt des Steuerrelais 33 kurzgeschlossen. Nach dem Ein-/Ausschalten der Last wird dadurch ein erneutes Einschalten für eine bestimmte Zeit gesperrt. Die Zeitdauer ist an das Spannungs-Zeit- Integral des Spannungsabfalls an den Heißleitern 4a, 4b, damit an deren thermische Belastung gekoppelt und soll die Zeitdifferenz überbrücken, die nötig ist, damit der Meß- Heißleiter 37 die Temperatur der Begrenzungs-Heißleiter 4a, 4b annimmt.

Als zusätzliches Sicherheitselement verhindert der dem Verriegelungselement 14 parallel geschaltete Meß-Heißleiter 37 das Einschalten der Last bei zu großer Begrenzungs- Heißleitertemperatur. Die Verriegelungszeit des Steuerrelais 33 kann dadurch kürzer als die Abkühlzeit der Begrenzungs- Heißleiter 4a, 4b gewählt werden, so daß die Last nach dem Einschalten möglichst frühzeitig wieder erneut eingeschaltet werden kann. Der Meß-Heißleiter 37 ist auch deshalb vorgesehen, weil der Spannungsabfall an den Begrenzungs- Heißleitern 4a, 4b nicht immer proportional zu deren Aufheizung ist.

Claims (9)

1. Vorrichtung zur Begrenzung des Einschaltstromes in einem Laststromkreis, mit wenigstens einem zum Laststromkreis in Reihe geschalteten Begrenzungswiderstand und einem mit einer Steuerung verbundenen Überbrückungselement zum Überbrücken des Begrenzungswiderstandes, dadurch gekennzeichnet, daß der Begrenzungswiderstand ein Heißleiter (4) ist, der mit wenigstens einer Meß- und Steuervorrichtung zur Überwachung seines Betriebszustandes verbunden ist und daß die Meß- und Steuervorrichtung mit dem Überbrückungselement (5) sowie einem zu der Last in Reihe geschalteten Verriegelungselement (3) zur Einschaltblockierung beim Unterschreiten eines vorgebbaren Heißleiterwiderstandes in Steuerverbindung steht.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Meß- und Steuervorrichtung zur Überwachung des Heißleiterwiderstandes einen mit dem Heißleiter thermisch gekoppelten Temperatursensor (7), vorzugsweise einen Meß-Heiß- oder Meß-Kaltleiter aufweist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zur Überwachung des Heißleiterwiderstandes eine Spannungsmeßeinrichtung zur Messung der am Heißleiter abfallenden Spannung vorgesehen ist und daß die Meß- und Steuervorrichtung zur Bildung des Zeit-Spannungs-Integrals ausgebildet ist.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Verriegelungselement mit einem zur Meß- und Steuervorrichtung gehörenden Zeitglied (11) in Steuerverbindung steht, das beim Abschalten der Spannungsversorgung oder beim Überbrücken des Heißleiters (4) zurückgesetzt bzw. gestartet wird.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Verzögerungszeit des Zeitgliedes (11) etwa proportional zum Zeit-Strom-Integral des Heißleiterstroms vor dem Abschalten der Spannungsversorgung oder dem Überbrücken des Heißleiters (4) ist.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß zur Messung des Heißleiterstromes ein Meß-Shunt (13) in Reihe zu dem Heißleiter (4) geschaltet ist.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Verzögerungszeit des Zeitgliedes (11) etwa proportional zum Zeit-Spannungs-Integral des Spannungsabfalls am Heißleiter (4, 4a, 4b) vor dem Abschalten der Spannungsversorgung oder dem Überbrücken des Heißleiters (4) ist.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest zwei Begrenzungs-Heißleiter (4a, 4b) vorhanden sind, zwischen denen ein mit den Heißleitern (4a, 4b) gut wärmeleitend verbundener Temperatursensor (7) angeordnet ist.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der oder die Heißleiter (4, 4a, 4b) mit wenigstens einem Kühlelement, vorzugsweise einem Kühlblech, gut wärmeleitend verbunden ist (sind).