Außerhalb der Nennbedingungen betrieben können Leistungswiderstände erheblich überhitzen oder sogar Feuer fangen. Das entsprechend hohe Schadenspotenzial für die umgebenden Komponenten, zum Beispiel im Schaltschrank liegt auf der Hand. In der Praxis gibt es verschiedene bekannte Szenarien, die die Betriebssicherheit gefährden können:
Zu hohe Spitzenbremsleistungen führen zu unzulässig hohen Erwärmungen des Widerstandes (z.B. hohe rotative oder potentielle Lasten).
Nicht projektierte Überlasten, hervorgerufen durch zu kurz hintereinander folgende Bremszyklen (typisch: Anwenderprogrammierte Verkürzung von Maschinenzyklen)
Defekter Zwischenkreis aufgrund durchlegierter Halbleiter (Choppertransistoren/IGBT). In diesem Fall liegt am Bremswiderstand konstant die gleichgerichtete Zwischenkreisspannung an, die sich aus der Netzspannung ergibt.
Die bisher möglichen Schutzmaßnahmen sind:
Temperaturschalter
Thermisches Überstromrelais
Halbleitersicherung
Eigensichere Bremswiderstände in gekapselter Bauform
Durch geeignete Überwachungseinrichtungen wie beispielsweise Temperaturschalter oder thermische Überstromrelais können nicht projektierte Überlasten und zu hohe Spitzenbremsleistungen erkannt werden. Je nach Auslegung des Bremswiderstands reagiert jedoch ein eingebauter Temperaturschalter möglicherweise erst zu spät – mit den bereits geschilderten Folgeerscheinungen. 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 AC-Schütz) vom Netz getrennt wird.
Der Vorteil: Nach Abschaltung und Abkühlung findet entweder automatisch oder per Hand eine Rückstellung statt. Die Anlage ist wieder einsatzbereit.
Der Nachteil: Ein zusätzliches Schalt-
element nebst Steuerung ist notwendig. Bei der Absicherung mittels Halbleitersicherungen hat man die Möglichkeit direkt Zuleitung und Bremswiderstand abzusichern. Hier ist jedoch der Nachteil in Betracht zu ziehen, dass durch die sehr grobe Stufung der Stromwerte von Halbleitersicherungen und sehr schnell ansprechende Sicherungselemente der Applikation nicht wirklich entsprochen werden kann. Einerseits können kurzfristig auftretende, sehr hohe Energien zu einer verfrühten Auslösung führen während andererseits längerfristige Überlasten nicht erkannt werden. Das Ergebnis ist somit wenig zufriedenstellend, da die Dynamik des Antriebes und das Potential des Widerstandes nicht genutzt werden kann. Zudem ist die Lösung teuer: Nach einer Auslösung sind die Sicherungselemente defekt und müssen ersetzt werden.
Gekapselte Widerstände können durch ihre geschlossene Bauart eigensicher ausgeführt werden. Sie sind dann charakteristisch mit einer Gleichstromsicherung vergleichbar. Abhängig von Spannungshöhe, Widerstandswert und Belastungsdauer können intern im Widerstand Maßnahmen getroffen werden, um bei Überlast eine sichere interne Trennung zu gewährleisten.
Der Vorteil dieser Herangehensweise liegt in der guten Anpassbarkeit und der damit guten dynamische Ausnutzung der jeweiligen Applikation, sofern die Betriebs- und Fehlerbedingungen bekannt sind.
Der Nachteil: Gekapselte Bremswiderstände werden zum einen vielfach nur im Bereich weniger 100 W Dauerleistung angeboten. Handelt es sich zum anderen um lagermäßige Standardwiderstände, die nicht speziell für eine Applikation gebaut wurden, so kann oft nicht die notwendige Dynamik für den Antrieb zur Verfügung gestellt werden. 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.
Ein neuer Lösungsweg
Mit dem DC-Powerswitch können Bremswiderstände unabhängig von ihrer Bauart eigensicher überwacht werden, sodass eine Überhitzung in allen 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. Das Potential der Bremswiderstände kann so voll ausgenutzt werden, ohne es zu überschreiten. Zudem sind diese Bremswiderstände ab sofort mit UL-Zulassung für den nordamerikanischen Markt erhältlich.
Diverse Lösungen wurden bereits erfolgreich umgesetzt. So wurden bereits nahezu 1.000 Aufzüge mit DC-Powerswitch in Verteilungen nachgerüstet und dadurch die Brandgefahr im Aufzugsschacht deutlich minimiert.
Stephan Sygulla, Leiter Projektierung Aufzugssteuerungen bei OSMA, zeigt sich mit dem Ergebnis zufrieden: „Bereits 2011 setzten wir Frizlen DC-Powerswitch in unseren Aufzugsanlagen zur Absicherung von Bremswiderständen ein. Unsere Anlagen sind damit noch sicherer geworden. Die Gefahr eines Brandes, wie sie theoretisch im Fehlerfall immer besteht, haben wir dadurch so weit wie möglich reduziert. Wir hatten seither keinen Ausfall zu verzeichnen.“
Auch Manfred Kögl, Leiter Automatisierung bei der Heinkel Process Technology GmbH, ist nicht nur vom DC-Powerswitch überzeugt: „Richtig dimensioniert schützt der Frizlen-DC-Powerswitch den Bremswiderstand zuverlässig gegen einen durchlegierten Bremschopper. Bei der richtigen Auslegung von Bremswiderstand und DC-Powerswitch standen uns die Frizlen-Mitarbeiter kompetent zur Seite. So erreichten wir eine sowohl technisch funktionierende als auch wirtschaftlich tragfähige
Lösung.“
Aufbau und Installation
Ähnlich einem AC-Motorschutzschalter aufgebaut erkennt der DC-
Powerswitch Überlasten am Bremswiderstand, schaltet die Widerstandslast ab und meldet die Abschaltung über einen Meldekontakt. Anschließend kann der DC-Powerswitch durch Schalterumlegen wieder in Betrieb gesetzt werden. Der DC-Powerswitch kann jedoch auch als Nachrüstlösung im Schaltschrank integriert werden. Er wird dann zwischen den Frequenzumrichter und den Bremswiderstand geschaltet und sichert so neben dem Bremswiderstand auch noch die Zuleitung ab.
Ob der Einsatz des DC-Powerswitch technisch möglich ist, kann mithilfe einer einfachen Rechnung ermittelt werden (lesen Sie hierzu den nebenstehenden Kasten „Beispielrechnung DC-Powerswitch“). Der Nennstrom des Bremswiderstands muss dafür unterhalb von 40 A liegen. Nennströme oberhalb von 40 A können durch Parallelschaltung mehrerer Teilwiderstände abgesichert werden.
