Beschreibung

überstromschaltvorrichtung

Die Erfindung betrifft eine überstromschaltvorrichtung für Mittel- oder Hochspannungs-anwendungen mit Strom- Detektionsmitteln zur überführung eines ihnen zugeordneten KontaktSystems bei überschreiten eines Schwellenstromes aus einem ersten Zustand in einen zweiten Zustand.

Aus der als Stand der Technik geltenden internationalen Pa- ^■ tentanmeldung PCT/DE 2005/001147 ist ein Elektronikmodul mit einer derartigen überstromschaltvorrichtung bekannt. Bei dieser älteren überstromschaltvorrichtung weist ein Verbindungs- leiter einen deformierbaren Abschnitt als Strom-

Detektionsmittel auf. Der deformierbare Abschnitt wird beim überschreiten eines Schwellenstromes derart deformiert, dass ein Kontaktsystem aus einem ersten Zustand in einen zweiten Zustand überführt wird. Der deformierbare Abschnitt wird hier auch zur Bildung des Kontaktsystems verwendet, indem er zusammen mit einem Kontaktteil das Kontaktsystem bildet.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine überstromschaltvorrichtung auszubilden, die flexibel und präzise den jeweils gestellten Anforderungen entsprechend ausgestaltet werden kann.

Erfindungsgemäß gelöst wird diese Aufgabe dadurch, dass den in einem ersten Stromzweig liegenden Strom-Detektionsmitteln über Kopplungsmittel Betätigungsmittel nachgeordnet sind, welche Betätigungsmittel zur überführung des in einem zweiten Stromzweig liegenden Kontaktsystems aus dem ersten in den zweiten Zustand ausgebildet sind.

Ein wesentlicher Vorteil der erfindungsgemäßen überstrom- schaltvorrichtung besteht darin, dass bei ihr die Strom- Detektionsmittel sowie die Kopplungs- und Betätigungsmittel Baugruppen bzw. Elemente für sich darstellen, und somit für sich herstellbar und entsprechend bemessbar sind; dies gilt auch hinsichtlich des Kontaktsystems, weil dieses ein System für sich bildet, auf das die Betätigungsmittel einwirken. Dies alles ermöglicht eine präzise Einstellung und einen großen Einstellbereich des Schwellenstromes, bei dem das Kon- taktsystem aus seinem ersten in seinen zweiten Zustand überführbar ist. Dabei ist das Kontaktsystem in vorteilhafter Weise insofern flexibel einsetzbar, dass der erste Zustand des Kontaktsystems der offene Zustand und der zweite Zustand der geschlossene Zustand des Kontaktsystems sein können oder umgekehrt, so dass in einfacher Weise abhängig von der jeweiligen Anforderungen eine öffnende oder eine schließende über- strorαschaltvorrichtung ausgebildet ist. Dabei ist außerdem die vorteilhafte Möglichkeit gegeben, bei einem überstrom in dem ersten Stromzweig einen Schaltvorgang in dem zweiten Stromzweig zu bewirken.

In einer bevorzugten Ausführungsform umfassen die Strom- Detektionsmittel zwei zueinander parallel verlaufende Stromschienenabschnitte, in denen der Strom gegensinnig geführt ist und von denen mindestens ein Abschnitt deformierbar ist, wobei der deformierbare Abschnitt durch überschreiten des Schwellenstromes von einer Normalposition in eine Arbeitsposition überführbar ist. Bei einer derartigen Ausgestaltung wirkt in vorteilhafter Weise eine elektromagnetische Kraft zwischen den parallel verlaufenden Leitern mit gegensinniger Stromführung, so dass der deformierbare Abschnitt beim überschreiten eines Schwellenstroms durch dieses Kraft deformiert und von einer Normalposition in eine Arbeitsposition überführt wird. Der Schwellenstrom ist dabei einfach und flexibel

über die Deformierbarkeit des deformierbaren Abschnittes einstellbar.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung umfassen die Kopp- lungsmittel ein mit dem deformierbaren Abschnitt fest verbundenes Blockierelement. Ein derartiges Blockierelement, beispielsweise ein Haltestift, ist eine einfache Möglichkeit zur Kopplung der Strom-Detektionsmittel mit den Betätigungsmitteln.

In einer bevorzugten Ausführungsform umfassen die Betätigungsmittel ein federbelastbares Betätigungsorgan mit einer derartigen Ausbildung, dass bei einem Blockierelement in der Normalposition des deformierbaren Abschnittes das Betäti- gungsorgan in einer Position mit gespannter Feder gehalten und in einer Arbeitsposition des deformierbaren Abschnittes freigegeben ist. Ein derartiges Betätigungsorgan ist in einfacher Weise durch das Blockierelement freigebbar, wodurch ein schnelles überführen des Kontaktsystems aus seinem ersten in seinen zweiten Zustand vorteilhafterweise ermöglicht ist.

Das Betätigungsorgan kann in unterschiedlicher Weise ausgebildet sein, z.B. als Stößel. In besonders bevorzugter Ausgestaltung ist das Betätigungsorgan ein beweglicher, mittels der Feder spannbarer Schlitten mit einer starr verbundenen

Führungsstange. Ein solcher Schlitten ist besonders vorteilhaft durch das Blockierelement haltbar oder freigebbar.

In weiterer Ausgestaltung ist das Kontaktsystem aus einem mit den Betätigungsmitteln starr verbundenen Bewegkontakt zur

Ausbildung einer leitenden Verbindung zwischen einem ersten und einem zweiten Gegenkontakt gebildet. Die Gegenkontakte können dabei beide als Festkontakte ausgebildet sein. Gegebenenfalls kann es auch vorteilhaft sein, einen Gegenkontakt

als Festkontakt und den anderen Gegenkontakt als flexiblen Kontakt auszuführen, wobei der flexible Kontakt z.B. unter Verwendung einer flexiblen Anschlussleitung gewonnen sein kann. Ein derartiges Kontaktsystem ist in einfacher Weise durch die Betätigungsmittel aus seinem ersten in seinem zweiten Zustand überführbar.

In einer anderen bevorzugten Ausführungsform umfassen die Strom-Detektionsmittel eine den Strom führenden Verbindungs- leiter umgebende Spule. Mittels einer Spule ist die Detektion eines überstromes in präziser Weise möglich, da durch einen im Verbindungsleiter fließenden Strom in der Spule eine Spannung induziert wird, mit der die Betätigungsmittel in einfacher Weise betätigbar sind.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung umfasst das Kontaktsystem einen mit der Spule über die Kopplungsmittel und die Betätigungsmittel verbundenen elektrischen Schalter, welcher bei überschreiten des Schwellenstromes durch eine in der Spu- Ie induzierte Spannung aus dem ersten Zustand in den zweiten Zustand überführbar ist. Ein elektrischer Schalter verfügt in vorteilhafter Weise über schnelle und präzise einstellbare Schalteigenschaften zum überführen des Kontaktsystems aus dem ersten in den zweiten Zustand, wobei der Schalter derart aus- gebildet ist, dass er nach dem überführen in den zweiten Zustand in diesem Zustand verbleibt.

In einer zweckmäßigen Ausführungsform ist der elektrische Schalter ein Thyristor. Ein Thyristor ist ein präzises elekt- ronisches Schaltelement als elektrischer Schalter, welches in einfacher Weise durch die in der Spule induzierte Spannung direkt ansteuerbar ist.

In einer anderen Ausführungsform Ist der elektrische Schalter ein elektromagnetisch betätigter Schalter. Mit einem durch die Spule gesteuerten elektromagnetisch betätigten Schalter ist ein präzises und schnelles Schalten in einfacher Weise ermöglicht.

In weiterer Ausgestaltung umfassen die Betätigungsmittel eine Steuerungsvorrichtung für den elektrischen Schalter. Eine Steuerungsvorrichtung ist vorteilhaft für eine präzise Ein- Stellung des zu detektierenden Schwellenstromes.

Die Erfindung betrifft ferner eine überbrückungsvorrichtung für ein Elektronikmodul, wie sie der eingangs erwähnten älteren internationalen Patentanmeldung PCT/DE 2005/001147 ent- nehmbar ist, und stellt sich die Aufgabe, eine solche überbrückungsvorrichtung für ein Elektronikmodul so weiterzubilden, dass sie über einen flexiblen Aufbau bei präzise einstellbarem Schwellenstrom verfügt.

.Zur Lösung der Aufgabe dient erfindungsgemäß eine überbrückungsvorrichtung für ein Elektronikmodul mit einer über- stromschaltvorrichtung in einer der voranstehend beschriebenen Ausgestaltungen, wobei die Strom-Detektionsmitteln zur überführung des ihnen zugeordneten Kontaktsystems bei über- schreiten eines Schwellenstromes in dem Elektronikmodul aus einem ersten Zustand, in welchem das Elektronikmodul an eine Schaltungsanordnung angeschlossen ist, in einen zweiten Zustand, in welchem das Elektronikmodul in der Schaltungsanordnung überbrückt ist, ausgebildet sind. Diese überbrückungs- Vorrichtung ermöglicht in vorteilhafter Weise einen flexiblen Aufbau mit präzise einstellbarem Schwellenstrom. Die überbrückungsvorrichtung bildet somit eine vorteilhafte Anwendung der erfindungsgemäßen überstromschaltvorrichtung und lässt sich beispielsweise mit Vorteil zum überbrücken eines Elekt-

ronikmoduls gemäß der deutschen Offenlegungsschrift DE 101 03 031 Al einsetzen.

In weiterer Ausgestaltung ist das Kontaktsystem mit An- Schlussklemmen des Elektronikmoduls leitend verbunden. Dadurch ist in einfacher Weise die überbrückung des Elektronikmoduls beim überschreiten des Schwellenstromes durch Ausbildung einer leitenden Verbindung zwischen den Anschlussklemmen über das Kontaktsystem gewährleistet.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung erfassen die Strom- Detektionsmittel den Strom des Elektronikmoduls.

Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Zeichnung und von Ausführungsbeispielen mit Bezug auf die beiliegenden Figuren näher erläutert. Es zeigen:

Figur 1 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemä- ßen überstromschaltvorrichtung in einer ersten Ausgestaltung einer überbrückungsvorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform;

Figur 2 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemä- ßen überstromschaltvorrichtung in einer zweiten

Ausgestaltung einer überbrückungsvorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform.

Figur 1 zeigt eine überstromschaltvorrichtung üS1 einer über- brückungsvorrichtung üB1 in einem Elektronikmodul 1 mit Anschlussklemmen 2 und 3, welche über Leiter 4 und 5 mit einem ersten Gegenkontakt 6 und einem zweiten Gegenkontakt 7, welche im Ausführungsbeispiel als erster Festkontakt 6 und zweiter Festkontakt 7 ausgebildet sind, sowie mit einer Schal-

tungseinheit 8 verbunden sind. Die Schaltungseinheit 8 um- fasst schematisch dargestellte elektronische Bauteile 9, beispielsweise mehrere Schaltelemente wie IGBTs, Dioden und einen Zwischenkreiskondensator eines Umrichters, welche über Strom-Detektionsmittel in Form von Verbindungsleitern 10, 11 sowie weitere figürlich nicht dargestellte Verbindungen miteinander verbunden sind (vergleiche die Schaltungseinheit der oben erwähnten deutschen Offenlegungsschrift DE 101 03 031 Al) . Die Verbindungsleiter 10 und 11 sind dabei in der Schal- tungseinheit 8 so angeordnet, dass ein in einem Fehlerfall auftretender überstrom über diese Verbindungsleiter 10 und 11 fliesst. Die Verbindungsleiter 10 und 11 sind als Stromschienen ausgeführt und an einem Ende miteinander verbunden, so dass ein in der Schaltungseinheit 8 fließender Strom über die Stromschienen 10 und 11 gegensinnig geführt ist. Mit der

Stromschiene 11, welche als deformierbare Stromschiene ausgebildet ist, sind Kopplungsmittel 12 und 13 in Form eines Haltestifts 12 aus einem isolierenden Material als Blockierelement 12 fest verbunden, welcher sich durch eine Aussparung 13 in der Stromschiene 10 durch diese hindurch erstreckt. Den

Kopplungsmitteln 12, 13 sind als Betätigungsmittel 14, 15 und 18 ein beweglicher Schlitten 14, welcher durch den Haltestift 12 blockiert ist und mittels einer Feder 15 gegenüber einen Isolierkörper 16 des Elektronikmoduls vorgespannt ist, nach- geordnet. Durch eine Aussparung 17 des Isolierkörpers 16 hindurch erstreckt sich eine Führungsstange 18 des Schlittens 14, an deren Ende ein Bewegkontakt 19 angeordnet ist, welcher zusammen mit dem ersten Festkontakt 6 und dem zweiten Festkontakt 7 ein Kontaktsystem 20 ausbildet.

Der in der Figur 1 dargestellte Zustand der Vorrichtung entspricht dem normalen Betriebszustand des Elektronikmoduls 1, in welchem übliche Betriebsströme innerhalb des Elektronikmoduls 1 fließen. Bei einer Störung, beispielsweise durch einen

Kurzschluss innerhalb des Elektronikmoduls 1 oder eine falsche Ansteuerung eines Schaltelementes, kann durch die Entladung des Kondensators der Schaltungseinheit 8 ein erheblich höherer Strom als der übliche Betriebsstrom in dem Elektro- nikmodul fließen. Durch die gegensinnige Führung des Stromes über die Stromschienen 10 und 11 entsteht zwischen diesen aufgrund elektromagnetischer Wechselwirkung eine Kraft, welche die Stromschienen 10 und 11 auseinanderdrückt und dabei die deformierbare Stromschiene 11 derart deformiert, dass sich der fest mit der Stromschiene 11 verbundene Haltestift 12 in Richtung des Bewegungspfeiles A bewegt und den Schlitten 14 freigibt. über die von der Feder 15 ausgeübte Kraft bewegt sich der Schlitten in Richtung des Bewegungspfeiles B. Die Bewegung des Schlittens 14 ist dabei durch die Führungs- Stange 18 in der Aussparung 17 des Isolierkörpers 16 geführt und durch das Ausbilden eines geschlossenen Kontaktes zwischen dem Bewegkontakt 19 und den Festkontakten 6 und 7 begrenzt. Ein Kurzschlussstrom im Elektronikmodul 1 bewirkt somit ein Schließen des Kontaktsystems 20, so dass zwischen den Anschlussklemmen 2 und 3 des Elektronikmoduls 1 über die Leiter 4 und 5 sowie die Festkontakte 6 und 7 und den Bewegkontakt 19 die restlichen Bauteile des Elektronikmoduls 1 überbrückt sind. Eine überbrückung von Elektronikmodulen in einer Schaltungsanordnung mehrerer Module, beispielsweise in einer Reihenschaltung, ist insbesondere notwendig, wenn die Funktionsfähigkeit der Schaltungsanordnung beim Ausfall eines einzelnen Elektronikmoduls aufgrund einer Fehlfunktion erhalten bleiben soll.

Figur 2 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel einer über- stromschaltvorrichtung üS2 einer überbrückungsvorrichtung üB2 in einem Elektronikmodul 21. Anschlussklemmen 22 und 23 des Elektronikmoduls 21 sind über Leiter 24 und 25 mit Kontakten

26 und 27 sowie mit einer Schaltungseinheit 28 mit schematisch dargestellten elektronischen Bauteilen 29, beispielsweise figürlich nicht dargestellten Schaltelementen wie IGBTs, Kondensatoren und Dioden verbunden. Verbindungsleiter 30 und 31 sowie weitere figürlich nicht dargestellte Verbindungen sind zur Verbindung der Bauteile 29 vorgesehen. Die Verbindungsleiter 30 und 31 sind dabei in der Schaltungseinheit 28 so angeordnet, dass ein in einem Fehlerfall auftretender überstrom über diese Verbindungsleiter 30 und 31 fliesst. Die Verbindungsleiter 30 und 31 sind an einem Ende miteinander verbunden und bilden zusammen mit einer Spule 32 Strom-Detektionsmittel 30, 31, 32. Die Spule 32 umgibt dabei einen Bereich der Verbindungsleiter 30, 31 und ist über Kopplungsmittel 33 und 34 in Form von Anschlussleitungen 33 und 34 mit Betätigungsmitteln 36 und 37 gekoppelt. Im Ausfüh- rungsbeispiel der Figur 2 umfassen die Betätigungsmittel 36, 37 eine Steuerungsvorrichtung 36 mit einer Steuerungsverbindung 37 zur Steuerung eines elektrischen Schalters 38, welcher mit den Kontakten 26 und 27 das Kontaktsystem 39 ausbil- det.

In dem Ausführungsbeispiel der Figur 2 bewirkt bei einem Ausfall eines Halbleiter-Bauteils ein durch den Kondensator der Schaltungseinheit getriebener Kurzschlussstrom eine Indukti- onsspannung in der Spule 32, welche in der Steuerungsvorrichtung 36 mit einem Schwellwert verglichen wird. Liegt die Induktionsspannung über dem Schwellwert, so wird über die Steuerungsverbindung 37 der Schalter 38 geschlossen, so dass das Kontaktsystem 39 aus den Kontakten 26, 27 sowie dem Schalter 38 geschlossen ist, wobei über die Anschlussklemmen 22, 23 sowie die Leiter 24, 25 die restlichen Elemente des Elektronikmoduls 21 überbrückt sind. Der Schalter 38 ist dabei derart ausgebildet, dass er nach überführen in den zweiten Zustand, im Ausführungsbeispiel der geschlossene Zustand, in

diesem Zustand verbleibt, auch wenn nach einem Abklingen des Kurzschlussstromes die Induktionsspannung der Spule nicht mehr anliegt. Eine überbrückung von Elektronikmodulen in einer Schaltungsanordnung mehrerer Module, beispielsweise einer Reihenschaltung, ist insbesondere notwendig, wenn die Funktionsfähigkeit der Reihenschaltung beim Ausfall eines einzelnen Elektronikmoduls aufgrund einer Fehlfunktion erhalten bleiben soll. Der Schalter 38 kann dabei als Thyristor oder als E- lektromagnet ausgeführt sein, wobei die Ansteuerung je nach gewünschter Präzision entweder direkt durch die. in der Spule 32 induzierte Spannung erfolgen kann oder über die Steuerungsvorrichtung 36, welche beispielsweise als einfache Triggerschaltung ausgeführt sein kann.

Bezugszeichenliste

üB1, üB2 überbrückungsvorrichtungen üS1, üS2 überstromschaltvorrichtungen

1 Elektronikmodul

2, 3 Anschlussklemmen

4, 5 Leiter

6 Erster Festkontakt

7 Zweiter Festkontakt

8 Schaltungseinheit

9 elektronische Bauteile

10, 11 Stromschienen

12 Haltestift

13 Durchführung

14 Schlitten

15 Feder

16 Isolierkörper

17 Durchführung

18 Führungsstange

19 Bewegkontakt

20 KontaktSystem

21 Elektronikmodul

22, 23 Anschlussklemmen

24, 25 Leiter

26, 27 Kontakte

28 Schaltungseinheit

29 Bauteile

30, 31 Verbindungsleiter

32 Spule

33, 34 Anschlussleitungen

35 elektrische Schaltvorrichtung

36 SteuerungsVorrichtung

37 SteuerungsVerbindung

38 Schaltkontakt

Kontaktsystem Bewegungspfeile