DE102004023201B4

DE102004023201B4 - Sensoreinrichtung zum Erfassen der Schaltstellung einer schaltbaren Kontaktstelle

Info

Publication number: DE102004023201B4
Application number: DE102004023201A
Authority: DE
Inventors: Siegmar Zirkl
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens Schweiz AG
Priority date: 2004-05-11
Filing date: 2004-05-11
Publication date: 2006-05-11
Anticipated expiration: 2024-05-12
Also published as: DE102004023201A1

Abstract

Sensoreinrichtung (10) zum Erfassen der Schaltstellung einer Kontaktstelle (32) eines Niederspannungsstromkreises (30), wobei der Niederspannungsstromkreis (30) von einem Spannungsausgang (31) mit Nennspannung U_n einer Auswerteeinheit (34) über die Kontaktstelle (32) zum Signaleingang (33) der Auswerteeinheit (34) führt, in welcher aus dem Spannungssignal am Signaleingang (33) auf die Schaltstellung der Kontaktstelle (32) geschlossen wird,
dadurch gekennzeichnet,
– dass im Niederspannungsstromkreis (30) zwischen Spannungsausgang (31) und Kontaktstelle (32) ein erster Kondensator (35) zur Masse (42) hin geschaltet ist,
– dass die Sensoreinrichtung (10) eine Koppeleinrichtung (12) aufweist, die mit einer externen Spannungsversorgung (13) verbunden ist, und
– dass der erste Kondensator (35) spannungsseitig über eine Ladeleitung (15) mit der externen Spannungsversorgung (13) verbunden ist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Sensoreinrichtung zum Erfassen der Schaltstellung einer schaltbaren Kontaktstelle. Insbesondere in Verbindung mit der Gebäudetechnik und der Verbreitung des EIB-Busses ist es bekannt geworden, auch die Schaltstellungen von Kontaktstellen zu erfassen, um damit Schaltfunktionen zu steuern. In Abhängigkeit des Schließens der Kontaktstelle können beispielsweise durch eine Steuereinrichtung Funktionen oder Aktoren angesteuert werden.
Eine Kontaktstelle eins Niederspannungsstromkreises wird dabei hinsichtlich ihrer Schaltstellung überwacht. Liegt am Signaleingang die Nennspannung an, so wird daraus geschlossen, dass die Kontaktstelle elektrisch kontaktiert, also geschlossen ist. Liegt am Signaleingang der Auswerteeinheit keine Spannung an, so wird daraus geschlossen, dass die Kontaktstelle den Stromkreis trennt. An der Auswerteeinheit wird dann üblicherweise ein den Schaltzustand der Kontaktstelle repräsentierendes Signal erzeugt und beispielsweise über einen EIB-Datenbus an eine Steuer- oder Regelungseinrichtung übermittelt, welche dann entsprechende Funktionen ausführen oder Zustände einnehmen kann.
Bei den Kontaktstellen eines mit niederer Gleichspannung betriebenen Schaltelementes sind Kontaktierungsprobleme festzustellen, da die Kontakte der Kontaktstellen unter Langzeitbetrachtung aufgrund der niedrigen Spannungen und der niedrigen Ströme hauptsächlich durch Oxidationserscheinungen beeinträchtigt werden. Die Oxidationsprobleme können dazu führen, dass die Kontaktstelle nicht durchschaltet, obgleich der schaltbare Kontakt des Hochspannungsstromkreises geschaltet wird. In diesem Fall ist eine zuverlässige Signalerfassung durch die Sensoreinrichtung nicht mehr gewährleistet.
Prinzipiell ist es bekannt, dass Oxidationserscheinungen im Bereich von Kontaktstellen durch hohe Spannungen oder durch hohe Ströme überbrückt werden können, da hohe Spannungen oder Ströme geeignet sind, entstehende Oxidationsschichten im Bereich der ersten Kontaktberührungsfläche zu durchschlagen und zu reduzieren, so dass eine gute Kontaktqualität ausgebildet wird.

In dem Buch von A. Erk und M. Schmelzle, „Grundlagen der Schaltgerätetechnik", Berlin (u.a.), Springer, 1974, Seiten 154–156 ist beschrieben, dass die so genannte B-Frittung durch die thermische und elektrische Beanspruchung von Fremdschichten in Umgebung von stromführenden Mikroflächen hervorgerufen wird, und dass dünne und wenig temperaturbeständige Oxidschichten hierbei zerstört werden.

Aus der DE 1 154 554 C ist bekannt, parallel zu einer Kontaktanordnung einen Kondensator zu schalten, der im geöffneten Zustand der Kontaktanordnung über einen relativ hochohmigen Widerstand von einer Zusatzgleichspannung, die wesentlich größer als die zu schaltende Gleichspannung ist, aufgeladen wird. Der Kondensator wird beim Schließen der Kontaktanordnung entladen, wodurch kurzzeitig eine hohe Leistung zur Verfügung steht, die den Kontakt beim Schließen reinigt.

Ein Problem der Verwendung von hohen Strömen oder hohen Spannungen im Bereich der Kontaktstelle des Niederspannungsstromkreises ist darin zu sehen, dass die elektronischen Bauteile der Auswerteeinheit nicht dahingehend ausgelegt sind, hohen Spannungen oder Strömen ausgesetzt zu sein und auch keine hohe Spannungsversorgung im Bereich derartiger Sensoreinrichtungen gegeben sind.

In Verbindung mit EIB-Bussen ist als Versorgungsspannung für Elemente am Bus der Bus als Gleichspannungsquelle im niederen Spannungsbereich, beispielsweise im Bereich von 30V ausgebildet, während das Daten-Signal als Hochfrequenzsignal dieser Gleichspannungsquelle überlagert sind. Der EIB-Bus ist daher als zweidrahtiger Bus ausgebildet, wobei einer der beiden Phasen des Zweidrahtbusses eine Masseleitung ist, während die andere der beiden Phasen des Zweidrahtbusses auf der Versorgungsspannung gehalten wird und darüber hinaus eine hochfrequente Datenübertragung erfolgt. Diese Versorgung dient beispielsweise auch zum Betreiben der Auswerteeinheit in der Sensoreinrichtung. Da Auswerteeinheiten insbesondere auch Mikroprozessoren umfassen, die nicht auf das Spannungsniveau der Spannungsversorgung durch den EIB-Bus ausgelegt sind, ist es in diesem Zusammenhang bekannt, Koppeleinrichtungen vorzusehen, welche zum einen die Datensignale aus dem Bus ausfiltern bzw. zu übertragende Daten auf den Bus auf koppeln und zum anderen die zugeführte Gleichspannung auf die Nennspannung der Auswerteeinheit herunterwandeln.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Sensoreinrichtung zu schaffen, welche geeignet ist, im Niederspannungsbereich, insbesondere im Nennspannungsbereich, von Mikroprozessoren betrieben zu werden und die dennoch in der Lage ist, im Langzeitbetrieb störungsfrei und zuverlässig zu arbeiten.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Sensoreinrichtung gemäß dem unabhängigen Anspruch gelöst.

Eine Sensoreinrichtung dient dem Erfassen der Schaltstellung einer Kontaktstelle in einem Niederspannungsstromkreis. Dabei ist für den Niederspannungsstromkreis ein Spannungsausgang mit Nennspannung der Auswerteeinheit über die Kontaktstelle zum Signaleingang der Auswerteeinheit geführt. In der Auswerteeinheit wird aus dem Spannungssignal am Signaleingang auf die Schaltstellung der Kontaktstelle und damit auf die Schaltstellung des schaltbaren Kontaktes des Hochspannungsstromkreises geschlossen. Gemäß der Erfindung ist vorgesehen, dass im Niederspannungsstromkreis zwischen Spannungsquelle und Kontaktstelle ein erster Kondensator angeordnet und zur Masse hin geschaltet ist.

Gemäß der Erfindung weist die Sensoreinrichtung eine Koppeleinrichtung auf, welche mit einer externen Spannungsversorgung verbunden ist. Die Koppeleinrichtung dient insbesondere als Anbindungseinheit und auch zur Kommunikation der Sensoreinrichtung über einen Datenbus nach außen hin. Die Koppeleinrichtung stellt eine Trennung zwischen einer Auswerteeinheit der Sensoreinrichtung und externen Kommunikationsmittel sowie der externen Spannungsversorgung dar.

Gemäß der Erfindung ist ferner vorgesehen, dass zur ersten Kapazität hin spannungsseitig eine Ladeleitung führt, wobei die Ladeleitung das Potential der externen Spannungsversorgung aufweist. Durch diese Maßnahme wird es ermöglicht, den ersten Kondensator auf ein höheres Spannungsniveau als das der Nennspannung der Auswerteeinheit aufzuladen. Durch diese Maßnahme wird ein höherer Energieeintrag und zum Zeitpunkt des Schließens der Schaltstelle ein höheres Spannungsniveau und damit kurzeitig eine höhere elektrische Leistung bereitgestellt. Dabei kann die Ladeleitung sowohl direkt von der Spannungszufuhr der externen Versorgungsspannung zum ersten Kondensator hinführen oder aber es ist an der Koppeleinrichtung ein gesonderter Ausgang für die Versorgungsspannung vorhanden.

Das Vorhandensein des ersten Kondensators hat den Vorteil, dass während des Schließens der Kontaktstelle der Kondensator über die Kontaktstelle hinweg zur Masse entladen wird und dieser dadurch kurzzeitig einen hohen Entladestrom bereitstellt. Der Kondensator liefert also den Strom, der benötigt wird, um eine eventuell vorhandene Oxidationsschicht im Bereich der elektrischen Kontakte der Kontaktstelle durchzubrennen und in sicherer Weise eine elektrische Kontaktierung der Kontakte miteinander herzustellen. Solange die Kontaktstelle elektrisch trennend ausgebildet ist, wird der Kondensator aufgeladen. Wird der Stromkreis über die Kontaktstelle andauernd geschlossen aufrechterhalten, so entlädt sich der Kondensator bis auf einen stationären Zustand und somit wird der Stromfluss wieder auf ein niedriges Niveau abgesenkt, so dass nicht dauerhaft eine hohe Leistungsaufnahme besteht. Eine dauerhafte hohe Leistungsaufnahme wäre deshalb unerwünscht, weil dann die externe Spannungsversorgung, beispielsweise über den EIB-Bus, in unnötiger Weise stark belastet würde und damit die Anzahl der anordenbaren Sensoren und anderen Geräte am Datenbus einschränkt.

Gemäß bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung ist zwischen Kontaktstelle und Signaleingang der Auswerteeinheit ein zweiter zur Masse hingeschalteter Kondensator angeordnet. Dieser Kondensator entlädt sich dann, wenn die Kontaktstelle geöffnet ist und einen Spannungsversorgung nicht gegeben ist. Der Entladestrom fließt dabei nach dem Öffnen der Schaltstelle zum Signaleingang der Auswerteeinheit bzw. soweit vorhanden, über andere Leitungen und elektrische Verbraucher zur Masse. Das Vorhandensein des Kondensators ermöglicht einen hohen Stromfluss von dem ersten Kondensator zum zweiten Kondensator unmittelbar nach dem Schließen der Kontaktstelle. In diesem Fall ist der zweite Kondensator entladen und nimmt einen hohen elektrischen Strom, der vom ersten Kondensator, welcher zu diesem Zeitpunkt vollständig geladen ist, bereitgestellt wird, auf. Demnach nimmt also der zweite Kondensator einen Großteil der elektrischen Leistung des Entladevorgangs des ersten Kondensators auf, so dass der Strom, welcher zum Durchtrennen von eventuell vorhandenen Oxidationsschichten benötigt wird, nicht zur Auswerteeinheit gelangt und somit der Signaleingang der Auswerteinheit vor dieser elektrischen Leistung geschützt ist. Kondensatoren sind dabei besonders geeignet kurzzeitig hohe elektrische Leistung aufzunehmen oder abzugeben.

Es entspricht einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung, wenn die Kapazität des ersten Kondensators wesentlich größer ist als die Kapazität des zweiten Kondensators, und es ist insbesondere vorteilhaft, wenn die Kapazität des ersten Kondensators ein Mehrfaches der Kapazität des zweiten Kondensators beträgt. In diesem Fall kann der erste Kondensator einen sehr hohen Strom bereitstellen und der zweite Kondensator ist dazu in der Lage, diesen hohen Strom aufzunehmen und sich schnell zu laden. Insbesondere in der Anfangsphase der Kontaktbildung ist ein hoher Brennstrom zum Beseitigen von Oxidationsschichten gegeben. Aber auch über den anfänglichen Ladevorgang hinaus ist noch ein hoher Strom gegeben, so dass nicht nur kurzzeitig zum Zeitpunkt der Kontaktherstellung ein hoher Strom fließt, sondern dieser auch noch eine gewisse Zeit danach anhält. Je größer die Kapazität des ersten Kondensators ist, desto höher ist dabei der Strom und die Energie, die dieser Kondensator bereitstellen kann. Allerdings ist auch seine Ladezeit, wenn die Kontaktstelle wieder getrennt ist, entsprechend größer. Ein günstiges Verhältnis zwischen erforderlicher Ladezeit, bereitgestelltem Strom und Leistungsaufnahme ist insbesondere dann gegeben, wenn die Kapazität des ersten Kondensators ungefähr das Zehnfache der Kapazität des zweiten Kondensators beträgt.

Es entspricht einer Weiterführung dieser Ausgestaltung, wenn die externe Spannungsversorgung eine höhere Versorgungsspan- nung als die Nennspannung der Auswerteeinrichtung aufweist, und die Koppeleinrichtung wenigstens einen Spannungsausgang für die Nennspannung der Auswerteeinheit aufweist. Durch diese Maßnahme wird die spannungsmäßige Entkopplung der Auswerteeinheit von der externen Versorgungseinrichtung erzielt. Es erfolgt insbesondere ein Heruntertransformieren oder Spannungsteilen der externen Versorgungsspannung auf die Nennspannung der Auswerteeinheit und das Bereitstellen dieser Nennspannung an einem Ausgang, an den wenigstens die Auswerteeinheit angeschlossen ist und damit mit dem für ihren Betrieb erforderlichen Strom versorgt wird.

In der Ladeleitung ist gemäß bevorzugter Ausgestaltung ein gegenüber allen weiteren elektrischen Verbrauchern sehr hochohmiger Trennwiderstand angeordnet. Dieser Trennwiderstand ist insbesondere so gewählt, dass nach dem Schließen der Kontaktstelle und dem sich ergebenden Stromfluss über den Trennwiderstand die Spannung in der Ladeleitung zwischen Trennwiderstand und erstem Kondensator auf ein Niveau unterhalb der Nennspannung der Auswerteeinheit einbricht und somit sichergestellt ist, dass bei geschlossener Kontaktstelle keine Spannungsbeaufschlagung der Auswerteeinheit mit Versorgungsspannung erfolgt. Diese Entkoppelung ist umso besser, je höher der elektrische Widerstand des Trennwiderstandes ist, allerdings nimmt mit steigendem elektrischen Widerstand des Trennwiderstandes die für den Aufladevorgang des ersten Kondensators aufgrund der Spannungsversorgung über die Ladeleitung hinweg mit der externen Versorgungsspannung benötigte Zeit zu. Im Falle rasch aufeinander folgender Betätigungen der Kontaktstelle ist damit nicht immer gewährleistet, dass der erste Kondensator vollständig geladen ist. Dies ist insofern uner heblich, als davon auszugehen ist, dass bei einer ersten Betätigung einer Folge von raschen Betätigungen der Kontaktstelle eventuell vorhandene Oxidationsschichten abgebrannt werden und auch in kurzen rasch aufeinanderfolgenden Zeiträumen danach eine sichere elektrische Kontaktierung im Bereich der Kontaktstelle hierdurch gegeben ist.

Zum Verhindern eines Spannungsrückschlages von der externen Spannungsversorgung zurück zum Ausgang für die Nennspannung der Auswerteeinheit, entweder am Koppelelement oder an der Auswerteeinheit, mit welchem der erste Kondensator ebenfalls verbunden ist, kann zwischen dem Nennspannungsausgang und dem ersten Kondensator eine von der Ladeleitung zum Netzspannungsausgang hin sperrende Diode vorgesehen sein.

Es entspricht einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung, wenn vor dem Signaleingang der Auswerteeinheit eine Zenerdiode zum Begrenzen der Spannung am Signaleingang vorgesehen und zur Masse hin geschaltet ist. Diese Maßnahme stellt sicher, dass der Signaleingang der Auswerteeinheit nicht mit einer höheren Spannung beaufschlagt wird, als die Durchschaltspannung der Zenerdiode, welche insbesondere im Bereich der Nennspannung der Auswerteeinheit gewählt wird. Zur Definition des Stromflusses hin zum Signaleingang der Auswerteeinheit kann vor die Zenerdiode in den Niederspannungsstromkreis ein Filterwiderstand vorgeschaltet sein. Dieser Filterwiderstand bewirkt dabei nicht nur eine Definition des Stromflusses hin zum Signaleingang der Auswerteeinheit, sondern bildet auch zusammen mit dem ersten Kondensator einen Filter gegen die Einkopplung unerwünschter elektromagnetischer Störungen.

Es ist eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung, wenn der Stromfluss über die Kontaktstelle auf einen niederen Wert begrenzt ist, der insbesondere im Bereich von einem Milliampere liegt. Durch diese Maßnahme soll die für den Niederspannungsstromkreis der Auswerteeinheit benötigte Stromfluss und die sich daraus ergebende elektrische Leistungsaufnahme auf ein möglichst niederes Niveau begrenzt werden. Hierzu ist insbesondere ein Pull-Down-Widerstand vorgesehen, welcher zur Masse hin geschaltet ist. Dabei ist der Pull-Down-Widerstand insbesondere in einem Bereich zwischen Kontaktstelle und einem gegebenenfalls vorhandenen Filterwiderstand am Niederspannungsstromkreis angeschlossen. Der Pull-Down-Widerstand ist insbesondere so gewählt, dass sein elektrischer Widerstand gegenüber den anderen elektrischen Widerständen, insbesondere einem zwischen Nennspannungsausgang und erstem Kondensator angeordneten Schutzwiderstand, groß ist, andererseits aber wesentlich kleiner ist als ein gegebenenfalls in der Ladeleitung vorgesehener Trennwiderstand. Der Spannungsabfall über den Pull-Down-Widerstand kann über den Filterwiderstand am Signaleingang der Auswerteeinheit erfasst werden. Auch das Verhältnis zwischen dem Pull-Down-Widerstand und dem Schutzwiderstand liegt entsprechend bevorzugter Ausgestaltung in einem Verhältnis von 1 zu 10 bis zu 1 zu 50. Der Pull-Down-Widerstand ist also wenigstens um eine Größenordnung größer als der Schutzwiderstand.

Es entspricht einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung, wenn an einem Kondensator eine Vielzahl von parallel zueinander geschalteten Kontaktstellen angeordnet ist, wobei jede der Kontaktstellen mit einem anderen Eingang der Auswerteeinheit verbunden ist. Durch diese Maßnahme wird es ermöglicht, mit einer Spannungsversorgung und einer Auswerteeinheit die Schaltstellung einer Vielzahl von Kontaktstellen zu erfassen. Es ist dann insbesondere die elektrische Schaltung zwischen Kontaktstelle und zugehörigem Signaleingang der Auswerteeinheit einander entsprechend ausgebildet, wobei vorzugsweise jeweils auch ein zweiter Kondensator, ein eigener Pull-Down-Widerstand, ein entsprechender Filterwiderstand und gegebenenfalls auch eine zugehörige Zenerdiode vorgesehen sein kann. Es wird also die Möglichkeit geschaffen, in einer Auswerteeinheit und damit in einer Sensoreinrichtung nicht nur eine Kontaktstelle, sondern eine Vielzahl von Kontakt stellen unabhängig voneinander zu erfassen, andererseits aber den Bauteileaufwand, insbesondere den ersten Kondensator nicht jeweils gesondert auszuführen, sondern gemeinsam zu nutzen. Auch das Vorhandensein der Ladeleitung und der elektrischen Bauelemente in der Ladeleitung und die Anbindung des ersten Kondensators an die Nennspannung zum Herstellen des geschlossenen Niederspannungsstromkreises muss dabei nicht jeweils gesondert vorgesehen sein.

Es entspricht bevorzugten Ausgestaltungen der Erfindung, wenn es sich bei der Kontaktstelle um ein Element aus der Menge manuell betätigbarer Taster, manuell betätigbarer Schalter oder Kontakte eines Relais handelt. All diese Einrichtungen sind geeignet, einen Stromkreis schaltbar zu trennen bzw. zu schließen und dadurch ein Schaltsignal zu erzeugen.

Gemäß vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung wird in der Auswerteeinheit ein dem Schaltzustand der Kontaktstelle oder einer Änderung des Schaltzustands entsprechendes Signal erzeugt und über einen Datenbus, wie einen EIB-Bus, an eine externe Einrichtung übermittelt. Hierzu werden insbesondere Signale von der Auswerteeinheit an die Koppeleinrichtung übermittelt, wobei die Koppeleinrichtung die Informationsübermittlung über den externen Datenbus abwickelt. Wird über die Sensoreinrichtung und die Auswerteeinheit eine Vielzahl von Kontaktstellen überwacht, so wird neben dem Schaltzustand auch übermittelt, um welchen der Kontakte des Sensors es sich handelt, so dass diese Information erhalten bleibt.

Im Übrigen ist die Erfindung nachfolgend anhand des in der einzigen Figur dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert, wobei in der Figur ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Sensoreinrichtung dargestellt ist.
Die einzige Figur zeigt eine Sensoreinrichtung 10, welche über einen Datenbus, welcher gleichzeitig die externe Spannungsversorgung 13 bildet, mit einer externen Versorgungs- spannung U_V, beispielsweise 30V Gleichspannung, versorgt wird. Mit der Sensoreinrichtung 10 wird ein Schaltzustand einer Kontaktstelle 32 überwacht, welcher durch Betätigen des Tasters T veränderbar ist.
In der Sensoreinrichtung 10 ist ein Niederspannungsstromkreis ausgebildet. Dieser Niederspannungsstromkreis führt über die Kontaktstelle 32. Der Niederspannungsstromkreis wird dabei mit der Nennspannung U_n einer Auswerteeinheit 34, beispielsweise 5V Gleichstrom, betrieben. Zum Erzeugen der Energieversorgung der Auswerteeinheit 34 und zum Bereitstellen der Nennspannung U_n des Niederspannungsstromkreises 30 ist in der Koppeleinrichtung 12 ein Niederspannungsausgang 31 vorgesehen, der diese Spannung bereitstellt. Die Koppeleinrichtung 12 dient neben dem Bereitstellen der Niederspannung U_n aus der externen Versorgungsspannung U_V, welche größer ist als die Niederspannung U_n, und dem Durchführen der Datenkommunikation über den Datenbus 14. Über den Datenbus 14 werden ermittelte Schaltstellungen des schaltbaren Kontaktes 11 an externe Einrichtungen wie eine Steuereinrichtung übermittelt, beispielsweise gezielt Funktionen und Zustände zu erfassen und zu steuern, beispielsweise in einem Gebäude festzustellen, in welchen Büroräumen Licht eingeschaltet ist oder nicht.
Vom Spannungsausgang 31 führt der Niederspannungsstromkreis 30 über einen Schutzwiderstand 40 und eine sperrende Diode 38 zu einem ersten Kondensator 35, welcher andererseits mit der Masse 42 verbunden ist. Zu dem ersten Kondensator 35 führt darüber hinaus die Ladeleitung 15, welche mit der Spannung der externen Spannungsversorgung 13 verbunden ist, wobei dabei in der Ladeleitung 15 ein Trennwiderstand 16 angeordnet ist. Der Trennwiderstand 16 ist sehr hochohmig und liegt beispielsweise im Bereich von 1MΩ. Der Schutzwiderstand 40 weist dabei beispielsweise einen Wert von 300Ω und dient der Definition des Ladestromes des ersten Kondensators 35, soweit dieser mit der Nennspannung U_n geladen wird. In den Nieder- spannungsstromkreis 30 ist dann extern der Sensoreinrichtung 10 die Kontaktstelle 32 eingeschleift.
Im Bereich der Sensoreinrichtung ist hinter der Kontaktstelle 32 ein zweiter Kondensator 36 angeordnet, dessen Kapazität um einen Faktor 10 geringer ist, als die Kapazität des ersten Kondensators 35. Die Kapazität des zweiten Kondensators beträgt beispielsweise 10nF. Auch der zweite Kondensator 36 ist zur Masse 42 hin geschaltet, parallel zum zweiten Kondensator ist der Pull-Down-Widerstand zur Masse 42 hin geschaltet, wobei der Pull-Down-Widerstand dem Begrenzen des Stroms im Niederspannungsstromkreis 30 auf Werte von um 1mA dient, soweit die Kontaktstelle 32 geschlossen ist. Hinter dem Pull-Down-Widerstand 39 ist der Filterwiderstand 41 in den Niederspannungsstromkreis 30 eingeschleift, welcher bis zum Signaleingang 33 der Auswerteeinheit 34 geführt ist. Hinter dem Filterwiderstand 41 ist noch die Zenerdiode 37 im Niederspannungsstromkreis 30 der Sensoreinrichtung 10 angeordnet, welche die Spannung, welche zum Signaleingang 33 gelangt, auf einen maximal zulässigen Wert begrenzt, welcher im Bereich der Nennspannung U_n der Auswerteeinheit 34 liegt. Der Pull-Down-Widerstand kann beispielsweise einen Wert von ca. 10kΩ aufweisen und somit mehr als das Dreißigfache des Schutzwiderstandes 40 betragen, während der Filterwiderstand beispielsweise 10kΩ betragen kann.
Die Funktion der Sensoreinrichtung ergibt sich wie folgt:
Der erste Kondensator 35 dient als niederohmige Spannungsquelle für die Energiespeicherung. Wenn der Taster T des schaltbaren Kontaktes 11 offen ist, wird der erste Kondensator 35 anfangs relativ schnell über den Schutzwiderstand 40 und die sperrende Diode 38 von der Versorgungsspannung der Auswerteeinheit 34, hier beispielsweise 5V Gleichspannung, aufgeladen. Nach Erreichen dieses Spannungsniveaus wird der erste Kondensator 35 von der externen Spannungsversorgung 13 über den hochohmigen Trennwiderstand 16, beispielsweise ein 1MΩ, weiter aufgeladen, bis der Wert der Versorgungsspannung U_V zwischen den Polen des Kondensators ausgebildet ist. Bei Überschreiten der Nennspannung U_n der Auswerteeinheit 34 sperrt die sperrende Diode 38 den Spannungsrückschlag hin auf die Versorgungsseite der Auswerteeinheit 34. Aufgrund der Hochohmigkeit des Trennwiderstandes 16 dauert dieser Weiterladeprozess des Kondensators bis zum Erreichen der externen Versorgungsspannung U_V relativ lange und liegt beispielsweise im Bereich von einer Sekunde.
Wird nun der Taster T betätigt, so wird die Kontaktstelle 32 geschlossen. Dabei entsteht durch die relativ hohe Ladungsspannung des ersten Kondensators 35 ein Stromstoß über die Kontaktstelle 32 hinweg zu dem zweiten Kondensator 36, der jetzt rapide aufgeladen wird. Um möglichst viel Energie über die Kontaktstelle 32 zum zweiten Kondensator 36 fließen zu lassen ist die Kapazität des ersten Kondensators 35 im Verhältnis zum zweiten Kondensator 36 so gewählt, dass sie wesentlich größer beispielsweise um einen Faktor 10 größer ist. Während und nach der Aufladung des zweiten Kondensators 36 liegt an dem Pull-Down-Widerstand 39 ein Spannungsabfall an, welcher über den Filterwiderstand 41 von der Auswerteinheit 34 an ihrem Signaleingang 33 erfasst werden kann.
Wird der Taster T weiterhin betätigt, so entsteht jetzt ein Dauerstromfluss geringer Größe über den Schutzwiderstand 40, die sperrende Diode 38, die Kontaktstelle 32 und den Pull-Down-Widerstand 39. Da der Pull-Down-Widerstand 39 wesentlich größer als der Schutzwiderstand 40 gewählt ist, wird der Stromfluss praktisch nur vom Pull-Down-Widerstand 39 bestimmt und liegt beispielsweise in der Größenordnung von 1mA.
Der Filterwiderstand 41 und die Zenerdiode 37 bilden einen Überspannungsschutz gegen die hohe Spannung am Pull-Down-Widerstand 39 im ersten Moment, während des Entladens des ersten Kondensators 35. Der Filterwiderstand 41 begrenzt den Strom über die Zenerdiode beim Aufladen des ersten Kondensa tors 35. Filterwiderstand 41 und erster Kondensator 35 bilden zugleich einen Schutz gegen elektromagnetische Störeinkopplungen.

Claims

Sensoreinrichtung (10) zum Erfassen der Schaltstellung einer Kontaktstelle (32) eines Niederspannungsstromkreises (30), wobei der Niederspannungsstromkreis (30) von einem Spannungsausgang (31) mit Nennspannung U_n einer Auswerteeinheit (34) über die Kontaktstelle (32) zum Signaleingang (33) der Auswerteeinheit (34) führt, in welcher aus dem Spannungssignal am Signaleingang (33) auf die Schaltstellung der Kontaktstelle (32) geschlossen wird, dadurch gekennzeichnet, – dass im Niederspannungsstromkreis (30) zwischen Spannungsausgang (31) und Kontaktstelle (32) ein erster Kondensator (35) zur Masse (42) hin geschaltet ist, – dass die Sensoreinrichtung (10) eine Koppeleinrichtung (12) aufweist, die mit einer externen Spannungsversorgung (13) verbunden ist, und – dass der erste Kondensator (35) spannungsseitig über eine Ladeleitung (15) mit der externen Spannungsversorgung (13) verbunden ist.
Sensoreinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen Kontaktstelle (32) und Signaleingang (33) ein zweiter zur Masse (42) geschalteter Kondensator (36) angeordnet ist.
Sensoreinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Kapazität des ersten Kondensators (35) ein mehrfaches der Kapazität des zweiten Kondensators (36) und insbesondere ungefähr das Zehnfache beträgt.
Sensoreinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die externe Spannungsversorgung (13) eine höhere Versorgungsspannung (U_V) als die Nennspannungen (U_n) der Auswerteeinheit (34) und die Koppeleinrichtung (12) wenigstens einen Spannungsausgang (31) für die Nennspannung (U_n) der Auswerteeinheit (34) aufweist.
Sensoreinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in der Ladeleitung (15) ein sehr hochohmiger Trennwiderstand (16) angeordnet ist, welcher vorzugsweise so gewählt ist, dass nach dem Trennwiderstand (16) die Spannung wenigstens auf das Niveau der Nennspannung (U_n) der Auswerteeinheit (34) absinkt, wenn die Kontaktstelle (32) geschlossen ist.
Sensoreinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen Nennspannungsausgang (31) und erstem Kondensator (35) eine von Ladeleitung (15) zu Nennspannungsausgang (31) hin sperrende Diode (38) vorgesehen ist.
Sensoreinrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass vor dem Signaleingang (33) der Auswerteeinheit (34) eine Zenerdiode (37) zur Masse (42) hin zum Begrenzen der Spannung am Signaleingang (33) geschaltet ist.
Sensoreinrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Zenerdiode (37) im Niederspannungsstromkreis ein Filterwiderstand (41) vorgeschaltet ist.
Sensoreinrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Stromfluss über die Kontaktstelle (32) auf einen niederen Wert, insbesondere in der Größenordnung von 1mA, begrenzt ist, wozu vorzugsweise ein Pull-Down-Widerstand (39) zur Masse (42) hin geschaltet ist, welcher gegebenenfalls insbesondere vor einem Filterwiderstand (41) angeschlossen ist.
Sensoreinrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Pull-down-Widerstand (39) wesentlich größer ist, vorzugsweise um wenigstens eine Größenordnung größer ist, als ein zwischen Nennspannungsausgang (31) und erstem Kondensator (35) angeordneter Schutzwiderstand (40).
Sensoreinrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an einen ersten Kondensator (35) eine Vielzahl von parallel zueinander geschalteten Kontaktstellen (32) angeordnet ist, wobei jede der Kontaktstellen (32) mit einem anderen Signaleingang (33) der Auswerteeinheit (34) verbunden ist.
Sensoreinrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei der Kontaktstelle (32) um ein Element aus der Menge der manuell betätigbaren Taster (T), der manuell betätigbaren Schalter oder Kontakte eines Relais handelt.
Sensoreinrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteeinheit (34) ein dem Schaltzustand der Kontaktstelle (32) entsprechendes Signal erzeugt und über einen Datenbus (14), wie einen EIB-Bus an wenigstens eine externe Einrichtung übermittelt.