Frizlens DC-Power-Switch

Eigensichere Bremswiderstände bis 22 kW Dauerleistung

04. November 2014, 14:23 Uhr   |  Engelbert Hopf

Mit dem DC-Powerswitch von Frizlen ist es möglich, Bremswiderstände unabhängig von ihrer Bauart eigensicher zu überwachen, und das bis zu einer Dauerleistung von 22 kW.

Die DC-Überlastschutzschalter der DC-Powerswitch-Baureihe (FPS) dienen dem Schutz von Widerständen vor dauernder Überlast und kurzzeitig zu hohen Leistungsspitzen.
© Frizlen

Die DC-Überlastschutzschalter der DC-Powerswitch-Baureihe (FPS) dienen dem Schutz von Widerständen vor dauernder Überlast und kurzzeitig zu hohen Leistungsspitzen.

Bremswiderstände bedeuten bei Normalbetrieb immer gleichzeitig auch Wärmeentwicklung, da die zugeführte überschüssige Energie innerhalb der Bremswiderstände in Wärme umgewandelt wird. Je nach Hersteller und Umgebungstemperatur können sich bei Nennlast Oberflächentemperaturen von 250 - 350 °C ergeben. Außerhalb der Nennbedingungen betrieben, kann es dabei bis zum Brand des Leistungswiderstands kommen, mit entsprechendem Schadenspotenzial für die umgebenden Komponenten, etwa im Schaltschrank.

In der Praxis gibt es folgende bekannte Szenarien, welche die Betriebssicherheit gefährden können: 

  • Nicht projektierte Überlasten, hervorgerufen durch zu kurz hintereinander folgende Bremszyklen (typisch: anwenderprogrammierte Verkürzung von Maschinenzyklen).
  • Zu hohe Spitzenbremsleistungen führen zu unzulässig hohen Erwärmungen des Bremswiderstandes (z.B.: unzulässig hohe rotative oder potentielle Lasten).
  • Defekter Zwischenkreis aufgrund durchlegierter Halbleiter (Choppertransistoren/IGBTs). In diesem Fall liegt am Bremswiderstand konstant die gleichgerichtete Zwischenkreisspannung an, die sich aus der Netzspannung ergibt. 

Als Schutzmaßnahmen boten sich bisher Temperaturschalter, thermische Überstromrelais, Halbleitersicherungen oder eigensichere Bremswiderstände in gekapselter Bauform an. Durch geeignete Überwachungseinrichtungen wie etwa Temperaturschalter oder thermische Überstromrelais sind nicht projektierte Überlasten oder zu hohe Spitzenbremsleistungen erkennbar. Je nach Auslegung des Bremswiderstands erkennt jedoch ein eingebauter Temperaturschalter die Überlastung möglicherweise zu spät – mit den geschilderten Folgen.

Und auch wenn der Fehler rechtzeitig erkannt und gemeldet wird, so ist die Gefahr erst dann gebannt, wenn der Frequenzumrichter durch die Maschinensteuerung mittels zusätzlicher Schalteinrichtung, etwa durch eine AC-Schütz, vom Netz getrennt wird. Der Vorteil dieser Lösung liegt darin, dass nach Abschaltung und Abkühlung entweder automatisch oder per Hand eine Rückstellung stattfindet. Die Anlage ist wieder einsatzbereit. Der Nachteil liegt im Bedarf eines zusätzlichen Schaltelementes nebst Steuerung. 

Bei der Absicherung mittels Halbleitersicherungen hat man die Möglichkeit, direkt Zuleitung und Bremswiderstand abzusichern. Durch die sehr grobe Stufung der Stromwerte von Halbleitersicherungen und die sehr schnell ansprechenden Sicherungselemente ist es aber nur schwer möglich, der Applikation wirklich zu entsprechen. Einerseits können kurzzeitig sehr hohe Energien zu einer verfrühten Auslösung führen, andererseits ist es möglich, dass längerfristige Überlasten nicht erkannt werden. Das ist ein wenig zufriedenstellendes Ergebnis, da die Dynamik des Antriebes und des Widerstandes nicht nutzbar ist. Zudem ist die Lösung teuer: Nach einer Auslösung sind die Sicherungselemente defekt und müssen ersetzt werden. Gekapselte Widerstände sind durch ihre geschlossene Bauart eigensicher ausführbar. Sie sind dann charakteristisch mit einer Gleichstromsicherung vergleichbar. Abhängig von Spannungshöhe, Widerstandswert und Belastungsdauer lassen sich intern Maßnahmen treffen, um bei Überlast eine sichere interne Trennung zu gewährleisten. 

Der Vorteil dieser Lösung liegt in der guten Anpassbarkeit und damit der guten dynamischen Ausnutzung der jeweiligen Applikation, bei bekannten Betriebs- und Fehlerbedingungen. Problematisch ist, dass gekapselte Bremswiderstände oft nur im Bereich weniger 100 Watt Dauerleistung erhältlich sind. Handelt es sich zum anderen um lagermäßige Standardwiderstände, die nicht speziell für eine Applikation gebaut wurden, ist es vielfach nicht möglich, die notwendige Dynamik für den Antrieb zur Verfügung zu stellen. Die Auslösung der internen Absicherung erfolgt dann zu früh. Manche Lösungen gehen auch bis in den unteren einstelligen kW-Bereich, was dann jedoch auch deutlich höhere Kosten verursacht. 

Mit dem DC-Powerswitch (FPS) bietet Frizlen nun eine Lösung an, um Bremswiderstände unabhängig von ihrer Bauart eigensicher zu überwachen, sodass eine Überhitzung in allen vorstehend genannten Fehlerfällen durch rechtzeitiges Abschalten verhindert wird. Durch die skalierbare Ausführung erfolgt die Anpassung exakt an die jeweilige Applikation. Die volle Dynamik für den Antrieb ist damit gewährleistet. Es ist möglich, das Potential der Bremswiderstände voll auszunutzen, ohne es zu überschreiten. Zudem sind diese Bremswiderstände ab sofort mit UL-Zulassung für den amerikanischen und kanadischen Markt erhältlich. Zu den bereits mit dem DC-Powerswitch umgesetzten Lösungen zählen nahezu 1000 Aufzüge, die in ihren Verteilungen mit dem DC-Powerswitch nachgerüstet wurden. Die Brandgefahr im Aufzugschacht wurde dadurch deutlich minimiert.

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1. Eigensichere Bremswiderstände bis 22 kW Dauerleistung
2. Aufbau und Installation

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