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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Versorgen eines Sensors mit Energie, einen entsprechenden Sensor sowie ein zugehöriges Verfahren.
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Die Überwachung von Betriebsparametern, beispielsweise bei Komponenten im Bereich der Starkstromtechnik, gewinnt zunehmend an Bedeutung. Durch eine solche Überwachung können die einzelnen Komponenten ohne die Gefahr einer Überbeanspruchung und den individuellen Umgebungsbedingungen entsprechend optimal ausgelastet werden. Des Weiteren wird eine Zustandsüberwachung dieser Komponenten basierend auf den überwachten Betriebsparametern ermöglicht. Auf diese Weise lassen sich gegebene Ressourcen effizienter nutzen und Wartungsarbeiten, für die die betreffende Starkstromanlage in der Regel abgeschaltet werden muss, auf ein Minimum reduzieren.
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Bei Komponenten aus der Starkstromtechnik kann es sich beispielsweise um Starkstromleitungen, Transformatoren, Luftspulen, Überspannungsableiter oder Schalteinrichtungen handeln. In der Regel ist zur Überwachung relevanter Betriebsparameter dieser Komponenten die Installation von geeigneten Sensoren direkt an den entsprechenden Komponenten oder in ihrer unmittelbaren Nähe erforderlich. Neben dem Bereich der Starkstromtechnik kann auch in anderen Bereichen, wie beispielsweise in der Anlagenautomatisierung oder in der Verfahrenstechnik, eine Überwachung von Betriebsparametern oder Umgebungsbedingungen in ähnlicher Weise durchgeführt werden. Obwohl im Folgenden auf Systeme aus dem Bereich der Starkstromtechnik eingegangen wird, sind diese Ausführungen auch auf andere Systeme anwendbar.
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Ein direkter Anschluss der Sensoren über Leitungen ist in der Regel in Starkstromanlagen mit verschiedenen Problemen verbunden, da sich die entsprechenden Komponenten häufig auf einem sehr hohen Spannungspotential befinden. Der Aufwand für eine angemessene Isolation der Sensoren und deren Anschlussleitungen von den Starkstrom-Komponenten ist daher hoch. Dieses Problem ergibt sich auch bei Einsatz von Glasfaserleitungen. Zwar existieren Sensorsysteme, bei denen die einzelnen Sensoren zur Energieversorgung und für die Kommunikation über Glasfaserleitungen an eine Auswerteeinheit angeschlossen sind, jedoch ist auch hier aufgrund möglicher Ablagerungen und Feuchtigkeit auf den Glasfaserleitungen oft ein vergleichsweise hoher Aufwand für die Isolation zwischen Auswertesystem und den an den Starkstrom-Komponenten angebrachten Sensoren gegeben.
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Die Sensoren können per Funk an die zugehörige Auswerteeinheit angebunden werden. Für die Kommunikation ist somit nicht mehr die Verlegung einer Leitung erforderlich. Gewinnt ein per Funk angebundener Sensor zudem die für den Betrieb benötigte Energie aus geeigneten Energieformen in seinem Umfeld, sogenannter energieautarker Betrieb, so können beispielsweise Systeme in Form einer vollständig gekapselten Bauweise der Sensoren realisiert werden. Leitungen für die Energieversorgung oder die Kommunikation zwischen den Sensoren und der zugehörigen Auswerteeinheit werden nicht mehr benötigt.
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Eine für die Versorgung der Sensoren besonders gut nutzbare Energieform im Bereich der Starkstromtechnik stellen magnetische Wechselfelder dar, wie sie beispielsweise in der Nähe von mit Wechselstrom durchflossenen Leiter oder auch im Inneren oder im Umfeld von Starkstromspulen vorhanden sind. Hier kann auf einfache Art Energie aus dem magnetischen Wechselfeld in elektrische Energie zum Betrieb des jeweiligen Sensors umgewandelt werden.
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Bei einer solchen Anordnung können jedoch die in der Energietechnik im Betrieb auftretenden Stromstärken bzw. magnetischen Feldstärken in einem sehr großen Bereich liegen. Ein generisches Einsetzen der Sensoren und deren Stromversorgungseinheit ist daher nicht möglich. Es ist somit erforderlich, die Sensoren und deren Einrichtungen zur Stromversorgung stets auf den jeweiligen Einsatzfall anzupassen. Auch können durch Kurzschlüsse oder bei Blitzeinschlag kurzzeitig besonders hohe Stromstärken bzw. magnetische Feldstärken erreicht werden, die nicht zu einer Schädigung der Sensoren führen sollten.
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In manchen Systemen werden die Sensoren durch in Glasfaserleitungen eingespeistes Laserlicht mit Energie versorgt. Die Kommunikation zwischen den Sensoren und einer Auswerteeinheit kann ebenfalls über die gleiche Glasfaserleitung erfolgen. Im Vergleich zu einer galvanischen Anschlussleitung wird das Problem einer zuverlässigen galvanischen Trennung zwischen den Leitungen des Sensorsystems und den Starkstromkomponenten zwar entschärft, jedoch müssen aufgrund möglicher Verschmutzungen und Feuchtigkeit an den Glasfaserleitungen trotzdem noch Maßnahmen zur Vergrößerung möglicher Kriechstrecken usw. getroffen werden. Diese zusätzlichen Maßnahmen können einen erhöhten Aufwand bei der Herstellung und Verkabelung der Sensoren und damit höhere Kosten verursachen.
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In Bezug auf Funksensoren, die zur Überwachung von Komponenten in Starkstromanlagen eingesetzt werden, existieren verschiedene Lösungen zur Stromversorgung. Allgemein kommen derartige Sensoren im Bereich der Starkstromtechnik bislang nur ansatzweise zum Einsatz. Solche Funksensoren könnten mit Batterien mit langer Haltbarkeit, wie beispielsweise Lithium-Primärbatterien, ausgestattet werden. Dies kann vor allem für Funksensoren eingesetzt werden, die nicht ständig, sondern nur gelegentlich Messdaten erfassen und übermitteln müssen, also im Mittel einen niedrigen Energiebedarf aufweisen. Nachteilig kann sich hier allerdings auswirken, dass der Austausch der Batterien, wenn auch in vergleichsweise großen Zeitabständen, einen gewissen Wartungsaufwand bedeutet. Oft sind die Sensoren im Bereich der Starkstromtechnik erhöhten Umgebungstemperaturen ausgesetzt, wodurch in diesem Bereich ein Einsatz von Batterien entweder gar nicht oder nur mit häufigem Austausch möglich ist.
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Für Funksensoren, die im Mittel einen erhöhten Energiebedarf aufweisen, stellt die Versorgung über Energie aus magnetischen Wechselfeldern eine Möglichkeit dar. In Verbindung mit Komponenten aus Starkstromanlagen steht diese Energieform mehr oder weniger ständig zur Verfügung und muss nicht über längere Zeitspannen hinweg zwischengespeichert werden. Auch lässt sich diese Energieform über Spulen auf einfache Art in elektrische Energie umwandeln. In bekannten Systemen könnte zur Bereitstellung der elektrischen Energie in für den Sensor geeigneter Form an den Ausgang der Spule zur Umwandlung von magnetischen Wechselfeldern in elektrische Energie ein Gleichrichter und ein Glättungskondensator angeschlossen werden. Da, wie oben erwähnt, die magnetische Feldstärke und damit auch die gewonnene Spannung hinter dem Gleichrichter in einem weiten Bereich liegen kann, könnte ein linearer Spannungsregler oder ein DC-DC-Wandler nachgeschaltet werden, um die Sensorelektronik stets mit einer konstanten Spannung zu versorgen. Das Verhältnis von maximaler zu minimal möglicher Eingangsspannung liegt für aktuell verfügbare Systeme bei ca. 25:1.
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Besonders bei linearen Spannungsreglern besteht hier allerdings ein weiteres Problem. Mit steigender Eingangsspannung fällt auch entsprechend immer mehr Leistung am Spannungsregler ab. Die entstehende Wärme muss aus dem Sensor abgeführt werden, was einen erhöhten Aufwand und damit auch erhöhte Kosten bei der mechanischen Gestaltung des Sensors zur Folge hat. Eine Ausnahme stellen hier Sensoren dar, die im Mittel nur eine geringe Leistungsaufnahme aufweisen, was zu einer niedrigen Verlustleistung am Spannungsregler führt. Oftmals ist jedoch der Einsatz von vergleichsweise leistungsfähigen Sensoren mit entsprechendem Energiebedarf notwendig.
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Das Verhältnis von maximaler zu minimal möglicher Eingangsspannung ließe sich bei linearen Spannungsreglern und bei DC-DC-Wandlerschaltungen zwar durch den Einsatz zusätzlicher, leistungsfähigerer Komponenten etwas vergrößern, bringt allerdings spezifische Nachteile mit sich. Bei linearen Spannungsreglern steigt die Verlustleistung mit steigender Eingangsspannung immer weiter an und bei DC-DC-Wandlerschaltungen würden sich zumindest bei bestimmten Belastungszuständen deutlich schlechtere Wirkungsrade und damit auch höhere Verluste ergeben.
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Bei den oben beschriebenen Systemen für eine Stromversorgungselektronik für die beschriebenen Funksensoren kann somit das Verhältnis von maximaler zu minimal möglicher Eingangsspannung ohne größeren Aufwand nicht über ein bestimmtes Maß hinaus vergrößert werden. Für weitgehend generisch einsetzbare und vor Überlastfällen geschützte Sensoren wäre jedoch ein deutlich größeres Verhältnis von maximaler zu minimal möglicher Eingangsspannung erforderlich.
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Vor diesem Hintergrund besteht eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, eine vereinfachte und sichere Energieversorgung eines Sensors bereitzustellen.
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Demgemäß wird eine Vorrichtung zum Versorgen eines Sensors mit Energie vorgeschlagen. Die Vorrichtung weist einen Speicherkondensator zur Speicherung von Energie auf, wobei der Speicherkondensator mit einer Energieversorgungseinrichtung koppelbar ist und dazu eingerichtet ist, den Sensor mit Energie zu versorgen. Die Vorrichtung weist des Weiteren eine Schalteinrichtung zum Koppeln des Speicherkondensators mit der Energieversorgungseinrichtung und Entkoppeln des Speicherkondensators von der Energieversorgungseinrichtung auf. Des Weiteren weist die Vorrichtung eine Steuereinrichtung auf, die mit der Schalteinrichtung gekoppelt ist und die dazu eingerichtet ist, die Energieversorgung des Sensors zu steuern. Die Steuereinrichtung ist dazu eingerichtet, einen aktuellen Ladezustand des Speicherkondensators zu ermitteln und, wenn der aktuelle Ladezustand einen ersten Schwellwert unterschreitet, ein erstes Steuersignal an die Schalteinrichtung zu senden, um den Speicherkondensator mit der Energieversorgungseinrichtung zu koppeln, und wenn der aktuelle Ladezustand einen zweiten Schwellwert überschreitet, ein zweites Steuersignal an die Schalteinrichtung zu senden, um den Speicherkondensator von der Energieversorgungseinrichtung zu entkoppeln.
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Als Energieversorgungseinrichtung kann ein Energiewandler verwendet werden, der Energie aus einem magnetischen Wechselfeld, wie es beispielsweise in der Nähe von mit Wechselstrom durchflossenen Leitern oder auch im Inneren oder im Umfeld von Starkstromspulen vorhanden ist, in elektrische Energie umwandelt. In dem Kondensator wird kurzzeitig die elektrische Energie zwischengespeichert, die dann durch den Sensor verwendet wird. Durch das zyklische Zu- und Wegschalten bzw. Koppeln und Entkoppeln des Speicherkondensators an den Energiewandler bzw. die Energieversorgungseinrichtung kann mit einem geringen technischen Aufwand ein Betrieb des Sensors mit sehr unterschiedlichen Energieeinträgen realisiert werden. Als Energieeintrag wird die Energie, wie sie von der Energieversorgungseinrichtung erhalten wird, bezeichnet. Hierbei ist vorteilhaft, dass keine hohe Verlustleistung entsteht. Des Weiteren können handelsübliche Bauteile verwendet werden, da an die einzelnen Komponenten der Vorrichtung keine besonderen Anforderungen gestellt werden müssen.
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Bei der vorgeschlagenen Vorrichtung wird ein hochstromfähiger Kondensator zur kurzzeitigen Zwischenspeicherung der elektrischen Energie verwendet. Der Kondensator wird mit Hilfe einer intelligenten Steuereinrichtung über die Schalteinrichtung an den Ausgang der Energieversorgungseinrichtung geschaltet, um geladen zu werden. Sobald der aktuelle Ladezustand einen ersten Schwellwert unterschreitet, wird der Speicherkondensator an die Energieversorgungseinrichtung angeschaltet, bis ein zweiter Schwellwert erreicht wird, und der Speicherkondensator von der Energieversorgungseinrichtung weggeschaltet wird. Der Sensor wird durch den Speicherkondensator mit Energie versorgt und entlädt diesen daher stetig.
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Durch den Aufbau und die Funktionsweise der Vorrichtung wird ein gutes Verhältnis von maximaler zu minimal möglicher Eingangsspannung im Vergleich zu bekannten Systemen erreicht. Des Weiteren wird durch das zyklische An- und Wegschalten des Kondensators von der Energieversorgungseinrichtung über einen sehr großen Bereich von Eingangsleistungen, das heißt Energie von der Energieversorgungseinrichtung, eine Stromversorgung des Sensors mit vergleichsweise geringer Verlustleistung realisiert.
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Bei dem Sensor handelt es sich beispielsweise um einen energieautarken Sensor. Durch die vorgeschlagene Vorrichtung kann ein zuverlässiger Betrieb des Sensors bei geringem bis hin zu einem hohen Energieeintrag ermöglicht und der Sensor auch bei extremen Überlastfällen zuverlässig geschützt werden
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Die vorgeschlagene Vorrichtung kann neben der Starkstromtechnik auch in weiteren Bereichen wie der Anlagenautomatisierung und der Verfahrenstechnik eingesetzt werden.
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Gemäß einer Ausführungsform ist der erste Schwellwert kleiner als der zweite Schwellwert.
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Der erste Schwellwert entspricht daher einem entladenen Zustand des Speicherkondensators und der zweite Schwellwert entspricht einem geladenen Zustand des Speicherkondensators.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist die Schalteinrichtung einen Feldeffekttransistor auf.
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Durch den Feldeffekttransistor (FET), insbesondere einen MOSFET, beispielsweise einen n-Kanal MOSFET, Verarmungstyp, kann das Koppeln des Speicherkondensators mit der Energieversorgungseinrichtung realisiert werden. Wenn ein FET, im Folgenden auch als FET-Schalter bezeichnet, verwendet wird, stellt dies den Vorteil bereit, dass bereits bei einer Gate-Source-Spannung von 0 V der FET gut leitet. So ist sichergestellt, dass die Schaltung nach dem Anliegen einer von der Energieversorgungseinrichtung gelieferten Spannung von alleine anläuft.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist die Schalteinrichtung einen vorgeschalteten Transistor auf, um den Feldeffekttransistor zu steuern.
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Bei dem vorgeschalteten Transistor kann es sich um irgendeine Art von Schalter auf Transistorbasis handeln. Dieser vorgeschaltete Transistor, im Folgenden auch als Transistor-Schalter bezeichnet. empfängt von der Steuereinrichtung das erste bzw. das zweite Steuersignal und schaltet entsprechend den Feldeffekttransistor.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist die Steuereinrichtung einen Mikrocontroller auf.
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Der Mikrocontroller kann über einen A/D-Wandler mit einem Ausgang des Speicherkondensators gekoppelt sein. Basierend auf einem Ausgangssignal des Speicherkondensators, welches über den A/D-Wandler oder eine Spannungsüberwachungseinrichtung geführt wird, ermittelt der Mikrocontroller einen aktuellen Ladezustand und erzeugt basierend auf diesem aktuellen Ladezustand das entsprechende Steuersignal.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist die Steuereinrichtung eine Logikablaufsteuerung auf.
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Eine Logikablaufsteuerung, die aus konventionellen Logikbausteinen bestehen kann, kann zu einer größeren Robustheit, einem größeren zulässigen Umgebungstemperaturbereich, niedrigerer Fehleranfälligkeit und höherer Lebensdauer führen.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist die Logikablaufsteuerung über einen Schwellwertschalter mit dem Speicherkondensator verbunden.
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Ein solcher Schwellwertschalter kann die einzelnen Logikbausteine der Logikablaufsteuerung ansteuern.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist die Steuereinrichtung dazu eingerichtet, einen Ausfall der Energieversorgungseinrichtung zu detektieren und ein Fehlersignal im Fall eines detektierten Ausfalls an den Sensor zu senden.
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Auf diese Weise kann, wenn die Energieversorgungseinrichtung vollständig ausfällt, und somit der Speicherkondensator nicht mehr geladen werden kann, der Sensor entsprechend informiert werden. Der Sensor kann dann ein kontrolliertes Abschalten durchführen. Auf diese Weise wird ein plötzlicher Ausfall des Sensors und somit ein Verlust von Daten vermieden. Da der Speicherkondensator erst entladen wird, wenn der Sensor Energie benötigt, wird für einen zum Abschalten ausreichenden Zeitraum durch den Speicherkondensator noch Energie bereitgestellt.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist die Vorrichtung eine Mehrzahl von Schalteinrichtungen auf, die jeweils dazu eingerichtet sind, basierend auf dem ersten Steuersignal der Steuereinrichtung den Speicherkondensator mit der Energieversorgungseinrichtung zu koppeln und basierend auf dem zweiten Steuersignal den Speicherkondensator von der Energieversorgungseinrichtung zu entkoppeln.
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Die Mehrzahl von Schalteinrichtungen können jeweils als separate Schalteinrichtungen realisiert werden, oder als eine gemeinsame Schalteinrichtung, die mit verschiedenen Eingängen der Energieversorgungseinrichtung arbeiten kann. Des Weiteren kann die Mehrzahl von Schalteinrichtungen durch dasselbe oder verschiedene Steuersignale von der Steuereinrichtung gesteuert werden.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist die Vorrichtung eine Mehrzahl von Energieversorgungseinrichtungen auf, die jeweils mittels einer der Mehrzahl von Schalteinrichtungen mit dem Speicherkondensator koppelbar sind.
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Die zusätzlichen Energieversorgungseinrichtungen, auch als alternative Energieversorgungseinheiten bezeichnet, können separate Energieversorgungseinrichtungen sein oder können, wenn es sich bei der Energieversorgungseinrichtung um eine Spule handelt, auch durch verschiedene Wicklungen auf derselben Spule realisiert sein.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist die Schalteinrichtung dazu eingerichtet, den Speicherkondensator über eine als Überspannungsschutz dienende Funkenstrecke mit der Energieversorgungseinrichtung zu koppeln.
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Die Schalteinrichtung kann beispielsweise über einen Gleichrichter über die Funkenstrecke mit der Energieversorgungseinrichtung gekoppelt werden. Auf diese Weise kann der Sensor bzw. die Vorrichtung zum Versorgen des Sensors mit Energie kabellos mit der Energieversorgungseinrichtung gekoppelt werden.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist die Vorrichtung einen Spannungsregler auf, der dazu eingerichtet ist, den Speicherkondensator mit dem Sensor zu verbinden und die Energie zu übertragen.
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Ein solcher Spannungsregler kann beispielsweise ein linearer Spannungsregler sein. Dieser regelt die Spannung, die die Energie, die von dem Speicherkondensator kommt, hat, derart, dass sie der Spannung entspricht, die durch den Sensor benötigt wird.
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Gemäß einem weiteren Aspekt wird ein Sensor mit einer Vorrichtung zur Energieversorgung des Sensors vorgeschlagen. Die Vorrichtung zur Energieversorgung des Sensors weist die oben beschriebenen Merkmale auf.
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Gemäß einer Ausführungsform werden durch den Sensor Betriebsparameter zumindest einer Komponente eines Systems, insbesondere eines Starkstromtechniksystems, erfasst.
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Zu den Betriebsparametern können verschiedene Parameter wie Temperatur, Strom, Spannung usw. zählen. Beispielsweise bei Sensoren, die in Starkstromanlagen eingesetzt werden, können diese, wie oben beschrieben, über je eine Glasfaserleitung an eine Auswerteeinheit zur Auswertung der erfassten Betriebsparameter angeschlossen werden.
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Gemäß einem weiteren Aspekt wird ein Verfahren zum Versorgen eines Sensors mit Energie vorgeschlagen. Das Verfahren weist in einem ersten Schritt das Ermitteln eines aktuellen Ladezustands eines Speicherkondensators zur Speicherung von Energie auf, wobei der Speicherkondensator mit einer Energieversorgungseinrichtung koppelbar ist und dazu eingerichtet ist, den Sensor mit Energie zu versorgen. In einem zweiten Schritt wird ein erstes Steuersignal an eine Schalteinrichtung zum Koppeln des Speicherkondensators mit der Energieversorgungseinrichtung gesendet, wenn der aktuelle Ladezustand einen ersten Schwellwert unterschreitet. In einem dritten Schritt wird ein zweites Steuersignal an die Schalteinrichtung zum Entkoppeln des Speicherkondensators von der Energieversorgungseinrichtung gesendet, wenn der aktuelle Ladezustand einen zweiten Schwellwert überschreitet.
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Weiterhin wird ein Computerprogrammprodukt vorgeschlagen, welches auf einer programmgesteuerten Einrichtung die Durchführung des wie oben erläuterten Verfahrens veranlasst.
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Ein Computerprogrammprodukt, wie z.B. ein Computerprogramm-Mittel, kann beispielsweise als Speichermedium, wie z.B. Speicherkarte, USB-Stick, CD-ROM, DVD, oder auch in Form einer herunterladbaren Datei von einem Server in einem Netzwerk bereitgestellt oder geliefert werden. Dies kann zum Beispiel in einem drahtlosen Kommunikationsnetzwerk durch die Übertragung einer entsprechenden Datei mit dem Computerprogrammprodukt oder dem Computerprogramm-Mittel erfolgen.
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Die für die vorgeschlagene Vorrichtung beschriebenen Ausführungsformen und Merkmale gelten für das vorgeschlagene Verfahren sowie den Sensor entsprechend.
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Weitere mögliche Implementierungen der Erfindung umfassen auch nicht explizit genannte Kombinationen von zuvor oder im Folgenden bezüglich der Ausführungsbeispiele beschriebenen Merkmale oder Ausführungsformen. Dabei wird der Fachmann auch Einzelaspekte als Verbesserungen oder Ergänzungen zu der jeweiligen Grundform der Erfindung hinzufügen.
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Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Aspekte der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche sowie der im Folgenden beschriebenen Ausführungsbeispiele der Erfindung. Im Weiteren wird die Erfindung anhand von bevorzugten Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die beigelegten Figuren näher erläutert.
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1 zeigt eine schematische Ansicht eines Ausführungsbeispiels einer Vorrichtung zum Versorgen eines Sensors mit Energie;
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2 zeigt eine schematische Ansicht eines weiteren Ausführungsbeispiels einer Vorrichtung zum Versorgen eines Sensors mit Energie;
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3 zeigt ein Diagramm verschiedener Zustände der Vorrichtung zum Versorgen eines Sensors mit Energie;
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4 zeigt eine schematische Ansicht eines weiteren Ausführungsbeispiels einer Vorrichtung zum Versorgen eines Sensors mit Energie;
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5 zeigt eine schematische Ansicht eines weiteren Ausführungsbeispiels einer Vorrichtung zum Versorgen eines Sensors mit Energie;
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6 bis 9 zeigen schematische Ansichten von Ausführungsbeispielen einer Energieversorgungseinrichtung;
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10 zeigt eine schematische Ansicht eines Ausführungsbeispiels einer Energieversorgungseinrichtung mit angeschlossenem Sensor;
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11 zeigt eine schematische Ansicht eines weiteren Ausführungsbeispiels einer Vorrichtung zum Versorgen eines Sensors mit Energie; und
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12 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines Verfahrens zum Versorgen eines Sensors mit Energie.
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In den Figuren sind gleiche oder funktionsgleiche Elemente mit denselben Bezugszeichen versehen worden, sofern nichts anderes angegeben ist.
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1 zeigt eine schematische Ansicht eines Ausführungsbeispiels einer Vorrichtung 10 zum Versorgen eines Sensors 21 mit Energie. Der Sensor 21, die Vorrichtung 10 sowie eine Energieversorgungseinrichtung 20 können Teil eines Gesamtsystems 100 sein. Das Gesamtsystem 100 kann beispielsweise eine Starkstromanlage, aber auch ein Automatisierungssystem oder ein System aus der Verfahrenstechnik sein.
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Die Vorrichtung 10 zum Versorgen des Sensors 21 mit Energie weist einen Speicherkondensator 1 auf. In diesem Speicherkondensator 1 wird Energie von der Energieversorgungseinrichtung 20 gespeichert, mit der der Speicherkondensator 1 koppelbar ist. Der Speicherkondensator 1 ist des Weiteren dazu eingerichtet, den Sensor 21 mit der gespeicherten Energie zu versorgen.
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Die Vorrichtung 10 weist des Weiteren eine Schalteinrichtung 2 auf. Über diese Schalteinrichtung 2 kann der Speicherkondensator 1 mit der Energieversorgungseinrichtung 20 gekoppelt werden oder von dieser entkoppelt werden. Die Vorrichtung 10 weist hierzu eine Steuereinrichtung 3 auf, die mit der Schalteinrichtung 2 und dem Speicherkondensator 1 gekoppelt ist.
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Die Steuereinrichtung 3 ermittelt einen aktuellen Ladezustand des Speicherkondensators 1. Wenn der aktuelle Ladezustand einen ersten Schwellwert unterschreitet, also entladen ist, sendet die Steuereinrichtung 3 ein erstes Steuersignal an die Schalteinrichtung 2. Die Schalteinrichtung 2 koppelt daraufhin den Speicherkondensator 1 mit der Energieversorgungseinrichtung 20, um den Speicherkondensator 1 zu laden. Wenn der aktuelle Ladezustand des Speicherkondensators 1 einen zweiten Schwellwert überschreitet, also geladen ist, sendet die Steuereinrichtung ein zweites Steuersignal an die Schalteinrichtung 2. Daraufhin entkoppelt die Schalteinrichtung 2 den Speicherkondensator 1 von der Energieversorgungseinrichtung 20 und stoppt somit das Laden des Speicherkondensators 1.
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Weitere Ausführungsformen der Vorrichtung werden im Folgenden erläutert.
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Eine Vorrichtung 111 zur Energieversorgung eines Sensors 21, wie sie entsprechend dem Stand der Technik beispielsweise zum Einsatz kommen würde, ist in 11 beschrieben. Hierbei wird aus unterschiedlich hohen bzw. schwankenden Spannungen am Ausgang einer Energieversorgungseinrichtung 20, hier in Form einer Pickup-Coil, eine stabilisierte Betriebsspannung für die Sensorelektronik zur Verfügung gestellt. Über eine als Überspannungsschutz dienende Funkenstrecke 5 wird die Wechselspannung von der Pickup-Coil 20 an einen Gleichrichter 6 weitergegeben. Dieser richtet die Wechselspannung gleich und führt sie einem Glättungskondensator 112 zum Glätten zu und dieser wiederum einem linearen Spannungsregler 7. Dieser lineare Spannungsregler 7 stellt eine stabilisierte Versorgungsspannung für die weiteren Komponenten im Funksensor 21 zur Verfügung.
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Mit steigenden Eingangsspannungen fallen auch immer höhere Verlustleistungen im linearen Spannungsregler 7 an. Wie oben bereits erwähnt besteht ein weiterer Nachteil im zulässigen Eingangsspannungsbereich. Das Verhältnis von maximaler zu minimal möglicher Eingangsspannung liegt für übliche lineare Spannungsregler höchstens bei ca. 25:1. Ein weiterer Nachteil besteht darin, dass der Glättungskondensator 112 so ausgelegt sein muss, dass er der größten auftretenden Spannung nach dem Gleichrichter 6 standhält, wodurch sich eine entsprechend große Bauform und ein hoher Preis für den Kondensator 112 ergeben. Die Funkenstrecke 5 dient als Überspannungsschutz, z. B. bei Blitzeinschlägen. Eine Spannungsüberwachung/Reset-Vorrichtung 113 ist vorgesehen, um Signale 34, 35 zur Steuerung an den Sensor 21 weiterzugeben, um Fehlfunktionen durch zu kleine Eingangsspannungen zu vermeiden und ein ordnungsgemäßes Rücksetzen eines Mikrocontrollers im Sensor 21 zu gewährleisten. Diese Vorrichtung 113 schaltet auch den linearen Spannungsregler 7 bei zu niedrigen Eingangsspannungen ab.
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2 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der Vorrichtung von 1.
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Hier ist ebenfalls zum Schutz vor Überspannungen eine Funkenstrecke 5 an den Ausgang der Energieversorgungseinrichtung 20 geschaltet. Die Energieversorgungseinrichtung 20 kann eine Pickup-Coil sein, die in den 6 bis 10 näher erläutert ist. Die von der Pickup-Coil 20 gelieferte Spannung wird über einen Gleichrichter 6 geführt. Im Gegensatz zu dem System der 11 folgt jedoch nicht ein Glättungskondensator, sondern die Schalteinrichtung 2 mit einem FET-Schalter 36, der vergleichsweise hohen Spannungen standhalten kann. Dieser FET-Schalter 36 wird über einen Transistor-Schalter 37 von einem eigenen Mikrocontroller 32 in der Steuereinrichtung 3 gesteuert und schaltet bei Bedarf die Ausgangsspannung des Gleichrichters 6 auf den Speicherkondensator 1. Dieser Speicherkondensator 1 weist eine deutlich höhere Kapazität auf als der zuvor dargestellte Glättungskondensator 112 und kann somit für eine kurze Zeitspanne ausreichend Strom zum Betrieb des Sensors 21 liefern. Außerdem ist der Speicherkondensator 1 hochstromfähig, d. h. er kann mit vergleichsweise hohen Strömen geladen und entladen werden ohne Schaden zu nehmen. An dem Speicherkondensator 1 ist ein linearer Spannungsregler 7 angeschlossen, der für die Sensorelektronik 21 eine geregelte Versorgungsspannung zur Verfügung stellt.
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Über den zugehörigen Analog-/Digital-Wandler 31 der Steuereinrichtung 2 überwacht der Mikrocontroller 32 die Ladespannung am Speicherkondensator 1 und schaltet über den FET-Schalter 36 bei Unterschreiten einer unteren Grenze den Ausgang des Gleichrichters 6 auf den Speicherkondensator 1 und trennt die Verbindung bei Überschreiten einer oberen Grenze wieder auf. Der Mikrocontroller 32 sowie der Analog-/Digital-Wandler (A/D-Wandler) 31 werden ebenfalls über die Spannung am Speicherkondensator 1 versorgt. Bausteine 8 zur Spannungsüberwachung, Reset-Erzeugung und Spannungsregelung sorgen für korrekte Betriebsbedingungen beim Mikrocontroller 32.
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Da der Mikrocontroller 32 über den Analog-/Digitalwandler 31 stets den aktuellen Ladezustand des Speicherkondensators 1 ermitteln kann, kann er entsprechend dem Systemzustand die Signalleitungen „Reset“ (34), „Power-Fail“ (35) und auch den linearen Spannungsregler 7 für die Sensorelektronik 21 steuern.
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Für den FET 36 kann beispielsweise ein N-Kanal MOSFET, Verarmungstyp, eingesetzt werden. Vorteil hierbei ist, dass bereits bei einer Gate-Source-Spannung von 0 V der FET 36 bereits gut leitet. So ist sichergestellt, dass die Schaltung 10 nach dem Anliegen einer von der Pickup-Coil 20 gelieferten Spannung von alleine anläuft. Auch ohne eine aktive Stromversorgung des Mikrocontrollers 32 fließt über den Gleichrichter 6 bereits ein Ladestrom in den Speicherkondensator 1. Ist eine bestimmte Spannung erreicht, schalten die Bausteine 8 zur Spannungsüberwachung und Reset-Erzeugung den Mikrocontroller 32 ein und der Mikrocontroller 32 wird ordnungsgemäß zurückgesetzt. Somit beginnt der Mikrocontroller 32 mit der Überwachung der Spannung am Speicherkondensator 1 und schaltet den FET-Schalter 36 ab, sobald eine obere Spannungsgrenze erreicht wird. Ist die Spannung am Speicherkondensator 1 ausreichend hoch, so werden der lineare Spannungsregler 7 für die Sensorelektronik 21 eingeschaltet und die Signale „Reset“ (34) und „Power Fail“ (36) entsprechend angesteuert.
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Der Mikrocontroller 32 sorgt dafür, dass sich bei ausreichendem Energieeintrag die Spannung am Speicherkondensator 1 stets in einem festgelegten Spannungsbereich bewegt. Wird eine untere Spannungsgrenze unterschritten, wird der Speicherkondensator 1 wieder entsprechend nachgeladen. Die Entladung geschieht im Wesentlichen über den Laststrom durch die Sensorelektronik 21.
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Fällt nun die Versorgung über die Pickup-Coil 20 beispielsweise aufgrund eines Stromausfalls gänzlich aus oder ist der Energieeintrag bei einem bestimmten Zustand der Starkstromanlage zu niedrig, so kann dies vom Mikrocontroller 32 erkannt werden. Schaltet er den FET-Schalter 36 ein, und die Spannung am Speicherkondensator 1 steigt trotzdem nicht weiter an, so kann von einem Stromausfall oder einem zu niedrigen Energieeintrag ausgegangen werden. In diesem Fall würde der Mikrocontroller 32 dies über das Signal „Power Fail“ (34) der Sensorelektronik 21 melden, bevor kurze Zeit später deren Versorgungsspannung abgeschaltet wird. Somit steht noch eine ausreichende Zeitspanne zur Verfügung, um bestehende Messdaten und die Information über den Stromausfall bzw. den zu niedrigen Energieeintrag an eine übergeordnete Einheit zu übermitteln.
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Der jeweils aktuelle Systemzustand hängt sehr stark mit der Spannung am Speicherkondensator 1 zusammen. So werden zur Verdeutlichung der Funktionsweise der Stromversorgung in 3 verschiedene Bereiche der Spannung am Speicherkondensator 1 entsprechenden Systemzustände zugeordnet. Zusätzlich ist für jeden Systemzustand angegeben, was diesen Zustand kennzeichnet und wie der Mikrocontroller 32 die Steuerleitungen zu den anderen Komponenten entsprechend dem jeweiligen Systemzustand schaltet.
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Der Zustand Z6 „Abschaltung wegen Überspannung“ tritt nur im Ausnahmefall auf, beispielsweise wenn der FET-Schalter 36 den Speicherkondensator 1 nicht ordnungsgemäß von der Spannungsquelle 20 abgetrennt hat oder wenn aufgrund eines Blitzeinschlages in die Anlage ein sehr hoher Energiepuls auf den Eingang der Stromversorgungselektronik 10 gelangt ist. Hier soll die Sensorelektronik 21 durch ein komplettes Abschalten geschützt werden.
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Auf der y-Achse der 3 ist die Spannung am Speicherkondensator 1 gezeigt. Zwischen einer Spannung von 0V und einem Schwellwert SW1 befindet sich das System 100 in einem Zustand Z1. Zustand Z1 bezieht sich auf eine Unterspannung des Speicherkondensators 1. Hierbei ist der Spannungsregler 7 für die Sensorelektronik 21 aus. Das Reset-Signal 34 steht auf logisch „0“, also aktiv. Das Power-Fail-Signal 35 ist ebenfalls logisch „0“, also aktiv. Der FET-Schalter 36 ist auf niederohmig geschaltet.
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Zwischen dem Schwellwert SW1 und einem Schwellwert SW2 befindet sich das System 100 in einem Zustand Z2, der als „Power-Fail“ bezeichnet wird. Hierbei ist der Spannungsregler 7 eingeschaltet, das Reset-Signal ist auf logisch „1“ geschaltet, also deaktiviert. Das Power-Fail-Signal 35 ist auf logisch „0“ geschaltet, also aktiv. Der FET-Schalter 36 ist auf niederohmig geschaltet.
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Zwischen dem Schwellwert SW2 und einem Schwellwert SW3 befindet sich das System 100 in einem Zustand Z3, der als „Laden beginnen“ bezeichnet wird. Der Spannungsregler 7 ist hierbei eingeschaltet. Das Reset-Signal 34 befindet sich bei logisch „1“, ist also deaktiviert. Das Power-Fail-Signal 35 befindet sich bei logisch „1“ und ist somit deaktiviert. Der FET-Schalter 36 ist auf niederohmig geschaltet.
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Zwischen dem Schwellwert SW3 und einem Schwellwert SW4, in dem sich der Arbeitsbereich A des Systems im normalen Betrieb befindet, befindet sich das System 100 in einem Zustand Z4, der als „Laden/Entladen fortsetzen“ bezeichnet wird. Der Spannungsregler 7 ist hierbei eingeschaltet. Das Reset-Signal 34 ist auf logisch „1“ geschaltet und somit deaktiviert. Da Power-Fail-Signal 35 ist ebenfalls auf logisch „1“ geschaltet und somit ebenfalls deaktiviert. Der Schalter 36 ist bei dem Zustand „Laden“ auf niederohmig geschaltet und beim Zustand „Entladen“ auf hochohmig geschaltet.
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Zwischen dem Schwellwert SW4 und einem Schwellwert SW5 befindet sich das System 100 in einem Zustand Z5, der als „Entladen beginnen“ bezeichnet wird. Der Spannungsregler 7 ist hierbei eingeschaltet. Das Reset-Signal 34 ist auf logisch „1“ geschaltet und somit deaktiviert. Das Power-Fail-Signal 35 ist hierbei auf logisch „1“ geschaltet und somit ebenfalls deaktiviert. Der FET-Schalter 36 ist hochohmig geschaltet.
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Über dem Schwellwert SW5 befindet sich das System 100 in einem Zustand Z6, der als „Abschaltung gegen Überspannung“ bezeichnet wird. Der Spannungsregler 7 ist hierbei ausgeschaltet. Das Reset-Signal 34 ist auf logisch „0“ geschaltet und somit aktiv. Das Power-Fail-Signal ist ebenfalls auf logisch „0“ geschaltet und somit aktiv. Der FET-Schalter 36 ist hochohmig geschaltet.
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4 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der Vorrichtung von 2. Hier wird durch eine weitere Maßnahme ein noch größerer Eingangsspannungsbereich abgedeckt. Die Stromversorgung kann sich an mehrere verschiedene Wicklungen 20, 40, 41 der Pickup-Coil anschalten. Die Wicklungen 20, 40, 41 unterscheiden sich in der Windungszahl und unter Umständen auch im Innenwiderstand (Wirkwiderstand, Blindwiderstand). Die Pickup-Coil kann auch so ausgeführt sein, dass sie nur eine Wicklung enthält und mehrere Zwischen-Anzapfungen dieser Wicklung herausgeführt sind. Die Wicklungen 40 und 41 stellen alternative oder zusätzliche Energieversorgungseinrichtungen zu der Wicklung 20 dar.
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Die Funktionsweise der Vorrichtung 10 ist prinzipiell die gleiche wie in Verbindung mit 2 beschrieben, nur wird hier im normalen Betrieb nach Unterschreiten einer unteren Schwelle Sw3 von 3 zunächst die Wicklung mit dem niedrigsten Energieeintrag an den Speicherkondensator 1 geschaltet. Steigt dessen Ladespannung daraufhin an, so bleibt es bei diesem Schaltzustand, bis eine obere Schwelle Sw4 in 3 erreicht ist und der Ladevorgang beendet wird. Steigt die Ladespannung nach dem Aufschalten der Stromversorgung auf die Wicklung mit dem niedrigsten Energieeintrag hingegen nicht an, so schaltet sich die Stromversorgung auf eine Wicklung mit einem höheren Energieeintrag auf. Steigt nun die Ladespannung an, so verbleibt der Schaltzustand, andernfalls wird wiederum auf eine Wicklung mit noch höherem Energieeintrag aufgeschaltet. In der Regel wird es sich so verhalten, dass die Wicklungen mit einer höheren Windungszahl auch einen höheren Energieeintrag liefern.
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Um die Mehrzahl von Wicklungen 20, 41, 42 zu verarbeiten, weist die Vorrichtung eine zweite und dritte Funkenstrecke 42, 43, einen zweiten und dritten Gleichrichter 44, 45 sowie eine zweite und dritte Schalteinrichtung 46, 49 auf. Die zweite und dritte Schalteinrichtung 46, 49 weisen jeweils einen FET 47, 50 sowie einen Transistor 48, 51 auf.
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Anstelle des Mikrocontrollers 32 und des Analog-/Digitalwandlers 31 kann auch eine Kombination aus Schwellwertschalter 53 und einer entsprechenden Logik bzw. Ablaufsteuerung 54 die Stromversorgung steuern, wie es in 5 gezeigt ist. Eine solche Vorrichtung 10 kann eine größere Robustheit bereitstellen. Der Schwellwertschalter 53 wird über ein Widerstandsnetzwerk 52 gesteuert.
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Durch die hier beschriebene Vorrichtung 10 für die Stromversorgung lässt sich das Verhältnis von maximaler zu minimal möglicher Eingangsspannung von max. ca. 25:1 bei bekannten Vorrichtungen auf mehr als 100:1 vergrößern. Wird, wie in 4 dargestellt, zusätzlich zwischen mehreren verschiedenen Wicklungen der Pickup-Coil 20, 40, 41 umgeschaltet, so lässt sich dieses Verhältnis noch weiter erhöhen.
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Wie im Folgenden beschrieben, bietet sich oft eine getrennte Anordnung von Pickup-Coil und Sensor an. Bei der beschriebenen Vorrichtung 10 weist der FET-Schalter 36 nur zwei mögliche Schaltzustände auf: ideal betrachtet offen oder geschlossen. Somit fällt am FET-Schalter 36 unabhängig vom Energieeintrag stets nur eine geringe Verlustleistung ab. Auch am eingesetzten linearen Spannungsregler 7 zwischen Speicherkondensator 1 und Sensor-Elektronik 21 fällt nur eine geringe Leistung ab, da die Eingangsspannung dieses Spannungsreglers 7 stets in einem begrenzten Bereich gehalten wird. So wird erreicht, dass in der gesamten Sensor-Elektronik 21 inklusive Stromversorgungsteil 10 auch bei großem Energieeintrag nur eine geringe Verlustleistung abfällt, was einen kompakten, gekapselten und preiswerten Aufbau des Sensors 21 ermöglicht.
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An der Pickup-Coil 20 fällt hingegen unter bestimmten Bedingungen eine höhere Verlustleistung ab, unter anderem auch abhängig vom Wirkwiderstand der Wicklung. Über den Wicklungswiderstand usw. kann hier auch bewusst eine gewisse Auslegung vorgenommen werden, um beispielsweise den Ladestrom für den Speicherkondensator 1 zu begrenzen. Die Pickup-Coil 20 wird in der Praxis größer als der Sensor 21 und vergleichsweise robust ausgeführt sein, da sie außer der Spulenwicklung keine weiteren Elektronikkomponenten aufweist, wodurch eine stärkere Erwärmung bei höherem Energieeintrag auch unproblematisch erscheint.
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Ist die Pickup-Coil 20 vom Speicherkondensator 1 weggeschaltet, so können an ihren Anschlüssen hohe Spannungen auftreten. Es müssen ausschließlich die Bauteile Gleichrichter 6 und FET-Schalter 36 diesen hohen Spannungen standhalten. Durch eine kompakte Ausführung des Sensors 21 und durch niedrige Verlustleistungen kann der Aufwand im Bereich Gehäusetechnik und Kühlung deutlich reduziert werden.
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Die Pickup-Coil 20 wird in der Regel nicht zusammen mit einem Kondensator in einem Schwingkreis betrieben. Dieser Kondensator müsste je nach genutztem Frequenzbereich eine vergleichsweise große Kapazität und zudem eine hohe Spannungsfestigkeit aufweisen, was eine große Bauform und einen hohen Preis zur Folge hat. Auch wäre durch den Schwingkreis ein bestimmter, eng gefasster Frequenzbereich zur Energiegewinnung festgelegt, wobei in der Praxis oft ein breiteres Frequenzband zur Energiegewinnung genutzt werden soll. Auch ergibt sich durch die Trennung von Pickup-Coil 20 und Sensor 21 die Möglichkeit, über eine Pickup-Coil 20 mehrere Sensoren 21 gleichzeitig mit Energie zu versorgen.
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Beispiele für eine Pickup-Coil 20 als Energieversorgungseinrichtung sind im Folgenden dargestellt.
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6 zeigt beispielhaft die Anordnung einer sogenannten Rogowski-Spule um einen Leiter 62 herum. Der durch den Starkstrom-Leiter 62 fließende Strom hat ein Magnetfeld um den Leiter herum zur Folge. Zeitliche Änderungen des Stroms durch den Leiter 62 führen auch zu zeitlichen Änderungen der magnetischen Feldstärke um den Leiter 62 herum, so dass elektrische Spannungen in die Spule, die aus einem Wickelkörper 63 und einem Kupferlackdraht 61 besteht, induziert werden. Über die Spule kann somit Energie zum Betrieb eines Sensors 21 gewonnen werden. Hierzu dienen die Anschlüsse 64 der Spule.
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Zur Gewinnung elektrischer Energie für Sensoren 21 können neben Starkstromleitungen aus Wechselspannungsnetzen auch Starkstromleitungen aus Gleichstromnetzen dienen, sofern hier zeitliche Schwankungen des Stroms überlagert sind.
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Als Wickelkörper können nicht ferromagnetische Materialien eingesetzt werden oder auch Ferritringe. Bei Verwendung eines Ferritrings ergibt sich eine weitere Möglichkeit zum Schutz vor zu hohen Strömen durch den Leiter (und einen dadurch verursachten zu hohen Energieeintrag in die Spule). Dimensionierung und Ferritmaterial werden so gewählt, dass der Ferrit bei Überschreiten einer bestimmten magnetischen Feldstärke in Sättigung geht. So führt aufgrund von Sättigungseffekten eine weitere Erhöhung des Stromes durch den Leiter bzw. der magnetischen Feldstärke ab einer gewissen Grenze nur noch zu einer geringfügigen Erhöhung des Leistungseintrags in die Spule. Bei Gleichstromnetzen muss hierbei beachtet werden, dass auch der Gleichanteil bei Strom bzw. Magnetfeld zur Sättigung des Ferritringes führen kann.
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7 zeigt eine weitere Variante einer Rogowski-Spule. Hierbei ist die Spule 61 nicht gänzlich umlaufend um den Wickelkörper 63 angeordnet. Ein Anschluss 64 der Spule wird nicht direkt herausgeführt, sondern verläuft entlang der Längsachse der Spule zurück zum Spulenanfang (65). So wird ein Aufklappen (66) der Spule ermöglicht, um sie zur Montage über einen Starkstrom-Leiter klappen zu können, ohne diesen dazu abklemmen zu müssen.
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Eine weitere Variante ist 8 dargestellt. Bei Verwendung eines Ferritrings 67 kann die Spule 61 auch nur über einen Teilbereich des Ferritrings 67 gewickelt sein, was unter Umständen zu einer Vereinfachung des Aufbaus führen kann. Die Spule 61 kann so beispielsweise vorab maschinell auf einen Kunststoffträger gewickelt werden und anschließend auf einen (aufklappbaren) Ferritring 67 aufgesteckt werden.
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Auch aus dem Magnetfeld innerhalb oder im Umfeld von Luftspulen oder Transformatoren aus dem Bereich der Energietechnik kann elektrische Energie zum Betrieb von Sensoren 21 gewonnen werden. In 9 ist eine geeignete Anordnung 70 dafür dargestellt. Das magnetische Wechselfeld 71 durchdringt die Querschnittsfläche einer Spule 72, die auch als Pickup-Coil 70 bezeichnet wird und induziert elektrische Spannungen in die Spule.
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Oft ist es zweckmäßig, Sensor 21 und die Spule 70 zur Energiegewinnung (Pickup-Coil) räumlich getrennt zu halten. In 10 ist beispielhaft eine entsprechende Anordnung 80 dargestellt.
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Überwacht werden soll hier der Strom durch die Anschlussleitung 86 einer Starkstrom-Luftspule. In der 10 ist der obere Bereich der Starkstrom-Luftspule entsprechend einem typischen Aufbau erkennbar: Die Windungen 87 der Spule sind zylinderförmig in einer Lage gewickelt und werden mit geeigneten Materialien vergossen. Diese zylindrische Spule wird senkrecht stehend von je einem Alu-Tragarm 81 oberhalb und unterhalb der Spule 87 getragen, und auch die elektrischen Anschlüsse werden über die Alu-Tragarme 81 vorgenommen. An den Alu-Tragarmen 81 sind sowohl die Enden der Spulen als auch die Starkstromanschlussleitungen 86 angeschlossen. In 10 sind der obere, gekreuzt angeordnete Satz Alu-Tragarme 81 und auch der Anschlusspunkt 86 für die Starkstromleitung erkennbar. Um die Starkstromleitung herum ist in der Nähe des Anschlusspunktes ein Funksensor 21 angeordnet, der eine Einrichtung zur Strommessung, beispielsweise die oben beschriebene Rogowski-Spule aufweist. Der Funksensor 21 soll durch Energie aus dem magnetischen Wechselfeld 82 der Starkstrom-Luftspule 87 gespeist werden, weshalb die Pickup-Coil 70 unmittelbar im magnetischen Wechselfeld 82 der Spule 87 angeordnet ist. Zwischen der Pickup-Coil 70 und dem Funksensor 21 ist eine Leitung 83 vorgesehen. Der Funksensor 21 mit der Einrichtung zur Strommessung hingegen wird ein Stück von der Starkstrom-Luftspule 87 entfernt angeordnet, damit das diese Spule umgebende starke magnetische Wechselfeld 82 die Genauigkeit und Zuverlässigkeit der Strommessung nicht zu stark beeinflusst.
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Ein weiterer Grund für eine räumliche Trennung zwischen Pickup Coil 70 und der Sensoreinheit 21 kann die Möglichkeit sein, über eine Pickup-Coil 70 mehrere Sensoren zu speisen, die an verschiedenen Punkten der Starkstromluftspule 87 angebracht sind. So könnte beispielsweise zusätzlich ein Funksensor zur Messung der Temperatur an einer bestimmten Stelle der Starkstrom-Luftspule 87 angebracht sein. Es wäre auch denkbar, dass für diesen Zweck im Gehäuse der Pickup-Coil 70 mehrere Wicklungen eingebracht werden, die zur Versorgung unterschiedlicher Sensoren dienen können. Diese Wicklungen können auch unterschiedlich ausgelegt sein, um Sensoren 21 mit unterschiedlichem Energiebedarf zu versorgen.
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12 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines Verfahrens zum Versorgen eines Sensors mit Energie.
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Hierbei wird in einem ersten Schritt 201 ein aktueller Ladezustand des Speicherkondensators 1 zur Speicherung von Energie ermittelt.
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In einem zweiten Schritt 202 wird ein erstes Steuersignal an die Schalteinrichtung 2 zum Koppeln des Speicherkondensators 1 mit der Energieversorgungseinrichtung 20 gesendet, wenn der aktuelle Ladezustand einen ersten Schwellwert unterschreitet. In einem dritten Schritt 203 wird ein zweites Steuersignal an die Schalteinrichtung 2 zum Entkoppeln des Speicherkondensators 1 von der Energieversorgungseinrichtung 20 gesendet, wenn der aktuelle Ladezustand einen zweiten Schwellwert überschreitet.
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Obwohl die vorliegende Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen beschrieben wurde, ist sie vielfältig modifizierbar.
