EP4740283A1 - Sicherungsmodul und system mit mehreren derartigen sicherungsmodulen - Google Patents

Abstract

Ein erfindungsgemäßes Sicherungsmodul (1) umfasst - zumindest zwei eingangsseitige bidirektionale Anschlusselemente (3a, 3b), die elektrisch miteinander verbunden sind und die jeweils ausgebildet sind zur wahlweisen elektrischen Verbindung mit einer elektrischen Stromquelle (12a, 12b) oder einem eingangsseitigen bidirektionalen Anschlusselement eines anderen Sicherungsmoduls (1a), - zumindest zwei ausgangsseitige Anschlusselemente (4a, 4b,... 4n), die jeweils ausgebildet sind zur elektrischen Verbindung mit einem elektrischen Verbraucher, wobei die ausgangsseitigen Anschlusselemente (4a, 4b,... 4n) über jeweils einen gesonderten elektrischen Abzweig (5a, 5b,... 5n) mit den eingangsseitigen Anschlusselementen (3a, 3b) verbunden sind, in den jeweils ein Schaltelement (6) geschaltet ist. Die bidirektionalen Anschlusselemente (3a, 3b) sind über jeweils einen gesonderten elektrischen Pfad (7a, 7b) miteinander und mit den Abzweigen (5a, 5b,... 5n) elektrisch verbunden. In dem elektrischen Pfad (7a bzw. 7b) erfasste Werte des elektrischen Stromes werden überwacht und bei Überschreiten eines Schwellwertes die Ströme in den Abzweigen (5a, 5b,... 5n) gemäß einer vorgegebenen oder vorgebbaren zeitlichen Reihenfolge begrenzt und/oder abgeschaltet, um die eingangsseitigen Anschlusselemente (3a, 3b) vor einer Überlast zu schützen. Das Sicherungsmodul (1) kann hierdurch eingangsseitig flexibel mit Strom versorgt werden oder auch andere Sicherungsmodule mit nicht benötigtem Strom versorgen. Bei Erweiterungen oder Modernisierungen einer Anlage wird hierdurch der Bauteilaufwand und Platzbedarf, insbesondere für zusätzliche Stromquellen, gering gehalten.

Description

Beschreibung

Sicherungsmodul und System mit mehreren derartigen Siche- rungsmodulen

Die Erfindung betri f ft ein Sicherungsmodul gemäß Patentanspruch 1 sowie ein System mit mehreren derartigen Sicherungsmodulen gemäß Patentanspruch 9 .

Sicherungsmodule kommen vor allem in Automatisierungssystemen von industriellen Anlagen und Gebäuden zur Versorgung kritischer Verbraucher zum Einsatz . Sie teilen einen von einer Stromquelle bereitgestellten Laststrom auf mehrere Abzweige auf und überwachen ihn zuverlässig auf Überlast und Kurzschluss . Kurz fristige Stromspitzen in den Abzweigen, z . B . durch hohen Einschaltstrom, lässt das Sicherungsmodul zu . Abzweige mit längerer Überlast bzw . Kurzschluss werden dagegen im Strom begrenzt oder abgeschaltet , während die übrigen Abzweige und daran angeschlossene Verbraucher unterbrechungsfrei weiterversorgt werden . So kann ein Totalaus fall des Automatisierungssystems und einer davon gesteuerten Anlage vermieden werden . Aufgrund dieser selektiven Schutzmaßnahmen in Bezug auf die einzelnen Abzweige werden derartige Sicherungsmodule oft auch als „Selektivitätsmodule" bezeichnet . Das Begrenzen und/oder Schalten der Ströme in den Abzweigen erfolgt dabei üblicherweise mit Hil fe elektronischer Schaltelemente , die in die Abzweige geschaltet sind .

Bei der Stromquelle handelt es sich in der Regel um ein elektronisches Schaltnetzteil , welches ausgangsseitig einen Gleichstrom mit einer geregelten Gleichspannung von 24 V oder 48 V bereitstellt .

Bekannte Sicherungsmodule bieten beispielsweise bis zu acht Abzweige bzw . Ausgänge mit einem maximalen Ausgangsstrom von j eweils bis zu 10 A und mit j eweils individuell einstellbarer Schutz Charakteristik . Der Verbraucher ist beispielsweise ein Sensor, Aktor, Relais , Schütz , Magnetventil , Antriebseinheit für einen Motor, Stellmotor, Steuerung oder eine Anzeigeeinheit .

Aus dem Stand der Technik bekannte Sicherungsmodule umfassen hierzu ein eingangsseitiges Anschlusselement ( z . B . eine Klemme ) zur elektrischen Verbindung mit einer elektrischen Stromquelle und zumindest zwei ausgangsseitige Anschlusselemente , die j eweils ausgebildet sind zur elektrischen Verbindung mit einem elektrischen Verbraucher, wobei die ausgangsseitigen Anschlusselemente über j eweils einen gesonderten elektrischen Abzweig (manchmal auch als „Kanal" bezeichnet ) mit dem eingangsseitigen Anschlusselement verbunden sind, und wobei in den Abzweig ein Schaltelement geschaltet ist .

Ein derartiges Sicherungsmodul bzw . Selektivitätsmodul ist beispielsweise aus der Broschüre „Selektivität und schnelle Fehlerortung in 24-V-Abzweigen" , Siemens AG, Ausgabe 04 /20 , BR 0420 0 . 75 TVS 8 De , bekannt .

Ein derartiges Sicherungsmodul bzw . Selektivitätsmodul ist auch beispielsweise aus der EP 2 764 592 Bl bekannt . Darin ist auch of fenbart , dass mehrere Selektivitätsmodule parallel an eine Stromquelle angeschlossen werden können .

Die EP 4 148 510 Al of fenbart eine Anordnung für eine Stromversorgung einer Anlagensteuerung in einer technischen Anlage , mit der eine Stromverteilung in Lastkreisen der Anlagensteuerung überwacht und gesteuert werden kann . Dabei sind einer getakteten Stromversorgungseinheit zumindest eines oder mehrere elektronische Sicherungsmodule nachgeschaltet .

Die DE 10 2020 101 193 Al of fenbart ein elektrisches Schutzschaltersystem umfassend einen Eingangsanschluss zum Anschließen einer elektrischen Stromquelle , mehrere Ausgangsanschlüsse j eweils zum Anschließen von elektrischen Verbrauchern, wobei j eder Ausgangsanschluss einen elektrischen Schalter zur Unterbrechung einer Stromzufuhr und eine Strom- messeinrichtung zum Messen einer Einzelstromstärke aufweist . Eine Stromerfassungseinheit dient zum Erfassen der an den mehreren Ausgangsanschlüssen gemessenen Einzelstromstärken und zum Bestimmen einer Gesamtstromstärke , die der Summe der Einzelstromstärken entspricht .

Wenn die Gesamtstromstärke eine bestimmte Gesamtstromgrenze überschreitet , wird einer der mehreren Ausgangsanschlüsse anhand einer Rangfolge der Ausgangsanschlüsse ausgewählt und die Stromzufuhr an dem ausgewählten Ausgangsanschluss mittels des entsprechenden elektrischen Schalters unterbrochen . Das Schutzschaltersystem kann dabei modular aufgebaut sein, umfassend mindestens zwei Schutzschaltermodule , die j eweils mindestens einen der mehreren Ausgangsanschlüsse umfassen, und ein Steuermodul . Die Gesamtstromstärke kann dabei dem Wert der Stromstärke entsprechen, die am Eingangsanschluss des elektrischen Schutzschaltersystems fließt . Optional kann das Schutzschaltersystem eine weitere Strommesseinrichtung am Eingangsanschluss umfassen, welche dazu ausgebildet ist , die Gesamtstromstärke direkt am Eingangsanschluss zu messen .

Das gesamte elektrische Schutzschaltersystem kann somit vor einer Überbelastung geschützt werden, beispielsweise indem überwacht wird und gegebenenfalls Maßnahmen (wie die Unterbrechung) ergri f fen werden, wenn der von der elektrischen Stromquelle bereitgestellte Strom eine maximale Stromstärke , hier also die Gesamtstromgrenze , überschreitet .

Das Dokument US 2015/ 0311752 Al of fenbart ein Microgrid- System, bei dem verteilte Power Sources und Lasten über Distribution Manager und ein bidirektionales inter-microgrid connection System miteinander verbunden sind . Dabei werden Überlasten in dem inter-microgrid connection System detek- tiert und beseitigt . Die Power Sources sind dabei über j eweils einen Source Main Breaker an den j eweiligen Distribution Manager angeschlossen . Die Distribution Managern weisen hierzu j eweils zwei Anschlusselemente für den Anschluss des inter-microgrid connection System und einen Anschluss für ei- ne Power Source auf . Mit Hil fe von Schaltern wird der Strom über die zwei Anschlusselemente für das inter-microgrid connection System gemessen und bei einem Überstrom entweder eine Power Source zugeschaltet , eine Last abgeschaltet oder bei einem Schalter die Auslösekurve angepasst .

Das Dokument DE 10 2012 207 624 Al of fenbart ein Bordnetz eines Fahrzeugs mit einem Verbund aus Schutzmodulen, die in eine Ringleitung des Bordnetzes geschaltet sind . Der Energiefluss durch die Schutzmodule ist unidirektional und es erfolgt eine Überwachung auf Kurzschluss mit Hil fe von eingangsseitigen Messwerten von Strom und Spannung j eweils benachbarter Module .

Wenn im Stand der Technik in einer Anlage - beispielsweise im Rahmen einer Erweiterung oder Modernisierung der Anlage - nun mehr Verbraucher mit elektrischem Strom versorgt werden müssen, als Ausgänge bzw . Abzweige in den Modulen vorhanden sind, die aus der gemeinsamen vorgeschalteten Stromquelle mit elektrischem Strom versorgt werden, oder wenn es zu einem vergrößerten Leistungsbedarf von Verbrauchern kommt , so müssen eine zusätzliche Stromquelle und weitere dieser zusätzlichen Stromquelle nachgeschaltete Module zum Einsatz kommen, was mit entsprechendem Bauteilaufwand und Platzbedarf verbunden ist .

Ausgehend hiervon ist es Aufgabe vorliegender Erfindung, flexibel mit geringem bauteiltechnischem Aufwand und Platzbedarf eine unterschiedliche Zahl von Verbrauchern mit elektrischem Strom versorgen und selektiv schützen zu können, insbesondere im Fall einer Vergrößerung der Zahl von Verbrauchern oder einem vergrößertem Leistungsbedarf von Verbrauchern, wie z . B . bei Anlagenerweiterungen oder -modernisierungen .

Die Lösung dieser Aufgabe gelingt durch ein Sicherungsmodul gemäß Patentanspruch 1 und ein System mit mehreren derartigen Sicherungsmodulen gemäß Patentanspruch 9 . Vorteilhafte Ausgestaltungen sind j eweils Gegenstand der Unteransprüche . Ein erfindungsgemäßes Sicherungsmodul umfasst

- zumindest zwei eingangsseitige bidirektionale Anschlusselemente , die elektrisch miteinander verbunden sind und die j eweils ausgebildet sind zur wahlweisen elektrischen Verbindung mit einer elektrischen Stromquelle oder einem eingangsseitigen bidirektionalen Anschlusselement eines anderen elektronischen Sicherungsmoduls ,

- zumindest zwei ausgangsseitige Anschlusselemente , die j eweils ausgebildet sind zur elektrischen Verbindung mit einem elektrischen Verbraucher, wobei die ausgangsseitigen Anschlusselementen über j eweils einen gesonderten elektrischen Abzweig mit den eingangsseitigen Anschlusselementen verbunden sind, und wobei in den Abzweig j eweils ein Schaltelement geschaltet ist .

Da erfindungsgemäß zumindest zwei eingangsseitige Anschlusselemente vorgesehen sind, die darüber hinaus bidirektional ausgebildet sind, kann das Sicherungsmodul eingangsseitig flexibel mit Strom aus einer ( ersten) Stromquelle , zusätzlich mit Strom aus einer weiteren Stromquelle oder zusätzlich oder ausschließlich mit Strom von anderen Sicherungsmodulen versorgt werden, oder auch andere Sicherungsmodule mit selbst nicht benötigtem Strom versorgen .

Bei einer Vergrößerung der Zahl der Abzweige muss somit nicht zwangsläufig eine weitere Stromquelle zum Einsatz kommen, sondern Stromreserven einer vorhandenen Stromquelle können zugänglich gemacht und zur Versorgung zusätzlicher Abzweige bzw . Module genutzt werden . Umgekehrt kann bei einer Vergrößerung der elektrischen Leistung eines Verbrauchers einfach eine weitere Stromquelle oder eine Stromversorgung aus einem anderen Sicherungsmodul bereitgestellt werden . Insgesamt können hierdurch der Bauteilaufwand und Platzbedarf , insbesondere für zusätzliche Stromquellen, gering gehalten werden .

Die eingangsseitigen bidirektionalen Anschlusselemente sind erfindungsgemäß zur wahlweisen elektrischen Versorgung des Sicherungsmoduls mit elektrischem Strom aus der Stromquelle oder mit elektrischem Strom aus dem anderen Sicherungsmodul , oder zur Versorgung des anderen Sicherungsmoduls mit elektrischem Strom ausgebildet .

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung ist in den Abzweig eine Abzweigstrom-Messeinrichtung zum Messen des Stromes in dem Abzweig geschaltet . Hierdurch kann in j edem der Abzweige individuell der Strom überwacht und bei Überschreiten von Schwellwerten begrenzt oder abgeschaltet bzw . unterbrochen werden .

Gemäß der Erfindung sind die eingangsseitigen bidirektionalen Anschlusselemente über j eweils einen gesonderten elektrischen Pfad miteinander und mit den Abzweigen elektrisch verbunden, wobei in zumindest einen der eingangsseitigen elektrischen Pfade eine Eingangsstrom-Messeinrichtung zum Messen des Stromes durch den eingangsseitigen elektrischen Pfad geschaltet ist . Hierdurch kann der Eingangsstrom überwacht und bei Überschreiten von Schwellwerten mittels der Schalteinheiten einzelne Abzweige bzw . Verbraucher abgeschaltet werden und somit das Sicherungsmodul , insbesondere die Anschlusselemente ( z . B . Klemmen) , vor einer Überlast geschützt werden .

Wenn dabei mit Hil fe der Abzweigstrom-Messeinrichtung die Ströme in den Abzweigen bekannt sind, dann muss in einen der eingangsseitigen elektrischen Pfade keine Eingangsstrom- Messeinrichtung geschaltet sein, da der elektrische Strom in diesem Pfad aus dem gemessenen Strom in den Abzweigen und dem gemessenen Strom in dem (bzw . den) anderen eingangsseitigen Pfad ( en) errechnet werden kann .

Die Eingangsstrommessung und der damit mögliche Schutz vor Überlast ist besonders dann von Vorteil , wenn eine Stromtragfähigkeit der eingangsseitigen bidirektionalen Anschlusselementen kleiner ist als der maximal bereitstellbare elektrische Strom der mit diesen Anschlusselementen verbindbaren elektrischen Stromquelle bzw . anderen Sicherungsmoduls . Erfindungsgemäß umfasst das Sicherungsmodul eine Modulsteuereinheit , die ausgebildet ist , von der Eingangsstrom-Messeinrichtung in dem eingangsseitigen elektrischen Pfad bzw . von den Eingangsstrom-Messeinrichtungen in den eingangsseitigen elektrischen Pfaden erfasste Werte des elektrischen Stromes zu überwachen und bei Überschreiten eines Schwellwertes die Schalteinheiten derart anzusteuern, dass diese die Ströme in den Abzweigen gemäß einer vorgegebenen oder vorgebbaren zeitlichen Reihenfolge begrenzen und/oder abschalten, um die eingangsseitigen Anschlusselemente vor einer Überlast zu schützen . Es können von der Modulsteuereinheit dann gemäß dieser zeitlichen Reihenfolge so viele Abzweige zum Begrenzen oder Abschalten bzw . Unterbrechen des Stromes veranlasst werden, bis eine Überlast in den elektrischen Pfaden bzw . in den eingangsseitigen Anschlusselementen beseitigt ist ( z . B . die überwachten Schwellwerte wieder unterschritten werden) .

Bevorzugt ist die Modulsteuereinheit auch dazu ausgebildet , die von den Messeinrichtungen erfassten Werte der elektrischen Ströme in den Abzweigen zu überwachen und bei Überschreiten eines Schwellwertes die Schalteinheiten derart anzusteuern, dass diese die Ströme in den Abzweigen begrenzen und/oder abschalten .

Das Sicherungsmodul kann dabei eine Schnittstelle aufweisen, die ausgebildet ist zur Bereitstellung von Werten von gemessenen und/oder errechneten elektrischen Strömen in den eingangsseitigen elektrischen Pfaden, vorzugsweise auch in den Abzweigen, an eine übergeordnete Steuereinheit und zum Empfang von Schaltbefehlen für die Schalteinheiten von der übergeordneten Steuereinheit . Ein derartiger Schaltbefehl kann sich beispielsweise auf ein Begrenzen oder Abschalten des Stromes in einem Abzweig beziehen .

Das Sicherungsmodul ist dann von Vorteil auch dazu ausgebildet , die Schalteinheiten in Abhängigkeit von den empfangenen Schaltbefehlen anzusteuern, um den Strom in den Abzweigen entsprechend der Schaltbefehle zu begrenzen oder abzuschalten .

Bevorzugt weist das Sicherungsmodul ein Gehäuse auf , an dem die Anschlusselemente angeordnet sind . Auch die erwähnte Schnittstelle ist von Vorteil an dem Gehäuse angeordnet .

Ein erfindungsgemäßes System umfasst mehrere vorstehend beschriebene Sicherungsmodule , wobei j eweils mehrere , vorzugsweise j eweils zwei , der Sicherungsmodule über j eweils eines ihrer zumindest zwei eingangsseitigen bidirektionalen Anschlusselemente elektrisch miteinander verbunden sind, wobei zumindest eines der Sicherungsmodule , vorzugsweise genau zwei der Sicherungsmodule , über ein j eweils anderes seiner zumindest zwei eingangsseitigen bidirektionalen Anschlusselemente elektrisch mit einer Stromquelle verbunden ist .

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung umfasst das System eine übergeordnete Steuereinheit , die ausgebildet ist , von den Sicherungsmodulen Werte von gemessenen und/oder errechneten elektrischen Strömen in den elektrischen Pfaden der Sicherungsmodule , vorzugsweise auch in den Abzweigen, zu empfangen und Schaltbefehlen für die Schalteinheiten der Sicherungsmodule in Abhängigkeit von den empfangenen Werten zu erzeugen .

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist die übergeordnete Steuereinheit ausgebildet , anhand der empfangenen Werte die elektrischen Ströme in den elektrischen Pfaden der Sicherungsmodule zu überwachen und bei Überschreiten eines Schwellwertes Schaltbefehle für die Schalteinheiten der Sicherungsmodule zu erzeugen, die eine Begrenzung oder Abschaltung des Stromes in den Abzweigen durch deren j eweilige Schalteinheiten gemäß einer vorgegebenen oder vorgebbaren zeitlichen Reihenfolge bewirken . Es können von der übergeordneten Steuereinheit dann gemäß dieser zeitlichen Reihenfolge modulübergrei fend so viele Abzweige zum Begrenzen oder Abschalten des Stromes veranlasst werden, bis eine Überlast in den elektrischen Pfaden bzw . in den eingangsseitigen Anschlusselementen beseitigt ist ( z . B . die überwachten Schwellwerte wieder unterschritten werden) .

Bevorzugt ist die Stromquelle als ein Schaltnetzteil ausgebildet und kann hierdurch eine stabile und geregelte Ausgangsspannung bereitstellen .

Das Schaltnetzteil stellt dabei von Vorteil eine geregelte Gleichspannung von 24 V oder 48 V bereit .

Die Erfindung sowie weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung gemäß Merkmalen der Unteransprüche werden im Folgenden anhand eines Aus führungsbeispiels in den Figuren näher erläutert . Es zeigen :

FIG 1 ein erfindungsgemäßes Sicherungsmodul und

FIG 2 ein erfindungsgemäßes System mit drei Sicherungsmodulen und zwei Stromquellen .

FIG 1 zeigt in vereinfachter und prinzipieller Darstellung ein Sicherungsmodul 1 , welches an einem Gehäuse 2 zwei eingangsseitige bidirektionale Anschlusselemente 3a, 3b und n ausgangsseitige Anschlusselemente 4a, 4b, ... 4n aufweist . Beispielsweise beträgt n = 8 , d . h . es sind 8 ausgangsseitige Anschlusselemente vorhanden .

Die ausgangsseitigen Anschlusselemente 4a, 4b, ... 4n sind über j eweils einen gesonderten elektrischen Abzweig 5a, 5b, ... 5n mit den eingangsseitigen Anschlusselementen 3a, 3b verbunden sind, wobei in den Abzweig 5a, 5b, ... 5n j eweils ein Schaltelement 6 ( z . B . ein Halbleiterschalter ) geschaltet ist . An die ausgangsseitigen Anschlusselemente 4a, 4b, ... 4n können nicht näher dargestellte elektrische Verbraucher angeschlossen werden und mit Ausgangsströmen IA1 , IA2 , ... lAn versorgt werden .

Die eingangsseitigen bidirektionalen Anschlusselemente 3a, 3b sind über eingangsseitige elektrische Pfade 7a, 7b elektrisch miteinander und mit den Abzweigen 5a, 5b, ... 5n verbunden und j eweils ausgebildet zur wahlweisen elektrischen Verbindung mit einer elektrischen Stromquelle oder einem eingangsseitigen bidirektionalen Anschlusselement eines anderen Sicherungsmoduls ( siehe FIG 2 ) .

Im Betrieb ist das Anschlusselement 3a beispielsweise mit einer Stromquelle verbunden, die als ein Schaltnetzteil ausgebildet ist und hierdurch an dem Anschlusselement eine stabile und geregelte Gleichspannung von 24 V oder 48 V bereitstellt , und das Anschlusselement 3b ist mit einem eingangsseitigen bidirektionalen Anschlusselement eines anderen Sicherungsmoduls verbunden .

Die eingangsseitigen bidirektionalen Anschlusselemente 3a, 3b sind zur wahlweisen elektrischen Versorgung des Sicherungsmoduls 1 mit elektrischem Strom aus der Stromquelle oder mit elektrischem Strom aus dem anderen elektronischen Sicherungsmodul , oder zur Versorgung des anderen elektronischen Sicherungsmoduls mit elektrischem Strom ausgebildet .

In die Abzweige 5a, 5b, ... 5n ist j eweils eine Abzweigstrom- Messeinrichtung 8 geschaltet , die ausgebildet ist zum Messen des Stromes in dem j eweiligen Abzweig 5a, 5b, ... 5n und zum Bereitstellen von Messwerten Ml , M2 , ... Mn dieser Ströme für eine Modulsteuereinheit 10 .

Die Modulsteuereinheit 10 erfasst die Messwerte Ml , M2 , ... Mn und überwacht diese auf Überschreiten von Schwellwerten, die für j eden der Abzweige 5a, 5b, ... 5n individuell definiert und in der Modulsteuereinheit 10 gespeichert sind . Im Fall eines Überschreitens eines Schwellwertes in einem der Abzweige 5a, 5b, ... 5n steuert die Modulsteuereinheit 10 die Schalteinheit 6 dieses Abzweigs über ein Abschaltsignal Al , A2 , bzw . An derart an, dass diese selektiv den Strom in dem Abzweig begrenzt oder abschaltet . In einen der eingangsseitigen elektrischen Pfade 7a, 7b, hier dem elektrischen Pfad 7a, ist eine Eingangsstrom-Messeinrichtung 9 geschaltet , die den Strom durch diesen Pfad 7a misst und Messwerte ME dieses Stroms für die Modulsteuereinheit 10 bereitstellt .

In entsprechender Weise kann auch in dem anderen eingangsseitigen elektrischen Pfad 7b eine Eingangsstrom-Messeinrichtung

9 geschaltet sein, die den Strom durch diesen Pfad 7b misst und Messwerte dieses Stroms für die Modulsteuereinheit 10 be- reitstellt .

Von Vorteil ist aber - wie im Aus führungsbeispiel von FIG 1 - in genau einem der Pfade 7a, 7b, hier dem elektrischen Pfad 7b, keine Eingangsstrom-Messeinrichtung geschaltet , da bei Kenntnis der Messwerte ME der Eingangsstrom-Messeinrichtung des anderen Pfades 7a und bei Kenntnis der Messwerte Ml , M2 , ... Mn der Ströme in den Abzweigen 5a, 5b, ...5n die Werte der Ströme in dem Pfad 7b durch die Modulsteuereinheit 10 berechnet werden können .

Durch die Messung bzw . Berechnung von Werten der elektrischen Ströme in den Pfaden 7a, 7b und somit durch die Anschlusselemente 3a, 3b können diese Ströme durch die Modulsteuereinheit

10 individuell überwacht und bei Überschreiten eines Schwellwertes durch Ansteuerung der Schalteinheiten 6 selektiv einzelne Abzweige 5a, 5b, ... 5n bzw . daran angeschlossene Verbraucher hinsichtlich der Ströme begrenzt oder abgeschaltet und somit der Eingangsstrom bzw . Strom über das Anschlusselement reduziert werden . Das Sicherungsmodul 1 , insbesondere die Anschlusselemente 3a, 3b ( z . B . Klemmen) , können somit vor einer Überlast geschützt werden . Die Abzweige 5a, 5b, ... 5n können dabei durch die Modulsteuereinheit 10 in einer vorgegebenen oder vorgebbaren zeitlichen Reihenfolge im Strom begrenzt und/oder abgeschaltet werden . Es können von der Modulsteuereinheit 10 dann gemäß dieser zeitlichen Reihenfolge so viele Abzweige 5a, 5b, ... 5n ausgewählt und zum Begrenzen oder Abschalten des Stromes veranlasst werden, bis eine Überlast in den Anschlusselementen 3a, 3b beseitigt ist ( z . B . die überwachten Schwellwerte wieder unterschritten werden) .

Die Eingangsstrommessung und der damit mögliche Schutz vor Überlast ist besonders dann von Vorteil , wenn eine Stromtragfähigkeit der eingangsseitigen bidirektionalen Anschlusselemente 3a, 3b ( z . B . der Klemmen) kleiner ist als der maximal von einer daran angeschlossenen Stromquelle oder einem daran angeschlossenen anderen Sicherungsmodul an dem j eweiligen Anschlusselement 3a bzw . 3b bereitstellbare elektrische Strom . Dis ist beispielsweise relevant , wenn eine Stromquelle an einer Klemme eines der Anschlusselement 3a, 3b einen Strom von 80 A bereitstellen kann, so dass an den acht Ausgängen 4a, 4b, ... 4n beispielsweise j eweils ein maximaler Strom von 80/n A ( z . B . 10 A bei n = 8 ) für einen Verbraucher fließen kann, die Klemme aber nur eine Stromtragfähigkeit von 60 A hat .

Das Sicherungsmodul 1 weist weiterhin eine Kommunikations- Schnittstelle 11 auf , die ausgebildet ist zur Bereitstellung der Werte ME , Ml , M2 , ... Mn der gemessenen und/oder errechneten elektrischen Ströme in den eingangsseitigen elektrischen Pfaden 7a, 7b und in den Abzweigen 5a, 5b, ... 5n an eine übergeordnete Steuereinheit und zum Empfang von Schaltbefehlen für die Schalteinheiten 6 von der übergeordneten Steuereinheit ( siehe FIG 2 ) .

Ein derartiger Schaltbefehl kann sich beispielsweise auf ein Begrenzen oder Abschalten des Stromes in einem der Abzweige 5a, 5b, ... 5n beziehen . Das Sicherungsmodul 1 ist hierzu dazu ausgebildet , die Schalteinheiten 6 in Abhängigkeit von den empfangenen Schaltbefehlen anzusteuern, um den Strom in den Abzweigen 5a, 5b, ... 5n entsprechend der Schaltbefehle zu begrenzen oder abzuschalten .

Ein in FIG 2 gezeigtes erfindungsgemäßes System 20 umfasst mehrere vorstehend beschriebene Sicherungsmodule 1 , la, 1b, wobei j eweils zwei der Module (hier Module 1 und la sowie Module la und 1b ) über j eweils eines ihrer beiden eingangssei- tigen bidirektionalen Anschlusselemente 3a, 3b über Verbindungsleitungen 21a, 21b elektrisch miteinander verbunden sind . Im Detail sind hier das Modul 1 über sein Anschlusselement 3b und die Verbindungsleitung 21a mit dem Anschlusselement 3a des Moduls la und das Modul la wiederum über sein Anschlusselement 3b und die Verbindungsleitung 21b mit dem Anschlusselement 3a des Moduls 1b elektrisch verbunden .

Das Modul 1 ist mit seinem Anschlusselement 3a mit einer ersten Stromquelle 12a und das Modul 1b ist mit seinem Anschlusselement 3b mit einer zweiten Stromquelle 12b verbunden .

Es sind weiterhin Verbraucher 25 dargestellt , die an die ausgangsseitigen Anschlusselemente 4a, 4b, ... 4n angeschlossen sind .

Das System 20 umfasst weiterhin eine übergeordnete Steuereinheit 22 , die ausgebildet ist , von den Sicherungsmodulen 1 , la, 1b die Werte der gemessenen und/oder errechneten elektrischen Ströme in den Pfaden 7a, 7b und den Abzweigen 5a, 5b, ... 5n der Sicherungsmodule zu empfangen und Schaltbefehle für die Schalteinheiten 6 der Sicherungsmodule in Abhängigkeit von den empfangenen Werten zu erzeugen . Die übergeordnete Steuereinheit 22 weist hierzu eine Kommunikationsschnittstelle 23 auf , die mit den Kommunikationsschnittstellen 11 der Module 1 , la, 1b in Kommunikationsverbindung steht .

Die übergeordnete Steuereinheit 22 ist hierzu ausgebildet , anhand der empfangenen Werte die elektrischen Ströme in den eingangsseitigen elektrischen Pfaden 7a, 7b der Sicherungsmodule 1 , la, 1b zu überwachen und bei Überschreiten von Schwellwerten, die in der übergeordneten Steuereinheit 22 gespeichert sind, derartige Schaltbefehle für die Schalteinheiten 6 der Sicherungsmodule 1 , la, 1b zu erzeugen, dass diese eine Begrenzung oder Abschaltung des Stromes in den Abzweigen 5a, 5b, ... 5n durch deren j eweilige Schalteinheit 6 gemäß einer vorgegebenen oder vorgebbaren zeitlichen Reihenfolge bewirken . Es können von der übergeordneten Steuereinheit 22 dann gemäß dieser zeitlichen Reihenfolge modulübergrei fend so viele Abzweige zum Begrenzen oder Abschalten des Stromes veranlasst werden, bis eine Überlast in einem elektrischen Pfad 7a, 7b bzw . in einem eingangsseitigen Anschlusselemente 3a, 3b beseitigt ist ( z . B . die überwachten Schwellwerte wieder unterschritten werden) .

Eine zeitliche Reihenfolge der Begrenzungen oder Abschaltungen der Ströme kann beispielsweise folgendermaßen festgelegt sein : a) Initialeinstellung : Alle Ausgänge 4a, 4n, ... 4n der Module befinden sich in der Prioritätsklasse „Standard" . Die Abschaltung erfolgt modulübergrei fend der Reihe nach von in Bezug auf örtlich rechts gelegenen Ausgängen im System 1 zu links gelegenen Ausgängen . Ein Ausgang hat innerhalb der Pri- oritätsklasse „Standard" somit eine umso höhere Priorität j e weiter links im System 1 er sich befindet . D . h . der Ausgang 4n des Moduls 1b hat die geringste Priorität und der Ausgang 4a des Moduls 1 hat die höchste Priorität . b) Ein Betreiber des Systems 20 kann einzelne Ausgänge höher oder niedriger priorisieren, indem er diesen in der übergeordneten Steuereinheit , z . B . über eine Bedienoberfläche 24 , bewusst eine Prioritätsklasse „hoch" oder „niedrig" zuordnet . Ausgänge in Prioritätsklasse „niedrig" werden im Fall einer Überlast zuerst abgeschaltet , wieder innerhalb dieser Klasse modulübergrei fend von rechts nach links . Ausgänge in der Pri- oritätsklasse „hoch" werden erst abgeschaltet , wenn alle Ausgänge niedriger und standardmäßiger Priorität abgeschaltet sind .

Bevorzugt sind die Stromquellen 12a, 12b j eweils als ein Schaltnetzteil ausgebildet , welches ausgangsseitig beispielsweise eine geregelte Gleichspannung von 24 V oder 48 V be- reitstellt . Bei der Stromquellen 12a oder 12b kann es sich aber auch um ein System mehrerer parallel geschalteter Stromquellen handeln . Die Stromquellen können beispielsweise aus Redundanzgründen parallelgeschaltet sein . Derartige aus Redundanzgründen parallelgeschaltete Stromquellen können ausgangsseitig beispielsweise auch über ein sogenanntes Redundanzmodul zusammengeschaltet sein . Wenn aus Redundanzgründen zwei Stromquellen vorhanden sind, dann ist im fehlerfreien Betrieb nur eine der beiden Stromquellen davon aktiv und stellt Strom bereit . Bei Aus fall dieser Stromquelle übernimmt die andere Stromquelle und stellt den Strom bereit . Falls es bei diesem Anwendungs fall in einem Fehlerfall dazu kommt , dass beide Stromquellen fälschlicherweise gleichzeitig zusammen Strom an einem eingangsseitige Anschlusselement bereitstellen, dann können mit dem vorstehend erläuterten Überlastschut z aufgrund der Überwachung der Eingangsströme die Module 1 , la, 1b sicher vor Überlast geschützt werden .

Da bei den Modulen 1 , la, 1b erfindungsgemäß zwei eingangsseitige Anschlusselemente 3a, 3b vorgesehen sind, die darüber hinaus bidirektional ausgebildet sind, kann j edes der Sicherungsmodule 1 , la, 1b eingangsseitig flexibel mit Strom aus einer ( ersten) Stromquelle , zusätzlich mit Strom aus einer weiteren Stromquelle oder zusätzlich oder ausschließlich mit Strom von anderen Sicherungsmodulen versorgt werden, oder auch andere Sicherungsmodule mit nicht benötigtem Strom versorgen .

Bei einer Vergrößerung der Zahl der über Abzweige zu versorgenden Verbraucher muss somit nicht zwangsläufig eine weitere Stromquelle zum Einsatz kommen, sondern Stromreserven einer vorhandenen Stromquelle können zugänglich gemacht und zur Versorgung zusätzlicher Abzweige bzw . Module genutzt werden . Umgekehrt kann bei einer Vergrößerung der elektrischen Leistung eines Verbrauchers einfach eine weitere zusätzliche Stromquelle oder eine Stromversorgung aus einem anderen Sicherungsmodul bereitgestellt werden . Bei Erweiterungen oder Modernisierungen einer Anlage können hierdurch der Bauteil- aufwand und Platzbedarf , insbesondere für zusätzliche Stromquellen, geringgehalten werden .

Das System 20 ist hierbei nur beispielhaft anzusehen . Es gibt natürlich die Möglichkeit , eine größere oder kleinere Zahl von Modulen über ihre Anschlusselemente 3a, 3b und über Verbindungsleitungen miteinander zu verbinden und über die übergeordnete Steuereinheit 20 zu überwachen . Es können auch mehr als zwei eingangsseitige Anschlusselemente vorhanden sein . Entsprechend können auch nur eine einzige Stromquelle oder auch mehrere Stromquellen an Anschlusselemente angeschlossen sein . Die übergeordnete Steuereinheit 20 kann eine separate Komponente sein, sie kann aber auch in eines der Module integriert sein . Beispielsweise kann hierdurch eines der Module ein übergeordnetes Modul und die anderen Module untergeordnete Module sein, die von dem übergeordneten Modul überwacht und gesteuert werden .

Claims

Patentansprüche

1. Sicherungsmodul (1) umfassend

- zumindest zwei eingangsseitige bidirektionale Anschlusselemente (3a, 3b) , die elektrisch miteinander verbunden sind und die jeweils ausgebildet sind zur wahlweisen elektrischen Verbindung mit einer elektrischen Stromquelle (12a, 12b) oder einem eingangsseitigen bidirektionalen Anschlusselement eines anderen Sicherungsmoduls (la) ,

- zumindest zwei ausgangsseitige Anschlusselementen (4a, 4b, ... 4n) , die jeweils ausgebildet sind zur elektrischen Verbindung mit einem elektrischen Verbraucher, wobei

- die ausgangsseitigen Anschlusselemente (4a, 4b, ... 4n) über jeweils einen gesonderten elektrischen Abzweig (5a, 5b, ... 5n) mit den eingangsseitigen Anschlusselementen (3a, 3b) verbunden sind und wobei in den Abzweig (5a, 5b, ... 5n) jeweils ein Schaltelement (6) geschaltet ist,

- die eingangsseitigen bidirektionalen Anschlusselemente (3a, 3b) zur wahlweisen elektrischen Versorgung des Sicherungsmoduls (1) mit elektrischem Strom aus der Stromquelle (12a, 12b) oder mit elektrischem Strom aus dem anderen Sicherungsmodul (la) oder zur Versorgung des anderen Sicherungsmoduls (la) mit elektrischem Strom ausgebildet sind,

- die eingangsseitigen bidirektionalen Anschlusselemente (3a, 3b) über jeweils einen gesonderten elektrischen Pfad (7a, 7b) miteinander und mit den Abzweigen (5a, 5b, ... 5n) elektrisch verbunden sind,

- in zumindest einen der elektrischen Pfade (7a, 7b) eine Eingangsstrom-Messeinrichtung (9) zum Messen des Stromes durch den elektrischen Pfad (7a, 7b) geschaltet ist,

- es eine Modulsteuereinheit (10) umfasst, die ausgebildet ist, von der Eingangsstrom-Messeinrichtung (9) in dem elektrischen Pfad (7a bzw. 7b) erfasste Werte des elektrischen Stromes zu überwachen und bei Überschreiten eines Schwellwertes die Schalteinheiten (6) derart anzusteuern, dass diese die Ströme in den Abzweigen (5a, 5b, ... 5n) gemäß einer vorgegebenen oder vorgebbaren zeitlichen Reihenfolge begrenzen und/oder abschalten, um die eingangsseitigen Anschlusselemente (3a, 3b) vor einer Überlast zu schützen.

2. Sicherungsmodul (1) nach Anspruch 1, wobei in den Abzweig (5a, 5b, ... 5n) jeweils eine Abzweigstrom-Messeinrichtung (8) zum Messen des Stromes in dem Abzweig (5a, 5b, ... 5n) geschaltet ist.

3. Sicherungsmodul (1) nach Anspruch 1, wobei in genau einen der elektrischen Pfade (7a, 7b) keine Eingangsstrom- Messeinrichtung (8) geschaltet ist.

4. Sicherungsmodul (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei eine Stromtragfähigkeit der eingangsseitigen bidirektionalen Anschlusselementen (3a, 3b) kleiner ist als ein maximal von einer damit verbindbaren elektrischen Stromquelle (12a, 12b) bereitstellbarer Strom.

5. Sicherungsmodul (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei eine Stromtragfähigkeit der eingangsseitigen bidirektionalen Anschlusselementen (3a, 3b) kleiner ist als ein maximal von einem damit verbindbaren anderen Sicherungsmodul (la) bereitstellbarer Strom.

6. Sicherungsmodul (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei es eine Schnittstelle (11) aufweist, die ausgebildet ist zur Bereitstellung von Werten von gemessenen und/oder errechneten elektrischen Strömen in den elektrischen Pfaden (7a, 7b) , vorzugsweise auch in den Abzweigen (5a, 5b, ... 5n) , an eine übergeordnete Steuereinheit (20) und zum Empfang von Schaltbefehlen für die Schalteinheiten (6) von der übergeordneten Steuereinheit (20) .

7. Sicherungsmodul (1) nach Anspruch 6, wobei es ausgebildet ist, die Schalteinheiten (6) in Abhängigkeit von den empfangenen Schaltbefehlen anzusteuern.

8. Sicherungsmodul (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei es ein Gehäuse (2) aufweist, an dem die eingangsseitigen Anschlusselemente (3a, 3b) und die ausgangsseitigen Anschlusselemente (4a, 4b, ... 4n) angeordnet sind.

9. System (20) umfassend mehrere Sicherungsmodule (1, la, 1b) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei jeweils mehrere, vorzugsweise jeweils zwei, der Sicherungsmodule (1, la, 1b) über jeweils eines ihrer zumindest zwei eingangsseitigen bidirektionalen Anschlusselemente (3a, 3b) elektrisch miteinander verbunden sind, wobei zumindest eines der Sicherungsmodule, vorzugsweise genau zwei der Sicherungsmodule, über ein jeweils anderes seiner zumindest zwei eingangsseitigen bidirektionalen Anschlusselemente (3a, 3b) elektrisch mit einer Stromquelle (12a, 12b) verbunden ist.

10. System (20) nach Anspruch 9, umfassend eine übergeordnete Steuereinheit (22) , die ausgebildet ist, von den Sicherungsmodulen (1, la, 1b) Werte von gemessenen und/oder errechneten elektrischen Strömen in den elektrischen Pfaden (7a, 7b) , vorzugsweise auch in den Abzweigen (5a, 5b, ... 5n) , zu empfangen und Schaltbefehle für die Schalteinheiten (6) der Sicherungsmodule (1, la, 1b) in Abhängigkeit von den empfangenen Werten zu erzeugen.

11. System (20) nach Anspruch 10, wobei die übergeordnete Steuereinheit (22) ausgebildet ist, anhand der empfangenen Werte die elektrischen Ströme in den elektrischen Pfaden (7a, 7b) der Sicherungsmodule (1, la, 1b) zu überwachen und bei Überschreiten eines Schwellwertes Schaltbefehle für die Schalteinheiten (6) der Sicherungsmodule (1, la, 1b) zu erzeugen, die eine Begrenzung oder Abschaltung des Stromes in den Abzweigen (5a, 5b, ... 5n) durch deren jeweilige Schalteinheiten (6) gemäß einer vorgegebenen oder vorgebbaren zeitlichen Reihenfolge bewirken.

12. System (20) nach einem der Ansprüche 9 bis 11, wobei die Stromquelle (12a, 12b) als ein Schaltnetzteil ausgebildet ist .

13. System (20) nach Anspruch 12, wobei das Schaltnetzteil eine geregelte Gleichspannung von 24 V oder 48 V bereitstellt .