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

• Nicht projektierte Überlasten, hervorgerufen durch zu kurz hintereinander folgende Bremszyklen (typisch: Anwenderprogrammierte Verkürzung von Maschinenzyklen)
• Zu hohe Spitzenbremsleistungen führen zu unzulässig hohen Erwärmungen des Bremswiderstandes.
• 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 der Einsatz eines Temperaturschalters, eines thermischen Überstromrelais‘, einer Halbleitersicherung oder eigensicherer Bremswiderstände in gekapselter Bauform. Durch geeignete Überwachungseinrichtungen wie durch Temperaturschalter oder thermisches Überstromrelais können Überlasten erkannt werden. Je nach Auslegung des Bremswiderstands erkennt jedoch ein eingebauter Temperaturschalter die Überlastung möglicherweise erst zu spät – mit den geschilderten Folgeerscheinungen. Und auch wenn der Fehler rechtzeitig erkannt und gemeldet wird, so ist die Gefahr erst dann gebannt, wenn man den Frequenzumrichter durch die Maschinensteuerung mittels zusätzlicher Schalteinrichtung (z.B. durch AC-Schütz) vom Netz trennt. Durch Verwendung von Halbleitersicherungen mit den handelsüblichen sehr groben Stufungen der Stromwerte und sehr schneller Auslösecharakteristik kann der Applikation oftmals nicht wirklich entsprochen werden. Sicherungen werden deshalb häufig überdimensioniert.

Dank DC-Powerswitch kann das Potential der Bremswiderstände voll ausgenutzt werden, ohne es zu überschreiten wie die Auslösekennlinie zeigt.

Einerseits können damit kurzzeitig sehr hohe Energien aufgenommen werden, während andererseits länger dauernde Überlasten u.U. nicht erkannt werden. Gekapselte Widerstände lassen sich durch ihre geschlossene Bauart eigensicher ausführen. Sie werden jedoch vielfach nur im Bereich weniger 100 Watt bis in den unteren einstelligen KW Bereich angeboten, da größere Leistungen sofort zu höheren Kosten führen.

Mit dem DC-Powerswitch können Bremswiderstände unabhängig von ihrer Bauart eigensicher überwacht werden, sodass eine Überhitzung in allen vorstehend genannten Fehlerfällen durch rechtzeitiges Abschalten verhindert wird. Durch die skalierbare Ausführung erfolgt die Anpassung exakt an die jeweilige Applikation. Die volle Dynamik für den Antrieb ist damit gewährleistet. Das Potential der Bremswiderstände kann damit voll ausgenutzt werden, ohne es zu überschreiten. Die Abbildung auf Seite 36 zeigt die Auslösekennlinie (Bild Kennlinie). Zudem sind diese Bremswiderstände ab sofort mit UL-Zulassung für den amerikanischen und kanadischen Markt erhältlich.

DC-POWERSWITCH FÜR 1000 AUFZÜGE

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.“

Manfred Kögl, Leiter Automatisierung bei der Heinkel Process Technology, ist nicht nur vom DC-Powerswitch überzeugt: „Richtig dimensioniert schützt der 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.“ Im Aufbau ähnlich zu einem AC-Motorschutzschalter erkennt der DC-Powerswitch Überlasten am Bremswiderstand, schaltet die Widerstandslast ab und meldet außerdem die Abschaltung über einen Meldekontakt. Anschließend lässt er sich genauso wie ein Motorschutzschalter durch Schalterumlegen wieder in Betrieb setzen.

Frizlen bietet diese Bremswiderstände mit und ohne UL-Zulassung bereits ab Werk mit eingebautem DC-Powerswitch an. Einmal als drahtgewickelter Rohrfestwiderstand: Baureihe FZ.X, für Dauerleistungen bis maximal 6 kW und mittleren wirksamen Strom (IRMS) bis maximal 25A sowie als Stahlgitterfestwiderstand: Baureihe FGFX, für Dauerleistungen bis maximal 22 kW und mittleren wirksamen Strom (IRMS) bis maximal 40A. Der DC-Powerswitch lässt sich jedoch auch als Nachrüstlösung im Schaltschrank integrieren. Er wird dann zwischen den Frequenzumrichter und den Bremswiderstand geschaltet und sichert so neben dem Bremswiderstand auch noch die Zuleitung ab.

Ob der Einsatz technisch auch möglich ist, kann mit einer einfachen Rechnung schnell ermittelt werden: Der Nennstrom des Bremswiderstands muss dafür unterhalb von 40 A liegen:

Bremswiderstand

Pnenn = 12 kW (Leistung bei 100% ED)

Widerstandwert R

= 16 Ohm

Nennstrom IRMS

= Wurzel (12000 / 16) = 27,38 A

ist kleiner 40 A

Der DC-Powerswitch kann eingesetzt werden. In diesem Fall wäre der FPS32 mit einem Stromintervall von 25 A bis 32 A passend. Per Stellrad muss er auf circa 27 A justiert werden. Größere Nennströme können oberhalb von 40 A durch die Parallelschaltung von mehreren Teilwiderständen abgesichert werden. jg