DE102014100830A1 - Electrical fuse, decentralized fuse unit and system - Google Patents

Abstract

Eine elektrische Sicherung (10) für eine Versorgungsleitung (12) in einem Feld zur Verwendung in einer dezentralen Sicherungseinheit ist beschrieben, wobei die elektrische Sicherung (10) ein Schaltelement (20), eine Steuerungseinheit (18) zur Steuerung des Schaltelements (20) sowie eine Erkennungseinheit (16) umfasst, die einen Auslösezustand in der Versorgungsleitung (12) detektieren und die Steuerungseinheit (18) ansteuern kann. Die Steuerungseinheit (18) steuert das Schaltelement (20) in Abhängigkeit des empfangenen Signals der Erkennungseinheit (16) an und ist zurücksetzbar. Die Erkennungseinheit (16) weist wenigstens einen Komparator (28) auf, der sowohl über seinen ersten Eingang (28a) als auch über seinen zweiten Eingang (28b) mit der Versorgungsleitung (12) verbunden ist. Ferner sind eine dezentrale Sicherungseinheit sowie ein System beschriebenAn electrical fuse (10) for a supply line (12) in a field for use in a decentralized fuse unit is described, wherein the electrical fuse (10) comprises a switching element (20), a control unit (18) for controlling the switching element (20) as well a detection unit (16), which can detect a triggering state in the supply line (12) and the control unit (18) can control. The control unit (18) controls the switching element (20) as a function of the received signal of the detection unit (16) and is reset. The detection unit (16) has at least one comparator (28) which is connected to the supply line (12) both via its first input (28a) and via its second input (28b). Furthermore, a decentralized fuse unit and a system are described

Description

Die Erfindung betrifft eine elektrische Sicherung für eine Versorgungsleitung in einem Feld zur Verwendung in einer dezentralen Sicherungseinheit sowie eine dezentrale Sicherungseinheit für die Absicherung einer Versorgungsleitung in einem Feld und ein System.The invention relates to an electrical fuse for a supply line in a field for use in a decentralized fuse unit and a decentralized fuse unit for securing a supply line in a field and a system.

Elektrische Sicherungen werden bei industriellen Maschinen und Anlagen zur Absicherung der Spannungsversorgung von Automatisierungsgeräten eingesetzt. Dabei können mehrere Automatisierungsgeräte vorgesehen sein, die mit einer Verarbeitungseinheit verbunden sind, um ein Feld auszubilden. Die Verarbeitungseinheit ist dabei typischerweise als ein BUS ausgebildet, über den Daten empfangen und gesendet und die Spannungsversorgung für das Feld bereitgestellt werden können. Da die Anzahl der teilnehmenden Automatisierungsgeräte nicht vorab festgelegt ist, bezeichnet man die die Spannungsquelle aufweisende Anordnung auch als modulares System. Electrical fuses are used in industrial machines and systems to protect the power supply of automation devices. In this case, a plurality of automation devices can be provided which are connected to a processing unit in order to form a field. In this case, the processing unit is typically designed as a BUS, via which data can be received and transmitted and the power supply for the field can be provided. Since the number of participating automation devices is not fixed in advance, called the voltage source having arrangement also as a modular system.

Die Spannungsversorgung im System und für das Feld wird typischerweise zentral bereitgestellt und auch zentral abgesichert, beispielsweise in einem Schaltschrank. Die einzelnen Automatisierungsgeräte befinden sich jedoch dezentral in der Nähe der Sensorik und/oder Aktorik, so dass die Automatisierungsgeräte über Versorgungsleitungen mit der zentralen Spannungsversorgung verbunden sein müssen. Die zentrale Absicherung der Spannungsversorgung ist aufgrund der geringeren Schutzklassenanforderung an die Sicherung im Schaltschrank (IP-20) vorteilhaft. Dies führt jedoch zu hohen Installationskosten, da ein Schaltschrank bereitgestellt werden muss. Der Schaltschrank weist zudem einen erhöhten Platzbedarf auf. Ferner ergibt sich aufgrund der zentralen Anordnung der Spannungsversorgung ein hoher Spannungsabfall in der jeweiligen Versorgungsleitung der einzelnen Automatisierungsgeräte. Dies führt allgemein zu einer geringeren Effizienz des Systems. The power supply in the system and for the field is typically provided centrally and also secured centrally, for example in a control cabinet. However, the individual automation devices are located decentrally in the vicinity of the sensors and / or actuators, so that the automation devices must be connected via supply lines to the central power supply. Central protection of the power supply is advantageous due to the lower protection class requirement for the fuse in the control cabinet (IP-20). However, this leads to high installation costs, since a cabinet must be provided. The control cabinet also has an increased space requirement. Furthermore, due to the central arrangement of the power supply results in a high voltage drop in the respective supply line of the individual automation devices. This generally leads to a lower efficiency of the system.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine elektrische Sicherung bereitzustellen, mit der es möglich ist, Automatisierungsgeräte in effizienter Weise abzusichern. The object of the invention is to provide an electrical fuse with which it is possible to hedge automation equipment in an efficient manner.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine elektrische Sicherung für eine Versorgungsleitung in einem Feld zur Verwendung in einer dezentralen Sicherungseinheit gelöst, wobei die elektrische Sicherung ein Schaltelement, eine Steuerungseinheit zur Steuerung des Schaltelements sowie eine Erkennungseinheit umfasst, die einen Auslösezustand in der Versorgungsleitung detektieren und die Steuerungseinheit ansteuern kann, wobei die Steuerungseinheit das Schaltelement in Abhängigkeit des empfangenen Signals der Erkennungseinheit ansteuert und zurücksetzbar ist, wobei die Erkennungseinheit wenigstens einen Komparator aufweist, der sowohl über seinen ersten Eingang als auch über seinen zweiten Eingang mit der Versorgungsleitung verbunden ist. The object is achieved by an electrical fuse for a supply line in a field for use in a decentralized fuse unit, wherein the electrical fuse comprises a switching element, a control unit for controlling the switching element and a detection unit, which detect a triggering state in the supply line and the control unit can control, wherein the control unit controls the switching element in dependence of the received signal of the detection unit and is reset, wherein the detection unit comprises at least one comparator, which is connected both via its first input and via its second input to the supply line.

Der Grundgedanke der Erfindung ist es, eine elektrische Sicherung in der Versorgungsleitung selbst zu verwenden, sodass die Versorgungsleitung und daran anschließende Geräte dezentral abgesichert sind. Die elektrische Sicherung ist ferner derart ausgebildet, dass sie einen Überstrom in der Versorgungsleitung erkennt, ohne weitere Spannungsquellen als Referenzspannungen zu benötigen. Mit der erfindungsgemäßen elektrischen Sicherung ist sichergestellt, dass diese in einer dezentralen Sicherungseinheit verwendet werden kann, da sie nicht nur ein nachgeschaltetes Gerät, sondern auch die Versorgungsleitung selbst schützt, wie es bei der Verwendung von dezentralen Spannungsquellen erforderlich ist. Die erfindungsgemäße elektrische Sicherung ist somit feldgeeignet. Insgesamt ist mit der erfindungsgemäßen Sicherung eine energieeffizientere Absicherung des Systems möglich, insbesondere der angeschlossenen Kommunikationselemente wie Automatisierungsgeräte.The basic idea of the invention is to use an electrical fuse in the supply line itself, so that the supply line and subsequent devices are decentrally fused. The electrical fuse is further designed such that it detects an overcurrent in the supply line, without requiring additional voltage sources as reference voltages. With the electrical fuse according to the invention it is ensured that it can be used in a decentralized fuse unit, since it protects not only a downstream device, but also the supply line itself, as is necessary when using decentralized voltage sources. The electrical fuse according to the invention is thus field suitable. Overall, a more energy-efficient protection of the system is possible with the fuse according to the invention, in particular the connected communication elements such as automation equipment.

Gemäß einer ersten Ausführungsform weist die Steuerungseinheit eine Kippstufe auf, insbesondere eine monostabile Kippstufe, so dass die elektrische Sicherung sich selbst zurücksetzen kann. Über die monostabile Kippstufe setzt sich die Sicherung bei abgeklungenem Überstrom automatisch in den stabilen Zustand zurück, so dass kein aktives Eingreifen einer Bedien- oder Wartungsperson nötig ist. Ein weiterer Vorteil einer monostabilen Kippstufe ist es, dass diese im stabilen Zustand keinen Strom aufnimmt, wodurch die Energieeffizienz des Systems weiter gesteigert ist.According to a first embodiment, the control unit has a flip-flop, in particular a monostable flip-flop, so that the electrical fuse can reset itself. When the overcurrent has decayed, the fuse automatically returns to the stable state via the monostable multivibrator, so that no active intervention of an operator or maintenance person is necessary. Another advantage of a monostable multivibrator is that it does not consume power in the steady state, which further increases the energy efficiency of the system.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Steuerungseinheit eine manuell zu betätigende Rückstelleinrichtung aufweist, die die elektrische Sicherung zurücksetzt. In gewissen Anwendungsgebieten kann es gewünscht sein, dass eine Bedien- oder Wartungsperson die elektrische Sicherung aktiv zurücksetzt, wodurch gewährleistet ist, dass das Auslösen der elektrischen Sicherung vom Benutzer bemerkt wurde. According to a further embodiment, it is provided that the control unit has a manually operated restoring device which resets the electrical fuse. In certain applications, it may be desirable for an operator or maintenance person to actively reset the electrical fuse, thereby ensuring that the triggering of the electrical fuse has been noticed by the user.

Ein weiterer Aspekt der Erfindung sieht ein einstellbares Widerstandselement vor, das zwischen der Versorgungsleitung und dem Low-Eingang des Komparators angeordnet ist. Über das einstellbare Widerstandselement ist eine Absicherung unterschiedlicher Stromwerte möglich, so dass die elektrische Sicherung vielfältig einsetzbar ist. Über das einstellbare Widerstandselement wird die Referenzspannung für das Auslösen der elektrischen Sicherung eingestellt. Another aspect of the invention provides an adjustable resistive element disposed between the supply line and the low input of the comparator. The adjustable resistance element makes it possible to protect different current values so that the electrical fuse can be used in a variety of ways. About the adjustable resistance element is the Reference voltage set to trip the electrical fuse.

Ein weiterer Aspekt der Erfindung sieht vor, dass ein Verstärkerelement zwischen einem Messwiderstand und dem Komparator geschaltet ist, insbesondere ein als Komparator ausgewähltes Verstärkerelement, das am High-Eingang des Komparators anliegt. Über das Verstärkerelement wird der Spannungsabfall über den Messwiderstand verstärkt, wobei der Spannungsabfall um einen Faktor von z. B. 50 verstärkt werden kann. Das verstärkte Signal dient der genaueren Erkennung eines Überstroms in der Versorgungsleitung, wodurch sichergestellt ist, dass die elektrische Sicherung schaltet. Another aspect of the invention provides that an amplifier element is connected between a measuring resistor and the comparator, in particular an amplifier element selected as a comparator, which is applied to the high input of the comparator. About the amplifier element, the voltage drop across the measuring resistor is amplified, wherein the voltage drop by a factor of z. B. 50 can be amplified. The amplified signal serves to more accurately detect an overcurrent in the supply line, thereby ensuring that the electrical fuse switches.

Ein weiterer Aspekt der Erfindung sieht vor, dass wenigstens ein Varistor zwischen der Versorgungsleitung und einer Masseleitung vorgesehen ist. Der Varistor dient dabei als Überspannungsschutz für die elektrische Sicherung. A further aspect of the invention provides that at least one varistor is provided between the supply line and a ground line. The varistor serves as overvoltage protection for the electrical fuse.

Die Aufgabe der Erfindung wird zudem durch eine dezentrale Sicherungseinheit für die Absicherung einer Versorgungsleitung in einem Feld gelöst, wobei die Sicherungseinheit eine elektrische Sicherung der zuvor genannten Art aufweist. Die dezentrale Sicherungseinheit kann direkt vor Ort die Versorgungsleitung, die Automatisierungsgeräte und das Feld absichern, sodass keine hohen Leistungsverluste auftreten. Ferner kann eine derartige dezentrale Sicherungseinheit schnell ausgewechselt werden, wenn sie defekt sein sollte. The object of the invention is also achieved by a decentralized fuse unit for securing a supply line in a field, wherein the fuse unit has an electrical fuse of the aforementioned type. The decentralized fuse unit can protect the supply line, the automation devices and the field directly on site so that no high power losses occur. Furthermore, such a decentralized fuse unit can be quickly replaced if it should be defective.

Gemäß einer ersten Ausführungsform ist die dezentrale Sicherungseinheit eine elektrische Leitung, die die elektrische Sicherung aufweist, insbesondere in einem Anschlussabschnitt der Leitung. Mit der Ausbildung der Sicherungseinheit als elektrische Leitung ist in einfachster Weise sichergestellt, dass auch die Versorgungsleitung abgesichert ist. Ferner kann die elektrische Leitung mit einem dezentral angeordneten Netzteil verbunden werden und dieses ebenfalls dezentral absichern. Zudem sichert die Sicherungseinheit das nachgeschaltete Feld dezentral ab. According to a first embodiment, the decentralized fuse unit is an electrical line which has the electrical fuse, in particular in a connection section of the line. With the formation of the fuse unit as an electrical line is ensured in the simplest way that the supply line is secured. Furthermore, the electrical line can be connected to a decentralized power supply and this secure also decentralized. In addition, the fuse unit secures the downstream field decentralized.

Gemäß einer zweiten Ausführungsform ist die dezentrale Sicherungseinheit ein Steckverbinder, der insbesondere eine elektrische Leitung aufweist, die mit dem Steckverbinder verbunden ist. Bei dem Steckverbinder kann es sich beispielsweise um einen M12-, 7/8“-Stecker oder um die entsprechende Buchse handeln. Über die Steckverbinder kann in einfacher Weise das Netzteil sowie die damit verbundene Versorgungsleitung abgesichert werden, wodurch ebenfalls das nachfolgende Feld dezentral abgesichert ist.According to a second embodiment, the decentralized fuse unit is a connector, which in particular has an electrical line which is connected to the connector. The connector can be, for example, an M12, 7/8 "plug or the corresponding socket. About the connector can be secured in a simple manner, the power supply and the associated supply line, whereby also the subsequent field is decentralized hedged.

Die Aufgabe wird ferner durch ein modulares System gelöst, mit einer Verarbeitungseinheit, wenigstens einer Versorgungseinheit und einem an der Verarbeitungseinheit anschließbaren Kommunikationselement, insbesondere einem Automatisierungsgerät, wobei eine dezentrale Sicherungseinheit vorgesehen ist, insbesondere eine dezentrale Sicherungseinheit der zuvor genannten Art. Ein derartiges modulares System zeichnet sich durch seine hohe Effizienz aus. Des Weiteren kann ein derartig aufgebautes System schnell und kostengünstig bereitgestellt werden, da kein Schaltschrank zur Spannungsversorgung oder Absicherung vorgesehen ist.The object is further achieved by a modular system, comprising a processing unit, at least one supply unit and a communication element connectable to the processing unit, in particular an automation device, wherein a decentralized fuse unit is provided, in particular a decentralized fuse unit of the aforementioned type. Such a modular system records characterized by its high efficiency. Furthermore, such a system constructed can be provided quickly and inexpensively, since no cabinet for power supply or protection is provided.

Weitere Vorteile und Eigenschaften der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung und den Zeichnungen, auf die Bezug genommen wird. In den Zeichnungen zeigen:Further advantages and features of the invention will become apparent from the following description and the drawings, to which reference is made. In the drawings show:

1 eine Schaltung einer elektrischen Sicherung gemäß einer beispielhaften Ausführungsform, 1 a circuit of an electrical fuse according to an exemplary embodiment,

2 eine schematische Darstellung eines modular aufgebauten Systems, und 2 a schematic representation of a modular system, and

3 eine Schaltung einer elektrischen Sicherung gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform. 3 a circuit of an electrical fuse according to another exemplary embodiment.

In 1 ist eine elektrische Sicherung 10 gezeigt, die für die Absicherung einer Versorgungsleitung in einem Feld und zur Verwendung in einer dezentralen Sicherungseinheit ausgebildet ist. In 1 is an electrical fuse 10 shown, which is designed for the protection of a supply line in a field and for use in a decentralized fuse unit.

Die elektrische Sicherung 10 weist eine mit der Versorgungsleitung in Verbindung stehende stromführende Leitung 12 sowie eine Masseleitung 14 auf, über die die elektrische Sicherung 10 eine Versorgungsleitung in einem Feld sowie das Feld absichert. Die elektrische Sicherung 10 weist ferner eine Erkennungseinheit 16, eine Steuerungseinheit 18 sowie ein Schaltelement 20 auf, das als Feldeffekttransistor ausgebildet ist. The electrical fuse 10 has a live line connected to the supply line 12 as well as a ground line 14 on, over which the electrical fuse 10 a supply line in a field as well as the field secures. The electrical fuse 10 also has a recognition unit 16 , a control unit 18 and a switching element 20 on, which is designed as a field effect transistor.

Die stromführende Leitung 12 kann ferner Teil der Versorgungsleitung sein.The live line 12 may also be part of the supply line.

Die Erkennungseinheit 16 umfasst einen Messwiderstand 22, der als Shunt-Widerstand ausgebildet ist, ein Verstärkerelement 24, das als Analogverstärker ausgebildet ist, dessen beide Eingänge vor und nach dem Messwiderstand 22 in der stromführenden Leitung 12 angeordnet sind. Ferner umfasst die Erkennungseinheit 16 ein einstellbares Referenzspannungselement 26 sowie einen Komparator 28. The recognition unit 16 includes a measuring resistor 22 , which is formed as a shunt resistor, an amplifier element 24 , which is designed as an analog amplifier, whose two inputs before and after the measuring resistor 22 in the live line 12 are arranged. Furthermore, the recognition unit comprises 16 an adjustable reference voltage element 26 and a comparator 28 ,

Die Steuerungseinheit 18 weist in der gezeigten Ausführungsform eine monostabile Kippstufe 30 auf, die über ihren Eingang mit der Erkennungseinheit 16 verbunden ist und mit ihrem Ausgang direkt am Gate 32 des Schaltelements 20 anliegt. The control unit 18 has a monostable flip-flop in the embodiment shown 30 on top of their entrance with the detection unit 16 is connected and with its output directly at the gate 32 of the switching element 20 is applied.

Ferner weist die elektrische Sicherung 10 eine Schmelzsicherung 34 sowie zwei Varistoren 36, 38 auf, die zur redundanten Absicherung der stromführenden Leitung 12 dienen. Furthermore, the electrical fuse 10 a fuse 34 as well as two varistors 36 . 38 on, for redundant protection of the live line 12 serve.

Die Funktionsweise der elektrischen Sicherung 10 ist wie folgt:
Über den in der stromführenden Leitung 12 angeordneten Messwiderstand 22 wird bei Stromdurchfluss durch die stromführende Leitung 12 ein Spannungsabfall gemessen, dessen Signal im Verstärkerelement 24 verstärkt wird, beispielsweise um den Faktor 50. Dem Ausgang des Verstärkerelements 24 ist der High-Eingang 28a des Komparators 28 zugeordnet, dessen Low-Eingang 28b über das einstellbare Referenzspannungselement 26 mit der stromführenden Leitung 12 verbunden ist. The functioning of the electrical fuse 10 is as follows:
About in the current-carrying line 12 arranged measuring resistor 22 is at current flow through the current-carrying line 12 a voltage drop is measured, its signal in the amplifier element 24 is amplified, for example by a factor of 50. The output of the amplifier element 24 is the high input 28a of the comparator 28 assigned, whose low input 28b via the adjustable reference voltage element 26 with the live line 12 connected is.

Das am Low-Eingang 28b anliegende Spannungssignal entspricht demnach einem Referenzwert, mit dem das vom Verstärkerelement 24 ausgehende Spannungssignal verglichen wird, das am High-Eingang 28a des Komparators 28 anliegt. Somit stehen beide Eingänge 28a, 28b des Komparators 28 mit der stromführenden Leitung 12 in Verbindung. Das Referenzsignal kann somit ohne externe Spannungs- oder Referenzquelle erzeugt werden.That at the low entrance 28b applied voltage signal accordingly corresponds to a reference value, with which the amplifier element 24 Outgoing voltage signal is compared to the high input 28a of the comparator 28 is applied. Thus, both inputs are 28a . 28b of the comparator 28 with the live line 12 in connection. The reference signal can thus be generated without external voltage or reference source.

Übersteigt der im Messwiderstand 22 gemessene Spannungsabfall den über das einstellbare Referenzspannungselement 26 eingestellten zulässigen Spannungsabfall, so wird am Ausgang des Komparators 28 ein High-Signal erzeugt, welches vom Ausgang der Erkennungseinheit 16 zum Eingang der Steuerungseinheit 18 geschickt wird.Exceeds in the measuring resistor 22 measured voltage drop over the adjustable reference voltage element 26 set permissible voltage drop, so is at the output of the comparator 28 generates a high signal, which comes from the output of the detection unit 16 to the input of the control unit 18 is sent.

Dazwischen kann ein Kondensator vorgesehen sein, um nur ein Impuls an die Steuerungseinheit 18 zu senden.In between, a capacitor may be provided to send only one pulse to the control unit 18 to send.

In der Steuerungseinheit 18 kippt aufgrund des High-Signals die monostabile Kippstufe 30 aus ihrem stabilen Zustand kurzfristig um, so dass der Gate-Anschluss 32 des Schaltelements 20 ebenfalls mit einem High-Signal beaufschlagt wird, wodurch das Schaltelement 20 schaltet und den Stromfluss durch die stromführende Leitung 12 unterbricht. In the control unit 18 tilts the monostable multivibrator due to the high signal 30 short-circuited from its stable state, leaving the gate terminal 32 of the switching element 20 is also acted upon by a high signal, whereby the switching element 20 switches and the current flow through the live line 12 interrupts.

Da es sich bei der Kippstufe 30 um eine monostabile Kippstufe 30 handelt, kippt die Kippstufe 30 nach einer gewissen Zeit selbsttätig zurück, so dass das Schaltelement 20 wieder schaltet und ein Stromfluss durch die stromführende Leitung 12 wieder möglich ist. Since it is at the flip-flop 30 around a monostable multivibrator 30 act, tilts the flip-flop 30 after a certain time automatically back, so that the switching element 20 switches again and a current flow through the current-carrying line 12 is possible again.

Liegt weiterhin ein Überstrom vor, welcher in der Erkennungseinheit 16 detektiert wird, so kippt die monostabile Kippstufe 30 erneut um. Dies wiederholt sich solange, bis der Überstrom in der stromführenden Leitung 12 abgeklungen ist, und die monostabile Kippstufe 30 in ihren stabilen Zustand zurückgekippt ist. If there is still an overcurrent, which in the detection unit 16 is detected, so tilts the monostable multivibrator 30 again. This is repeated until the overcurrent in the live line 12 decayed, and the monostable multivibrator 30 has returned to its stable state.

Die Zeitdauer, bis die monostabile Kippstufe 30 von ihrem instabilen Zustand zu ihrem stabilen Zustand kippt, kann über die kapazitiven Lasten innerhalb der Steuerungseinheit 18 eingestellt werden. Sie beträgt beispielsweise 5s.The time until the monostable multivibrator 30 from its unstable state to its steady state tilts, over the capacitive loads within the control unit 18 be set. It is for example 5s.

Ferner können über weitere kapazitive Lasten die Trägheit der gesamten Sicherung 10 eingestellt werden. Hierbei ist jedoch zu beachten, dass die elektrische Sicherung 10 hinreichend schnell schaltet, um im Überstromfall den Schalter 20 rechtzeitig anzusteuern.Furthermore, the inertia of the entire fuse can be further capacitive loads 10 be set. However, it should be noted that the electrical fuse 10 switches sufficiently fast to switch over in the event of overcurrent 20 to drive in time.

Mit der monostabilen Kippstufe 30 ist zudem eine energieeffiziente Absicherung möglich, da die Kippstufe 30 im nicht beaufschlagten Zustand keinen Strom verbraucht.With the monostable multivibrator 30 In addition, an energy-efficient protection is possible because the flip-flop 30 consumes no power when not energized.

Alternativ zu der selbstrückstellenden monostabilen Kippstufe 30 kann auch eine Steuerungseinheit 18 vorgesehen sein, die nach dem Auslösen im Überstromfall nur durch eine manuelle Betätigung zurückgesetzt werden kann. Dies ist dann bevorzugt, wenn der Benutzer bewusst darauf hingewiesen werden soll, dass ein Überstromzustand vorliegt oder vorlag. Eine solche elektrische Sicherung ist in 3 gezeigt.Alternative to the self-resetting monostable multivibrator 30 can also be a control unit 18 be provided, which can be reset after triggering in case of overcurrent only by a manual operation. This is preferred if the user should be made aware that an overcurrent condition exists or existed. Such an electrical fuse is in 3 shown.

In 2 ist schematisch ein System 40 dargestellt, welches modular aufgebaut ist. Das System 40 umfasst in der gezeigten Ausführung zwei als Netzteile ausgebildete Versorgungseinheiten 42, 44, zwei Versorgungsleitungen 46, 48, eine als BUS ausgebildete Verarbeitungseinheit 50 sowie zwei Kommunikationselemente 52, 54, die als Automatisierungsgeräte ausgebildet sind. Die Verarbeitungseinheit 50 sowie die Kommunikationselemente 52, 54 bilden dabei ein Feld 55 aus.In 2 is schematically a system 40 shown, which is modular. The system 40 comprises in the embodiment shown two supply units designed as power supply units 42 . 44 , two supply lines 46 . 48 , a processing unit formed as a BUS 50 as well as two communication elements 52 . 54 , which are designed as automation devices. The processing unit 50 as well as the communication elements 52 . 54 form a field 55 out.

Ferner sind im System 40 zwei dezentrale Sicherungseinheiten 56, 58 vorgesehen, über die die Versorgungsleitungen 46, 48 und das Feld 55 abgesichert sind.Further, in the system 40 two decentralized fuse units 56 . 58 provided over which the supply lines 46 . 48 and the field 55 are hedged.

Über die beiden Versorgungseinheiten 42, 44 wird das System 40 mit einer Spannung versorgt, wobei die erste Versorgungseinheit 42 sowie das erste Kommunikationselement 52 direkt mit der Verarbeitungseinheit 50 verbunden sind. Die zweite Versorgungseinheit 44 ist direkt mit dem zweiten Kommunikationselement 54 verbunden, das wiederum mit dem ersten Kommunikationselement 52 verbunden ist, sodass die Versorgungsleistung der zweiten Versorgungseinheit 44 in das System 40 oder das Feld 55 quereingespeist wird.About the two supply units 42 . 44 becomes the system 40 supplied with a voltage, wherein the first supply unit 42 as well as the first communication element 52 directly with the processing unit 50 are connected. The second supply unit 44 is directly with the second communication element 54 connected, in turn, with the first communication element 52 connected is, so that the supply of the second supply unit 44 in the system 40 or the field 55 is fed.

Bei den Sicherungseinheiten 56, 58 kann es sich um Steckverbinder, die mit der Versorgungsleitung zusammenwirken, oder um einen Teil der Versorgungsleitung selbst handeln. At the fuse units 56 . 58 these can be connectors that interact with the supply line or part of the supply line itself.

Die dezentralen Sicherungseinheiten 56, 58 sind in den gezeigten Ausführungen direkt an den Ausgängen der Versorgungseinheiten 42, 44 angeordnet, so dass sie sowohl die Versorgungseinheiten 42, 44 sowie die nachfolgenden Versorgungsleitungen 46, 48 absichern. Die Absicherung kann dabei über die Verarbeitungseinheit 50 erfolgen, wobei die erste dezentrale Sicherungseinheit 56 die Spannungsversorgung von der ersten Versorgungseinheit 42 in die Verarbeitungseinheit 50 absichert oder über die zweite dezentrale Sicherungseinheit 58, die eine Quereinspeisung der Versorgungseinheit 44 über die Kommunikationselemente 52, 54 absichert.The decentralized fuse units 56 . 58 are in the embodiments shown directly to the outputs of the supply units 42 . 44 arranged so that they both the supply units 42 . 44 as well as the following supply lines 46 . 48 to secure. Hedging can be done via the processing unit 50 take place, the first decentralized security unit 56 the power supply from the first supply unit 42 in the processing unit 50 secures or via the second decentralized backup unit 58 which is a transverse feed of the supply unit 44 via the communication elements 52 . 54 safeguards.

Mit den dezentralen Sicherungseinheiten 56, 58 ist es somit möglich, ein Feld 55 aus modular aufgebauten Automatisierungsgeräten 46, 48 dezentral abzusichern, so dass die Energieeffizienz des Systems 40 erhöht ist und sich gleichzeitig ein geringerer Platzbedarf ergibt. With the decentralized fuse units 56 . 58 is it thus possible to field one 55 from modular automation devices 46 . 48 decentralized, so that the energy efficiency of the system 40 is increased and at the same time results in a smaller footprint.

Hierbei ist jedoch zu beachten, dass höhere Anforderungen an die dezentralen Sicherungseinheiten gestellt werden, da sie der Schutzklasse IP-65 oder IP-67 entsprechen müssen im Gegensatz zu der Schutzklasse IP-20 für im Schaltschrank angeordnete Sicherungen.It should be noted, however, that higher demands are placed on the decentralized fuse units, since they must comply with protection class IP-65 or IP-67, in contrast to protection class IP-20 for fuses arranged in the control cabinet.

In 3 ist eine zweite beispielhafte Ausgestaltung der elektrischen Sicherung 10 gezeigt, die eine manuelle Rückstellung anstatt der automatischen Rückstellung der in 1 gezeigten Sicherung 10 aufweist. Wirkungsgleiche Elemente und Anordnungen sind mit den selben Bezugszeichen versehen.In 3 is a second exemplary embodiment of the electrical fuse 10 shown a manual reset instead of the automatic reset of the 1 shown fuse 10 having. Equivalent elements and arrangements are provided with the same reference numerals.

In der gezeigten zweiten Ausgestaltung der Sicherung 10 ergeben sich bis zur Erkennungseinheit 16 und dem Komparator 28 hinsichtlich der Wirkung der elektrischen Sicherung 10 keine Unterschiede.In the illustrated second embodiment of the fuse 10 arise up to the detection unit 16 and the comparator 28 in terms of the effect of the electrical fuse 10 no differences.

In der in 3 gezeigten Schaltungsanordnung sind jedoch drei zusätzliche Schaltungsblöcke 60, 62, 64 vorgesehen, von denen die Schaltungsblöcke 60, 62 die Steuerungseinheit 18 mit der automatischen Rückstellung aus der in 1 gezeigten Sicherung 10 ersetzen.In the in 3 However, shown circuit arrangement are three additional circuit blocks 60 . 62 . 64 provided, of which the circuit blocks 60 . 62 the control unit 18 with the automatic reset from the in 1 shown fuse 10 replace.

Der Schaltungsblock 60 umfasst ein Flip-Flop 66 mit einem ersten Ausgang 68, dessen Zustand bei einem eingehenden Impuls sich ändert. Hierdurch schaltet ein Transistor 69 und das Schaltelement 20 unterbricht die Versorgungsleitung 12. The circuit block 60 includes a flip-flop 66 with a first exit 68 whose state changes with an incoming pulse. This turns on a transistor 69 and the switching element 20 interrupts the supply line 12 ,

An einem zweiten Ausgang 70 des Flip-Flops 66 ist eine rote LED 72 angeordnet, die in diesem ausgelösten Zustand der Sicherung 10 aufleuchtet, um den Auslösefall einem Bediener der Sicherung 10 optisch anzuzeigen.At a second exit 70 of the flip-flop 66 is a red LED 72 arranged in this triggered state of the fuse 10 lights up to alert the trigger to an operator of the fuse 10 visually display.

Der Schaltungsblock 60 ist über einen Kondensator 74 mit dem Ausgang der Erkennungseinheit 16 verbunden. Wenn die Erkennungseinheit 16 einen Auslösefall erkennt, wird ein Impuls über den Ausgang an den Schaltungsblock 60 gesendet, wodurch das Flip-Flop 66 schaltet und der Zustand des ersten Ausgangs 68 sich ändert.The circuit block 60 is over a capacitor 74 with the output of the detection unit 16 connected. If the detection unit 16 detects a trigger event, a pulse is sent via the output to the circuit block 60 sent, causing the flip-flop 66 switches and the state of the first output 68 changes.

Da über den Ausgang der Erkennungseinheit 16 nur ein Impuls gesendet wird, wenn ein Auslösefall vorliegt, kann der Schaltungsblock 60 und insbesondere das Flip-Flop 66 von der Erkennungseinheit 16 nicht zurückgesetzt werden. Die Erkennungseinheit 16 sendet keinen weiteren Impuls aus, wenn beispielsweise der Überstrom abgeklungen ist.Because of the output of the detection unit 16 only one pulse is sent, if a trigger case is present, the circuit block 60 and especially the flip-flop 66 from the detection unit 16 not reset. The recognition unit 16 sends no further pulse, for example, when the overcurrent has subsided.

Hierfür ist der zweite Schaltungsblock 62 vorgesehen, der eine kapazitive Betätigungseinheit darstellt, die manuell bedient werden muss. Die kapazitive Betätigungseinheit 62 ist ebenfalls über den Kondensator 74 mit dem ersten Schaltungsblock 60 und dem Flip-Flop 66 verbunden. Bei Betätigung der kapazitiven Betätigungseinheit 62 wird ein Impuls an den ersten Schaltungsblock 60 gesendet, wodurch das Flip-Flop 66 den Transistor 69 wieder schaltet und das Schaltelement 20 ebenfalls erneut schaltet. Hierdurch wird die Sicherung 10 wieder zurückgesetzt, sodass sie wieder stromleitend ist.This is the second circuit block 62 provided, which is a capacitive actuator unit that must be operated manually. The capacitive actuator 62 is also over the capacitor 74 with the first circuit block 60 and the flip-flop 66 connected. Upon actuation of the capacitive actuator 62 a pulse is sent to the first circuit block 60 sent, causing the flip-flop 66 the transistor 69 switches again and the switching element 20 also switched again. This will cause the backup 10 reset again, so that it is again conductive.

Der zweite Schaltungsblock 62 weist hierzu einen Betätigungspunkt 76 auf, der als kapazitiver Näherungssensor ausgebildet ist. Beispielsweise kann bereits ein Annähern eines Fingers des Bedieners erkannt werden, wodurch ein Impuls erzeugt wird. Der Betätigungspunkt 76 kann insbesondere einer Bildschirmfläche zugeordnet sein, sodass es sich um einen kapazitiven Bildschirm handelt.The second circuit block 62 has an activation point for this purpose 76 on, which is designed as a capacitive proximity sensor. For example, an approach of a finger of the operator can already be detected, whereby a pulse is generated. The actuation point 76 may in particular be associated with a screen area, so that it is a capacitive screen.

Die elektrische Sicherung 10 kann über die Erkennungseinheit 16 nur ausgeschaltet werden, da die Erkennungseinheit 16 nur aktiv ist, wenn ein Strom durch die Versorgungsleitung 12 fließt. Wird ein Überstromfall detektiert, löst die Erkennungseinheit 16 aus und ein Impuls wird gesendet. Nach dem Auslösen der Sicherung 10 kann diese dann nur über die kapazitive Betätigungseinheit 62 manuell freigegeben werden. Dies geschieht dadurch, dass bei Annäherung oder Berührung erneut ein Impuls gesendet wird, wodurch das Flip-Flop 66 schaltet.The electrical fuse 10 can via the detection unit 16 only be turned off because the detection unit 16 only active when a current through the supply line 12 flows. If an overcurrent case is detected, the detection unit triggers 16 off and a pulse is sent. After triggering the fuse 10 This can then only on the capacitive actuator 62 be released manually. This is done by sending a pulse again when approaching or touching, causing the flip-flop 66 on.

Ferner kann die elektrische Sicherung 10 auch über die kapazitive Betätigungseinheit 62 stromunterbrechend geschaltet werden, wenn die Sicherung 10 zuvor stromleitend gewesen ist. Hierfür ist lediglich ein Annähern oder Berühren des Betätigungspunkts 76 nötig, um einen Impuls zu generieren, der ein Schalten des Flip-Flops 66 auslöst.Furthermore, the electrical fuse 10 also via the capacitive actuation unit 62 be switched off when the fuse 10 previously been conducting. This is merely an approach or touching the operating point 76 needed to generate a pulse that switches the flip-flop 66 triggers.

Bei dem dritten Schaltungsblock 64 handelt es sich um eine Anzeigeschaltung, die den Zustand der Sicherung 10 optisch darstellt. Hierfür ist eine grüne LED 78 vorgesehen, die mit einem Komparator 80 und einem Gatter 82 derart zusammenwirkt, dass ab einer Auslastung der Sicherung 10 von beispielsweise 90% die LED 78 anfängt zu blinken. Hierzu ist der Komparator 80 mit einer Spannung von 90% der Referenz- oder Auslösespannung vorgespannt. Wird dieser Wert erreicht, schaltet der Komparator 80 das Gatter 82 auf high und die nachgeschaltete LED 78 blinkt.In the third circuit block 64 it is a display circuit indicating the state of the fuse 10 visually represents. This is a green LED 78 provided with a comparator 80 and a gate 82 cooperates such that from a load of the fuse 10 For example, 90% of the LED 78 starts to blink. This is the comparator 80 biased at a voltage of 90% of the reference or tripping voltage. If this value is reached, the comparator switches 80 the gate 82 on high and the downstream LED 78 flashes.

Zur Vorspannung ist der Komparator 80 mit einem Eingang zwischen zwei Widerständen 84, 86 verbunden, über die der Prozentwert eingestellt werden kann, ab dem der Komparator 80 das Gatter 82 auf high schaltet. To bias is the comparator 80 with an input between two resistors 84 . 86 via which the percentage can be set, from which the comparator 80 the gate 82 switched to high.

Im stromleitenden Zustand und bei einer Auslastung unterhalb des gewählten Prozentwerts leuchtet die grüne LED 78 durchgängig.In the current-conducting state and at a utilization below the selected percentage, the green LED lights up 78 continuously.

Da die elektrische Sicherung 10 in einem IP-65- oder IP-67-fähigen Gehäuse untergebracht ist, kann kein mechanisches Schaltelement vorgesehen sein. Ein von außen mechanisch betätigbares Schaltelement würde die Anforderungen an diese IP-Schutzklasse nicht mehr erfüllen.Because the electrical fuse 10 housed in an IP-65 or IP-67-capable housing, no mechanical switching element can be provided. A mechanically operable from the outside switching element would no longer meet the requirements of this IP protection class.

Claims (10)

Elektrische Sicherung (10) für eine Versorgungsleitung (12, 46, 48) in einem Feld (55) zur Verwendung in einer dezentralen Sicherungseinheit (56, 58), wobei die elektrische Sicherung (10) ein Schaltelement (20), eine Steuerungseinheit (18) zur Steuerung des Schaltelements (20) sowie eine Erkennungseinheit (16) umfasst, die einen Auslösezustand in der Versorgungsleitung (12, 46, 48) detektieren und die Steuerungseinheit (18) ansteuern kann, wobei die Steuerungseinheit (18) das Schaltelement (20) in Abhängigkeit des empfangenen Signals der Erkennungseinheit (16) ansteuert und zurücksetzbar ist, wobei die Erkennungseinheit (16) wenigstens einen Komparator (28) aufweist, der sowohl über seinen ersten Eingang (28a) als auch über seinen zweiten Eingang (28b) mit der Versorgungsleitung (12, 46, 48) verbunden ist.Electrical fuse ( 10 ) for a supply line ( 12 . 46 . 48 ) in a field ( 55 ) for use in a decentralized fuse unit ( 56 . 58 ), the electrical fuse ( 10 ) a switching element ( 20 ), a control unit ( 18 ) for controlling the switching element ( 20 ) as well as a recognition unit ( 16 ), which has a trigger state in the supply line ( 12 . 46 . 48 ) and the control unit ( 18 ), the control unit ( 18 ) the switching element ( 20 ) in dependence on the received signal of the recognition unit ( 16 ) and is resettable, the detection unit ( 16 ) at least one comparator ( 28 ), which is accessible both via its first input ( 28a ) as well as via its second input ( 28b ) with the supply line ( 12 . 46 . 48 ) connected is. Elektrische Sicherung (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerungseinheit (18) eine Kippstufe (30) aufweist, insbesondere eine monostabile Kippstufe (30), sodass die elektrische Sicherung (10) sich selbst zurücksetzen kann.Electrical fuse ( 10 ) according to claim 1, characterized in that the control unit ( 18 ) a flip-flop ( 30 ), in particular a monostable flip-flop ( 30 ), so that the electrical fuse ( 10 ) can reset itself. Elektrische Sicherung (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerungseinheit (18) eine manuell zu betätigende Rückstelleinrichtung aufweist, die die elektrische Sicherung (10) zurücksetzt.Electrical fuse ( 10 ) according to claim 1, characterized in that the control unit ( 18 ) has a manually operated reset device, the electrical fuse ( 10 ) resets. Elektrische Sicherung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein einstellbares Referenzspannungselement (26) vorgesehen ist, das zwischen der Versorgungsleitung (12, 46, 48) und dem Low-Eingang (28b) des Komparators (28) angeordnet ist.Electrical fuse ( 10 ) according to one of the preceding claims, characterized in that an adjustable reference voltage element ( 26 ) provided between the supply line ( 12 . 46 . 48 ) and the low input ( 28b ) of the comparator ( 28 ) is arranged. Elektrische Sicherung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Verstärkerelement (24) zwischen einem Messwiderstand (22) und dem Komparator (28) geschaltet ist, insbesondere ein als Analogverstärker ausgebildetes Verstärkerelement (24), das am High-Eingang (28a) des Komparators (28) anliegt.Electrical fuse ( 10 ) according to one of the preceding claims, characterized in that an amplifier element ( 24 ) between a measuring resistor ( 22 ) and the comparator ( 28 ), in particular an amplifier element designed as an analog amplifier ( 24 ) located at the high entrance ( 28a ) of the comparator ( 28 ) is present. Elektrische Sicherung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Varistor (36, 38) zwischen der Versorgungsleitung (12, 46, 48) und einer Masseleitung (14) vorgesehen ist. Electrical fuse ( 10 ) according to one of the preceding claims, characterized in that at least one varistor ( 36 . 38 ) between the supply line ( 12 . 46 . 48 ) and a ground line ( 14 ) is provided. Dezentrale Sicherungseinheit (56, 58) für die Absicherung einer Versorgungsleitung (12, 46, 48) in einem Feld (55) und zur Verwendung in einem modularen System (40), mit einer integrierten elektrischen Sicherung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche.Decentralized fuse unit ( 56 . 58 ) for the protection of a supply line ( 12 . 46 . 48 ) in a field ( 55 ) and for use in a modular system ( 40 ), with an integrated electrical fuse ( 10 ) according to any one of the preceding claims. Dezentrale Sicherungseinheit (56, 58) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die dezentrale Sicherungseinheit (56, 58) eine elektrische Leitung ist, die die elektrische Sicherung (10) aufweist, insbesondere in einem Anschlussabschnitt der Leitung.Decentralized fuse unit ( 56 . 58 ) according to claim 7, characterized in that the decentralized fuse unit ( 56 . 58 ) is an electrical line that the electrical fuse ( 10 ), in particular in a connection section of the line. Dezentrale Sicherungseinheit (56, 58) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die dezentrale Sicherungseinheit (56, 58) ein Steckverbinder ist, der die elektrische Sicherung (10) aufweist, insbesondere ein Steckverbinder mit elektrischer Leitung.Decentralized fuse unit ( 56 . 58 ) according to claim 7, characterized in that the decentralized fuse unit ( 56 . 58 ) is a connector that the electrical fuse ( 10 ), in particular a connector with electrical line. Modulares System (40) mit einer Verarbeitungseinheit (50), wenigstens einer Versorgungseinheit (42, 44) und einem an der Verarbeitungseinheit (50) anschließbaren Kommunikationselement (52, 54), insbesondere einem Automatisierungsgerät, wobei eine dezentrale Sicherungseinheit (56, 58) vorgesehen ist, insbesondere nach einem der Ansprüche 7 bis 9.Modular system ( 40 ) with a processing unit ( 50 ), at least one supply unit ( 42 . 44 ) and one at the processing unit ( 50 ) connectable communication element ( 52 . 54 ), in particular an automation device, wherein a decentralized fuse unit ( 56 . 58 ) is provided, in particular according to one of claims 7 to 9.

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