DE10151053A1 - Schaltungsanordnung - Google Patents

Abstract

Es wird eine elektrische Schaltungsanordnung vorgeschlagen, die einerseits eine mit zumindest zwischen zwei Schaltpositionen umschaltbaren Schaltmitteln und mit zugeordneten Fehlererkennungs-Komponenten versehene Schaltungseinrichtung und andererseits eine Auswerteeinrichtung umfaßt. Im Zusammenhang mit einer solchen Schaltungsanordnung soll das technische Problem gelöst werden, einen die Anwendung von sogenannten Dom-Schaltmatten ermöglichenden Aufbau zu gewährleisten. Erfindungsgemäß wird dies dadurch sichergestellt, daß die Schaltmittel durch eine mit mehreren zumindest annähernd synchron zwischen den beiden Schaltpositionen umschaltbaren, mechanisch beweglichen Schaltelementen versehene Schaltvorrichtung realisiert sind und daß jedem der Schaltelemente ein eigener Signalausgang der Schaltungseinrichtung zugeordnet ist.

Description

• Die vorliegende Erfindung betrifft eine gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1 konzipierte, mit Fehlererkennungs-Komponenten versehene elektrische Schaltungsanordnung.
• Für die sichere Erkennung des Schaltzustandes einer Schaltungseinrichtung, insbesonders einer elektromechanischen Schaltungseinrichtung zur Betätigung sicherheitsrelevanter Schaltfunktionen, ist es wichtig, an derselben eine Kontrollmöglichkeit vorzusehen, welche einerseits den Schaltzustand der Schaltungseinrichtung anzeigt und welche andererseits bei fehlerhafter Betriebsweise der Schaltungseinrichtung durch Ausgabe eines Signales einen Fehler anzeigt. Das Signal kann dann von einer Auswerteeinrichtung überprüft und zu einer vorbestimmten Reaktion, beispielsweise zur Ausgabe einer Fehlermeldung, zur Einleitung einer "automatischen" Reparaturmaßnahme (beispielsweise eine Reinigungsbestromung zur Beseitigung von Kontaktkorrosion) oder auch zur behelfsmäßigen Inbetriebnahme einer Ersatz- Schaltvorrichtung herangezogen werden.
• Ein fehlerhafter Betrieb der Schaltungseinrichtung, beispielsweise einer zugehörigen elektromechanischen Schaltvorrichtung, kann z. B. durch einen Kabelbruch, durch Korrosion der Kontakte, Kurzschluß etc. eintreten.
• Die prinzipielle Ausführung einer solchen Fehlererkennungsmöglichkeit ist an und für sich bekannt.
• In der japanischen Offenlegungsschrift JP 8115627 A2 ist nämlich ein einfacher Schaltkreis mit Fehlererkennungsfunktion für einen Wechselschalter offenbart.
• Die dort vorgeschlagene Schaltungsanordnung ist als Stand der Technik in Fig. 3 dargestellt.
• Bei der darin offenbarten Ausgestaltung schaltet ein mit seinem Eingangskontakt an dem positiven Pol einer Spannungsquelle U angeschlossener Wechselschalter wechselseitig zwischen zwei (Ausgangs)-kontakten K, K' um. Die Ausgangskontakte K, K' sind über zwei Widerstände R gegen den auf Massepotential liegenden Pol der Spannungsquelle geschaltet. Den Ausgangskontakten K, K' ist jeweils ein Signalausgang A1, A2 zugeordnet und die an den Widerständen abfallenden Spannungen werden über die Signalausgänge A1, A2 den Eingängen eines als logisches exklusives Oder- Gatter ausgeführten Schaltkreises EXOR als logische Signalpegel zugeführt.
• Bei ungestörter Betriebsweise gibt der dem jeweils bestromten Ausgangskontakt K oder K' zugeordnete Signalausgang A1, A2 einen logischen H-Pegel (high) aus, während an dem dem nicht bestromten Ausgangskontakt K' oder K zugeordneten Signalausgang A2, A1 ein logischer L-Pegel (low) ansteht.
• Demgemäß ergibt sich durch die exklusiv- oder Verknüpfung bei ungestörter Betriebsweise der Schaltvorrichtung am Ausgang Q des EXOR-Schaltkreises ein H-Pegel.
• Fällt dagegen beispielsweise die Betriebsspannung durch Kabelbruch aus, so wechseln beide Signalausgänge A1, A2 auf einen L-Pegel, wodurch der Ausgang Q ebenfalls auf einen low-Pegel fällt und dadurch die Fehlersituation angezeigt.
• Ebenso bewirkt die Korrosion eines der Ausgangskontakte K, K' einen L-Pegel am Fehlererkennungs-Ausgang Q.
• Die oben beschriebene Fehlererkennungsschaltung basiert allerdings auf dem Funktionsprinzip eines üblichen elektrischen Wechselschalters.
• Die Verwendung eines Wechselschalters ist jedoch in manchen Fällen unvorteilhaft, insbesondere, weil durch die Verfügbarkeit von Schaltelementen, wie sie beispielsweise mit Hilfe von sogenannten Dom-Schaltmatten in großen Stückzahlen realisiert werden können, kostengünstigere Alternativen zu einem Wechselschalter vorliegen.
• Ein mit Hilfe einer Dom-Schaltmatte realisiertes Schaltelement besteht im wesentlichen aus zwei ortsfesten Kontakten, die vorzugsweise auf einer Leiterplatte aufgebracht sind und einer beweglichen Kontaktpille, welche in einem einzelnen Schaltelement der auf der Leiterplatte fixierten Dom- Schaltmatte befestigt ist. Durch Druck auf das Einzelelement der Dom- Schaltmatte werden die beiden ortsfesten Kontakte durch die Kontaktpille elektrisch leitend überbrückt. Besonders vorteilhaft ist es, solche standardisierten Schaltelemente in Schaltungseinrichtungen mit einer Vielzahl von identischen Schaltelementen zu verwenden, so daß sämtliche benötigten Schaltfunktionalitäten durch ein und denselben Typ von Schaltelement erfüllt werden können.
• Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist daher die Schaffung einer Schaltungsanordnung mit Fehlererkennungsfunktion, welche besonders für die oben beschriebene Art von Schaltelementen geeignet ist und, welche insbesonders die Verwendung eines Wechselschalters vermeidet.
• Gelöst wird diese Aufgabe durch eine Schaltungsanordnung mit den kennzeichnenden Merkmalen des Patentanspruches 1.
• Die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung enthält in vorteilhafter Weiterbildung des Standes der Technik als der Schaltungseinrichtung zugehörige Schaltvorrichtung zumindest zwischen zwei Schaltpositionen umschaltbare, zwangsläufig gemeinsam betätigbare Schaltmittel, insbesondere einen mit mehreren mechanisch miteinander gekoppelten Schaltelementen versehenen sogenannten Doppelschalter.
• Die Schaltungseinrichtung ist über zwei Anschlußeingänge mit einem externen Stromkreis verbunden, der im einfachsten Fall lediglich von einer Spannungsquelle gebildet wird.
• Die Schaltungseinrichtung enthält weiterhin Fehlererkennungs-Komponenten mit mehreren, logische Pegel ausgebenden Signalausgängen. Jedem der Schaltelemente der zwischen zwei Schaltpositionen umschaltbaren Schaltvorrichtung ist dabei ein separater Signalausgang zugeordnet. Die Fehlererkennungs-Komponenten sind so ausgeführt, daß jedem erlaubten Schaltzustand der Schaltmittel (offen, geschlossen) eine fest zugeordnete Kombination von logischen Pegeln entspricht. Ist dagegen beispielsweise einer der Kontakte korrodiert, so tritt eine unzulässige Kombination von logischen Pegeln an den Signalausgängen auf und ein Fehler wird angezeigt.
• Die technische Ausführung der Schaltvorrichtung ist in einfacher Art und Weise durch die Verwendung einer Dom-Schaltmatte möglich, indem zwei (oder mehr) einzelne Schaltelemente der Dom-Schaltmatte durch ein gemeinsames Schaltstück parallel betätigt werden.
• Die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung wird im Folgenden anhand von in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert.
• Es zeigen:
• Fig. 1 ein erstes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung,
• Fig. 2 ein zweites Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung,
• Fig. 3 den Stand der Technik.
• Fig. 1 repräsentiert eine einfache, nur wenige Bauteile benötigende Realisierungsmöglichkeit einer eine Fehlererkennungsfunktion umfassenden Schaltungsanordnung.
• Die die Schaltmittel (S) bildende, einer Schaltungseinrichtung 1a zugehörige Schaltvorrichtung ist in diesem Ausführungsbeispiel als sogenannter, zwei mechanisch gekoppelte Schaltelemente S1, S2 aufweisender Doppelschalter ausgeführt und mit einer Anschlußseite mit dem an Masse gelegten Pol einer Spannungsquelle U leitend verbunden. Jedem der parallel angesteuerten Schaltelemente S1, S2 ist ein Begrenzungswiderstand R1, R2 vorgeschaltet. Weiterhin ist jedem der Schaltelemente S1, S2 jeweils ein Signalausgang A1, A2 zugeordnet.
• Parallel zum Schaltelement S2 ist ein Schalttransistor T geschaltet. Ein zwischen Kollektor und Basis des Transistors vorgesehener Widerstand R3 ist so dimensioniert, daß der Transistor T bei geöffnetem Schaltelement S2 vollständig durchgeschaltet ist. Daher wird das Schaltelement S2 im geöffneten Zustand durch den Transistor T niederohmig überbrückt und der Signalausgang A2 auf Masse gezogen (L-Pegel). Im geöffneten Zustand der Schaltvorrichtung (beide Schaltelemente S1, S2 sind geöffnet) liegt der Signalausgang A1 dagegen auf hohem Potential (H-Pegel), so daß für diesen Schaltzustand der Schaltvorrichtung die Kombination von H-Pegel am Signalausgang A1 und L-Pegel am Signalausgang A2 charakteristisch ist.
• Im eingeschalteten Zustand der Schaltvorrichtung (beide Schaltelemente S1, S2 sind geschlossen) wird der Signalausgang A1 auf Masse gezogen (L-Pegel am Signalausgang A1), während der Signalausgang A2 auf hohes Potential wechselt (H-Pegel am Signalausgang A2), da die Basis/Emitter- Strecke des Transistors kurzgeschlossen wird und der Transistor sperrt. Für den geschlossenen Zustand der Schaltvorrichtung ist demnach die Pegelkombination L-Pegel am Signalausgang A1 und H-Pegel am Signalausgang A2 charakteristisch.
• Die Signalausgänge A1, A2 werden von einer der Schaltungseinrichtung 1a zugeordneten Auswerteeinrichtung 1b ausgewertet, wobei zunächst die zulässigen Kombinationen (H/L bzw. L/H) - wie beim Stand der Technik - einem EXOR-Gatter über die beiden Signalausgänge A1, A2 zugeführt werden. Ein H-Pegel am Überwachungsausgang Q dieses Gatters zeigt die ungestörte Betriebsweise an.
• Bei einer Störung, wie z. B. bei einer Abtrennung der Masseverbindung wechseln beide Signalausgänge A1, A2 auf H-Pegel und bei einem Masseschluss oder Kabelbruch der Versorgungsleitung wechseln beide Signalausgänge auf L-Pegel. Dadurch bedingt, wechselt der Überwachungsausgang Q des EXOR-Gatters im Störungsfall auf L-Pegel. Ebenso treten bei Korrosion der Kontakte "unerlaubte" Pegelkombinationen auf, welche zur Anzeige eines L-Pegels am Überwachungsausgang Q führen.
• Die Signalausgänge A1, A2 können jedoch zusätzlich auch noch zur Anzeige des Schaltzustandes der Schaltmittel S genutzt werden, da jedem Schaltzustand eindeutig eine Pegelkombination zugeordnet ist (beim dargestellten geöffneten Zustand: Signalausgang A1 = H-Pegel und Signalausgang A2 = L- Pegel). In Fig. 1 ist zu diesem Zweck schematisch in die Auswerteeinheit 1b eine zweite logische Verknüpfung eingezeichnet (AND-Gatter mit einem negiertem Eingang), welche in diesem Ausführungsbeispiel so ausgelegt ist, daß bei geöffneter Schaltvorrichtung S ein H-Pegel und bei geschlossener Schaltvorrichtung ein L-Pegel am Ausgang Q1 ausgegeben wird. Die Auswerteinheit 1b kann selbstverständlich nicht nur durch eine fest verdrahtete Anordnung logischer Gatter realisiert werden, sondern beispielsweise auch durch einen programmierbaren Mikroprozessor.
• In Fig. 1 ist des weiteren eine Ausführungsmöglichkeit der als sogenannter Doppelschalter ausgebildeten Schaltvorrichtung S mit Hilfe einer elastischen Dom-Schaltmatte 5 dargestellt. Zwei einzelne Schaltelemente S1, S2 werden dabei parallel durch ein über Führungselemente 4 geführt gehaltenes Schaltstück 3 betätigt. Bei Druck auf das Schaltstück 3 werden die beiden beweglichen Schaltkontakte K der einen Kontaktseite auf die vier feststehenden, an einer Leiterplatte 2 vorhandenen Festkontakte K' der anderen Kontaktseite gedrückt.
• Fig. 2 zeigt ein zweites, ganz besonders einfaches Ausführungsbeispiel der Erfindung, wobei die ebenfalls als sogenannter Doppelschalter ausgebildete Schaltvorrichtung jedoch nicht unmittelbar gegen Massepotential schaltet. Der Doppelschalter trennt oder schließt den Stromkreis zwischen den Anschlußeingängen E1, E2, so daß durch den Doppelschalter auch eine in den externen Stromkreis eingefügte Last geschaltet werden kann.
• Bei dem in Fig. 2 dargestellten Ausführungsbeispiel ist einer der beiden (vorzugsweise identischen) Strombegrenzungs-Widerstände R1, R2 auf der einen Anschlußseite der Schaltvorrichtung S vorhanden, während der andere sich auf der anderen Anschlußseite derselben sich befindet. Die Signalausgänge A1 und A2 sind dabei unmittelbar vor bzw. unmittelbar hinter den Anschlußkontakten der Schaltvorrichtung angeordnet.
• Durch die in Fig. 2 dargestellte asymmetrische Anordnung der strombegrenzenden Widerstände R, ist die Funktionsweise der Schalteinrichtung 1a völlig analog zu der des vorherigen Ausführungsbeispiels, wobei folgende Pegelkombinationen zulässig sind: Signalausgang A1 befindet sich auf H-Pegel, während Signalausgang A2 L-Pegel aufweist ("Schaltvorrichtung geöffnet") sowie Signalausgang A1 befindet sich auf L-Pegel, während Signalausgang A2 H-Pegel aufweist ("Schaltvorrichtung geschlossen").

Claims (10)

1. Elektrische Schaltungsanordnung mit einer einerseits zumindest zwischen zwei Schaltpositionen umschaltbare Schaltmittel (S) und andererseits Fehlererkennungs-Komponenten (FK) aufweisenden Schaltungseinrichtung (1a) und mit einer eine logische Schaltung umfassenden Auswerteeinrichtung (1b), wobei die Schaltungseinrichtung (1a) über einen ersten und einen zweiten Anschlußeingang (E1, E2) mit einer Spannungsquelle (U) verbunden ist, wobei die Schaltungseinrichtung (1a) einen ersten und einen zweiten mit der Auswerteeinrichtung (1b) verbundenen Signalausgang (A1, A2) aufweist, an welchen abhängig von der jeweiligen Schaltposition der Schaltmittel von der Auswerteeinrichtung (1b) auswertbare Logik-Pegel vorhanden sind, wobei die Fehlererkennungs- Komponenten derart ausgebildet und so angeordnet sind, daß die Signalausgänge (A1, A2) im ungestörten Betrieb eine der jeweiligen Schaltposition zugeordnete zulässige Kombination der beiden Logik-Pegel liefern und im durch Kurzschluß, Kabelbruch oder Korrosion hervorgerufenen gestörten Betrieb eine unzulässige Kombination derselben ausgeben, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltmittel (S) durch eine mit mehreren, zumindest annähernd synchron zwischen den beiden Schaltpositionen umschaltbaren, jeweils einen mechanisch beweglichen Schaltkontakt (K) enthaltenden Schaltelementen (S1, S2) versehene Schaltvorrichtung realisiert sind, und daß jedem der Schaltelemente ein eigener Signalausgang (A1, A2) der Schaltungseinrichtung (1a) zugeordnet ist.

2. Elektrische Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwei die Schaltmittel (S) bildende, zwangsläufig gemeinsam betätigbare bewegliche Schaltelemente (S1, S2) vorhanden sind.

3. Elektrische Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden die Schaltmittel (S) bildenden beweglichen Schaltelemente (S1, S2) im Sinne eines sogenannten Doppelschalters mechanisch miteinander gekoppelt sind.

4. Elektrische Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden beweglich gehaltenen Schaltkontakte (K) der Schaltelemente (S1, S2) jeweils durch eine Schaltpille (K) eines einzelnen Schaltelementes (S1, S2) einer sogenannten Dom-Schaltmatte (5) realisiert sind.

5. Elektrische Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1-4, dadurch gekennzeichnet, daß eine beiden Schaltelementen (S1, S2) zugehörige Anschlußseite der Schaltmittel (S) unmittelbar mit dem zweiten Anschlußeingang (E2) verbunden ist, daß der erste Signalausgang (A1) unmittelbar mit dem auf der anderen Anschlußseite des Schaltmittels liegenden Anschluß des ersten Schaltelementes (S1) verbunden ist und, daß die Fehlererkennungs-Komponenten (FK) im Wesentlichen aus einem ersten und einem zweiten strombegrenzenden, einerseits mit dem ersten Anschlußeingang (E1) und andererseits mit den Signalausgängen (A1, A2) verbundenen Widerstand (R1, R2) sowie einem von einer Ansteuerstufe (R3) beeinflußbaren elektrischen/elektronischen Schaltbaustein (T) bestehen, wobei dieser Schaltbaustein so mit dem zweiten Schaftelement (S2) und dem zweiten Signalausgang (A2) verschaltet ist, daß das zweite Schaltelement im geöffneten Zustand im Wesentlichen niederohmig und im geschlossenen Zustand im Wesentlichen hochohmig durch den Schaltbaustein überbrückt ist, so daß im geöffneten Zustand der Schaltmittel am ersten Signalausgang ein H-Pegel und am zweiten Signalausgang ein L- Pegel bzw. im geschlossenen Zustand der Schaltmittel am ersten Signalausgang ein L-Pegel und am zweiten Signalausgang ein H-Pegel ansteht.

6. Elektrische Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1-5, dadurch gekennzeichnet, daß die Ansteuerstufe (R3) im Wesentlichen aus einem weiteren Widerstand besteht und, daß der elektrische/elektronische Schaltbausstein (T) ein npn-Transistor ist, wobei der weitere Widerstand zwischen Kollektor und Basis des Transistors geschaltet ist und wobei der Kollektor mit dem zweiten Signalausgang (A2) und mit dem weiteren Widerstand leitend verbunden ist und wobei die Basis-Emitterstrecke des Transistors parallel zum zweiten Schaltelement (S2) geschaltet und der Emitter leitend mit dem zweiten Anschlußeingang (E2) verbunden ist.

7. Elektrische Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1-4, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Schaltelement (S1) mit seiner einen Anschlußseite über einen ersten Widerstand (R1) mit dem ersten Anschlußeingang (E1) verbunden ist, wobei diese Anschlußseite unmittelbar mit dem ersten Signalausgang (A1) und die andere Anschlußseite des Schaltelementes (S1) unmittelbar mit dem zweiten Anschlußeingang (E2) verbunden ist und daß das zweite Schaltelement (S2) mit seiner einen Anschlußseite über einen zweiten Widerstand (R2) mit dem zweiten Anschlußeingang (E2) leitend verbunden ist, wobei diese Anschlußseite unmittelbar mit dem zweiten Signalausgang (A2) und die andere Anschlußseite des zweiten Schaltelementes (S2) unmittelbar mit dem ersten Anschlußeingang (E1) verbunden ist.

8. Elektrische Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 5-7, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Widerstand (R1) etwa denselben Widerstandswert wie der zweite Widerstand (R2) aufweist.

9. Elektrische Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1-8, daß die mit den Signalausgängen (A1, A2) der Schaltungseinrichtung (1a) verbundene Auswerteeinrichtung (1b) neben den Mitteln (1b') zum Feststellen einer unzulässigen Kombination von Signalpegeln noch Mittel (1b") zum Feststellen des Schaltzustandes der zwischen zwei Schaltpositionen umschaltbaren Schaltmittel (S) aufweist.

10. Elektrische Schaltungsanordnung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel (1b") durch diskrete logische Gatter oder durch einen Mikroprozessor realisiert sind.