Die Erfindung betrifft einen Umrichter zum Anschließen einer elektrischen Last an ein Energieversorgungsnetz, wobei der Umrichter eine Kurzschließeinrichtung umfasst. Ferner betrifft die Erfindung eine Verwendung eines derartigen Umrichters zum Anschließen einer elektrischen Last an ein Energieversorgungsnetz.

Aus Gründen der elektrischen Sicherheit ist bei Netzanwendungen in der Regel ein Schutz vor Kurzschlüssen erforderlich. Üblicherweise werden hierfür strombegrenzende Schaltelemente, wie z. B. Sicherungen und/oder Leistungsschutzschalter, verwendet. Kritische Parameter für diese Schaltelemente sind hierbei oftmals der Durchlassstrom (Spitzenwert des Stromes, der vor der Abschaltung fließt) und/oder die erforderliche Auslöseenergie (z. B. Schmelzintegral einer Sicherung, also die Energie, die notwendig ist, die Abschaltung herbeizuführen). Die Anforderungen an die entsprechenden Größen sind dabei abhängig von den Anschlusswerten des Versorgungsnetzes, dem Schaltelement, der angeschlossenen Impedanz, die trotz Kurzschluss wirksam ist (Netzimpedanz, Leitungsimpedanz usw.) sowie den weiteren Elementen, die den Kurzschlussstrom führen müssen.

Ein häufiges Problem beim Einsatz vorgenannter strombegrenzenden Schaltelementen ist hierbei, dass für ein nachgeschaltetes Schaltelement (z. B. Schütz, Motorschaltgerät o. ä.) die zulässigen Parameter überschritten werden könnten und daher kleinere Sicherungen ausgewählt werden müssen. Dies führt bei Schaltungen mit hohen Spitzenströmen (z. B. Anlaufströme von Motoren) zu einem Designkonflikt. Ferner können viele strombegrenzende Schaltelemente nur zu langsam hohe Kurzschlussströme abschalten, sodass durch die nachgelagerten Elemente ggf. zu große Ströme fließen, wodurch es dort zu Schäden kommen kann.

Diese Problematik ist nicht zuletzt bei Frequenzumrichtern relevant, insbesondere da dort die Anforderungen bzgl. der Kurzschlussfestigkeit gestiegen sind. So ist bei Frequenzumrichtern in der Regel im Zwischenkreis kein interner Schutz gegen Kurzschlüsse, z. B. aufgrund eines Isolationsschadens und/oder eines Defekts des Zwischenkreiskondensators, vorgesehen. Entsprechende Kurzschluss-Versuche zeigen, dass derartige Fehler im Zwischenkreis mit einem relativ langsamen Kurzschlussschutz (z. B. einem Circuit Breaker) massive Auswirkungen haben und die dabei entstehende Druckwelle sogar zum Öffnen einer Schaltschranktür führen kann. Folglich besteht ein Bedarf an einer Lösung, mittels derer die Betriebssicherheit eines Umrichters, vorzugsweise eines Frequenzumrichters, erhöht werden kann. Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine derartige Lösung bereitzustellen, wobei bevorzugt zudem Nachteile bisheriger Ansätze vermieden werden sollen. Insbesondere ist es dabei eine Aufgabe der Erfindung, einen schnellen und sicheren Kurzschlussschutz im Umrichter bereitzustellen, mittels dessen im Fehlerfall die Freisetzung von Energie nach außen möglichst vermieden werden kann.

Diese Aufgaben können mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche gelöst werden. Vorteilhafte Ausführungsformen und Anwendungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche und werden in der folgenden Beschreibung unter teilweiser Bezugnahme auf die Figuren näher erläutert.

Gemäß einem ersten unabhängigen Aspekt wird ein Umrichter, vorzugsweise ein Frequenzumrichter, bereitgestellt. Bevorzugt dient der Umrichter dabei zum Anschließen einer elektrischen Last (z. B. eines Elektromotors) an ein (z. B. ein- oder mehrphasiges) Energieversorgungsnetz. Der, vorzugsweise rückspeisefähige, Umrichter weist hierbei einen ersten Stromrichter auf, der zur besseren Unterscheidung im Folgenden auch als netzseitiger Stromrichter bezeichnet werden kann. Der netzseitige Stromrichter kann hierbei zum Anschluss an das Energieversorgungsnetz dienen und/oder ein oder mehrere Eingänge zum Anschluss an das Energieversorgungsnetz umfassen. Weiterhin kann der netzseitige Stromrichter als ein Gleichrichter (z. B. als ein Diodengleichrichter) ausgebildet sein, der eine netzseitige Wechselspannung in eine Gleichspannung wandelt. Alternativ kann der netzseitige Stromrichter auch als ein Gleichstromsteller ausgebildet sein.

Ferner umfasst der Umrichter einen weiteren Stromrichter, der im Folgenden zur besseren Unterscheidung als zweiter oder lastseitiger Stromrichter bezeichnet werden kann. Der lastseitige Stromrichter kann dabei zum Anschluss an die Last dienen und/oder ein oder mehrere Eingänge zum Anschluss an die Last umfassen. Bevorzugt soll der lastseitige Stromrichter als ein, vorzugsweise selbstgeführter, Wechselrichter (z. B. ein IGBT-Wechselrichter) ausgebildet sein, der eine Gleichspannung in eine lastseitige Wechselspannung wandelt. Jedoch kann auch der lastseitige Stromrichter alternativ als ein Gleichstromsteller ausgebildet sein.

Weiterhin umfasst der Umrichter einen Gleichspannungs-Zwischenkreis. Über den Gleichspannungs-Zwischenkreis sind der netzseitige Stromrichter und der lastseitige Stromrichter elektrisch leitend miteinander verbunden. Beispielsweise kann der Gleichspannungs-Zwischenkreis dazu einen ersten Schaltungszweig (DC+) und einen zweiten Schaltungszweig (DC-) umfassen. Der erste Schaltungszweig (DC+) kann dabei einen positiven gleichspannungsseitigen Anschluss des netzsei- tigen Stromrichters mit einem positiven gleichspannungsseitigen Anschluss des lastseitigen Stromrichters verbinden, während der zweite Schaltungszweig (DC-) einen negativen gleichspannungsseitigen Anschluss des netzseitigen Stromrichters mit einem negativen gleichspannungsseitigen Anschluss des lastseitigen Stromrichters verbindet. Vorzugsweise weist der Gleichspannungs-Zwischenkreis ferner einen oder mehrere Zwischenkreiskondensatoren zur Glättung der Spannung im Zwischenkreis auf. Beispielsweise kann der Gleichspannungs-Zwischenkreis mehrere parallel und/oder in Reihe geschaltete Zwischenkreiskondensatoren umfassen.

Der Umrichter zeichnet sich dabei dadurch aus, dass der Gleichspannungs-Zwischenkreis zumindest eine Kurzschließeinrichtung aufweist. Diese zumindest eine Kurzschließeinrichtung, ist dabei ausgebildet, durch einen Kurzschlussstrom im Gleichspannungs-Zwischenkreis (z. B. infolge eines Defekts eines Zwischenkreiskondensators) selbsttätig mindestens eine elektrisch leitende Verbindung auszubilden, wobei die mindestens eine elektrisch leitende Verbindung bevorzugt zum Umleiten und/oder Umkanalisieren des Kurzschlussstroms dient. Vorzugsweise ist die zumindest Kurzschließeinrichtung somit dazu ausgebildet sein, falls ein Kurzschlussstrom im Gleichspannungs-Zwischenkreis vorliegt, einen zusätzlichen Strompfad für den Kurzschlussstrom bereitzustellen (z. B. um diesen vom Umrichter ins Energieversorgungsnetz abzuleiten), ohne dass hierfür Eingreifen von außen nötig wäre. Mit anderen Worten kann das Ausbilden der (zusätzlichen) elektrisch leitenden Verbindung (vermittelt durch den Kurzschlussstrom) automatisch erfolgen. Wie nachfolgend noch eingehender dargestellt werden wird, kann dies z. B. mittels einer vordefinierten (zunächst isolierenden) Soll-Durchschlagsstelle erfolgen, d. h. einer vordefinierten Schwächung der Schaltung, welche infolge des Kurzschlussstroms leitend wird (Bypass). Auf vorteilhafte Weise kann dadurch selbsttätig eine Stromverlagerung über die neu ausgebildete leitende Verbindung bzw. den gezielt neu geschaffenen Strompfad ermöglicht werden, derart, dass zum Schutz der Komponenten des Umrichters der Fehlerstrom aus dem Zwischenkreis übernommen wird und an eine geeignete Stelle (z. B. zurück ins Energieversorgungsnetz) ableitetet wird.

Nach einem ersten Aspekt kann die zumindest eine Kurzschließeinrichtung eine erste Kurzschließeinrichtung aufweisen, die im Folgenden auch als erster Hilfskurzschluss bezeichnet werden kann. Die erste Kurzschließeinrichtung kann dabei einen ersten Leiter und einen zweiten Leiter umfassen, wobei der zweite Leiter vom ersten Leiter (z. B. durch ein isolierendes Leiterplattenmaterial) elektrisch isoliert sein kann. Ferner kann der erste Leiter eine Leitungsengstelle (z. B. in Form einer abschnittsweisen Verjüngung des ersten Leiters) aufweisen, die im Folgenden als erste Leitungsengstelle oder erste Zündelektrode bezeichnet werden kann. Die erste Leitungsengstelle kann dabei derart ausgebildet sein und der zweite Leiter ferner derart an der ersten Leitungsengstelle des ersten Leiters vorbeigeführt sein, dass eine zwischen der ersten Leitungsengstelle und dem zweiten Leiter vorhandene Isolationsschicht (z. B. ein Kunststoff wie Polyurethan und/oder ein glasfaserverstärkter Kunststoff wie FR4) bei einem Kurzschlussstrom über den ersten Leiter, vorzugsweise thermisch, zerstört wird, sodass die vorgenannte zumindest eine elektrisch leitende Verbindung zwischen dem ersten Leiter und dem zweiten Leiter vorliegt. Bevorzugt ist die erste Kurzschließeinrichtung somit ausgebildet, dass im Falle eines Kurzschlussstroms über den ersten Leiter eine gezielte thermische Belastung an der ersten Leitungsengstelle (Zündelektrode) induziert wird. Der erste Leiter bzw. die angrenzende Isolationsschicht können dabei infolge dieser lokalen (hohen) Übertemperatur im Bereich der ersten Leitungsengstelle unter Ausbildung eines Plasmakanals zerstörbar sein, sodass ein Übersprechen auf den angrenzenden zweiten Leiter ermöglicht wird. Mit anderen Worten soll hier bevorzugt eine bewusste (lokale) Schädigung der Schaltung zur Ausbildung eines zusätzlichen Strompfads erfolgen, weshalb die erste Kurzschließeinrichtung auch als erste Soll- Durchschlagsstelle bezeichnet werden kann. Auf vorteilhafte Weise kann dadurch (im Kurzschlussfall) von selbst eine Stromverlagerung über die neu ausgebildete bzw. gezielt geschaffene elektrisch leitende Verbindung ermöglicht werden, derart, dass der zweite Leiter den Fehlerstrom aus dem Zwischenkreis übernimmt und an eine geeignete Stelle (z. B. zurück ins Energieversorgungsnetz) ableitet, sodass bevorzugt der ersten Kurzschließeinrichtung nachgelagerte Bauteile durch den Kurschlussstrom nicht belastet werden. Besonders vorteilhaft ist dabei, dass das Ausbilden des zusätzlichen Strompfads nur wenige Millisekunden (vgl. Figur 6) benötigt und damit deutlich schneller als ein, vorzugsweise zusätzlich vorhandener, Leistungsschutzschalter (typ. 10-20 ms) schaltet.

Gemäß einem weiteren Aspekt können der erste Leiter und/oder der zweite Leiter zumindest abschnittsweise wellenförmig und/oder zick-zack-förmig und/oder mäanderförmig, vorzugsweise scharfkantig mäanderförmig, angeordnet sein. Bevorzugt kann dabei die erste Leitungsengstelle des ersten Leiters und/oder ein Endbereich des zweiten Leiters zumindest abschnittsweise wellenförmig und/oder zick-zack-förmig und/oder (scharfkantig) mäanderförmig angeordnet sein. Die vorgenannten Ausführungen ermöglichen dabei auf vorteilhafte Weise, auf einem kleinen Raum eine möglichst lange Kurzschließeinrichtung unterzubringen. Ferner ermöglichen die Spitzen der vorgenannten Strukturen auf vorteilhafte Weise eine hohe Feldkonzentration und damit eine bewusste Schwächung der dortigen Isolation bzw. Isolationsschicht.

Zudem oder alternativ können der erste Leiter und der zweite Leiter auch zumindest abschnittsweise parallel zueinander angeordnet sein. D. h. der erste und zweite Leiter können somit bei der ersten Kurzschließeinrichtung bzw. bei der ersten Leitungsengstelle bevorzugt im gleichen Abstand nebeneinander verlaufen. Bevorzugt ist dabei ein Endbereich des zweiten Leiters zumindest abschnittsweise parallel zur ersten Leitungsengstelle des ersten Leiters angeordnet. In einer lediglich beispielhaften Ausführungsform können z. B. der erste und zweite Leiter jeweils denselben Zick- Zack-Verlauf aufweisen, wobei die entsprechenden Verläufe derart (z. B. planparallel) verschoben bzw. versetzt zueinander angeordnet sind, dass der erste und zweite Leiter in diesem Bereich immer in einem festen Abstand zueinander verlaufen. In einer alternativen Ausführungsform kann der zweite Leiter in seinem Endbereich auch T-förmig ausgebildet sein, wobei der Querstrich der T- Form parallel zum ersten Leiter bzw. der ersten Leitungsengstelle verlaufend angeordnet sein kann. Auf vorteilhafte Weise kann dadurch eine ausgedehnte Soll-Durchschlagsstelle bereitgestellt werden.

Zudem oder alternativ können der erste Leiter und der zweite Leiter auch zumindest einen, vorzugsweise mehrere, Richtungswechsel aufweisen. D. h. der erste und zweite Leiter können somit bei der ersten Kurzschließeinrichtung bzw. bei der ersten Leitungsengstelle bevorzugt ein oder mehrmals ihren Verlaub bzw. Richtungsverlauf verändern. Bevorzugt kann dabei die erste Leitungsengstelle des ersten Leiters und/oder ein Endbereich des zweiten Leiters zumindest einen, vorzugsweise mehrere, Richtungswechsel aufweisen. Lediglich beispielhaft können der erste und zweite Leiter z. B. zick-zack-förmig angeordnet sein, wobei auch andere richtungsändernde Geometrien möglich sind. Auch diese Variante ermöglicht auf vorteilhafte Weise, auf einem kleinen Raum eine möglichst lange Kurzschließeinrichtung unterzubringen.

Nach einem weiteren Aspekt kann die zwischen der ersten Leitungsengstelle und dem zweiten Leiter vorhandene Isolationsschicht durch einen Stromfluss durch die erste Leitungsengstelle erwärmbar sein. D. h. die Isolationsschicht kann somit an den ersten Leiter bzw. die erste Leitungsengstelle thermisch gekoppelt sein, um, insbesondere im Kurzschlussfall, Wärme von der ersten Leitungsengstelle aufzunehmen. Zudem oder alternativ kann die Isolationsschicht (z. B. ein Kunststoff) auch ausgebildet sein, bei Erreichen einer vorbestimmten Temperatur zu schmelzen und/oder zu verdampfen. Bevorzugt kann dabei über das Material der Isolationsschicht und/oder über die Ausdehnung, insbesondere Dicke, der Isolationsschicht ein Zeitintervall einstellbar sein, bis die Isolationsschicht die vorbestimmte Temperatur erreicht bzw. zerstört wird und damit auch ein Zeitintervall, bis die Kurzschließeinrichtung (z. B. durch Funkenüberschlag, respektive Lichtbogen) elektrisch leitend wird. Eine für den konkreten Anwendungsfall geeignete Kombination aus Material und Geometrie der Isolationsschicht bzw. Geometrie der Kurzschließeinrichtung kann der Fachmann dabei z. B. durch entsprechende Vorversuche (Kurzschlusstests) ermitteln. Insgesamt können dadurch auf vorteilhafte Weise die Durchschlagseigenschaften der Kurzschließeinrichtung einstellbar bzw. vorgebbar sein.

Gemäß einem weiteren Aspekt kann der zweite Leiter eine Leitungsengstelle aufweisen, die im Folgenden zur besseren Unterscheidung als zweite Leitungsengstelle bezeichnet werden kann. Mit anderen Worten kann sowohl der erste Leiter eine (erste) Leitungsengstelle als auch der zweite Leiter eine (zweite) Leitungsengstelle aufweisen. Vorzugsweise ist die zweite Leitungsengstelle dabei in einem Endbereich (z. B. an einem distalen Ende) des zweiten Leiters angeordnet. Unter dem Ausdruck „Leitungsengstelle" kann dabei bevorzugt eine Einengung bzw. Verjüngung des jeweiligen Leiterquerschnitts verstanden werden, d. h. eine bewusste (lokale) Reduzierung der geometrischen Abmessungen des jeweiligen Leiters. Weiterhin kann die zweite Leitungsengstelle des zweiten Leiters benachbart zur ersten Leitungsengstelle des ersten Leiters angeordnet sein. Die erste und zweite Leitungsengstelle können somit, vorzugsweise dicht, beieinander und/oder in unmittelbarer Nähe angeordnet sein. Bevorzugt werden die erste und zweite Leitungsengstelle somit lediglich durch die vorgenannte Isolationsschicht voneinander getrennt. Durch das entsprechende Vorsehen von zwei benachbart angeordneter Leitungsengstellen kann auf vorteilhafte Weise das Übersprechend bzw. Ausbilden einer leitenden Verbindung zwischen dem ersten und zweiten Leiter eingestellt werden.

Nach einem weiteren Aspekt kann der Gleichspannungs-Zwischenkreis einen Schaltungszweig aufweisen, der den netzseitigen Stromrichter und den lastseitigen Stromrichter miteinander (elektrisch leitend) verbindet, wobei der entsprechende Schaltungszweig zur besseren Unterscheidung im Folgenden als erster Schaltungszweig bezeichnet werden kann. Lediglich beispielhaft kann der erste Schaltungszweig (z. B. in Form einer Leiterbahn oder Leiterschiene) dabei einen positiven gleichspannungsseitigen Anschluss des netzseitigen Stromrichters mit einem positiven gleichspannungsseitigen Anschluss des lastseitigen Stromrichters verbinden (DC+). Alternativ kann der erste Schaltungszweig auch einen negativen gleichspannungsseitigen Anschluss des netzseitigen Stromrichters mit einem negativen gleichspannungsseitigen Anschluss des lastseitigen Stromrichters verbinden (DC-). Weiterhin kann der erste Leiter der ersten Kurzschließeinrichtung im ersten Schaltungszweig oder vor dem ersten Schaltungszweig angeordnet sein. D. h. der erste Leiter bzw. die erste Leitungsengstelle kann bevorzugt ein (Teil-)Abschnitt des ersten Schaltungszweigs sein. Beispielsweise kann ein erstes Ende des ersten Leiters bzw. der ersten Leitungsengstelle (z. B. über ein Leiterstück des ersten Schaltungszweigs) mit dem netzseitigen Stromrichter elektrisch leitend verbunden sein und/oder ein zweites Ende des ersten Leiters bzw. der ersten Leitungsengstelle (z. B. über ein weiteres Leiterstück des ersten Schaltungszweigs) mit dem lastseitigen Stromrichter elektrisch leitend verbunden sein. Auf vorteilhafte Weise kann dadurch bei einer Überlastung des Gleichspannungs-Zwischenkreises durch ein Ansprechen der ersten Kurzschließeinrichtung eine Stromverlagerung aus dem Zwischenkreis ermöglicht werden.

Gemäß einem weiteren Aspekt kann der Gleichspannungs-Zwischenkreis einen weiteren Schaltungszweig aufweisen, der im Folgenden als zweiter Schaltungszweig bezeichnet werden kann. Bevorzugt umfasst der Gleichspannungs-Zwischenkreis damit zwei Schaltungszweige. Wie der vorgenannte erste Schaltungszweig kann auch der zweite Schaltungszweig den netzseitigen Stromrichter und den lastseitigen Stromrichter miteinander (elektrisch leitend) verbinden. Lediglich beispielhaft kann dabei z. B. der erste Schaltungszweig einen positiven gleichspannungsseitigen Anschluss des netzseitigen Stromrichters mit einem positiven gleichspannungsseitigen Anschluss des lastseitigen Stromrichters verbinden, während z. B. der zweite Schaltungszweig (z. B. in Form einer Leiterbahn oder Leiterschiene) einen negativen gleichspannungsseitigen Anschluss des netzseitigen Stromrichters mit einem negativen gleichspannungsseitigen Anschluss des lastseitigen Stromrichters verbinden kann. Weiterhin kann der zweite Leiter der ersten Kurzschließeinrichtung im zweiten Schaltungszweig oder vor dem zweiten Schaltungszweig angeordnet sein. D. h. der zweite Leiter kann bevorzugt ein (Teil-)Abschnitt des zweiten Schaltungszweigs sein. Beispielsweise kann ein erstes Ende des zweiten Leiters bzw. der zweiten Leitungsengstelle (z. B. über ein Leiterstück des zweiten Schaltungszweigs) mit dem netzseitigen Stromrichter elektrisch leitend verbunden sein und/oder ein zweites Ende des zweiten Leiters bzw. der zweiten Leitungsengstelle (z. B. über ein weiteres Leiterstück des zweiten Schaltungszweigs) mit dem lastseitigen Stromrichter elektrisch leitend verbunden sein. Vorzugsweise befinden sich der erste Leiter und der zweite Leiter somit in unterschiedlichen Schaltungszweigen des Gleichspannungs-Zwischenkreises, d. h. z. B. der erste Leiter im ersten Schaltungszweig und der zweite Leiter im zweiten Schaltungszweig. Auf vorteilhafte Weise kann dadurch im Fehlerfall eine gezielte Verbindung zwischen den Schaltungszweigen des Gleichspannungs-Zwischenkreises ermöglicht werden, um dadurch nachfolgende Komponenten vom Stromfluss abzutrennen.

Nach einem weiteren Aspekt kann der netzseitige Stromrichter einen ersten Netzanschluss zum Verbinden mit dem Energieversorgungsnetz aufweisen. Der erste Netzanschluss, welcher auch als erster netzseitiger Eingang des netzseitigen Stromrichters bezeichnet werden kann, kann dabei z. B. zum Anschließen an eine (erste) Phase (z. B. LI) eines Drehstrom-Energieversorgungsnetzes ausgebildet sein. Der erste Netzanschluss kann hierzu z. B. ein oder mehrere Kontakteelemente (z. B. Schraub-, Federkraft- und/oder Schneidklemmkontakte) zum Anschluss eines Leiters des Energieversorgungsnetzes umfassen. Weiterhin kann der zweite Leiter der ersten Kurzschließeinrichtung mit dem vorgenannten ersten Netzanschluss des netzseitigen Stromrichters (elektrisch leitend) verbunden sein. Beispielsweise kann der zweite Leiter über eine entsprechende Verbindungsleitung (z. B. in Form einer Leiterbahn) mit dem ersten Netzanschluss verbunden sein. Auf vorteilhafte Weise kann dadurch eine Stromverlagerung bzw. Ableitung des Kurzschlussstroms zum Eingang des netzseitigen Stromrichters erfolgen, wodurch die Energie am netzseitigen Stromrichter, insbesondere an dort ggf. vorhandenen Dioden, vorbeigeführt werden kann.

Um auf vorteilhafte Weise den Kurzschlussschutz des Umrichters weiter zu erhöhen, kann der Gleichspannungs-Zwischenkreis gemäß einem weiteren Aspekt eine weitere Kurzschließeinrichtung aufweisen. Zur besseren Unterscheidung von der vorgenannten „ersten" Kurzschließeinrichtung kann diese (weitere) Kurzschließeinrichtung im Folgenden als „zweite" Kurzschließeinrichtung bezeichnet werden. Die zweite Kurzschließeinrichtung kann dabei bevorzugt identisch zur ersten Kurzschließeinrichtung aufgebaut sein, wobei die entsprechenden Komponenten zur besseren Unterscheidbarkeit nachfolgend unterschiedlich referenziert werden. So kann die zweite Kurzschließeinrichtung insbesondere einen dritten Leiter und einen vierten Leiter umfassen, wobei der vierte Leiter vom dritten Leiter (z. B. durch ein isolierendes Leiterplattenmaterial) elektrisch isoliert sein kann. Ferner kann der dritte Leiter eine Leitungsengstelle (z. B. in Form einer abschnittsweisen Verjüngung des ersten Leiters) aufweisen, die zur Unterscheidung von den vorgenannten „ersten" bzw. „zweiten" Leitungsengstellen der ersten Kurzschließeinrichtung als „dritte" Leitungsengstelle bezeichnet werden kann. Weiterhin kann die dritte Leitungsengstelle derart ausgebildet sein und der vierte Leiter derart an der dritten Leitungsengstelle des dritten Leiters vorbeigeführt sein, dass eine zwischen der dritten Leitungsengstelle und dem vierten Leiter vorhandene weitere Isolationsschicht (z. B. ein Kunststoff wie Polyurethan) bei einem Kurzschlussstrom über den dritten Leiter, vorzugsweise thermisch, zerstört wird, sodass die vorgenannte zumindest eine elektrisch leitende Verbindung zwischen dem dritten Leiter und dem vierten Leiter vorliegt. Analog zur ersten Kurzschließeinrichtung kann auch die zweite Kurzschließeinrichtung bevorzugt ausgebildet sein, dass im Falle eines Kurzschlussstroms über den dritten Leiter eine gezielte thermische Belastung an der dritten Leitungsengstelle (Zündelektrode) induziert wird. Der dritte Leiter bzw. die angrenzende weitere Isolationsschicht können infolge dieser lokalen (hohen) Übertemperatur im Bereich der Leitungsengstelle unter Ausbildung eines Plasmakanals zerstörbar sein, sodass ein Übersprechen auf den angrenzenden vierten Leiter ermöglicht wird. Auf vorteilhafte Weise kann dadurch zusätzlich oder alternativ zu einem Auslösen der ersten Kurzschließeinrichtung selbsttätig eine (weitere) Stromverlagerung über den neu ausgebildeten bzw. gezielt geschaffenen Strompfad der zweiten Kurzschließeinrichtung ermöglicht werden. Nach einer Weiterbildung dieses Aspekts kann der dritte Leiter der zweiten Kurzschließeinrichtung - zudem oder alternativ zum zweiten Leiter der ersten Kurzschließeinrichtung - im vorgenannten zweiten Schaltungszweig des Gleichspannungs-Zwischenkreises angeordnet sein. Wie vorstehend bereits ausgeführt worden ist, kann der zweite Schaltungszweig dabei den netzseitigen Stromrichter und den lastseitigen Stromrichter miteinander (elektrisch leitend) verbinden. Beispielsweise kann der zweite Schaltungszweig (z. B. in Form einer Leiterbahn oder Leiterschiene) einen negativen gleichspannungsseitigen Anschluss des netzseitigen Stromrichters mit einem negativen gleichspannungsseitigen Anschluss des lastseitigen Stromrichters verbinden, während z. B. der erste Schaltungszweig einen positiven gleichspannungsseitigen Anschluss des netzseitigen Stromrichters mit einem positiven gleichspannungsseitigen Anschluss des lastseitigen Stromrichters verbinden kann. Bevorzugt kann der dritte Leiter der zweiten Kurzschließeinrichtung ferner ein (Teil-)Ab- schnitt des zweiten Schaltungszweigs sein. Beispielsweise kann ein erstes Ende des dritten Leiters bzw. der dritten Leitungsengstelle mit dem netzseitigen Stromrichter (z. B. über ein Leiterstück des zweiten Schaltungszweigs) elektrisch leitend verbunden sein und/oder ein zweites Ende des dritten Leiters bzw. der dritten Leitungsengstelle (z. B. über ein weiteres Leiterstück des zweiten Schaltungszweigs) mit dem lastseitigen Stromrichter elektrisch leitend verbunden sein.

Gemäß einem weiteren Aspekt kann der netzseitige Stromrichter einen zweiten Netzanschluss zum Verbinden mit dem Energieversorgungsnetz aufweisen. Der zweite Netzanschluss, welcher auch als zweiter netzseitiger Eingang des netzseitigen Stromrichters bezeichnet werden kann, kann dabei z. B. zum Anschließen an eine (zweite) Phase (z. B. L3) eines Drehstrom-Energieversorgungsnetzes ausgebildet sein. Der zweite Netzanschluss kann hierzu z. B. ein oder mehrere Kontakteelemente (z. B. Schraub-, Federkraft- und/oder Schneidklemmkontakte) zum Anschluss eines Leiters des Energieversorgungsnetzes umfassen. Weiterhin kann der vierte Leiter der zweiten Kurzschließeinrichtung mit dem vorgenannten zweiten Netzanschluss des netzseitigen Stromrichters (elektrisch leitend) verbunden sein. Beispielsweise kann der vierte Leiter über eine entsprechende Verbindungsleitung (z. B. in Form einer Leiterbahn) mit dem zweiten Netzanschluss verbunden sein. Auf vorteilhafte Weise kann dadurch eine (weitere) Stromverlagerung bzw. Ableitung des Kurzschlussstroms zum Eingang des netzseitigen Stromrichters erfolgen, wodurch die Energie am netzseitigen Stromrichter, insbesondere an dort ggf. vorhandenen Dioden, vorbeigeführt werden kann.

Nach einem weiteren Aspekt kann der vierte Leiter der zweiten Kurzschließeinrichtung über eine, vorzugsweise potentialfreie, Verbindungsleitung mit dem zweiten Leiter der ersten Kurzschließeinrichtung (elektrisch leitend) verbunden sein. D. h. der Umrichter kann eine, vorzugsweise potentialfreie, Verbindungsleitung (z. B. in Form einer Leiterbahn) umfassen, über die die erste und zweite Kurzschließeinrichtung miteinander verbunden sind. Lediglich beispielhaft kann dazu ein erstes (distales) Ende der Verbindungsleitung mit dem zweiten Leiter der ersten Kurzschließeinrichtung verbunden sein und/oder ein zweites (distales) Ende der Verbindungsleitung mit dem vierten Leiter der zweiten Kurzschließeinrichtung verbunden sein. Auf vorteilhafte Weise kann dadurch ein Zusammenführen der beiden Kurzschließeinrichtungen ermöglicht werden, um dadurch im Fehlerfall ggf. nachfolgende Komponenten vom Stromfluss abzutrennen.

Gemäß einem weiteren Aspekt kann - analog zu den Ausführungsvarianten der ersten Kurzschließeinrichtung - der dritte und vierte Leiter der zweiten Kurzschließeinrichtung zumindest abschnittsweise wellenförmig, zick-zack-förmig und/oder mäanderförmig, vorzugsweise scharfkantig mäanderförmig, angeordnet sein. Bevorzugt kann dabei die dritte Leitungsengstelle des dritten Leiters und/oder ein Endbereich des vierten Leiters zumindest abschnittsweise wellenförmig und/oder zick-zack-förmig und/oder (scharfkantig) mäanderförmig angeordnet sein. Diese Art der Ausführung ermöglicht wiederum auf vorteilhafte Weise, auf einem kleinen Raum eine möglichst lange Kurzschließeinrichtung unterzubringen. Ferner ermöglichen die Spitzen der vorgenannten Strukturen auf vorteilhafte Weise eine hohe Feldkonzentration und damit eine bewusste Schwächung der dortigen Isolation bzw. Isolationsschicht.

Zudem oder alternativ können der dritte Leiter und der vierte Leiter der zweiten Kurzschließeinrichtung zumindest abschnittsweise parallel zueinander angeordnet sein. D. h. der dritte und vierte Leiter können somit bei der zweiten Kurzschließeinrichtung bzw. bei der dritten Leitungsengstelle bevorzugt im gleichen Abstand nebeneinander verlaufen. Bevorzugt ist dabei ein Endbereich des vierten Leiters zumindest abschnittsweise parallel zur dritten Leitungsengstelle des dritten Leiters angeordnet. Lediglich beispielhaft kann dabei der vierte Leiter in seinem Endbereich T-förmig ausgebildet sein, wobei der Querstrich der T-Form parallel zum dritten Leiter bzw. der dritten Leitungsengstelle verlaufend angeordnet sein kann. Auf vorteilhafte Weise kann dadurch eine ausgedehnte Soll-Durchschlagsstelle bereitgestellt werden.

Zudem oder alternativ können der dritte Leiter und der vierte Leiter der zweiten Kurzschließeinrichtung auch zumindest einen, vorzugsweise mehrere, Richtungswechsel aufweisen. D. h. der dritte und vierte Leiter können somit bei der zweiten Kurzschließeinrichtung bzw. bei der dritten Leitungsengstelle bevorzugt ein oder mehrmals ihren Verlauf bzw. Richtungsverlauf verändern. Bevorzugt kann dabei die dritte Leitungsengstelle des dritten Leiters und/oder ein Endbereich des vierten Leiters zumindest einen, vorzugsweise mehrere, Richtungswechsel aufweisen. Beispielsweise können der dritte und vierte Leiter z. B. mäanderförmig angeordnet sein, wobei auch andere richtungsändernde Geometrien möglich sind. Auch diese Variante ermöglichen auf vorteilhafte Weise, auf einem kleinem Raum eine möglichst lange Kurzschließeinrichtung unterzubringen.

Zudem oder alternativ kann die weitere (zwischen der dritten Leitungsengstelle und dem vierten Leiter vorhandene) Isolationsschicht durch einen Stromfluss durch die dritte Leitungsengstelle erwärmbar sein. D. h. die weitere Isolationsschicht kann somit an den dritten Leiter bzw. die dritte Leitungsengstelle thermisch gekoppelt sein, um, insbesondere im Kurzschlussfall, Wärme von der dritten Leitungsengstelle aufzunehmen. Zudem oder alternativ kann die weitere Isolationsschicht (z. B. ein Kunststoff) auch ausgebildet sein, bei Erreichen einer vorbestimmten Temperatur zu schmelzen und/oder zu verdampfen. Bevorzugt kann dabei über das Material der weiteren Isolationsschicht und/oder über die Ausdehnung, insbesondere Dicke, der weiteren Isolationsschicht ein Zeitintervall einstellbar sein bis die weitere Isolationsschicht die vorbestimmte Temperatur erreicht bzw. zerstört wird und damit auch ein Zeitintervall bis die zweite Kurzschließeinrichtung (z. B. durch Funkenüberschlag, respektive Lichtbogen) elektrisch leitend wird. Hinsichtlich des Zeitintervalls bzw. der Durchschlagseigenschaften kann die zweite Kurzschließeinrichtung dabei identisch zur ersten Kurzschließeinrichtung ausgebildet sein. Alternativ können die beiden Kurzschließeinrichtungen jedoch auch unterschiedlich ausgelegt sein.

Zudem oder alternativ kann der vierte Leiter auch eine Leitungsengstelle aufweisen, die im Folgenden zur besseren Unterscheidung als vierte Leitungsengstelle bezeichnet werden kann. Mit anderen Worten kann bei der zweiten Kurzschließeinrichtung sowohl der dritte Leiter eine (dritte) Leitungsengstelle als auch der vierte Leiter eine (vierte) Leitungsengstelle aufweisen. Vorzugsweise ist die vierte Leitungsengstelle dabei in einem Endbereich (z. B. an einem distalen Ende) des vierten Leiters angeordnet. Weiterhin kann die vierte Leitungsengstelle des vierten Leiters benachbart zur dritten Leitungsengstelle des dritten Leiters angeordnet sein. Die dritte und vierte Leitungsengstelle können somit, vorzugsweise dicht, beieinander und/oder in unmittelbarer Nähe angeordnet sein. Bevorzugt werden die dritte und vierte Leitungsengstelle somit lediglich durch die vorgenannte weitere Isolationsschicht voneinander getrennt. Durch das entsprechende Vorsehen von zwei benachbart angeordneter Leitungsengstellen kann auf vorteilhafte Weise das Übersprechen bzw. Ausbilden einer leitenden Verbindung zwischen dem dritten und vierten Leiter eingestellt werden.

Nach einem weiteren Aspekt kann die erste und/oder die zweite Kurzschließeinrichtung innerhalb einer Leiterplatte angeordnet sein. Zudem oder alternativ kann die erste und/oder die zweite Kurz- Schließeinrichtung auch zwischen zwei aneinander befestigten Leiterplatten angeordnet sein. Bevorzugt ist vorgesehen, dass alle Leitungen des Umrichters in einer Innenlage einer Leiterplatte geführt sind. Das entsprechende Anordnen der Leiter und insbesondere der ersten und/oder zweiten Kurzschließeinrichtung innerhalb der Leiterplatte hat dabei den Vorteil, dass die im Kurzschlussfall freiwerdende Energie möglichst innerhalb der Leiterplatte und damit nicht an anderen Oberfläche freigesetzt wird. Eine Plasmawolke an der Oberfläche der Leiterplatte, welche z. B. hinsichtlich Berührschutz und umherfliegender Bauteile infolge eines Druckstoßes ein Sicherheitsrisiko darstellen würde, kann damit effektiv vermieden werden.

Gemäß einem weiteren Aspekt kann der netzseitige Stromrichter ein dreiphasiger Stromrichter sein. Der netzseitige Stromrichter kann somit netzseitig zumindest drei Netzanschlüsse aufweisen. Die Netzanschlüsse können dabei zum Anschließen jeweils einer Phase eines Drehstrom-Energieversorgungsnetzes dienen und/oder ausgebildet sein. Zudem oder alternativ kann auch der lastseitige Stromrichter ein dreiphasiger Stromrichter sein. Entsprechend kann der lastseitige Stromrichter lastseitig zumindest drei Lastanschlüsse aufweisen. Die Lastanschlüsse können dabei zum Anschließen jeweils einer Phase einer Drehstromlast (z. B. jeweils einer Phase eines Drehstrom-Asynchronmotors) dienen und/oder ausgebildet sein.

Nach einem weiteren Aspekt kann der Gleichspannungs-Zwischenkreis eine Zwischenkreiskondensator aufweisen. Bevorzugt dient der Zwischenkreiskondensator dabei zur Kompensation von Leitungsinduktivitäten bzw. zur Glättung der Spannung im Gleichspannungs-Zwischenkreis. Weiterhin können über den vorgenannten Zwischenkreiskondensator der erste und zweite Schaltungszweig elektrisch gekoppelt sein. Beispielsweise kann eine Elektrode des Zwischenkreiskondensators mit dem ersten Schaltungszweig (elektrisch leitend) verbunden sein, während eine zweite Elektrode des Zwischenkreiskondensators mit dem zweiten Schaltungszweig (elektrisch leitend) verbunden sein kann.

Gemäß einem weiteren unabhängigen Aspekt wird eine Verwendung eines Umrichters, wie in diesem Dokument beschrieben, zum Anschließen einer elektrischen Last (z. B. eines Elektromotors) an ein Energieversorgungsnetz bereitgestellt. Dabei sollen die im Zusammenhang mit dem Umrichter beschrieben Merkmale auch im Zusammenhang mit dessen Verwendung als offenbart gelten und beanspruchbar sein. Entsprechendes soll auch umgekehrt gelten. Das Verwenden des Umrichters umfasst dabei ein, vorzugsweise selbsttätiges, Ausbilden mindestens einer elektrisch leitenden Verbindung mittels der zumindest einen Kurzschließeinrichtung des Umrichters durch einen Kurz- schlussstrom im Gleichspannungs-Zwischenkreis. D. h. bevorzugt kann infolge des Kurzschlussstroms bzw. vermittelt durch den Kurzschlussstrom ein, vorzugsweise automatisches, Ausbilden eines neuen bzw. zusätzlichen Strompfads erfolgen, wobei dieser vorzugsweise zum Umleiten des Kurzschlussstroms dient.

Im Fall, dass die zumindest einen Kurzschließeinrichtung die vorgenannte erste Kurzschließeinrichtung umfasst, kann die Verwendung ferner ein, vorzugsweise thermisches, Zerstören der zwischen der ersten Leitungsengstelle und dem zweiten Leiter vorhandene Isolationsschicht bei einem Kurzschlussstrom über den ersten Leiter umfassen, sodass eine elektrisch leitende Verbindung zwischen dem ersten und zweiten Leiter vorliegt. Bevorzugt kann hierbei die zwischen der ersten Leitungsengstelle und dem zweiten Leiter vorhandene Isolationsschicht durch einen Stromfluss durch die erste Leitungsengstelle erwärmbar sein, wobei die Isolationsschicht (z. B. ein Kunststoff) ausgebildet sein kann, bei Erreichen einer vorbestimmten Temperatur zu schmelzen und/oder zu verdampfen. D. h., mit anderen Worten kann die Verwendung - im Falle eines Kurzschlussstroms - ein gezieltes Induzieren einer thermischen Belastung an der ersten Leitungsengstelle umfassen, um dadurch die Isolationsschicht zu schmelzen und/oder zu verdampfen, sodass der erste und zweite Leiter (z. B. durch Funkenüberschlag, respektive Lichtbogen) elektrisch leitend verbunden sind. Im Fall, dass der Umrichter zusätzlich auch eine vorgenannte zweite Kurzschließeinrichtung umfasst, kann die Verwendung zudem oder alternativ auch ein, vorzugsweise thermisches, Zerstören der zwischen der dritten Leitungsengstelle und dem vierten Leiter vorhandene weitere Isolationsschicht bei einem Kurzschlussstrom über den dritten Leiter, sodass eine elektrisch leitende Verbindung zwischen dem dritten und vierten Leiter vorliegt.

Die zuvor beschriebenen Aspekte und Merkmale der Erfindung sind dabei beliebig miteinander kombinierbar. Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung werden im Folgenden unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben. Es zeigen:

Figur 1: eine schematische Darstellung eines Umrichters gemäß einer ersten Ausführungsform;

Figur 2: eine schematische Darstellung eines Umrichters gemäß einer zweiten Ausführungsform;

Figur 3: eine schematische Darstellung eines Umrichters gemäß einer dritten Ausführungsform; Figur 4: eine schematische Detaildetaildarstellung einer Kurzschließeinrichtung gemäß einer Ausführungsform;

Figur 5: eine schematische Schnittdarstellung einer in einer Leiterplatte eingebetteten

Kurzschließeinrichtung gemäß einer Ausführungsform;

Figur 6: exemplarischer zeitlicher Verlauf eines Kurzschlussstroms innerhalb eines Umrichters mit einer Kurzschließeinrichtung gemäß einer Ausführungsform.

Gleiche oder funktional äquivalente Elemente sind in allen Figuren mit denselben Bezugszeichen beschrieben und zum Teil nicht gesondert beschrieben.

Figur 1 zeigt eine schematische Darstellung eines Umrichters 100 gemäß einer ersten Ausführungsform. Vorzugsweise handelt es sich bei dem gattungsgemäßen Umrichter 100 dabei um einen Frequenzumrichter, d. h. eine Vorrichtung zur Umwandlung einer eingespeisten Wechselspannung in eine andere Wechselspannung (z. B. mit veränderter Frequenz und/oder Amplitude). Der Umrichter 100, der z. B. von einem Gehäuse 101 umhaust werden kann, kann bevorzugt zum Anschließen einer elektrischen Last 1, beispielsweise in Form eines Elektromotors, an ein Energieversorgungsnetz 2 dienen, wobei es sich bei dem Energieversorgungsnetz 2 vorliegend - lediglich beispielhaft - um ein Drehstrom-Energieversorgungsnetz handeln kann. Der, vorzugsweise rückspeisefähige, Umrichter 100 weist hierbei einen netzseitigen Stromrichter 10 auf. Der netzseitige Stromrichter 10 kann zum Anschluss an das Energieversorgungsnetz 2 dienen und entsprechend ein oder mehrere Anschlüsse, vorliegend beispielhaft drei Anschlüsse 11, 12 und 13, zum Anschluss an das Energieversorgungsnetz 2 umfassen. Lediglich beispielhaft kann der netzseitige Stromrichter 10 z. B. als ein Diodengleichrichter ausgebildet sein, der eingerichtet ist, eine netzseitige Wechselspannung in eine Gleichspannung zu wandeln.

Weiterhin umfasst der Umrichter 100 einen weiteren lastseitigen Stromrichter 20. Der lastseitige Stromrichter 20 kann dabei zum Anschluss an die Last 1 dienen und entsprechend ein oder mehrere Anschlüsse, vorliegend beispielhaft drei Anschlüsse 21, 22 und 23, zum Anschluss an die Last 2 umfassen. Beispielsweise kann der lastseitige Stromrichter 20 als ein, vorzugsweise selbstgeführter, Wechselrichter (z. B. ein IGBT-Wechselrichter) ausgebildet sein, der ausgebildet ist, eine Gleichspannung in eine lastseitige Wechselspannung zu wandeln. Ferner weist der Umrichter 100 einen Gleichspannungs-Zwischenkreis 30 auf. Über den Gleichspannungs-Zwischenkreis 30 sind der netzseitige Stromrichter 10 und der lastseitige Stromrichter 20 elektrisch leitend miteinander verbunden. Lediglich beispielhaft kann der Gleichspannungs-Zwischenkreis 30 dazu einen ersten Schaltungszweig 31 und einen zweiten Schaltungszweig 32 umfassen. Der erste Schaltungszweig 31 kann dabei einen positiven gleichspannungsseitigen Anschluss des netzseitigen Stromrichters 10 mit einem positiven gleichspannungsseitigen Anschluss des lastseitigen Stromrichters 20 verbinden, während der zweite Schaltungszweig 32 einen negativen gleichspannungsseitigen Anschluss des netzseitigen Stromrichters 10 mit einem negativen gleichspannungsseitigen Anschluss des lastseitigen Stromrichters 20 verbinden kann. Bevorzugt weist der Gleichspannungs-Zwischenkreis 30 ferner einen Zwischenkreiskondensator 33 zur Glättung der Spannung im Gleichspannungs-Zwischenkreis 30 auf. Hierbei kann der dargestellte Zwischenkreiskondensator 33 als Ersatzschaltbild für eine beliebige Zwischenkreiskapazität verstanden werden, sodass der Gleichspannungs-Zwischenkreis 30 z. B. auch mehrere, z. B. parallel und/oder in Reihe geschaltete, Zwischenkreiskondensatoren 33 umfassen kann. Der Zwischenkreiskondensator 33 kann dazu z. B. den ersten und zweiten Schaltungszweig 31, 32 elektrisch miteinander koppeln.

Um nun auf vorteilhafte Weise einen schnellen und sicheren Kurzschlussschutz im Umrichter 100 bzw. im Gleichspannungs-Zwischenkreis 30 bereitzustellen, weist der Gleichspannungs-Zwischenkreis 30 ferner zumindest eine Kurzschließeinrichtung auf, wobei die vorliegende beispielhafte Ausführungsform nur eine (erste) Kurzschließeinrichtung 40 umfasst. Bevorzugt dient die zumindest eine Kurzschließeinrichtung 40 dabei zum Ausbilden eines zusätzlichen Strompfads im Fehlerfall. Hierbei kann es sich z. B. um einen der folgenden exemplarischen Fehlerfälle handeln: ein interner Kurzschluss (z. B. einer Diode) im netzseitigen Stromrichter 10, ein defektes Bauteil im lastseitigen Stromrichter 20 (z. B. ein Defekt in einer IGBT-Schaltung), ein Kurzschluss des Zwischenkreiskondensators 33, ein allgemeiner Isolationsfehler im Gleichspannungs-Zwischenkreis 30 und/oder ein Isolationsfehler im Gleichspannungs-Zwischenkreis 30 durch Fremdeinwirkung (z. B. durch Feuchtigkeit, Staub oder Metallspäne). Die zumindest eine Kurzschließeinrichtung, ist ausgebildet, durch einen Kurzschlussstrom im Gleichspannungs-Zwischenkreis 30 (z. B. infolge eines der vorgenannten Fälle) selbsttätig mindestens eine (zusätzliche) elektrisch leitende Verbindung auszubilden, wobei die mindestens eine elektrisch leitende Verbindung bevorzugt zum Umleiten und/oder Umkanalisieren des Kurzschlussstroms dient.

Wie vorliegend dargestellt ist, kann die zumindest eine Kurzschließeinrichtung hierzu eine erste Kurzschließeinrichtung 40 umfassen, deren beispielhafter Aufbau im Detail noch im Zusammenhang mit Figur 4 noch eingehender beschrieben werden wird. Die erste Kurzschließeinrichtung 40 kann dabei einen ersten Leiter 41 und einen zweiten Leiter 42 umfassen. Der zweite Leiter kann dabei vom ersten Leiter 41 (z. B. durch ein isolierendes Leiterplattenmaterial) elektrisch isoliert sein. Ferner kann der erste Leiter 41 eine erste Leitungsengstelle 43 (z. B. in Form einer abschnittsweisen Verjüngung des ersten Leiters 41) aufweisen. Vorliegend ist die erste Leitungsengstelle 43 dabei lediglich beispielhafte zick-zack-förmig ausgebildet, d. h. der erste Leiter 41 verläuft dort in einer Zickzacklinie mit mehreren Richtungswechseln. Die entsprechenden Spitzen ermöglichen dabei auf vorteilhafte Weise eine hohe Feldkonzentration und damit eine bewusste Schwächung der dortigen Isolation. Die erste Leitungsengstelle (43) kann ferner derart ausgebildet sein und der zweite Leiter 42 ferner derart an der ersten Leitungsengstelle 43 des ersten Leiters 41 vorbeigeführt sein (vgl. z. B. Figur 4), dass eine zwischen der ersten Leitungsengstelle 43 und dem zweiten Leiter 42 vorhandene Isolationsschicht 44 (z. B. ein Kunststoff wie Polyurethan) bei einem Kurzschlussstrom über den ersten Leiter 41, vorzugsweise thermisch, zerstört wird, sodass die vorgenannten mindestens eine elektrisch leitende Verbindung zwischen dem ersten Leiter 41 und dem zweiten Leiter 42 vorliegt.

Bevorzugt soll somit im Kurzschlussfall eine bewusste (lokale) Schädigung der ersten Kurzschließeinrichtung 40 zur Ausbildung eines zusätzlichen Strompfads erfolgen, weshalb die erste Kurzschließeinrichtung 40 auch als Soll-Durchschlagsstelle bezeichnet werden kann. Bevorzugt weist dazu auch der zweite Leiter 42 eine (z.B. ebenfalls zick-zack-förmig ausgebildete) Leitungsengstelle 45 auf, die zur besseren Unterscheidung als „zweite" Leitungsengstelle 45 bezeichnet werden soll. Wie vorliegend beispielhaft dargestellt, kann die zweite Leitungsengstelle 45 dabei in einem Endbereich des zweiten Leiters 42 angeordnet sein und/oder benachbart zur ersten Leitungsengstelle 43 des ersten Leiters 41 angeordnet sein. Die erste und zweite Leitungsengstelle 43, 45 können somit, vorzugsweise dicht, beieinander und/oder in unmittelbarer Nähe angeordnet sein und lediglich durch die, vorzugsweise dünne, Isolationsschicht 44 voneinander getrennt werden. Hierdurch kann, wie vorstehend bereits beschrieben wurde, auf vorteilhafte Weise im Kurzschlussfall selbsttätig eine Stromverlagerung über den sodann mit dem ersten Leiters 41 verbundenen zweiten Leiters 42 ermöglicht werden, derart, dass dieser zweite Leiter 42 den Fehlerstrom aus dem Gleichspannungs- Zwischenkreis 30 übernimmt und an eine geeignete Stelle ableitet, was nachfolgender noch eingehender beschrieben werden wird. Da das Ausbilden des zusätzlichen Strompfads nur wenige Millisekunden (vgl. Figur 6) benötigt und damit deutlich schneller als ein, vorzugsweise zusätzlich vorhandener, Leistungsschutzschalter (typ. 10-20 ms) ist, kann auf vorteilhafte Weise insgesamt ein schneller und zuverlässiger Kurzschlussschutz für den Umrichter 100 bereitgestellt werden. Nachdem vorstehend die grundsätzliche Funktionsweise der ersten Kurzschließeinrichtung 40 beschrieben wurde, soll nachfolgend auf die konkrete Anordnung der ersten Kurzschließeinrichtung 40 im Gleichspannungs-Zwischenkreis 30 eingegangen werden. Gemäß der dargestellten beispielhafte Ausführungsform kann dabei der erste Leiter 41 der ersten Kurzschließeinrichtung 40 im ersten Schaltungszweig 31 des Gleichspannungs-Zwischenkreises 30 angeordnet sein. D. h. der erste Leiter 41 kann somit bevorzugt als ein (Teil-)Abschnitt des ersten Schaltungszweigs 31 ausgebildet sein. Beispielsweise kann dazu ein erstes Ende des ersten Leiters 41 bzw. der ersten Leitungsengstelle 43 über ein (erstes) Leiterstück 31a des ersten Schaltungszweigs 31 mit dem netzseitigen Stromrichter 10 elektrisch leitend verbunden sein und ein zweites Ende des ersten Leiters 41 bzw. der ersten Leitungsengstelle 43 über ein (zweites) Leiterstück 31b des ersten Schaltungszweigs 31 mit dem lastseitigen Stromrichter 20 elektrisch leitend verbunden sein. Ferner kann gemäß der vorliegenden beispielhafte Ausführungsform der zweite Leiter 42 der ersten Kurzschließeinrichtung 40 im zweiten Schaltungszweigs 32 des Gleichspannungs-Zwischenkreises 30 angeordnet sein. D. h. der zweite Leiter 42 kann somit bevorzugt als ein (Teil-)Abschnitt des zweiten Schaltungszweigs 32 ausgebildet sein. Beispielsweise kann dazu ein erstes Ende des zweiten Leiters 42 bzw. der zweiten Leitungsengstelle 45 über ein (erstes) Leiterstück 32a des zweiten Schaltungszweigs 32 mit dem netzseitigen Stromrichter 10 elektrisch leitend verbunden sein und ein zweites Ende des zweiten Leiters 42 bzw. der zweiten Leitungsengstelle 45 über ein (zweites) Leiterstück 32b des zweiten Schaltungszweigs 32 mit dem lastseitigen Stromrichter 20 elektrisch leitend verbunden sein. Auf vorteilhafte Weise kann dadurch im Fehlerfall eine gezielte Verbindung zwischen den Schaltungszweigen 31 und 32 des Gleichspannungs-Zwischenkreises 30 ermöglicht werden, um dadurch nachfolgende Komponenten vom Stromfluss abzutrennen.

Figur 2 zeigt eine schematische Darstellung eines Umrichters 100 gemäß einer zweiten Ausführungsform. Der grundlegende Aufbau des Umrichters 100 aus netzseitigem Stromrichter 10 und lastseitigem Stromrichter 20, die über einen Gleichspannungs-Zwischenkreis 30 einen elektrisch leitend verbunden sind, ist dabei identisch zur der vorstehend beschriebenen Ausführungsform. Allerdings unterscheidet sich in der vorliegenden exemplarischen Ausführungsform die Anbin- dung/Anordnung der ersten Kurzschließeinrichtung 40. Zwar kann auch gemäß dieser Variante der erste Leiter 41 der ersten Kurzschließeinrichtung 40 wiederum im ersten Schaltungszweig 31 des Gleichspannungs-Zwischenkreises 30 angeordnet sein. D. h., der erste Leiter 41 bzw. die erste Leitungsengstelle 43 kann z. B. mittels eines ersten Leiterstücks 31a des ersten Schaltungszweigs 31 mit dem netzseitigen Stromrichter 10 elektrisch leitend verbunden sein und mittels eines zweiten Leiterstücks 31b des ersten Schaltungszweigs 31 mit dem lastseitigen Stromrichter 20 elektrisch leitend verbunden sein. Der zweite Leiter 42 bzw. die zweite Leitungsengstelle 45 der ersten Kurzschließeinrichtung 40 ist vorliegend beispielhaft jedoch (über ein Leiterstück 46) mit dem ersten Netzanschluss 11 des netzseitigen Stromrichters 10 elektrisch leitend verbunden. Auf vorteilhafte Weise kann dadurch im Fehlerfall eine Stromverlagerung bzw. Ableitung des Kurzschlussstroms zum Eingang des netzseitigen Stromrichters 10 erfolgen, sodass die Energie am netzseitigen Stromrichter 10, insbesondere an dort ggf. vorhandenen Dioden, vorbeigeführt werden kann.

Zusätzlich zu der vorstehend beschrieben ersten Kurzschließeinrichtung 40 weist der Gleichspannungs-Zwischenkreis 30 in der dargestellten beispielhaften Ausführungsform eine weitere (zweite) Kurzschließeinrichtung 50 auf. Diese zweite Kurzschließeinrichtung 50 kann dabei (wie beispielhaft dargestellt) in ihrem prinzipiellen Aufbau grundsätzlich identisch zur ersten Kurzschließeinrichtung 40 ausgebildet sein, wobei die entsprechenden Komponenten jedoch zur besseren Unterscheidbarkeit unterschiedlich referenziert werden.

So kann die zweite Kurzschließeinrichtung 50 einen dritten Leiter 51 und einen vierten Leiter 52 umfassen, wobei der vierte Leiter 52 vom dritten Leiter 51 (z. B. durch ein isolierendes Leiterplattenmaterial) elektrisch isoliert sein kann. Ferner kann der dritte Leiter 51 eine „dritte" Leitungsengstelle 53 (z. B. in Form einer abschnittsweisen Verjüngung des ersten Leiters) aufweisen. Vorliegend ist die dritte Leitungsengstelle 53 wiederum - lediglich beispielhaft - zick-zack-förmig ausgebildet. Die dritte Leitungsengstelle 53 kann dabei derart ausgebildet sein und der vierte Leiter 52 derart an der dritten Leitungsengstelle 53 des dritten Leiters 51 vorbeigeführt sein, dass eine zwischen der dritten Leitungsengstelle 53 und dem vierten Leiter 52 vorhandene weitere Isolationsschicht 54 (z. B. ein Kunststoff wie Polyurethan) bei einem Kurzschlussstrom über den dritten Leiter 51, vorzugsweise thermisch, zerstört wird, sodass eine elektrisch leitende Verbindung zwischen dem dritten Leiter 51 und dem vierten Leiter 52 vorliegt.

Wie beispielhaft dargestellt, kann auch der vierte Leiter 52 wiederum eine (z. B. ebenfalls zick-zack- förmig ausgebildete) vierte Leitungsengstelle 55 aufweisen. Diese kann dabei, wie vorliegend dargestellt ist, in einem Endbereich des vierten Leiters 52 angeordnet sein und/oder benachbart zur dritten Leitungsengstelle 53 des dritten Leiters 51 angeordnet sein. Die dritte und vierte Leitungsengstelle 53, 55 können somit, vorzugsweise dicht, beieinander und/oder in unmittelbarer Nähe angeordnet sein und lediglich durch die, vorzugsweise dünne, weitere Isolationsschicht 54 voneinander getrennt werden. Wie vorstehend bereits für die erste Kurzschließeinrichtung 40 beschrieben worden ist, kann somit auch mittels der zweiten Kurzschließeinrichtung 50 auf vorteilhafte Weise im Kurzschlussfall selbsttätig ein weiterer Strompfad zum Ableiten des Kurzschlussstroms ausgebildet werden.

Vorliegend ist exemplarisch vorgesehen, dass auch mittels der zweiten Kurzschließeinrichtung 50 ebenfalls ein Ableiten eines Kurzschlussstroms zum Eingang des netzseitigen Stromrichters 10 möglich ist. Dazu kann der dritte Leiter 51 der zweiten Kurzschließeinrichtung 50 im zweiten Schaltungszweig 32 des Gleichspannungs-Zwischenkreises 30 angeordnet sein. D. h. der dritte Leiter 51 kann somit bevorzugt als ein (Teil-)Abschnitt des zweiten Schaltungszweigs 32 ausgebildet sein. Beispielsweise kann dazu ein erstes Ende des dritte Leiters 51 bzw. der dritten Leitungsengstelle 53 über ein (erstes) Leiterstück 32a des zweiten Schaltungszweigs 32 mit dem netzseitigen Stromrichter 10 elektrisch leitend verbunden sein und ein zweites Ende des dritten Leiters 51 bzw. der dritten Leitungsengstelle 53 über ein (zweites) Leiterstück 32b des zweiten Schaltungszweigs 32 mit dem lastseitigen Stromrichter 20 elektrisch leitend verbunden sein.

Um die Verbindung zum Eingang des netzseitigen Stromrichters 10 herzustellen, kann der vierte Leiter 52 bzw. die vierte Leitungsengstelle 55 der zweiten Kurzschließeinrichtung 50 (z. B. über ein Leiterstück 56) mit dem zweiten Netzanschluss 12 des netzseitigen Stromrichters 10 elektrisch leitend verbunden sein. Auf vorteilhafte Weise kann dadurch im Fehlerfall eine Stromverlagerung bzw. Ableitung des Kurzschlussstroms zum zweiten Netzanschluss 12 des netzseitigen Stromrichters 10 erfolgen. Durch das beispielhafte Vorsehen von zwei Kurzschließeinrichtungen 40 und 50 im Gleichspannungs-Zwischenkreis 30 kann somit je nach Fehlerfall ein zuverlässiger Schutz des Umrichters 100 erreicht werden. Beispielsweise würden bei einer Überlastung im Gleichspannungs- Zwischenkreis 30 (verdeutlicht durch Pfeil 81) beide Kurzschließeinrichtungen 40 und 50 ansprechen, wohingegen bei einem Fehler nach Erde (verdeutlicht durch die Pfeile 82 und 83) auch jeweils nur einer der beiden Kurzschließeinrichtungen, d. h. z. B. nur die erste Kurzschließeinrichtung 40 oder nur die zweite Kurzschließeinrichtung 50 ansprechen kann.

Figur 3 zeigt eine schematische Darstellung eines Umrichters 100 gemäß einer dritten Ausführungsform. Auch diese Ausführungsform weist exemplarisch zwei Kurzschließeinrichtungen 40 und 50 im Gleichspannungs-Zwischenkreis 30 auf. Wie vorstehend bereits im Zusammenhang mit Figur 2 im Detail beschrieben worden ist, kann gemäß dieser beispielhaften Variante der erste Leiter 41 der ersten Kurzschließeinrichtung 40 wiederum im ersten Schaltungszweig 31 des Gleichspannungs- Zwischenkreises 30 angeordnet sein und der dritte Leiter 51 der zweiten Kurzschließeinrichtung 50 wiederum im zweiten Schaltungszweig 51 des Gleichspannungs-Zwischenkreises 30 angeordnet sein. Im Vergleich zu der Variante gemäß Figur 2 sind vorliegend jedoch der zweite Leiter 52 der ersten Kurzschließeinrichtung 40 und der vierte Leiter 52 der zweiten Kurzschließeinrichtung 50 nicht mit dem Eingang des netzseitigen Stromrichters 10 verbunden.

Gemäß der vorliegenden beispielhaften Variante ist der zweite Leiter 42 der ersten Kurzschließeinrichtung über eine, vorzugsweise potentialfreie, Verbindungsleitung 60 mit dem vierten Leiter der zweiten Kurzschließeinrichtung 50 elektrisch leitend verbunden. Beispielsweise kann dazu ein erstes (distales) Ende der Verbindungsleitung 60 mit dem zweiten Leiter 42 bzw. der zweiten Leitungsengstelle 43 der ersten Kurzschließeinrichtung 40 verbunden sein und/oder ein zweites (distales) Ende der Verbindungsleitung 60 mit dem vierten Leiter 52 bzw. der vierten Leitungsengstelle 43 der zweiten Kurzschließeinrichtung 50 verbunden sein. Auf vorteilhafte Weise kann dadurch ein Zusammenführen der beiden Kurzschließeinrichtungen 40 und 50 ermöglicht werden, um dadurch im Fehlerfall ggf. nachfolgende Komponenten vom Stromfluss abzutrennen.

Figur 4 zeigt eine schematische Detaildetaildarstellung einer Kurzschließeinrichtung gemäß einer Ausführungsform. Lediglich beispielhaft sind die entsprechenden Komponenten dabei in Bezug auf die Nomenklatur der ersten Kurzschließeinrichtung 40 beschrieben. Für den Fachmann ist es jedoch sofort offensichtlich, dass auch die zweite Kurzschließeinrichtung 50 entsprechend ausgebildet sein kann. Die beispielhaft dargestellte erste Kurzschließeinrichtung 40 weist dabei einen ersten Leiter 41 (z. B. in Form einer Leiterbahn) und einen zweiten Leiter 42 (z. B. in Form einer Leiterbahn). Der zweite Leiter 42 ist hierbei vom ersten Leiter 41, z. B. durch ein nicht näher dargestelltes isolierendes Leiterplattenmaterial, elektrisch isoliert. Ferner der erste Leiter 41 eine Leitungsengstelle auf, die zur besseren Unterscheidung als erste Leitungsengstelle 43 bezeichnet werden soll. Bei der ersten Leitungsengstelle 43 handelt es sich bevorzugt um eine (lokale) Verjüngung des Leiterquerschnitts. D. h. der erste Leiter 41 kann im Bereich der ersten Leitungsengstelle 43 z. B. dünner als vor und/oder nach der ersten Leitungsengstelle 43 ausgebildet sein. Lediglich beispielhaft kann die erste Leitungsengstelle 43 z. B. zick-zack-förmig ausgebildet sein, d. h. der erste Leiter 41 kann dort in einer Zickzacklinie mit entsprechenden Leiterspitzen verlaufen.

Auch der zweite Leiter 42 kann ferner, wie beispielhaft dargestellt ist, eine Leitungsengstelle auf, die zur besseren Unterscheidung als zweite Leitungsengstelle 45 bezeichnet werden soll. Beispielsweise kann die zweite Leitungsengstelle 45, wie dargestellt, in einem Endbereich des zweiten Leiters 42 angeordnet sein. Bevorzugt ist dabei auch die zweite Leitungsengstelle 45 des zweiten Leiters 42 zick-zack-förmig ausgebildet. Weiterhin kann die zweite Leitungsengstelle 45 des zweiten Leiters 42 benachbart zur ersten Leitungsengstelle 43 des ersten Leiters 41 angeordnet sein. Bei- spielsweise können die erste und zweite Leitungsengstelle 43, 45, vorzugsweise in geringem Abstand zueinander, planparallel versetzt angeordnet sein. Die erste und zweite Leitungsengstelle 43, 45 können somit lediglich durch eine, vorzugsweise dünne, Isolationsschicht 44 (nicht ausdrücklich dargestellt) voneinander getrennt werden. Durch diese Geometrie der ersten Kurzschließeinrichtung 40 kann auf vorteilhafte Weise eine (definierte) Soll-Durchschlagsstelle bereitgestellt werden, die im Fehlerfall ein entsprechendes Ausbilden einer leitenden Verbindung zwischen dem ersten und zweiten Leiter 41, 42 durch ein kurschlussstrominduziertes Zerstören der Isolationsschicht 44 ermöglicht.

Figur 5 zeigt eine schematische Schnittdarstellung einer in einer Leiterplatte 70 eingebetteten Kurzschließeinrichtung gemäß einer Ausführungsform. Für eine möglichst hohe Bediensicherheit beim beanspruchten Umrichter 100 ist bevorzugt vorgesehen, alle Leitungen des Umrichters 100 vom Netzeingang bis zum Lastausgang in einer Innenlage einer Leiterplatte 70 zu führen. Figur 5 zeigt hierzu eine entsprechende Schnittdarstellung im Bereich der ersten Kurzschließeinrichtung 40 im Gleichspannungs-Zwischenkreis 30. In der Mitte der Leiterplatte, welche z. B. aus keramischen Materialien, Kunststoffen wie Polyamid bzw. Polytetrafluorethylen, und/oder anderen Materialien bestehen kann, ist vorliegend beispielhaft die erste Kurzschließeinrichtung 40 angeordnet. Dargestellt ist dabei ein Schnitt durch die erste und zweite Leitungsengstelle 43, 45, welche durch eine Isolationsschicht 44 voneinander getrennt werden. Der Abstand der ersten Leitungsengstelle 43 von der zweiten Leitungsengstelle 45 bzw. die Dicke der trennenden Isolationsschicht 44 kann dabei, wie vorliegend dargestellt, geringer als die laterale Ausdehnung des jeweils ersten bzw. zweiten Leiters 41, 42 im Bereich der jeweiligen Leitungsengstelle 43, 45 sein. Weiterhin kann die Leiterplatte 70 weitere Leitungslagen umfassen, wobei vorliegend hierzu lediglich beispielhaft die Leitungslagen 71, 72, 73 und 74 dargestellt sind. Durch ein entsprechendes Anordnen der ein oder mehreren Kurzschließeinrichtungen innerhalb der Leiterplatte 70 hat dabei den Vorteil, dass die im Kurzschlussfall freiwerdende Energie möglichst innerhalb der Leiterplatte und damit nicht an anderen Oberfläche freigesetzt wird.

Figur 6 zeigt einen exemplarischen zeitlichen Stromverlauf im Kurzschlussfall an eines beanspruchten Umrichters 100 mit einer ersten Kurzschließeinrichtung 40 gemäß einer Ausführungsform. Zunächst steigt dabei der Kurzschlussstrom im Gleichspannungs-Zwischenkreis 30 des Umrichters 100 (Kurve 5a) quasi linear an. Nach einem Intervall At spricht sodann die erste Kurzschließeinrichtung 40 des Umrichters an, d. h. die Isolationsschicht 44 der ersten Kurzschließeinrichtung 40 wird zerstört und die erste Kurzschließeinrichtung 40 wird (z. B. durch Funkenüberschlag, respektive Lichtbogen) elektrisch leitend bzw. liegt dann eine elektrisch leitende Verbindung zwischen dem ersten und zweiten Leiter 41, 42 vor. Entsprechend bricht der Kurzschlussstrom im Gleichspannungs-Zwischenkreis 30 ein und es findet eine Stromverlagerung über die erste Kurzschließeinrichtung 40 statt. Der sodann über die erste Kurzschließeinrichtung 40 fließende Strom ist dabei in Kurve 5b darstellt. Dieser steigt dabei weiter an bis letztlich vorzugsweise der Stromfluss durch ein Schalten eines dem Umrichter 100 netzseitig vorgelagertes strombegrenzendes Schaltelement 3 (z. B. ein Leistungsschutzschalter und/oder eine Schmelzsicherung) beendet wird. Das Zeitintervall At bis zum Zünden der ersten Kurzschließeinrichtung 40 kann dabei durch ein entsprechendes Auslegen der ersten Leitungsengstelle 43 bzw. über das Material der Isolationsschicht 44 und/oder über die Ausdehnung, insbesondere Dicke, der Isolationsschicht 44 einstellbar sein, was beispielsweise mittels entsprechender Vorversuche ermittelt werden kann.

Obwohl die Erfindung unter Bezugnahme auf bestimmte Ausführungsbeispiele beschrieben worden ist, ist es für einen Fachmann ersichtlich, dass verschiedene Änderungen ausgeführt werden können und Äquivalente als Ersatz verwendet werden können, ohne den Bereich der Erfindung zu verlassen. Folglich soll die Erfindung nicht auf die offenbarten Ausführungsbeispiele begrenzt sein, sondern soll alle Ausführungsbeispiele umfassen, die in den Bereich der beigefügten Patentansprüche fallen. Insbesondere beansprucht die Erfindung auch Schutz für den Gegenstand und die Merkmale der Unteransprüche unabhängig von den in Bezug genommenen Ansprüchen.

Bezugszeichenliste

1 Last

2 Energieversorgungsnetz

3 Schutzschalter

4 PE-Leiter

5a Stromverlauf vor Zünden der Kurzschließeinrichtung

5b Stromverlauf nach Zünden der Kurzschließeinrichtung

10 netzseitige Stromrichter

11 erster Netzanschluss

12 zweiter Netzanschluss

13 dritter Netzanschluss

20 lastseitigen Stromrichter

21, 22, 23 Anschlüsse

30 Gleichspannungs-Zwischenkreis

31 ersten Schaltungszweig

31a erstes Leiterstück

31b zweites Leiterstück

32 zweiter Schaltungszweig

32a erstes Leiterstück

32b zweites Leiterstück

33 Zwischenkreiskondensator

40 erste Kurzschließeinrichtung

41 erste Leiter

42 zweiter Leiter

43 erste Leitungsengstelle

44 Isolationsschicht

45 zweite Leitungsengstelle

46 Leiterstück

50 zweite Kurzschließeinrichtung

51 dritter Leiter

52 vierter Leiter

53 dritte Leitungsengstelle

54 weitere Isolationsschicht

55 vierte Isolationsschicht 56 Leiterstück

70 Leiterplatte

71, 72, 73, 74 Leitungslagen

81 Überlastung im Gleichspannungs-Zwischenkreis 82, 83 Fehler nach Erde

100 Umrichter

101 Gehäuse

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