DE102005046922A1

DE102005046922A1 - Schaltungsanordnung mit einem sicher getrennten berührbaren Teil

Info

Publication number: DE102005046922A1
Application number: DE200510046922
Authority: DE
Inventors: Hans-Dieter Heining; Hubert Dr. Schierling; Richard Schmidt
Original assignee: Siemens Corp
Current assignee: Siemens Corp
Priority date: 2005-09-30
Filing date: 2005-09-30
Publication date: 2007-03-01

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung (1) mit mindestens einem berührbaren Teil (8; 22, 28; 30). Erfindungsgemäß ist zur sicheren Trennung des berührbaren Teils (8) ein Strombegrenzer (4, 11, 12) vorgesehen, der einen Sättigungsstrom aufweist, der im Nennbetriebstemperaturbereich einen Nennwert von bis zu 10 mA hat und der bei einer überlastungsbedingten Erwärmung auf eine über dem Nennbetriebstemperaturbereich liegende Überlasttemperatur selbsttätig unter den Nennwert absinkt. Somit erhält man eine Schaltungsanordnung, die bei reduziertem Aufwand eine sichere Trennung ermöglicht.

Description

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung mit mindestens einem berührbaren Teil.

Eine derartige Schaltungsanordnung ist zum Beispiel aus der Antriebstechnik oder der Leistungselektronik bekannt. Sie kann eine erste Einheit in Form einer Auswerte- oder Ansteuerschaltung und eine zweite Einheit in Form einer an oder in einem Leistungskreis angeordneten Sensor- oder Signalelektronik-Komponente enthalten, zwischen denen eine Verbindung insbesondere mit einer berührbaren Mess-, Signal- oder Steuerleitung besteht. Aus Schutzgründen sind die einen gesonderten Stromkreis bildenden zwei Einheiten mit ihrer Verbindung sicher vom Leistungskreis zu trennen. Es ist also entweder eine ausreichend starke elektrische Isolierung vorzusehen oder sicherzustellen, dass der im Fehlerfall maximal fließende Strom einen Wert von 10 mA nicht übersteigt. So wird eine Gefährdung des Bedienungspersonals und auch das Einschleppen zu hoher Spannungen in die nur für kleinere Spannungspegel ausgelegten Einheiten verhindert.

Bislang erfolgt diese sichere Trennung zwischen dem Leistungskreis und dem durch die beiden Einheiten und die Verbindung gebildeten Sensor-, Signal- oder Steuerkreis mittels einer geeigneten, d.h. sehr dicken und insbesondere für die doppelte Betriebsspannung des Leistungskreises ausgelegten, elektrischen Isolierung, mittels strombegrenzender Widerstände, mittels spannungsbegrenzender Varistoren oder mittels BOD(Break-over-Diode)-Elemente. Dies ist zum Teil mit hohem Aufwand und auch einem großen Platzbedarf verbunden. Außerdem können die Maßnahmen die Funktion im Normalbetrieb beeinträchtigen. So kann es beispielsweise erforderlich sein, die Isolierung so dick auszuführen, dass sie insbesondere bei ei ner als Temperatursensor ausgeführten Einheit die Funktionsfähigkeit beeinträchtigt.

Die Aufgabe der Erfindung besteht deshalb darin, eine Schaltungsanordnung der eingangs bezeichneten Art anzugeben, die bei reduziertem Aufwand eine sichere Trennung ermöglicht.

Diese Aufgabe wird gelöst durch die Merkmale des unabhängigen Patentanspruchs 1. Bei der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung handelt es sich um eine solche, bei der

a) zur sicheren Trennung des berührbaren Teils ein passiver Strombegrenzer vorgesehen ist,
b) der Strombegrenzer einen Sättigungsstrom aufweist, der im Nennbetriebstemperaturbereich einen Nennwert von bis zu 10 mA hat und der bei einer überlastungsbedingten Erwärmung auf eine über dem Nennbetriebstemperaturbereich liegende Überlasttemperatur selbsttätig unter den Nennwert absinkt.

Aufgrund der im Überlastfall insbesondere selbsttätig bewirkten Stromreduzierung haben die anderen elektrischen Isolationsmittel der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung nur noch deutlich verringerten Anforderungen zu genügen. Im Extremfall kann sogar auf zusätzliche Isolationsmaßnahmen komplett verzichtet werden. Der erfindungsgemäß vorgesehene und mit einem thermischen Selbstschutz ausgestattete Strombegrenzer führt also zu einer erheblichen Senkung des Realisierungsaufwands für die sichere Trennung.

Durch den Wegfall der besonders aufwändigen dicken Isolierschichten oder großer Luft- und Kriechstrecken reduziert sich auch der auf Leiterplatten und/oder für die Verbindung benötigte Platz. Darüber hinaus können für eine berührbare Verbindung zwischen zwei Einheiten preiswertere Leitungen oder Kabel eingesetzt werden. Auch andere Komponenten der Schaltungsanordnung können in kostengünstigerer Ausführungsform mit zum Teil sogar verbesserter technischer Funktionalität verwendet werden. Bei alledem bleibt die Schutzfunktion der sicheren Trennung unverändert erhalten.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung ergeben sich aus den Merkmalen der von Anspruch 1 abhängigen Ansprüche.

Günstig ist eine Variante, bei der der Strombegrenzer mehrere in Serie geschaltete Strombegrenzer-Elemente enthält. Dadurch steigt der Schutz vor zu hohen Strömen und der Berührungsschutz. Der Einsatz mehrerer seriell angeordneter Strombegrenzer-Elemente bewirkt auch eine gewisse Redundanz.

Weiterhin kann ein Klemmenkasten zum Anschluss einer insbesondere berührbaren Leitung vorgesehen und der Strombegrenzer vorzugsweise in dem Klemmenkasten platziert sein. Insbesondere wenn der Klemmenkasten an einer Leistungseinheit, wie einem Elektromotor, montiert ist, stellt er eine Grenze hinsichtlich der im Fehlerfall möglichen Spannungspegel dar. Ein an dieser markanten Stelle platzierter Strombegrenzer verhindert, dass sich bei einem Fehler in der Leistungseinheit auch außerhalb gefährlich hohe Ströme ausbreiten. Die zusätzliche elektrische Isolierung der beidseitig des Klemmenkastens vorgesehenen Leitungen braucht dann weder innerhalb noch außerhalb der Leistungseinheit für sich alleine die Anforderungen an eine sichere Isolierung zu erfüllen. Die sichere Trennung ergibt sich in Kombination mit dem Strombegrenzer.

Gemäß einer anderen günstigen Variante ist es vorgesehen, dass mindestens eine Anschlussklemme zum Anschluss einer insbesondere berührbaren Leitung vorgesehen ist und der Strombegrenzer unmittelbar an die Anschlussklemme angebaut ist. Vorzugsweise ist an alle Anschlussklemmen der ggf. vorhandenen Einheiten jeweils ein Strombegrenzer unmittelbar angebaut. Dann besteht für keine der so geschützten Einheiten und insbesondere auch für keine der in den Einheiten enthaltenen elektronischen (Signalverarbeitungs-)Schaltungen die Notwen digkeit einer sicheren Isolierung, wodurch ein wesentlich kompakterer Aufbau möglich wird. Bezüglich des Platzbedarfs ist es außerdem vorteilhaft, wenn die Anschlussklemme mit dem Strombegrenzer eine bauliche Einheit bildet.

Bei einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung ist ein Optokoppler vorgesehen und der Strombegrenzer ist an den Optokoppler angebaut. Dadurch lässt sich das Problem der oft nur unzureichenden Schaltgeschwindigkeiten von Optokopplern, die für eine sichere Isolierung ausgelegt sind, umgehen. Der Strombegrenzer erlaubt den Einsatz eines Optokopplers mit einem geringeren Isolierungsgrad, wodurch der Optokoppler ein besseres Schaltverhalten hat.

Günstig ist eine weitere Variante, bei der eine Leistungseinheit, wie ein Elektromotor oder ein leistungselektronisches Modul, vorgesehen ist. Dann kommt das die Reduzierung des Isolierungsgrads ermöglichende Verhalten des Strombegrenzers besonders gut zur Geltung.

Gemäß einer anderen günstigen Variante ist ein Sensor vorgesehen, der an oder in einer eine Betriebsspannung aufweisenden Leistungseinheit, wie einem Elektromotor oder einem leistungselektronischen Modul, angeordnet ist, wobei der Sensor eine für die einfache Betriebsspannung ausgelegte elektrische Isolierung aufweist. Verglichen mit der ansonsten üblichen sicheren Isolierung, die für die doppelte Betriebsspannung ausgelegt ist, kann dann eine dünnere Isolierschicht verwendet werden, so dass insbesondere ein Temperatur-Sensor ein besseres thermisches Ansprechverhalten und damit eine bessere Dynamik hat.

Bevorzugt ist es außerdem, dass das berührbare Teil als eine Signalleitung, eine Steuerleitung oder eine Zu- oder Ableitung eines Sensors ausgebildet ist. Der jeweils in Serienschaltung an geeigneter Stelle in eine mit diesen Leitungstypen realisierten Verbindung integrierte Strombegrenzer be wirkt eine sichere Trennung der berührbaren Teile, die neben der Leitung auch die Anschlussklemmen umfassen können.

Weiterhin ist der Strombegrenzer vorzugsweise auf Basis des Halbleitermaterials Siliziumcarbid (SiC) realisiert. Dieses Halbleitermaterial eignet sich auch für einen Einsatz bei hohen Spannungen. So kann ein SiC-Strombegrenzer bei Anwendungsfällen mit Leistungseinheiten, in denen Spannungen von über 1 kV auftreten, noch ohne weiteres zur sicheren Trennung eingesetzt werden.

Weitere Merkmale, Vorteile und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnung. Es zeigt:
1 ein Ausführungsbeispiel einer Schaltungsanordnung mit einer mittels eines Strombegrenzers geschützten, teilweise berührbaren Verbindung zwischen einer Auswerteeinheit und einem in einem Elektromotor angeordneten Sensor,
2 ein Diagramm mit einem durch den Strombegrenzer gemäß 1 fließenden Strom, der über einer am Strombegrenzer abfallenden Spannung aufgetragen ist,
3 ein Diagramm mit einem maximal durch den Strombegrenzer gemäß 1 fließenden Strom, der über einer Temperatur des Strombegrenzers aufgetragen ist,
4 den Sensor gemäß 1 in einer vergrößerten Darstellung,
5 ein Ausführungsbeispiel einer Schaltungsanordnung mit zwei mittels einer berührbaren Steuerleitung verbundenen Einheiten, deren Anschlussklemmen mit einem Strombegrenzer versehen sind, und
6 ein Ausführungsbeispiel einer Schaltungsanordnung mit einer berührbaren Signalleitung, die einen mit zwei Strombegrenzern beschalteten Optokoppler enthält.
Einander entsprechende Teile sind in 1 bis 6 mit denselben Bezugszeichen versehen.
In 1 ist ein Ausführungsbeispiel einer Schaltungsanordnung 1 gezeigt, die eine Auswerteeinheit 2, eine weitere als Sensor 3 ausgeführte Einheit sowie eine zwischen den beiden Einheiten 2 und 3 angeordnete und mittels eines Strombegrenzers 4 geschützte elektrische Verbindung 5 enthält. Die Schaltungsanordnung 1 ist Bestandteil eines Antriebs, der als Hauptkomponenten einen Elektromotor 6 und einen Umrichter 7 umfasst. Zwischen dem Elektromotor 6 und dem Umrichter 7 sind weitere in 1 nur schematisch angedeutete Verbindungsleitungen insbesondere zur Energieversorgung des Elektromotors 6 vorgesehen.
Die Auswerteeinheit 2 ist im Ausführungsbeispiel in den Umrichter 7 integriert. Der Sensor 3 ist zur Temperaturüberwachung einer nicht näher dargestellten Statorwicklung innerhalb des Elektromotors 6 angeordnet. Der Elektromotor 6 stellt eine Leistungseinheit dar, die bei einer Betriebsspannung von mindestens einigen hundert Volt betrieben wird. Im Gegensatz dazu liegen die während des normalen Betriebs auftretenden Spannungspegel der Schaltungsanordnung 1 beispielsweise im Kleinspannungsbereich, insbesondere unter 40 V bzw. 60 V.
Die zur Übertragung eines Messsignals bestimmte Verbindung 5 setzt sich aus einer elektrischen Reihenschaltung einer berührbaren ersten Messleitung 8, dem Strombegrenzer 4 und ei ner zweiten Messleitung 9 zusammen. Der elektrische Anschluss des Strombegrenzers 4 an die beiden Messleitungen 8 und 9 erfolgt an oder in einem Klemmenkasten 10 des Elektromotors 6.
Der Strombegrenzer 4 ist im Ausführungsbeispiel intern aus zwei in Reihe geschalteten Strombegrenzer-Elementen 11 und 12 aufgebaut. Grundsätzlich ist eine Hintereinanderschaltung von noch mehreren Strombegrenzer-Elementen ebenso möglich wie die Verwendung nur eines einzigen Strombegrenzer-Elements.
Im Folgenden wird auch unter Bezugnahme auf die Diagramme von 2 und 3 die Wirkungsweise der Schaltungsanordnung 1 und insbesondere des Strombegrenzers 4 näher beschrieben.
Aufgrund der hohen Betriebsspannung, bei der der Elektromotor 6 betrieben wird, sind die Komponenten der Schaltungsanordnung 1 elektrisch so zu isolieren, dass ein Berührungsschutz und auch ein Schutz vor einem Einschleppen zu hoher Spannungen gegeben ist. Dies gilt vor allem, aber nicht ausschließlich, für den Sensor 3 und die zweite Messleitung 9, die sich innerhalb des Elektromotors 6 und damit in enger Nachbarschaft zu Bauteilen befinden, an denen hohe Spannungen anliegen und die hohe Ströme führen. Gemäß den einschlägigen Normvorschriften ist eine Isolierung vorzusehen, die eine so genannte sichere Trennung gewährleistet.
Dies bedeutet, dass die Isolierung zumindest auch eines Teils der Schaltungsanordnung 1 für die doppelte Betriebsspannung des Elektromotors 6 auszulegen ist, so dass relativ dicke Isolierschichtdicken resultieren. Letztere verschlechtern das thermische Ansprechverhalten des Sensors 3. Dies kann insbesondere bei einem als Linearmotor ausgebildeten Elektromotor 6 problematisch sein, da es bei diesem Motortyp zu sehr dynamischen Temperaturschwankungen mit kurzen thermischen Zeitkonstanten kommen kann, die mittels des Sensors 3 erfasst werden sollen. Verzichtet man deshalb am Sensor 3 auf eine entsprechend einer sicheren Trennung ausgelegte Isolierung, muss stattdessen der Rest der Schaltungsanordnung 1, also vor allem auch die erste Messleitung 8 und die Auswerteeinheit 2, sicher isoliert werden. Dies ist mit erheblichem Aufwand verbunden.
Um die genannten Nachteile zu umgehen, enthält die Verbindung 5 als zusätzliche Komponente den Strombegrenzer 4.
Der Strombegrenzer 4 weist einen Sättigungsstrom I_Limitermax auf, der im Nennbetriebstemperaturbereich einen Nennwert von bis zu 10 mA hat und der bei einer überlastungsbedingten Erwärmung auf eine über dem Nennbetriebstemperaturbereich liegende Überlasttemperatur selbsttätig unter den Nennwert absinkt. Der Nennbetriebstemperaturbereich erfasst beispielsweise Temperaturwerte bis 125°C, insbesondere 25°C bis 125°C. Die Überlasttemperatur liegt z.B. bei einem Temperaturwert von mindestens 175°C, insbesondere 175°C bis 250°C. Das Verhalten des Strombegrenzers 4 wird anhand der Diagramme gemäß 2 und 3 deutlich.
Im Normalbetrieb liegt ein durch den Strombegrenzer 4 fließender Strom I_Limiter unterhalb des Sättigungsstroms I_Limitermax, der eine obere Grenze des Stromflusses darstellt. Dann ist der Widerstand des Strombegrenzers 4 und damit auch der Spannungsabfall am Strombegrenzer 4 gering. Der Betriebspunkt des Strombegrenzers 4 liegt im steil ansteigenden Bereich der in 2 gezeigten Kurvenverläufe, bei denen der durch den Strombegrenzer 4 fließende Strom I_Limiter über einer am Strombegrenzer 4 abfallenden Spannung U_Limiter mit einer Temperatur T des Strombegrenzers 4 als Scharparameter aufgetragen ist. Der Strombegrenzer 4 bleibt in diesem Betriebszustand kalt. In 2 gilt die Kurve mit der durchgezogenen Linie für eine Temperatur T von 25°C, die mit gestrichelter Linie für eine Temperatur T von 125°C und die mit punktierter Linie für eine Temperatur T von 175°C.
In einem Fehlerfall kommt es zu einem Anstieg des Stroms I_Limiter bis zum Sättigungsstrom I_Limitermax. Sobald diese Grenze erreicht ist, fällt am Strombegrenzer 4 eine stark ansteigende Spannung U_Limiter ab, wodurch sich auch die Verlustleistung deutlich erhöht. Dies führt zu einer Erwärmung des Strombegrenzers 4 und in Folge zu einer automatischen Reduzierung des Sättigungsstroms I_Limitermax und damit auch der Verlustleistung. Dieses wesentliche Verhalten des Strombegrenzers 4 geht aus den Diagrammen gemäß 2 und 3 hervor. In 3 ist der Verlauf des Sättigungsstroms I_Limitermax über einer Temperatur T des Strombegrenzers 4 aufgetragen. Bei Temperaturen von über 150°C kommt es zu einem starken Stromabfall. Auch bei einer hohen am Strombegrenzer 4 abfallenden Spannung U_Limiter stellt sich ein stationärer Zustand ein, bei dem die Verlustleistung und die abgeführte Wärmemenge im Gleichgewicht stehen. Der Strombegrenzer 4 verfügt demnach über einen inhärenten Überhitzungsschutz.
Der Strombegrenzer 4 ist im Ausführungsbeispiel ein aus dem Halbleitermaterial Siliziumcarbid (SiC) hergestelltes Halbleiter-Bauelement. Je nachdem, ob ein Schutz für Gleich- oder Wechselspannung erreicht werden soll, kann er zur uni- oder bidirektionalen Strombegrenzung ausgelegt sein und einen Sperrschicht-Feldeffekttransistor (JFET) bzw. zwei antiseriell zusammengeschaltete Sperrschicht-Feldeffekttransistoren umfassen. Auch die bidirektionale Ausführung lässt sich mittels Integration der beiden Sperrschicht-Feldeffekttransistoren auf einem einzigen SiC-Substrat als ein Bauelement realisieren. Die Spannungsfestigkeit ist entsprechend den durch den Elektromotor 6 bestimmten Anforderungen ausgelegt, wobei mit dem SiC-Halbleitermaterial auch Spannungsbereiche von bis zu über 1 kV problemlos abgedeckt werden können. Derartige Strombegrenzer sind beispielsweise aus der WO 98/49733 A1 oder der WO 98/59377 A1 bekannt.
Die Einbindung des Strombegrenzers 4 in die Verbindung 5 ermöglicht es, die Messleitung 8 und die Auswerteeinheit 2 mit einem geringeren Isolierungsgrad, beispielsweise nur für die einfache Betriebsspannung der Auswerteeinheit 2, zu versehen. Liegt diese Betriebsspannung unter 60 V kann sogar komplett auf eine elektrische Isolierung verzichtet werden. Dennoch bleibt aufgrund des vorteilhaften Verhaltens des Strombegrenzers 4 eine sichere Trennung gewährleistet. Auch in einem Fehlerfall ist der Strom auf einen für einen Menschen ungefährlichen Wert begrenzt.
Wird der Strombegrenzer 4 wie beim Ausführungsbeispiel am oder im Klemmenkasten 10 in die Verbindung 5 eingefügt, kann die Isolierung sowohl der ersten als auch der zweiten Messleitung 8 bzw. 9 vorteilhafterweise mit dem reduzierten Isolierungsgrad versehen werden.
Gleiches gilt auch für den in 4 vergrößert gezeigten Sensor 3. Eine elektrische Isolierung 13 ist entsprechend schwächer ausgelegt, so dass das thermische Ansprechverhalten nicht beeinträchtigt wird. Die Messleitungen 8 und 9 umfassen jeweils eine Zu- und eine Ableitung 14 bzw. 15, die jeweils mit einem Strombegrenzer 16 bzw. 17 abgesichert sind.
Das vorstehend beschriebene Prinzip zur sicheren Trennung der Schaltungsanordnung 1 vom Leistungskreis des Elektromotors 6 kann auch auf andere Anwendungsfälle übertragen werden.
So kann es auch bei einer Temperaturerfassung in einem leistungselektronischen Modul analog zum Einsatz kommen. Bei diesem Anwendungsfall ist eine sichere Trennung der innerhalb des zu überwachenden Moduls angeordneten Messkomponenten, also des Temperatursensors und der Zu- und Ableitungen, praktisch unmöglich. Bei einer mit einzubeziehenden Zerstörung des Moduls kann es zu einem Lichtbogen kommen, der auch eine sehr dicke Isolierungsschicht durchdringen und zerstören würde. Deshalb sind bei einer gängigen derartigen Temperaturerfassung stets die außerhalb des Moduls angeordneten und insbesondere berührbaren Komponenten sicher isoliert. Auch bei diesem Anwendungsfall kann der Isolierungsgrad reduziert werden, indem ein Strombegrenzer in Serie in die Messleitung zwischen Temperatursensor und Auswerteeinheit geschaltet wird.
In 5 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Schaltungsanordnung 18 mit zwei nicht näher spezifizierten Einheiten 19 und 20 gezeigt, wobei die Einheit 20 ein Leistungskreis mit einer hohen Betriebsspannung ist. Zwischen den beiden Einheiten 19 und 20 besteht eine elektrische Verbindung 21 mit einer berührbaren Steuerleitung 22 und mit berührbaren Anschlussklemmen 23 an den Ein- und Ausgängen der Einheiten 19 und 20. Die Verbindung 21 ist zur Übertragung eines Steuersignals bestimmt. An den Anschlussklemmen 23 ist für jeden ein- oder ausgehenden Strompfad ein Strombegrenzer 24 vorgesehen. Die Strombegrenzer 24 bilden mit den Anschlussklemmen 23 eine bauliche Einheit.
Die Strombegrenzer 24 ermöglichen wiederum, dass die Steuerleitung 22, über die betriebsmäßig ein Gleichstrom von höchstens 3,5 mA oder ein Wechselstrom von höchstens 10 mA getrieben wird, keine Isolierung entsprechend einer sicheren Trennung aufzuweisen braucht. Außerdem kann dann eine Steuerspannung von mehr als 40 V oder sogar mehr als 60 V verwendet werden, ohne dass eine gesonderte Berührungsschutzmaßnahme erforderlich würde. Die an den Anschlussklemmen 23 vorgesehenen Strombegrenzer 24 schützen die Ein- und Ausgänge der Einheiten 19 und 20 zusätzlich auch vor Überspannungen von außen (Burst, Surge), die auf die Steuerleitung 22 einwirken.
In 6 ist ein Ausführungsbeispiel einer Schaltungsanordnung 25 mit einer Signalverarbeitungseinheit 26 und einer einen IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor) 27 umfassenden Leistungseinheit 28 gezeigt. Zwischen der Signalverarbeitungseinheit 26 und der Leistungseinheit 28 verläuft eine sicher getrennte elektrische Verbindung 29 mit einer berührbaren Signalleitung 30, in die zur galvanischen Trennung ein Optokoppler 31 zwischengeschaltet ist. Die Signalverarbeitungseinheit 26 liefert zur Ansteuerung des IGBT's 27 ein Kleinspannungssignal, das über die Signalleitung 30 zur Leistungseinheit 28 übertragen wird. Um eine ausreichend hohe Schaltgeschwindigkeit zu erzielen, ist der Optokoppler 31 nicht sicher isoliert, sondern nur mit einer Isolierung für die einfache Betriebsspannung der Leistungseinheit 28 versehen. Zur Gewährleistung der sicheren Trennung ist zusätzlich eine Serienbeschaltung des Optokopplers 31 mit zwei Strombegrenzern 32 vorgesehen.
Die vorstehend angeführten Ausführungsbeispiele lassen sich in zwei Kategorien einteilen. Bei der ersten Kategorie (vgl. Ausführungsbeispiele gemäß 1, 6 und ggf. auch 5 bei einem leistungsarmen Steuersignal) existieren zwei zumindest in Teilbereichen eng benachbarte Stromkreise, von denen einer ein bei einer hohen Spannung betriebener Leistungskreis ist. Für die Bemessung der elektrischen Isolation ist dann für beide Stromkreise die Betriebsspannung des Leistungskreises maßgeblich. Dennoch hat der berührbare Teile umfassende zweite Stromkreis keine aufwendige elektrische Isolierung. Die sichere Trennung wird durch den oder die vorgesehenen Strombegrenzer erreicht.
Bei der zweiten Kategorie (vgl. Ausführungsbeispiel gemäß 5 bei einem leistungsstarken Steuersignal) existiert nur ein berührbare Teile umfassender Stromkreis, der aber bei einer prinzipiell gefährlichen Spannung, also bei einem Spannungswert von über 40 V oder über 60 V, betrieben wird. Die berührbaren Teile, wie Verbindungsleitungen und Anschlussklemmen, werden durch den oder die vorgesehenen Strombegrenzer sicher abgetrennt, so dass sie keine aufwendige elektrische Isolierung aufweisen müssen.

Claims

Schaltungsanordnung mit mindestens einem berührbaren Teil (8; 22, 23; 30), wobei a) zur sicheren Trennung des berührbaren Teils (8; 22, 23; 30) ein passiver Strombegrenzer (4, 11, 12; 16, 17; 24; 32) vorgesehen ist, b) der Strombegrenzer (4, 11, 12; 16, 17; 24; 32) einen Sättigungsstrom (I_Limitermax) aufweist, der im Nennbetriebstemperaturbereich einen Nennwert von bis zu 10 mA hat und der bei einer überlastungsbedingten Erwärmung auf eine über dem Nennbetriebstemperaturbereich liegende Überlasttemperatur selbsttätig unter den Nennwert absinkt.
Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Strombegrenzer (4) mehrere in Serie geschaltete Strombegrenzer-Elemente (11, 12) enthält.
Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Klemmenkasten (10) zum Anschluss einer insbesondere berührbaren Leitung (8) vorgesehen ist und der Strombegrenzer (4, 11, 12) in dem Klemmenkasten (10) platziert ist.
Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Anschlussklemme (23) zum Anschluss einer insbesondere berührbaren Leitung (22) vorgesehen ist und der Strombegrenzer (24) unmittelbar an die Anschlussklemme (23) angebaut ist.
Schaltungsanordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Anschlussklemmen (23) vorgesehen sind und an jeder der Anschlussklemmen (23) jeweils ein Strombegrenzer (24) unmittelbar angebaut ist.
Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Optokoppler (31) vorgesehen ist und der Strombegrenzer (32) an den Optokoppler (31) angebaut ist.
Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Leistungseinheit (6; 20; 28), wie ein Elektromotor (6) oder ein leistungselektronisches Modul, vorgesehen ist.
Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Sensor (3) vorgesehen ist, der an oder in einer eine Betriebsspannung aufweisenden Leistungseinheit, wie einem Elektromotor (6) oder einem leistungselektronischen Modul, angeordnet ist, wobei der Sensor (3) eine für die einfache Betriebsspannung ausgelegte elektrische Isolierung (13) aufweist.
Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das berührbare Teil als eine Signalleitung (30), eine Steuerleitung (22) oder eine Zu- oder Ableitung (8) eines Sensors (3) ausgebildet ist.
Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Strombegrenzer (4, 11, 12; 16, 17; 24; 32) auf Basis des Halbleitermaterials Siliziumcarbid realisiert ist.