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Die
Erfindung betrifft eine Überwachungsvorrichtung
für eine
Stromleitung gemäß Anspruch
1.
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Bei
Geräten
mit hohen und berührgefährlichen
(elektrischen) Spannungen ist es üblich, das Gerät zwangsweise
abzuschalten, wenn Sicherheitsabdeckungen entfernt oder Gehäuse geöffnet werden.
Dies kann mithilfe einer Sicherheitseinrichtung erfolgen, die üblicherweise
einen Stromkreis, eine Spannungsquelle und Schalter oder Öffner aufweist. Die
Spannungsquelle legt hierbei eine Spannung an den Stromkreis an,
und die Schalter oder Öffner
unterbrechen den Stromkreis, sobald eine Abdeckung entfernt wird,
so dass kein Strom mehr über
den Stromkreis fließen
kann. Das Unterbrechen des Stromkreises kann dann ausgewertet und
zu einem Abschalten der gefährlichen
Spannungen verwendet werden. Es ist jedoch nicht immer sichergestellt,
dass eine (unerwünschte)
Unterbrechung oder ein Kurzschluss in dem Stromkreis erkannt wird.
Insbesondere kann ein Kurzschluss des Sicherheitskreises verhindern,
dass das Entfernen einer Abdeckung sicher erkannt wird.
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An
einem Sicherheitskreis sind zudem häufig mehrere Komponenten oder
Steuergeräte
beteiligt. Oft ist es nötig,
allen Komponenten einen Fehler zu melden. Dazu ist es erforderlich,
eine weitere Kommunikationsleitung zu verwenden. Auch wenn eine solche
weitere Kommunikationsleitung oftmals schon vorhanden ist, so erfordert
eine Einbindung dieser weiteren Kommunikationsleitung in die Sicherheitseinrichtung
einen erhöhten
Schaltungsaufwand.
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Aufgabe
der vorliegenden Erfindung ist es daher eine Überwachungsvorrichtung für eine Stromleitung
vorzuschlagen, die eine sichere Fehlererkennung der Stromleitung
erlaubt.
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Diese
Aufgabe wird durch eine Überwachungsvorrichtung
für eine
Stromleitung gemäß Anspruch
1 gelöst.
Bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.
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Ein
wesentlicher Gedanke der Erfindung besteht zunächst darin, mittels einer Stromquelle
einen Strom in eine Stromleitung einer Sicherheitseinrichtung einzuspeisen.
Ein weiterer wesentlicher Gedanke der Erfindung besteht darin, für die Sicherheitseinrichtung
eine Überwachungsschaltung
vorzusehen, die einen Schleifenstrom in einem Sicherheitskreis in einer
externen Komponente überwachen
und selbstständig
einen Fehler erkennen kann. Der Vorteil gegenüber bisherigen Lösungen liegt
darin, dass die Überwachungsschaltung
eine sicherere Fehlererkennung in der Stromleitung und einen Wegfall,
also eine Einsparung einer bisher erforderlichen Kommunikationsleitung
für die
Meldung eines Fehlers ermöglicht.
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Die
Erfindung betrifft nun gemäß einer
Ausführungsform
eine Überwachungsvorrichtung
für eine
Stromleitung mit einem ersten Leitungsabschnitt und einem zweiten
Leitungsabschnitt, wobei der erste und der zweite Leitungsabschnitt
in Serie geschaltet sind, umfassend
- – eine Messeinrichtung,
die ausgebildet ist, um abhängig
von einem durch den ersten Leitungsabschnitt fließenden Strom
ein erstes Messsignal und abhängig
von einer an dem zweiten Leitungsabschnitt abfallenden Spannung
ein zweites Messsignal bereitzustellen,
- – eine
Auswerteeinrichtung, die ausgebildet ist, um abhängig von dem ersten und dem
zweiten Messsignal ein Überwachungssignal
bereitzustellen, wobei mit dem Überwachungssignal
mittels einem ersten Überwachungswert
anzeigbar ist, dass die Stromleitung fehlerfrei ist und mittels
einem zweiten Überwachungswert
anzeigbar ist, dass die Stromleitung fehlerhaft ist.
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Die
Stromleitung kann Teil eines Sicherheitskreises sein. Der Sicherheitskreis
kann über
eine Stromquelle gespeist werden. In dem Sicherheitskreis können sich
mehrere Widerstände
befinden. Die Überwachungsvorrichtung
kann in einem externen Steuergerät
angeordnet sein. Wird der Spannungsabfall über einen der Widerstände gemessen, so
kann ein Schleifenstrom in dem Sicherheitskreis überwacht und ausgewertet werden.
Beispielsweise kann der Widerstand, über den der Spannungsabfall gemessen
wird, in dem externen Steuergerät
angeordnet sein. Zur Überprüfung des
gesamten Sicherheitskreises ist noch eine weitere Spannungsmessung
erforderlich.
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Gemäß einer
weiteren Ausführungsform
der Erfindung kann ein Eingang des ersten Leitungsabschnitts über eine
Stromquelle mit einem ersten Versorgungsspannungsanschluss gekoppelt
und ein Ausgang des zweiten Leitungsabschnitts mit einem zweiten
Versorgungsspannungsanschluss gekoppelt sein. Insbesondere kann
die Auswerteeinrichtung gemäß einer
Ausführungsform
der Erfindung ausgebildet sein, um abhängig von dem ersten Messsignal den
zweiten Überwachungswert
bereitzustellen, wenn die Stromleitung eine Unterbrechung oder der erste
Leitungsabschnitt einen Kurzschluss zu dem ersten oder dem zweiten
Versorgungsspannungsanschluss aufweist. Ferner kann die Auswerteinrichtung
gemäß einer
Ausführungsform
der Erfindung ausgebildet sein, um abhängig von dem zweiten Messsignal
den zweiten Überwachungswert
bereitzustellen, wenn der zweite Leitungsabschnitt einen Kurzschluss
zu dem zweiten Versorgungsspannungsanschluss aufweist. Andernfalls,
d.h. im fehlerfreien Fall kann die Auswerteeinrichtung den ersten Überwachungswert
bereitstellen.
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Um
einen durch die Stromleitung fließenden Strom zu erfassen, kann
gemäß einer
Ausführungsform
der Erfindung der erste Leitungsabschnitt einen ersten Widerstand
aufweisen. Insbesondere kann die Messeinrichtung gemäß einer
Ausführungsform
der Erfindung ausgebildet sein, um das erste Messsignal abhängig von
einer an dem ersten Widerstand abfallenden, ersten Spannung bereitzustellen.
Das erste Messsignal kann somit ein Spannungswert sein, dessen Wert
einem Strom entspricht, der durch den ersten Widerstand fließt. Mittels
des ersten Widerstands kann ein Wert des durch die Stromleitung
fließenden Stromes
auf einfache Weise sicher bestimmt werden. Um eine verbesserte Erfassung
der an dem ersten Widerstand abfallenden Spannung zu ermöglichen, kann
die Messeinrichtung gemäß einer
Ausführungsform
der Erfindung einen Differenzverstärker aufweisen, der ausgebildet
ist, um das erste Messsignal abhängig
von der ersten Spannung bereitzustellen.
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Gemäß einer
Ausführungsform
kann die Messeinrichtung zum Bereitstellen des zweiten Messsignals
einen Koppelwiderstand aufweisen. Ein erster Anschluss des Koppelwiderstands
kann mit der Stromleitung an einem, den ersten und den zweiten Leitungsabschnitt
verbindenden Bereich gekoppelt sein. Ein zweiter Anschluss des Koppelwiderstands
kann das zweite Messsignal bereitstellen. Bei dem zweiten Messsignal
kann es sich wiederum um einen Spannungswert handeln, der der an
dem zweiten Leitungsabschnitt anliegenden Spannung entspricht.
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Um
den ersten oder zweiten Überwachungswert
bereitzustellen, kann die Auswerteeinrichtung gemäß einer
weiteren Ausführungsform
der Erfindung ausgebildet sein, um das erste und das zweite Messsignal
mit vorbestimmten Vergleichswerten zu vergleichen. Die Vergleichswerte
können
dabei so gewählt
werden, dass abhängig
von einem Vergleichsergebnis ermittelt werden kann ob ein Fehler an
der Stromleitung vorliegt und um was für einen Fehler es sich handelt.
Auf diese Weise kann abhängig
von dem Vergleichsergebnis der erste oder zweite Überwachungswert
bereitgestellt werden.
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Um
eine exaktere Fehlerermittlung zu ermöglichen, kann die Auswerteeinrichtung
gemäß einer
Ausführungsform
der Erfindung eine erste Vergleichseinrichtung und eine zweite Vergleichseinrichtung
aufweisen. Dabei kann die erste Vergleichseinrichtung ausgebildet
sein, um ein erstes Vergleichsergebnis abhängig davon bereitzustellen,
ob das erste Messsignal einen ersten vorbestimmten Vergleichswert überschreitet
oder einen zweiten vorbestimmten Vergleichswert unterschreitet.
Entsprechend dazu kann die zweite Vergleichseinrichtung ausgebildet
sein, um ein zweites Vergleichsergebnis abhängig davon bereitzustellen,
ob das zweite Messsignal den ersten vorbestimmten Vergleichswert überschreitet
oder den zweiten vorbestimmten Vergleichswert unterschreitet. Die
Auswerteeinrichtung kann ausgebildet sein, um den zweiten Überwachungswert
bereitzustellen, wenn das erste oder das zweite Vergleichsergebnis
anzeigt, dass das erste oder das zweite Messsignal den ersten vorbestimmten
Vergleichswert überschreitet
oder den zweiten vorbestimmten Vergleichswert unterschreitet. Die Vergleichswerte
können
beispielsweise mittels einer Spannungsteilerschaltung bereitgestellt
werden.
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Gemäß einer
Ausführungsform
der Erfindung kann die erste Vergleichseinrichtung einen ersten
Komparator und einen zweiten Komparator aufweisen, wobei der erste
Komparator ausgebildet ist, um einen vorläufigen zweiten Überprüfungswert
bereitzustellen, wenn das erste Messsignal den ersten vorbestimmten
Vergleichswert überschreitet
und wobei der zweite Komparator ausgebildet ist, um den vorläufigen zweiten Überprüfungswert
bereitzustellen, wenn das erste Messsignal den zweiten vorbestimmten
Vergleichswert unterschreitet. In entsprechender Weise kann die
zweite Vergleichseinrichtung einen dritten Komparator und einen
vierten Komparator aufweisen, wobei der dritte Komparator ausgebildet
ist, um den vorläufigen
zweiten Überprüfungswert bereitzustellen,
wenn das zweite Messsignal den ersten vorbestimmten Vergleichswert überschreitet
und wobei der vierte Komparator ausgebildet ist, um den vorläufigen zweiten Überprüfungswert
bereitzustellen, wenn das zweite Messsignal den zweiten vorbestimmten
Vergleichswert unterschreitet. Auf diese Weise können unterschiedliche Fehlerquellen
erkannt und spezifiziert werden. Dadurch lässt sich eine Fehlerdiagnose
verbessern. Ist keine getrennte Auswertung einzelner Fehlerquellen
erwünscht,
so kann die Auswerteeinrichtung ferner eine Verknüpfungseinrichtung
aufweisen, die ausgebildet ist, um den zweiten Überwachungswert bereitzustellen, wenn
einer der vier Komparatoren den vorläufigen zweiten Überwachungswert
bereitstellt. Dies führt
zu einer Vereinfachung der Überwachungsvorrichtung.
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Eine
weitere Ausführungsform
der Erfindung betrifft ein Gerät,
umfassend
- – eine
erste Komponente mit einem ersten Schalter, der so angeordnet ist,
dass er abhängig
von einem mechanischen Zustand der ersten Komponente geöffnet oder
geschlossen ist,
- – eine
zweite Komponente mit einem zweiten Schalter, der so angeordnet
ist, dass er abhängig von
einem mechanischen Zustand der zweiten Komponente geöffnet oder
geschlossen ist,
- – eine
Stromleitung mit einem ersten Leitungsabschnitt, der den ersten
Schalter aufweist und einen zweiten Leitungsabschnitt, der den zweiten Schalter
aufweist, und
- – eine Überwachungsvorrichtung
insbesondere gemäß einer
der oben beschriebenen Ausführungsformen
der Erfindung.
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Bei
dem Gerät
kann es sich beispielsweise um ein Gerät mit hohen und berührgefährlichen Spannungen
wie ein Steuergerät
für einen
Fahrzeug-Hybridantrieb
mit Elektromotoren handeln. Die Schalter können beispielsweise dann geöffnet werden,
wenn Sicherheitsabdeckungen entfernt oder Gehäuse des Gerätes geöffnet werden. Ein Öffnen der
Schalter hat eine Unterbrechung der Stromleitung zur Folge. Diese
Unterbrechung kann mittels der Überwachungsvorrichtung
sicher erkannt werden.
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Weitere
Vorteile und Anwendungsmöglichkeiten
der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung
in Verbindung mit den in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen.
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In
der Beschreibung, in den Ansprüchen,
in der Zusammenfassung und in den Zeichnungen werden die in der
hinten angeführten
Liste der Bezugszeichen verwendeten Begriffe und zugeordneten Bezugszeichen
verwendet.
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Die
Zeichnungen zeigen in:
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1 ein
Blockschaltbild einer Überwachungsvorrichtung
gemäß einem
Ausführungsbeispiel
der Erfindung; und
-
2 ein
Schaltbild eines Gerätes
mit einer Überwachungsvorrichtung
gemäß einem
weiteren Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung.
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Im
Folgenden können
gleiche und/oder funktional gleiche Elemente mit den gleichen Bezugszeichen
versehen sein.
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1 zeigt
ein Blockschaltbild einer Überwachungsvorrichtung
gemäß einem
Ausführungsbeispiel
der Erfindung, die beispielsweise in der Elektrik und Elektronik
eines Fahrzeug-Hybridantriebs mit Elektromotoren eingesetzt wird.
In einem derartigen Antrieb werden hohe elektrische Spannungen zum Antreiben
der Elektromotoren erzeugt, die bei Berührung durch einen Menschen
lebensgefährlich,
wenn nicht gar tödlich
sein können.
Die Überwachungsvorrichtung
ermöglicht
eine Überwachung
einer Stromleitung in der Elektrik und Elektronik, die bei einem Öffnen eines
Gehäuses
absichtlich unterbrochen wird und ein Abschalten einer elektrischen
Hochspannung bewirkt. Ein sicheres Erkennen des Zustands der Stromleitung
ist daher für
eine sichere Abschaltung der elektrischen Hochspannung besonders
wichtig.
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In 1 ist
die Stromleitung gezeigt, die einen ersten Leitungsabschnitt 102 und
einen zweiten Leitungsabschnitt 104 aufweist. In den ersten
Leitungsabschnitt 102 kann beispielsweise mittels einer Stromquelle
(nicht gezeigt in 1) ein Strom eingespeist werden.
Der zweite Leitungsabschnitt 104 ist mit dem ersten Leitungsabschnitt 102 verbunden. Liegt
kein Fehler vor, so kann der Strom durch den ersten Leitungsabschnitt 102 in
den zweiten Leitungsabschnitt 104 fließen. Liegt jedoch ein Fehler vor,
so kann dies zu einer Änderung
des Stromflusses führen.
Ein Fehler kann beispielsweise durch eine Unterbrechung oder einen
Kurzschluss der Stromleitung hervorgerufen werden. Solche Fehler können durch
die Überwachungsvorrichtung
erkannt und angezeigt werden.
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Die Überwachungsvorrichtung
weist eine Messeinrichtung 110 auf. Die Messeinrichtung 110 ist ausgebildet,
um abhängig
von einem durch den ersten Leitungsabschnitt 102 fließenden Strom
ein erstes Messsignal 112 und abhängig von einer an dem zweiten
Leitungsabschnitt 104 abfallenden Spannung ein zweites
Messsignal 114 bereitzustellen. Dazu ist die Messeinrichtung 110 so
mit der Stromleitung gekoppelt, dass die Messeinrichtung den durch den
ersten Leitungsabschnitt 102 fließenden Strom und die an dem
zweiten Leitungsabschnitt 104 abfallende Spannung erfassen
kann. Zur Strommessung bzw. Spannungsmessung können beispielsweise Widerstände (nicht
gezeigt in 1) verwendet werden, die in
die Stromleitung integriert sind.
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Die Überwachungsvorrichtung
weist ferner eine Auswerteeinrichtung 120 auf. Die Auswerteeinrichtung 120 ist
ausgebildet, um die Messsignale 112, 114 zu empfangen
und auszuwerten. Abhängig
von dem ersten und dem zweiten Messsignal 112, 114 kann
die Auswerteeinrichtung 120 ein Überwachungssignal 122 bereitstellen.
Beispielsweise kann das Überwachungssignal 122 einen
ersten Überwachungswert
annehmen, wenn die Stromleitung fehlerfrei ist und einen zweiten Überwachungswert
annehmen, wenn die Stromleitung fehlerhaft ist.
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2 zeigt
ein Schaltbild eines Gerätes
mit einer Überwachungsvorrichtung
gemäß einem
weiteren Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung. Das Gerät weist ein externes Steuergerät 201 und ein
Master Steuergerät 202 auf
und kann beispielsweise das Steuergerät eines Fahrzeug-Hybridantriebs
mit Elektromotoren sein.
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Das
Gerät weist
eine Pilotlinie mit einer externen Auswertung auf. Die Pilotlinie
ist als Stromleitung realisiert. Die aus dem ersten Leitungsabschnitt 102 und
dem zweiten Leitungsabschnitt 104 bestehende Stromleitung
ist durch beide Steuergeräte 201, 202 geführt. Gemäß diesem
Ausführungsbeispiel
ist der erste Leitungsabschnitt 102 eingangsseitig mit
einer, innerhalb des Master Steuergeräts 202 angeordneten
Stromquelle Iconst1 verbunden. Die Stromquelle Iconst1 ist ausgebildet,
um einen Überwachungsstrom
in den ersten Leitungsabschnitt 102 einzuspeisen. Die Stromquelle
Iconst1 speist sich aus einem Versorgungsspannungspotential VCC. Der
erste Leitungsabschnitt 102 wird aus dem Master Steuergerät 202 heraus
und in das externe Steuergerät 201 hineingeführt. Innerhalb
dem externen Steuergerät 201 weist
der erste Leitungsabschnitt 102 einen Sicherheitsschalter
SW2 und einen Widerstand R2 auf. An den Widerstand R2 schließt sich
der zweite Leitungsabschnitt 104 an, der aus dem externen Steuergerät 201 heraus
und in das Master Steuergerät 202 zurückgeführt wird.
Innerhalb dem Master Steuergerät 202 weist
der zweite Leitungsabschnitt 104 einen weiteren Sicherheitsschalter
SW1 und einen weiteren Widerstand R1 auf. Der zweite Leitungsabschnitt 104 ist
ausgangsseitig mit einem Massepotential verbunden.
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In
dem externen Steuergerät 201 sind
die Messeinrichtung und die Auswerteinrichtung angeordnet. Die Messeinrichtung
weist einen Operationsverstärker
OP1 und Widerstände
R11, R12, R14, R15 auf. Die Auswerteeinrichtung weist einen Spannungsteiler
bestehend aus Widerständen
R21, R22, R23 sowie Komparatoren COMP1, COMP2, COMP3, COMP4 und
einen pull-up Widerstand R30 auf.
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Zur
Schleifenstromerkennung, d.h. zum Messen des in der Stromleitung
fließenden
Stroms weist die Messeinrichtung gemäß diesem Ausführungsbeispiel
einen Differenzverstärker
bestehend aus dem Operationsverstärker OP1 und den Widerständen R11,
R12, R14, R15 auf. Eingänge
des Operationsverstärkers
OP1 sind über
die Widerstände R11,
R12 mit beiden Anschlüssen
des Widerstandes R2 des ersten Leitungsabschnittes 102 verbunden. Der
nicht-invertierende Eingang des Operationsverstärker OP1 ist über den
Widerstand R14 mit dem Massepotential verbunden. Eine Rückkoppelung
des Operationsverstärker
OP1 erfolgt über
den Widerstand R15. Die Ausgangsspannung des Operationsverstärker OP1
entspricht dem ersten Messsignal 112. Das erste Messsignal 112 weist
einen Spannungswert auf, der einem durch den Widerstand R2 fließenden Strom
entspricht.
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Zur
Messung der an dem zweiten Leitungsabschnitt 104 abfallenden
Spannung weist die Messeinrichtung den Widerstand R15 auf. Der Widerstand R15
ist mit einem Anschluss mit der Stromleitung in einem Bereich verbunden,
der den ersten Leitungsabschnitt 102 mit dem zweiten Leitungsabschnitt 104 verbindet.
An dem anderen Anschluss des Widerstands R15 lässt sich das zweite Messsignal 114 in Form
einer Spannung abgreifen, die der an dem zweiten Leitungsabschnitt 104 anliegenden
Spannung entspricht.
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Zur
Auswertung des Schleifenstroms über das
erste Messsignal 112 weist die Auswerteschaltung die Komparatoren
COMP1, COMP3 auf. Die Komparatoren COMP1, COMP3 sind ausgebildet, um
das erste Messsignal 112 mit einem vorbestimmten ersten
Spannungswert und einem vorbestimmten zweiten Spannungswert zu vergleichen.
Die vorbestimmten Spannungswerte werden mittels des Spannungsteilers
bestehend aus den Widerständen
R21, R22, R23 erzeugt. Dazu sind die Widerständen R21, R22, R23 in Reihe
geschaltet. Der Widerstand R21 ist mit dem Versorgungsspannungspotential
und der Widerstand R23 mit dem Massepotential verbunden. Der erste
vorbestimmte Spannungswert liegt zwischen den Widerständen R21,
R22 und der zweite vorbestimmte Spannungswert liegt zwischen den
Widerständen
R22, R23 an.
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Zum
Vergleichen des ersten Messsignals 112 mit dem ersten vorbestimmten
Spannungswert ist der nicht-invertierende Eingang des Komparators COMP1
mit einem Knoten zwischen den Widerständen R21 und R22 und der invertierende
Eingang des Komparators COMP1 mit dem Ausgang des Operationsverstärkers OP1
verbunden. Weist das erste Messsignal 112 einen größeren Spannungswert
als der erste vorbestimmte Wert auf, so stellt der Komparator COMP1
ausgangsseitig das Massepotential bereit. Andernfalls stellt der
Komparator COMP1 ausgangsseitig das Versorgungsspannungspotential
bereit.
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Zum
Vergleichen des ersten Messsignals 112 mit dem zweiten
vorbestimmten Spannungswert ist der invertierende Eingang des Komparators COMP3
mit einem Knoten zwischen den Widerständen R22 und R23 und der nicht-invertierende Eingang
des Komparators COMP3 mit dem Ausgang des Operationsverstärkers OP1
verbunden. Weist das erste Messsignal 112 einen kleineren
Spannungswert als der zweite vorbestimmte Wert auf, so stellt der
Komparator COMP3 ausgangsseitig das Massepotential bereit. Andernfalls
stellt der Komparator COMP3 ausgangsseitig das Versorgungsspannungspotential
bereit.
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Zum
Vergleichen des zweiten Messsignals 114 mit dem ersten
vorbestimmten Spannungswert ist der nicht-invertierende Eingang
des Komparators COMP2 mit dem Knoten zwischen den Widerständen R21
und R22 und der invertierende Eingang des Komparators COMP2 mit
dem Anschluss des Widerstands R15, der das zweite Messsignal 114 bereitstellt,
verbunden. Weist das zweite Messsignal 114 einen größeren Spannungswert
als der erste vorbestimmte Wert auf, so stellt der Komparator COMP2 ausgangsseitig
das Massepotential bereit. Andernfalls stellt der Komparator COMP2
ausgangsseitig das Versorgungsspannungspotential bereit.
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Zum
Vergleichen des zweiten Messsignals 114 mit dem zweiten
vorbestimmten Spannungswert ist der invertierende Eingang des Komparators COMP4
mit dem Knoten zwischen den Widerständen R22 und R23 und der nicht-invertierende
Eingang des Komparators COMP4 mit dem Anschluss des Widerstands
R15, der das zweite Messsignal 114 bereitstellt, verbunden.
Weist das zweite Messsignal 114 einen kleineren Spannungswert
als der zweite vorbestimmte Wert auf, so stellt der Komparator COMP4
ausgangsseitig das Massepotential bereit. Andernfalls stellt der
Komparator COMP4 ausgangsseitig das Versorgungsspannungspotential
bereit.
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Die
Ausgänge
der Komparatoren COMP1, COMP2, COMP3, COMP4 sind über einen
gemeinsamen Knoten 122 miteinander verbunden und werden
mit dem gemeinsamen pull-up Widerstand R30 auf das Versorgungsspannungspotential
gezogen, sofern keiner der Komparatoren COMP1, COMP2, COMP3, COMP4
den gemeinsamen Knoten 122 auf das Massepotential zieht.
Sofern an dem Knoten 122, der den Überwachungswert der Überwachungsvorrichtung
darstellt, das Versorgungsspannungspotential anliegt, ist kein Fehler
an der Stromleitung erkannt worden. Wenn der Knoten 122 auf
das Massepotential gezogen ist, wurde ein Fehler in der Stromleitung
erkannt.
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Im
Folgenden wird die Funktionsweise der in der 2 gezeigten Überwachungsvorrichtung
beschrieben. Die Stromquelle Iconst1 prägt einen Strom in die Sicherheitsschleife
bestehend aus dem externen Sicherheitsschalter SW1 mit dem externen Widerstand
R1 sowie dem internen Sicherheitsschalter SW2 und dem internen Widerstand
R2 ein.
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Die
Schleifenstrommessung über
den Operationsverstärker
OP1 sowie die Widerstände
R11, R12, R13, R14 ist als Differenzverstärker ausgeführt und wandelt das Stromsignal
der Sicherheitsschleife in ein Spannungssignal 112. Das
Spannungssignal 112 wird über die Komparatoren COMP1,
COMP3 ausgewertet. Damit kann eine Unterbrechung der Pilotlinie
oder ein Öffnen
der Sicherheitsschalter SW1, SW2 erkannt werden. Auch ein Kurzschluss
der ersten Leitung 102 gegen das Versorgungsspannungspotential
VCC oder das Massepotential GND ist erkennbar.
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Die
Spannungsmessung ist über
den Widerstand R15 an die Komparatoren COMP2, COMP4 geführt. Damit
kann die Spannungslage der zweiten Leitung 104 der Pilotlinie
gemessen werden. Damit wird ein Kurzschluss der zweiten Leitung 104 gegen Masse,
der sonst nicht erkennbar wäre,
sicher erkannt. Die Komparatoren COMP1, COMP2, COMP3, COMP4 sind
so verschaltet, dass jeder auftretende Fehler in der Sicherheitsschleife
das Fehlersignal 122 aktiviert.
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Die
in der 2 angegebene Schaltung zeigt eine mögliche Realisierung
der erfindungsgemäßen Überwachungsvorrichtung
sowie des erfindungsgemäßen Gerätes. Andere
schaltungstechnische Realisierungen, die auf dem erfindungsgemäßen Ansatz
basieren, sind ebenfalls möglich.
So können
zur Schleifenstrommessung sowie zur Spannungsmessung anstelle des
Differenzverstärkers
sowie des Widerstands andere geeignete Schaltungen eingesetzt werden.
Auch sind zur Auswertung der Messsignale sind andere Auswerteschaltungen
einsetzbar. Die Führung
der Pilotlinie und die Anordnung der Schalter und Widerstände sind
beispielhaft gewählt.
Die Pilotlinie kann durch weitere Steuergeräte oder Komponenten geführt sein
und zusätzliche
Leitungsabschnitte, Schalter und Widerstände aufweisen.
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- 102
- erster
Leitungsabschnitt
- 104
- zweiter
Leitungsabschnitt
- 110
- Messeinrichtung
- 112
- erstes
Messsignal
- 114
- zweites
Messsignal
- 120
- Auswerteeinrichtung
- 122
- Überwachungswert
- 201
- externes
Steuergerät
- 202
- Master
Steuergerät
- Iconst1
- Stromquelle
- SW1,
SW2
- Schalter
- R1,
R2, R11, R12, R15, R21, R22, R23, R30
- Widerstände
- OP1
- Operationsverstärker
- COMP1,
COMP2, COMP3, COMP4
- Komparatoren
- VCC
- Versorgungsspannungspotential
- GND
- Massepotential