DE102006025608B4

DE102006025608B4 - Vorrichtung zur Stromsignalübertragung

Info

Publication number: DE102006025608B4
Application number: DE200610025608
Authority: DE
Inventors: Markus Roth; Horst Seegis; Klaus Jüngling
Original assignee: Friedrich Luetze & Co KG GmbH
Current assignee: FRIEDRICH LUETZE GMBH, DE
Priority date: 2006-05-24
Filing date: 2006-05-24
Publication date: 2010-04-15
Anticipated expiration: 2026-05-25
Also published as: DE102006025608A1

Abstract

Vorrichtung (10) zur Stromsignalübertragung von einer mit einer Signalquelle (42) beschaltbaren Eingangsseite der Vorrichtung (10) zu einer mit einem Verbraucher (Ra, Rb, Rn) beschaltbaren Ausgangsseite der Vorrichtung (10), wobei die Vorrichtung (10) auf der Ausgangsseite eine Sensoreinrichtung mit einem Sensor (144) aufweist, mit dem eine elektrische Belastung der Vorrichtung (10) durch den Verbraucher (Ra, Rb, Rn) erfassbar ist, die Vorrichtung (10) weiterhin ein von der Sensoreinrichtung elektrisch steuerbares Schaltelement (T101) aufweist, das einen Eingangswiderstand als charakteristische elektrische Kenngröße der Eingangsseite der Vorrichtung (10) beeinflusst, wobei bei einem unzulässig hohen Widerstandswert des Verbrauchers (Ra, Rb, Rn) die Steuerung des Schaltelements (T101) einen niedrigen, für die Signalquelle (42) zulässigen Wert des Eingangswiderstandes bewirkt, und wobei die Vorrichtung (10) zur galvanisch getrennten Übertragung des Stromsignals von der Eingangsseite zur Ausgangsseite der Vorrichtung (10) einen Übertrager (L6) mit einer der Eingangsseite zugewandten Primärwicklung und einer der Ausgangsseite zugewandten Sekundärwicklung aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass auf...

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Stromsignalübertragung von einer mit einer Signalquelle beschaltbaren Eingangsseite der Vorrichtung zu einer mit einem Verbraucher beschaltbaren Ausgangsseite der Vorrichtung.
Aus der DE 34 22 252 A1 ist eine gattungsgemäße Vorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 bekannt. Bei der bekannten Vorrichtung weist die Eingangsseite der Vorrichtung einen mit einem Rechteckgenerator zu beschaltenden Zerhacker für ein von einer Signalquelle geliefertes Gleichstromsignal auf, das dadurch als Wechselstromsignal über einen Übertrager auf die Ausgangsseite der Vorrichtung übertragbar ist. Die bekannte Vorrichtung weist auf der Ausgangsseite außerdem einen selbstschwingenden Oszillator auf, der durch einen Widerstand bedämpft ist. Des Weiteren weist die Ausgangsseite der Vorrichtung ein elektrisch steuerbares Schaltelement in Form eines Schalttransistors auf. Überschreitet der Widerstand einen vorgebbaren Grenzwert, so schwingt der Oszillator und seine gleichgerichtete Oszillatorspannung steuert den Schalttransistor so, dass dieser den Ausgang der Vorrichtung niederohmig belastet.
Aus der DE 20 2004 012 817 U1 ist eine Vorrichtung zur hilfsenergiefreien Übertragung von Stromsignalen bekannt, die auf der Eingangsseite eine Überwachungsschaltung für die Eingangsspannung aufweist. Außerdem weist diese Vorrichtung eingangsseitig eine Wandlerschaltung zur Wandlung des von der Signalquelle gelieferten Gleichstromsignals in ein Wechselsignal auf, welches über einen anschließenden Übertrager und eine ausgangsseitige Gleichrichterschaltung einem Bürdenwiderstand zuführbar ist. Bei einer Erhöhung des Bürdenwiderstandes oder einer Unterbrechung der Zuleitung überträgt sich diese Widerstandserhöhung auf den Eingangskreis und die Spannung an den Eingangsklemmen steigt an. Übersteigt die Klemmenspannung aufgrund dessen einen festgelegten Wert, so schaltet die Überwachungsschaltung einen mit seiner Emitter-Kollektor-Strecke parallel zu den Eingangsklemmen liegenden Schalttransistor durch.
Die EP 0 877 469 A2 zeigt eine Schaltungsanordnung für einen Gleichspannungswandler mit einem Übertrager, dessen Primärwicklung der Eingangsseite zugewandt ist und in Reihe mit einem getakteten Schalttransistor zur Erzeugung einer Wechselspannung liegt. Auf der Sekundärwicklung des Übertragers erfolgt eine Gleichrichtung mit Hilfe einer Sendediode, die ihrerseits auf einen lichtgesteuerten Empfangstransistor einwirkt, der in Serie zwischen einem Takteingang für den Taktgeber und dem Schalttransistor liegt, sodass dergestalt eine lichtgesteuerte Rückkopplung von der Sekundärseite des Übertragers zu dessen Primärseite erfolgt.
Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur Stromsignalübertragung bereitzustellen, welche die Nachteile des Standes der Technik überwindet. In einer Ausführungsart soll unter Beibehaltung der an die Präzision derartiger Vorrichtungen gestellten Anforderungen eine Überlastung der die Vorrichtung speisenden Signalquelle durch einen an die Ausgangsseite der Vorrichtung angeschalteten Verbraucher zuverlässig und mit geringem Bauteileaufwand wirksam verhindert und eine kompakte Bauweise ermöglicht werden.
Diese Aufgabe ist durch eine im Anspruch 1 bestimmte Vorrichtung gelöst. Besondere Ausführungsarten der Erfindung sind in den Unteransprüchen bestimmt.
Im Gegensatz zum Stand der Technik sind gemäß der vorliegenden Erfindung Sensor und Schaltelement nicht auf derselben Seite angeordnet, Eingangs- oder Ausgangsseite, sondern auf unterschiedlichen Seiten der Vorrichtung. Das Schaltelement ist unmittelbar auf der Seite der Vorrichtung angeordnet, auf welcher der Effekt durch das Schaltelement erreicht werden soll, nämlich auf der Eingangsseite. Dadurch ist gewährleistet, dass das Schaltelement auch bei Ausfall der Ausgangsseite der Vorrichtung noch wirksam ist. Der Sensor dagegen ist unmittelbar auf der Seite der Vorrichtung angeordnet, auf welcher eine Überwachung stattfindet, nämlich auf der Ausgangsseite. Durch diese Anordnung muss weder die Überwachung noch die Schaltfunktion mittels eines Übertragers von der einen Seite, auf welcher das jeweilige Element angeordnet ist, auf die andere Seite, auf welcher die zugehörige Funktion bereitzustellen ist, übertragen werden.
Besonders vorteilhaft ist dabei, dass Sensor und Schaltelement galvanisch getrennt sind. Durch diese galvanische Trennung wird ein Ladungsträgeraustausch zwischen der Eingangs- und Ausgangsseite der Vorrichtung verhindert, obgleich die Vorrichtung Sensor und Schaltelement auf unterschiedlichen Seiten aufweist. Ein- und Ausgangsseite sind somit wirksam voneinander entkoppelt und können beispielsweise jeweils auf unterschiedlichen Bezugspotentialen liegen. Damit sind Ausführungsbeispiele möglich, bei denen Eingangs- und Ausgangsseite der Vorrichtung auf unterschiedlichen Potentialen liegen, beispielsweise bei denen die Eingangsseite auf Hochspannungspotential liegt und die Ausgangsseite auf Niederspannungspotential liegt. Vorrichtungen zur hilfsenergiefreien Signalübertragung mit einer galvanischen Trennung von Eingangssignalen und Ausgangssignalen vermeiden eine Verfälschung der zu übertragenden Signale durch Störungen, Überlagerungen und Rückkopplungen. Außerdem kann dadurch eine nachgeschaltete Auswerteelektronik wirkungsvoll vor Störungen geschützt werden.
Die auf der Ausgangsseite einer solchen Vorrichtung entsprechend dem angeschlossenen Bürdenwiderstand oder Verbraucher auftretende Last kann durch den Eingangswiderstand einer nachfolgenden Steuerung, einer Anzeigeeinrichtung oder einer anderen Einheit, die das Ausgangssignal der Vorrichtung weiterverarbeitet, gebildet sein. Auch die Anschlussleitungen zwischen Vorrichtung und dem Bürdenwiderstände bzw. Verbraucher sind hier als Teil des Verbrauchers zu betrachten.
Im Gegensatz zur aktiven Trennung wird für die passive Trennung keine Hilfsenergie benötigt, insbesondere keine zusätzliche Versorgungsspannung. Die Energie, die für die galvanische Trennung und die Signalübertragung erforderlich ist, wird aus einer Signalquelle, die auf der Eingangsseite der Vorrichtung angeschaltet ist, bezogen. Dazu wird im Ausführungsbeispiel einer hilfsenergiefreien Stromübertragung ein am Eingang der Vorrichtung entstehender geringer Spannungsabfall genutzt. Die Eingangssignalquelle wird somit mit diesem Spannungsabfall belastet. Bei dieser Trennungsart können beispielsweise Erdschleifen aufgetrennt und Signale gefiltert werden. Das Eingangssignal ist hierbei ein Stromsignal. Das Ausgangssignal ist ebenfalls ein Stromsignal. Die zwischen der Eingangsseite der Vorrichtung und der Ausgangsseite der Vorrichtung bestehende galvanische Trennung stellt sicher, dass keine leitende Verbindung zwischen den elektrischen Elementen der Eingangsseite und der Ausgangsseite der Vorrichtung besteht.
Passive Schnittstellenwandler zur Stromübertragung übertragen Stromsignale vom Eingang auf den Ausgang, ohne hierfür eine Hilfsenergie in Anspruch zu nehmen. Die galvanische Trennung kann durch einen Übertrager realisiert werden. Dabei wird die Belastung am Ausgang, die als Bürde bezeichnet werden kann, auf den Eingang abgebildet. Die Ausgangsbürde muss einschließlich des Eigenbedarfs des Wandlers vom Eingang betrieben werden. Wird der Ausgangsstromkreis im Fehlerfall unterbrochen, der Bürdenwiderstand also unendlich groß, so wird auch dieser Widerstand am Eingang wirksam und der Signalstrom im Eingangskreis kann nicht mehr durch die Signalquelle aufrechterhalten werden. Hierdurch fällt nicht nur das Ausgangssignal des betreffenden Wandlers aus, sondern es verlieren auch alle in den Eingangskreis eingeschleiften Komponenten, beispielsweise weitere Wandler, ihr Einganssignal. Bei der Reihenschaltung mehrerer Wandler, hat dies zur Folge, dass die Ausgangskreise aller Wandler ausfallen.
In einer Ausführungsart der Erfindung erzeugt die Sensoreinrichtung infolge des Ausgangssignals des Sensors ein Steuersignal für das Schaltelement. Die Generierung dieses Steuersignals erfolgt derart, dass dieses Steuersignal bereits galvanisch getrennt von dem Sensor ist. In einer Ausführungsart weist die Sensoreinrichtung hierfür ein weiteres Element auf, welches das Steuersignal generiert. Im einfachsten Fall handelt es sich dabei um ein Schaltelement, welches infolge des Ausgangssignals des Sensors ein an die Sensoreinrichtung angelegtes Signal durchschaltet, das von dem Sensor galvanisch getrennt ist.
In einer Ausführungsart der Erfindung wandelt der Sensor die elektrische Belastung der Vorrichtung durch den Verbraucher in ein Signal, das bereits galvanisch getrennt von dem Sensor ist. In einer Ausführungsart wandelt der Sensor das die elektrische Belastung der Vorrichtung repräsentierende Signal in ein nicht-elektrisches Signal um, das allein aufgrund seiner nicht-elektrischen Natur galvanisch getrennt von dem Verbraucher ist.
In einer Ausführungsart der Erfindung ist der Sensor eine Leuchtdiode. Damit ist mit einem sehr zuverlässigen und langlebigen Bauelement bei geringer Leistungsaufnahme die galvanische Trennung möglich. Es sind mit geringen Kosten und geringer Baugröße sehr kurze Schaltzeiten realisierbar. Elektrische und sonstige Störeinflüsse können leicht abgeschirmt werden.
In einer Ausführungsart der Erfindung weist die Sensoreinrichtung einen Optokoppler auf. Dadurch lässt sich mit geringer Baugröße und hoher Zuverlässigkeit eine galvanische Trennung mit hoher Spannungsfestigkeit zwischen Sensor und Schaltelement realisieren. Der Optokoppler steuert mit seiner Ausgangsseite vorzugsweise ohne weiteres elektrisches Verstärkerelement das Schaltelement an. Alternativ zu der optischen Kopplung kann die galvanische Trennung auch durch eine mechanische, elektromechanische, magnetische oder sonstige Kopplung bereitgestellt werden.
In einer Ausführungsart ist das Schaltelement ein Transistor, insbesondere ein Feldeffekttransistor. Dadurch lassen sich zuverlässig geringe Widerstände im durchgeschalteten Zustand realisieren. Das Schaltelement kann allerdings auch durch ein elektronisches Relais oder Halbleiterrelais, einen bipolaren Transistor oder weitere elektronische Schaltelemente gebildet sein, deren Widerstand zwischen zwei Ausgangsanschlüssen durch eine Ansteuerung an einem Steuereingang des Schaltelementes beeinflussbar ist. Es können auch mehrere Schaltelemente vorgesehen sein, insbesondere zueinander parallelgeschaltet sein, um im Falle eines Ausfalls eines Elements dennoch die Funktion der Schaltung zu gewährleisten.
In einer Ausführungsart der Erfindung ist auf der Eingangsseite und/oder der Ausgangsseite mindestens ein Bauelement zur Begrenzung der an der jeweiligen Seite auftretenden elektrischen Spannung angeordnet. Dadurch lässt sich ein Schutz der Vorrichtung vor Überspannungen realisieren. Beispiele für derartige Bauelemente sind Suppressordioden, Varistoren, anti-seriell geschaltete Zenerdioden. Es können auch mehrere solcher Bauelemente gleichen oder auch unterschiedlichen Typs in Reihe oder parallel geschaltet sein. Bevorzugt weist die Vorrichtung auf der Eingangsseite und der Ausgangsseite identische Bauelemente zur Spannungsbegrenzung auf.
In einer Ausführungsart der Erfindung ist die Vorrichtung in einem anreihbaren Gehäuse angeordnet. Dadurch lässt sich eine Vielzahl erfindungsgemäßer Vorrichtungen in platzsparender Weise neben- und/oder untereinander anordnen. Die Anschlussklemmen können als schraubenlose Federklemmen ausgebildet sein. In einer Ausführungsart sind die Anschlussklemmen derart an dem Gehäuse angeordnet, dass die anzuschließenden Leitungen von einer gemeinsamen Seite zugeführt werden können, insbesondere sind die Anschlussklemmen von einer gemeinsamen Seite aus betätigbar. Dadurch ist die Montage und Verdrahtung weiter vereinfacht.
In einer Ausführungsart der Erfindung sind mindestens zwei Vorrichtungen in einem gemeinsamen Gehäuse angeordnet. Dadurch ist über die mögliche Neben- und Untereinanderanordnung mehrerer Gehäuse hinaus jedes einzelne Gehäuse mehrfach nutzbar. Es ergibt sich ein kostengünstigerer und platzsparender Aufbau einer Anordnung mit einer Vielzahl erfindungsgemäßer Vorrichtungen.
In einer Ausführungsart der Erfindung bildet das Gehäuse der Vorrichtung vorzugsweise einstückig auf mindestens einer Außenseite eine mindestens einen Hinterschnitt aufweisende Öffnung aus, mittels welcher das Gehäuse in der Art einer Reihenklemme auf einer Tragschiene festlegbar ist, beispielsweise auf einer C-förmigen Schiene oder auf einer Hut-förmigen Schiene. Eine Festlegung der Vorrichtung an der Tragschiene ist beispielsweise durch Einrasten und/oder Festschrauben möglich ist.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung, in der unter Bezugnahme auf die Zeichnungen mehrere Ausführungsbeispiele im Einzelnen beschrieben sind. Dabei können die in den Ansprüchen und in der Beschreibung erwähnten Merkmale jeweils einzeln für sich oder in beliebiger Kombination erfindungswesentlich sein.
1 zeigt ein Blockschaltbild für eine Vorrichtung zur Signalübertragung,
2 zeigt eine Anordnung mehrerer Vorrichtungen zur Signalübertragung,
3 zeigt das Schaltbild eines weiteren Ausführungsbeispiels der Erfindung,
4 zeigt ein detaillierteres Schaltbild des weiteren Ausführungsbeispiels der 3.
Das in der 1 dargestellte Blockschaltbild für eine Vorrichtung 10 zur Signalübertragung weist auf der Eingangsseite ein Eingangssignal 14 sowie auf der Ausgangsseite ein Ausgangssignal 16 auf. Die Vorrichtung 10 überträgt das Eingangssignal 14, beispielsweise ein genormtes Stromsignal im Bereich von 0 bis 20 mA oder von 4 bis 20 mA, zu einem Ausgangssignal von 0 bis 20 mA bzw. 4 bis 20 mA. Durch die Doppellinie 12, welche die Vorrichtung 10 diagonal in zwei Hälften spaltet, wird die von der Vorrichtung 10 bereitgestellte galvanische Trennung zwischen Eingangssignal 14 und Ausgangssignal 16 symbolisiert. Die Signalübertragung erfolgt mit möglichst geringen Verlusten. Die Isolationsfestigkeit beträgt typisch 1,5 kV.
Durch die galvanische Trennung wird ein Ladungsträgeraustausch zwischen Eingangs- und Ausgangsseite verhindert. Eingangs- und Ausgangsseite sind somit wirksam entkoppelt und können beispielsweise jeweils auf unterschiedlichen Bezugspotentialen liegen. Dadurch sind Ausführungsarten der Erfindung möglich, bei denen beispielsweise die Eingangsseite der Vorrichtung 10 auf einem Hochspannungspotential liegt und die Ausgangsseite auf einem Niederspannungspotential. Auf diese Weise können auch sogenannte Erdschleifen wirksam entkoppelt oder vermieden werden.
Die in 2 dargestellte Anordnung mehrerer Vorrichtungen 10 zur Signalübertragung mit eingangsseitiger Reihenschaltung zeigt beispielhaft drei Vorrichtungen 10 mit je zwei Eingangsklemmen 18, 20; 22, 24; 26, 28 und mit je zwei Ausgangsklemmen 30, 32; 34, 36; 38, 40. Das Eingangssignal 14 ist ein von der Signalquelle 42 bereitgestelltes Gleichstromsignal. Im regulären Betriebsfall fließt der Gleichstrom über die Eingangsklemme 26 in die erste, in der Darstellung der 2 oberste Vorrichtung 10 hinein und über die Eingangsklemme 28 aus der ersten Vorrichtung 10 heraus und über die Eingangsklemme 22 in die darauffolgende Vorrichtung 10 hinein usw. Dadurch ergibt sich in der 2 auf der linken Seite der Anordnung der Vorrichtungen 10 ein über die Eingangsklemmen 18, 20; 22, 24; 26, 28 der Vorrichtungen 10 geschlossener Stromkreis, der das Eingangssignal 14 führt.
Auf der jeweiligen Ausgangsseite der Vorrichtungen 10 fließt ein dem jeweiligen Ausgangssignal 16a, 16b, 16n entsprechender Ausgangsstrom. Die Ausgangsströme fließen jeweils über auf der Ausgangsseite angeschlossene Verbraucher, die im dargestellten Ausführungsbeispiel durch Bürdenwiderstände Ra, Rb bzw. Rn repräsentiert sind. Der Bürdenwiderstand Ra, Rb bzw. Rn kann beispielsweise durch den Eingangswiderstand einer nachfolgenden Steuereinrichtung, Anzeigeeinrichtung oder einer anderen Einrichtung gebildet sein, die das jeweilige Ausgangssignal 16a, 16b sowie 16n signalisiert und/oder weiterverarbeitet. Auch die Anschlussleitungen zwischen der Vorrichtung 10 und den Bürdenwiderständen Ra, Rb, Rn sind hier als Teil des angeschlossenen Verbrauchers zu betrachten. Das dargestellte Ausführungsbeispiel zeigt lediglich beispielhaft eine Anordnung von drei erfindungsgemäßen Vorrichtungen 10. In entsprechender Weise können auch Anordnungen mit nur einer oder zwei Vorrichtungen 10 realisiert werden, oder Anordnungen mit einer Vielzahl von eingangsseitig in Reihe geschalteter Vorrichtungen 10.
Tritt beispielsweise in einer der Zuleitungen zur Bürde Ra der in der 2 untersten Vorrichtung 10 ein Kabelbruch auf, sieht die Vorrichtung 10 einen unendlich großen Abschlusswiderstand, insbesondere erscheint der Vorrichtung 10 der Widerstandswert der Bürde Ra unzulässig hoch. Diese Änderung des Abschlusswiderstandes wirkt auf den Eingang der Vorrichtung 10 zurück, indem auch am Eingang ein unendlich großer oder jedenfalls zu großer Widerstand auftritt und zu einer Überlastung der eingangsseitigen Signalquelle 42 führt, die den Eingangs- oder Signalstrom infolge des zu hohen Eingangswiderstandes nicht mehr treiben kann. Dadurch kommt es zu einer Unterbrechung des Stromflusses zwischen den Eingangsklemmen 18 und 20 der in 2 dargestellten untersten Vorrichtung. Infolgedessen ist der Stromkreis auf der Eingangsseite der Vorrichtungen 10 unterbrochen, und dementsprechend geht auch der Ausgangsstrom der weiteren Vorrichtungen 10 auf Null. Dadurch wäre die gesamte Anordnung von Vorrichtungen 10 gemäß der 2 nicht mehr bestimmungsgemäß funktionsfähig. Die erfindungsgemäße Anordnung des Schaltelements auf der Eingangsseite der Vorrichtung 10 verhindert dies aber, indem die ausgangsseitige Unterbrechung durch den Sensor erkannt wird und daraufhin die Eingangsklemmen 18 und 22 kurzgeschlossen werden.
Die 3 zeigt das Schaltbild eines weiteren Ausführungsbeispiels der Erfindung. Die Vorrichtung 110 weist die Eingangsklemmen 118a und 120a sowie die Ausgangsklemmen 130a, 132 auf. Hierbei sind die Eingangsklemmen 118a und 120a der Vorrichtung 110 jeweils mit Klemmen 118 und 120 einer zur Vorrichtung 110 zugehörenden Trenneinrichtung 100 verbunden. Die Klemme 130 der Trenneinrichtung 100 ist über den Eingang eines Optokopplers CP101 mit dem Ausgang 130a der Vorrichtung 110 verbunden. Ein aus der Klemme 130 herausfließender Strom fließt dabei über den Sensor 144 der Vorrichtung 110, der im dargestellten Ausführungsbeispiel durch eine Leuchtdiode des Optokopplers CP101 gebildet ist, die daraufhin Licht aussendet und damit einen mit seinem Kollektor und Emitteranschluss zwischen den Ausgangsklemmen des Optokopplers CP101 befindlichen Fototransistor an dessen Basis ansteuert.
Hierdurch wird der zwischen Kollektor und Emitter des Fototransistors auftretende Widerstand gegenüber demjenigen Widerstand, der dort für eine nicht leuchtende Leuchtdiode auftritt, sehr stark reduziert. Ein Feldeffekttransistor, der im dargestellten Ausführungsbeispiel das Schaltelement T101 der Vorrichtung 110 bildet, ist mit seinem Source-Anschluss an der Eingangsklemme 118a und mit seinem Drain-Anschluss über eine Zehnerdiode D107 an der Eingangsklemme 120a der Vorrichtung 110 angeschlossen. Die Gate-Source-Spannung des Feldeffekttransistors T101 ist aufgrund des niederohmigen Ausgangswiderstandes des Fototransistors des Optokopplers CP101 in diesem Fall ungefähr 0 V. Dies führt beim Feldeffekttransistor T101, bei dem es sich im dargestellten Ausführungsbeispiel um einen P-Kanal-Anreicherungstyp handelt, zu einem sehr hohen Widerstand zwischen Source- und Drain-Anschluss. Der in der 3 dargestellte Widerstand R101 sowie die Zehnerdiode D107 dienen der Arbeitspunkteinstellung des Feldeffekttransistors T101. Die vorstehende Zustandsbeschreibung betrifft den Fall, in dem ein (in der 3 nicht dargestellter) Bürdewiderstand mit einem für die Funktion der Vorrichtung 110 zulässigen Wert zwischen den Ausgangsklemmen 130a und 132 der erfindungsgemäßen Vorrichtung 110 angeschlossen ist.
Sollte ein Kabelbruch oder eine unzulässige Erhöhung des Wertes des angeschlossenen Bürdenwiderstandes auftreten, so nimmt dadurch der Strom, der die Leuchtdiode am Eingang des Optokopplers CP101 durchfließt, sehr stark ab oder verschwindet vollständig. Daraufhin geht der Fototransistor des Optokopplers CP101 in den sperrenden Betrieb über. Die Gate-Elektrode des Feldeffekttransistors T101 nimmt aufgrund des Spannungsteilers zwischen der Kollektor-Emitter-Strecke des Fototransistors und dem Widerstand R101 ein Potential an, das dem Potential an der Klemme 120a nahezu entspricht, während die Source-Elektrode des Feldeffekttransistors T101 das Potential der Eingangsklemme 118a aufweist. Da für üblicherweise verwendete Signalquellen, die das Eingangssignal an den Klemmen 118a, 120a der Vorrichtung 110 bereitstellen, das Potential an der Klemme 118a positiv gegenüber dem Potential an der Klemme 120a ist, weist die Gate-Source-Spannung des Feldeffekttransistors T101 einen negativen Wert auf, der bei dem oben genannten P-Kanal-Anreicherungstyp für den Feldeffekttransistor T101 zu einem leitenden Betrieb des Feldeffekttransistors T101 und damit zu einem geringen Widerstand zwischen der Source- und Drain-Elektrode des Feldeffekttransistors T101 führt. Hierdurch wird zwischen den Klemmen 118a und 120a der erfindungsgemäßen Vorrichtung 110 ein Eingangswiderstand der Vorrichtung 110 erreicht, der auch für den Fall eines Kabelbruchs zu einer zulässigen Last für die Signalquelle führt.
Sind mehrere Vorrichtungen 110 wie in der 2 dargestellt angeordnet, so führt eine Unterbrechung eines der Ausgangsstromkreise, beispielsweise durch den genannten Kabelbruch, nicht zu einer Unterbrechung des eingangsseitigen Stromkreises, so dass fehlerfrei beschaltete Vorrichtungen 110 der Anordnung weiterhin funktionsgerecht arbeiten können.
4 zeigt ein detaillierteres Schaltbild des weiteren Ausführungsbeispiels der 3. Dementsprechend gelten die in der 3 zu den Bauelementen CP101, D107, R101 und T101 und deren Funktion gemachten Ausführungen in gleicher Weise für die in 4 dargestellten Bauelemente CP201, D207, R201 und T201. Die erfindungsgemäße Vorrichtung 210 weist die Eingangsklemme 218a, 220a sowie die Ausgangsklemme 230a und 232 auf. Die (nicht dargestellte) Eingangssignalquelle speist in die Eingangsklemme 218a einen Strom ein, der über eine Spule L1 einen Oszillator versorgt, der aus den Transistoren T1, T2, einem Übertrager L3, Kondensatoren C4, C5, C6 und einer Doppeldiode D1 sowie Widerständen R1 und R2 besteht. Über eine Spule L2 fließt dieser Strom zur Eingangsklemme 220a ab.
In einer Ausführungsart der Erfindung arbeitet der Oszillator bei einer Frequenz von ungefähr 100 kHz. Der Übertrager L3 weist eine erste Wicklung auf, die zwischen den miteinander verbundenen Emitteranschlüssen der Transistoren T1, T2 und den miteinander verbundenen Anschlüssen der Kondensatoren C5, C6 geschaltet ist. Eine zweite Wicklung des Übertragers L3 ist mit einem Wicklungsende mit den miteinander verbundenen Emitteranschlüssen der Transistoren T1, T2 verbunden und mit dem anderen Wicklungsende mit der Klemme PR1+ verbunden. Eine Klemme PR1– ist an den miteinander verbundenen Anschlüssen der Kondensatoren C2, C3 angeschlossen. Die genannten Anschlussklemmen PR1+ und PR1– sind mit einem in der unteren Hälfte des Schaltplanes eingezeichneten weiteren Übertrager L6 verbunden, insbesondere jeweils mit den dort ebenfalls mit PR1– sowie PR1+ gekennzeichneten Klemmen verbunden.
Während der Übertrager L3 beispielsweise unter Verwendung eines so genannten Garnrollenkerns ausgeführt werden kann, eignet sich für den Übertrager L6 beispielsweise ein Ringkernübertrager. Ringkerne haben den Vorteil eines sehr geringen Streufeldes und sehr geringer Verluste. Das auf eine erste Wicklung des Übertragers L6 geführte Wechselstromsignal des Oszillators wird auf eine zweite Wicklung des Übertragers L6 übertragen. Über die an die zweite Wicklung angeschlossenen Dioden D2 und D3 erfolgt beispielhaft eine Zweiweggleichrichtung, die mit Hilfe der Kondensatoren C7 und C8 sowie den Induktivitäten L4 und L5 zu einem geglätteten, d. h. mit einem nur geringen Wechselstromanteil versehenen, Gleichstromsignal führt. Anstelle des Zweiweggleichrichters sind auch andere Arten von Gleichrichtern, wie Vollbrücken- oder Einweggleichrichter einsetzbar.
Über die Klemme 230 der Spule L4 wird das so erzeugte Gleichstromsignal der Leuchtdiode eines Optokopplers CP201 zugeführt, die den Sensor 244 der Vorrichtung 210 bildet. Zusammen mit dem Fototransistor innerhalb des Optokopplers CP201 und einem Feldeffekttransistor, der das Schaltelement T201 der Vorrichtung bildet, sowie der Beschaltung mit einem Widerstand R201 sowie einer Zenerdiode D207, wurde die Funktion dieses Schaltungsteils bereits in 3 bezüglich der ähnlichen Elemente (CP101, D107, R101 und T101, siehe oben) beschrieben.
Die Kondensatoren C1 und C19 am Eingang der Vorrichtung 210 sowie ein Kondensator C9, der zwischen der Klemme 230 und der Ausgangsklemme 232 angeschlossen ist, dienen der Dämpfung möglicher Wechselstromanteile und/oder können auch in die Schaltung einstreuende Wechselstromanteile oder Spannungsspitzen dämpfen, so dass die Vorrichtung 210 möglichst gering in ihrer ordnungsgemäßen Funktion beeinträchtigt ist.
Sowohl zwischen den Eingangsklemmen 218a und 220a der Vorrichtung 210 als auch zwischen den Ausgangsklemmen 230a und 232 befindet sich jeweils ein Bauelement zur Unterdrückung auftretenden Überspannungen. Im dargestellten Ausführungsbeispiel sind diese Bauelemente durch jeweils eine Suppressordiode DS1, DS2 gebildet.
Des Weiteren befindet sich zwischen der Klemme 230a sowie 230 am Ausgang der Vorrichtung 210 die Diode D8, welche Spannungsspitzen, die beispielsweise beim An- oder Abschalten eines mit einem induktiven Anteil versehenen Verbrauchers an die Klemmen 230a bzw. 232 auftreten können, wirksam über den Kondensator C9 abzuleiten.

Claims

Vorrichtung (10) zur Stromsignalübertragung von einer mit einer Signalquelle (42) beschaltbaren Eingangsseite der Vorrichtung (10) zu einer mit einem Verbraucher (Ra, Rb, Rn) beschaltbaren Ausgangsseite der Vorrichtung (10), wobei die Vorrichtung (10) auf der Ausgangsseite eine Sensoreinrichtung mit einem Sensor (144) aufweist, mit dem eine elektrische Belastung der Vorrichtung (10) durch den Verbraucher (Ra, Rb, Rn) erfassbar ist, die Vorrichtung (10) weiterhin ein von der Sensoreinrichtung elektrisch steuerbares Schaltelement (T101) aufweist, das einen Eingangswiderstand als charakteristische elektrische Kenngröße der Eingangsseite der Vorrichtung (10) beeinflusst, wobei bei einem unzulässig hohen Widerstandswert des Verbrauchers (Ra, Rb, Rn) die Steuerung des Schaltelements (T101) einen niedrigen, für die Signalquelle (42) zulässigen Wert des Eingangswiderstandes bewirkt, und wobei die Vorrichtung (10) zur galvanisch getrennten Übertragung des Stromsignals von der Eingangsseite zur Ausgangsseite der Vorrichtung (10) einen Übertrager (L6) mit einer der Eingangsseite zugewandten Primärwicklung und einer der Ausgangsseite zugewandten Sekundärwicklung aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass auf der Eingangsseite ein von dem zu übertragenen Stromsignal hilfsenergiefrei versorgter Oszillator angeordnet ist, dass das Schaltelement (T101) auf der Eingangsseite der Vorrichtung (10) angeordnet ist, und dass der Sensor (144) galvanisch getrennt von dem Schaltelement (T101) ist.
Vorrichtung (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoreinrichtung ein Steuersignal für das Schaltelement (T101) erzeugt und dass das Steuersignal galvanisch getrennt von dem Sensor (144) ist.
Vorrichtung (10) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor (144) die elektrische Belastung der Vorrichtung (10) durch den Verbraucher (Ra, Rb, Rn) in ein Signal wandelt, das galvanisch getrennt von dem Sensor (144) ist.
Vorrichtung (10) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor (144) zur Erfassung der elektrischen Belastung der Vorrichtung (10) durch den Verbraucher (Ra, Rb, Rn) eine Leuchtdiode ist.
Vorrichtung (10) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoreinrichtung einen Optokoppler (CP101) aufweist.
Vorrichtung (10) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Schaltelement (T101) ein von der Sensoreinrichtung ansteuerbarer Feldeffekttransistor ist.
Vorrichtung (10) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass auf der Eingangsseite und/oder der Ausgangsseite mindestens ein Bauelement zur Begrenzung der auf der jeweiligen Seite auftretenden elektrischen Spannung angeordnet ist.
Vorrichtung (10) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (10) in einem anreihbaren Gehäuse angeordnet ist.
Vorrichtung (10) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Gehäuse der Vorrichtung (10) auf mindestens einer Außenseite eine mindestens einen Hinterschnitt aufweisende Öffnung ausbildet, mittels welcher das Gehäuse auf einer Tragschiene festlegbar ist.