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Die vorliegende Erfindung betrifft eine elektronische Schaltungsanordnung, insbesondere zur Verwendung in einem explosionsgefährdeten Bereich.
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Viele mobile elektronische Geräte, beispielsweise moderne Laptops oder Mobiltelefone, weisen zur Kommunikation mit anderen elektrischen/elektronischen Geräten elektronische Schnittstellen mit einem oder mehreren Anschlusselementen auf, die außen am Gerätegehäuse des mobilen elektronischen Geräts angebracht sein können. Über solche elektronischen Schnittstellen, die beispielsweise als sogenannte USB-Schnittstellen realisiert sein können, können beispielsweise externe Peripherie-Geräte zur Herstellung einer Kommunikationsverbindung mit dem mobilen elektronischen Gerät verbunden werden. Besagte elektronische Schnittstellen können aber auch dafür konzipiert sein, anstelle von Peripherie-Geräten eine elektrische Energieversorgungseinheit, etwa in Form eines elektrischen Ladegeräts, an das mobile elektronische Gerät anzuschließen. Auf diese Weise kann eine wiederaufladbare Batterie des elektronischen Geräts durch elektrische Energie aus dem Ladegerät aufgeladen werden.
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Für die Verwendung von elektronischen Geräten in sogenannten explosionsgefährdeten Bereichen stellt die oben beschriebene elektronische Schnittstelle jedoch ein hohes Gefährdungspotenzial dar, da durch die an den elektrischen Anschlüssen der Schnittstelle bereitgestellte elektrische Energie ein Funken erzeugt und auf diese Weise ein im explosionsgefährdeten Bereich vorhandenes Gas-Luftgemisch gezündet werden kann.
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Um dies zu verhindern, sind in herkömmlichen elektronischen Geräten oftmals elektronische Schutzschaltungen vorgesehen, mittels welcher verhindert werden soll, dass an der nach außen geführten und freiliegenden Schnittstelle elektrische Energie anliegt, wenn kein externes elektrisches/elektronisches Gerät an die Schnittstelle angeschlossen ist. Gleichzeitig soll für den Fall, dass das ein externes elektrisches/elektronisches Gerät an die Schnittstelle angeschlossen ist, die Kommunikationsverbindung zwischen den beiden verbundenen Geräten durch das Vorhandensein einer solchen Schutzschaltung nicht beeinträchtigt werden.
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Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, bei der Entwicklung elektronischer Schutzschaltungen neue Wege aufzuzeigen.
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Diese Aufgabe wird durch eine elektronische Schaltungsanordnung gemäß dem unabhängigen Patentanspruch 1 gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche.
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Grundgedanke der Erfindung ist demnach, eine Schutzschaltung mittels einer elektronischen Schaltungsanordnung zu realisieren, in welcher eine elektrische Verbindungsleitung zwischen einem ersten elektrischen/elektronischen Gerät und einem zweiten elektrischen/elektronischen Gerät mit Hilfe von zwei Schaltelementen geerdet wird, solange das zweite elektrische/elektronische Gerät – typischerweise ein das erste elektrische/elektronische Gerät ergänzendes Peripherie- oder Ladegerät – nicht an die Verbindungsleitung angeschlossen ist. Ein erstes Schaltelement dient dabei zum elektrischen Unterbrechen der elektrischen Verbindungsleitung, ein zweites Schaltelement dient dazu, die elektrische Verbindungsleitung zum elektrischen Erden mit einem Masse-Anschluss zu verbinden, solange das zweite elektrische/elektronische Gerät nicht an die elektrische Verbindungsleitung angeschlossen ist. Entsprechend wird für den Fall, dass das zweite elektrische/elektronische Gerät elektrisch mit der Verbindungsleitung verbunden ist, besagte Unterbrechung aufgehoben und auch die Erdung der Verbindungsleitung am Masse-Anschluss aufgehoben.
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Erfindungswesentlich ist dabei eine zeitliche Abstimmung des Umschaltens der beiden Schaltelemente zwischen ihrem geöffneten und ihrem geschlossenen Zustand derart, dass eine unerwünschte elektrische Verbindung zwischen den beiden elektrischen/elektronischen Geräten und dem Masse-Anschluss und ein damit verbundener, unerwünschter elektrischer Kurzschluss-Strom zu jedem Zeitpunkt unterbunden wird.
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Die elektrische Verbindungsleitung – im Folgenden als "erster elektrischer Leitungspfad" bezeichnet – dient also grundsätzlich dazu, die nach außen geführte elektrische oder elektronische Schnittstelle des ersten elektrischen/elektronischen Geräts mit einem externen Peripheriegerät oder einem externen Ladegerät – nachfolgend der Einfachkeit halber einheitlich als „zweites elektrisches/elektronisches Gerät“ bezeichnet – zu verbinden. Um dabei zu verhindern, dass an der nach außen geführten Schnittstelle des ersten elektrischen/elektronischen Geräts elektrische Energie bereitgestellt wird, wenn dieses nicht über den ersten elektrischen Leitungspfad mit dem zweiten elektrischen/elektronischen Gerät verbunden ist und somit "freiliegt", ist zwischen dem ersten und dem zweiten elektrischen/elektronischen Gerät eine erfindungsgemäße elektronische Schaltungsanordnung angeordnet, die auf dem oben erläuterten Grundgedanken basiert.
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Eine solche Schaltungsanordnung kann als Teil des ersten elektronischen Geräts konzipiert sein. Denkbar ist etwa, dass das erste elektrische/elektronische Gerät ein Mobiltelefon oder Tablet-PC ist. Das zweite elektrische/elektronische Gerät kann ein externes Ladegerät sein, um eine im ersten elektrischen/elektronischen Gerät vorgesehene, wiederaufladbare Batterie im Bedarfsfall aufzuladen. Denkbar ist auch, dass das zweite elektrische/elektronische Gerät ein das erste elektrische/elektronische Gerät ergänzendes Peripherie-Gerät ist.
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Eine erfindungsgemäße elektronische Schaltungsanordnung umfasst einen ersten elektrischen Anschluss, an welchen ein erstes elektrisches/elektronisches Gerät anschließbar ist, und einen zweiten elektrischen Anschluss, an welchen ein zweites elektrisches/elektronisches Gerät anschließbar ist. Ferner ist ein erster elektrischer Leitungspfad vorgesehen, welcher den ersten elektrischen Anschluss elektrisch mit dem zweiten elektrischen Anschluss verbindet. Ein zweiter elektrischer Leitungspfad verbindet einen im ersten elektrischen Leitungspfad vorgesehenen Abzweigpunkt elektrisch mit einem elektrischen Masse-Anschluss der elektronischen Schaltungsanordnung. Zur wahlweisen Unterbrechung der elektrischen Verbindung zwischen den beiden Anschlusselementen ist im ersten elektrischen Leitungspfad zwischen dem ersten elektrischen Anschluss und dem Abzweigpunkt ein erstes Schaltelement vorgesehen. Dieses ist zwischen einem geöffneten Zustand, in welchem es den ersten elektrischen Leitungspfad elektrisch unterbricht, und einem geschlossenen Zustand umschaltbar, in welchem diese Unterbrechung aufgehoben ist Darüber hinaus ist im zweiten elektrischen Leitungspfad, also zwischen dem Abzweigpunkt und dem elektrischen Masse-Anschluss, ein zweites Schaltelement vorgesehen. Auch das zweite Schaltelement ist zwischen einem geöffneten Zustand, in welchem es den zweiten elektrischen Leitungspfad elektrisch unterbricht, und einem geschlossenen Zustand, in welchem diese Unterbrechung aufgehoben ist, umschaltbar.
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Ist das zweite elektrische/elektronische Gerät an den zweiten elektrischen Anschluss und somit an den ersten elektrischen Leitungspfad angeschlossen, so soll eine elektrische Verbindung zum ersten elektrischen Anschluss und über diesen an das erste elektronische Gerät vorhanden sein, über welche Daten oder elektrische Energie zwischen den elektrischen/elektronischen Geräten übertragen werden kann. Die elektronische Schaltungsanordnung ist erfindungsgemäß derart eingerichtet, dass beim elektrischen Anschließen des zweiten Geräts an den zweiten elektrischen Anschluss das erste Schaltelement in den geschlossenen Zustand umschaltet. In diesem Zustand darf sich das zweite Schaltelement aber nicht im geschlossenen Zustand befinden, da andernfalls die beiden elektrischen Anschlüsse mit dem Masse-Anschluss verbunden wären, was eine elektrische Erdung der beiden elektrischen/elektronischen Geräte bedeuten würde. In diesem Fall könnte ein unerwünschter Kurzschluss-Strom fließen, was eine Beschädigung der elektrischen Leitungspfade sowie der elektrischen/elektronischen Geräte zur Folge haben könnte. Daher schaltet das erste Schaltelement beim Anschließen des zweiten elektrischen/elektronischen Geräts erfindungsgemäß erst dann in den geschlossenen Zustand um, wenn sich das zweite Schaltelement bereits im geöffneten Zustand befindet.
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Umgekehrt soll mit einer elektrischen Trennung des zweiten elektrischen/elektronischen Geräts vom zweiten elektrischen Anschluss eine elektrische Erdung der beiden elektrischen Leitungspfade einhergehen, um zu verhindern, dass elektrische Energie am dann freien zweiten elektrischen Anschluss bereitgestellt wird. Daher ist die elektronische Schaltungsanordnung erfindungsgemäß derart eingerichtet, dass beim elektrischen Trennen des externen elektrisches/elektronisches Geräts vom zweiten elektrischen Anschluss das zweite Schaltelement in den geschlossenen Zustand und das erste Schaltelement in den geöffneten Zustand umschaltet. Erfindungsgemäß erfolgt das Umschalten der beiden Schaltelemente im Zuge der Trennung des zweiten elektrischen/elektronischen Geräts vom zweiten elektrischen Anschluss derart, dass das zweite Schaltelement erst dann in den geschlossenen Zustand umgeschaltet wird, wenn sich das erste Schaltelement bereits im geöffneten Zustand befindet. Auch diese Maßnahme verhindert einen unerwünschten elektrischen Kurzschluss der beiden elektrischen Anschlüsse mit dem Masse-Anschluss. Durch das Öffnen des ersten Schaltelements wird das erste elektrische/elektronische Gerät vom zweiten elektrischen Anschluss getrennt. Durch das Schließen des zweiten Schaltelements wird etwaig im ersten elektrischen Leitungspfad sowie im zweiten elektrischen Leitungspfad vorhandene elektrische Energie in Form elektrischer Ladungsträger über den Masse-Anschluss abgeführt.
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Im Ergebnis gestattet die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung eine sichere Erdung der äußeren Schnittstelle des ersten elektrischen/elektronischen Geräts, solange an diese Schnittstelle kein zweites elektrisches/elektronisches Gerät angeschlossen ist. Gleichzeitig wird die elektrische Verbindung zwischen den beiden elektrischen/elektronischen Geräten nicht beeinträchtigt, solange die beiden Geräte über die elektronische Schaltungsanordnung elektrisch miteinander verbunden sind. Insbesondere wird ein unerwünschter elektrischer Kurzschluss der elektrischen/elektronischen Geräte mit einem Masse-Anschluss im Zuge des Anschließens bzw. Trennens des zweiten elektrischen/elektronischen Geräts vermieden.
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In einer bevorzugten Ausführungsform ist das erste Schaltelement ein elektrisch bestrombares elektromagnetisches Relais. Dieses ist derart ausgebildet, dass es in einem elektrisch bestromten Zustand in den geschlossenen Zustand umschaltet. Demgegenüber schaltet es im elektrisch nicht bestromten Zustand in den geöffneten Zustand um. In analoger Weise ist auch das zweite Schaltelement ein elektrisch bestrombares elektromagnetisches Relais, welches in einem elektrisch bestromten Zustand in den geöffneten Zustand umschaltet und in einem elektrisch nicht bestromten Zustand in den geschlossenen Zustand umschaltet. Die beiden Relais können daher über geeignete elektrische Versorgungsleitungen mit einer Energiequelle verbunden werden. Diese kann insbesondere im zweiten elektrischen/elektronischen Gerät vorhanden sein. Durch Bereitstellung einer elektrischen Verbindung der Relais mit der im zweiten elektrischen/elektronischen Gerät vorhandenen Energiequelle kann das erfindungsgemäße Umschalten der Schaltelemente beim Anschließen bzw. Trennen des zweiten elektrischen/elektronischen Geräts von der Schaltungsanordnung realisiert werden. Darüber hinaus kann durch die Verwendung von Relais sichergestellt werden, dass im geöffneten Zustand der Schaltelemente die elektrische Verbindung im ersten bzw. zweiten elektrischen Leitungspfad vollständig unterbrochen wird, was gemäß gesetzlicher Bestimmungen für die Verwendung des ersten elektrischen/elektronischen Geräts und dessen externer Schnittstelle zwingend erforderlich ist, wenn diese in einem explosionsgefährdeten Bereich verwendet werden soll.
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Besonders zweckmäßig kann die elektronische Schaltungsanordnung eine Steuerungseinheit umfassen, mittels welcher bestimmbar ist, ob der im ersten elektrischen Leitungspfad vorgesehene Abzweigpunkt elektrisch mit dem Masse-Anschluss verbunden ist oder nicht. In diesem Szenario ist die Steuerungseinheit derart eingerichtet/programmiert, dass sie nach dem Anschließen des zweiten elektrischen/elektronischen Geräts an den zweiten elektrischen Anschluss ein elektrisches Bestromen des als Relais ausgebildeten ersten Schaltelements zum Zwecke des Umschaltens in den geschlossenen Zustand solange verhindert, bis bestimmt wurde, dass der Abzweigpunkt nicht mehr mit dem Masse-Anschluss verbunden ist. Auf diese Weise wird im erfindungsgemäßen Sinne sichergestellt, dass mit dem Anschließen des zweiten elektrischen/elektronischen Geräts kein temporärer elektrischer Kurzschluss der ersten Versorgungsleitung und damit der beiden elektrischen/elektronischen Geräte einhergeht.
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In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung besitzt die elektronische Schaltungsanordnung ein über eine erste Sensor-Leitung mit der Steuerungseinheit zusammenwirkendes erstes Sensor-Element. Mittels dieses Sensor-Elements ist bestimmbar, ob der elektrische Abzweigpunkt elektrisch mit dem Masse-Anschluss verbunden ist oder nicht. Auf diese Weise kann von der Steuerungseinheit festgestellt werden, ob sich das zweite Schaltelement im geöffneten oder im geschlossenen Zustand befindet.
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In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist im ersten elektrischen Leitungspfad zwischen dem zweiten elektrischen Anschluss und dem Abzweigpunkt ein drittes Schaltelement vorgesehen, welches analog zum ersten Schaltelement ausgebildet ist. Das bedeutet, dass auch das dritte Schaltelement zwischen einem geöffneten Zustand, in welchem es den ersten elektrischen Leitungspfad elektrisch unterbricht, und einem geschlossenen Zustand umschaltbar ist, in welchem diese elektrische Unterbrechung aufgehoben ist. Die elektronische Schaltungsanordnung ist gemäß dieser Weiterbildung derart eingerichtet, dass beim elektrischen Anschließen des zweiten elektrischen/elektronischen Geräts an den zweiten elektrischen Anschluss zusätzlich zum ersten Schaltelement auch das dritte Schaltelement in den geschlossenen Zustand umschaltet. Besagtes Umschalten erfolgt dabei derart, dass das dritte Schaltelement erst in den geschlossenen Zustand umgeschaltet wird, wenn sich das zweite Schaltelement bereits im geöffneten Zustand befindet. Auf diese Weise wird ein unerwünschter Kurzschluss des zweiten elektrischen Anschlusses mit dem Masse-Anschluss im Zuge des Umschaltvorgangs der drei Schaltelemente vermieden. Das dritte Schaltelement kann ebenso wie das erste und das zweite Schaltelement als elektromagnetisches, elektrisch bestrombares Relais ausgebildet sein, so dass obige Erläuterungen zum ersten und Schaltelement mutatis mutandis für das dritte Schaltelement gelten. Hinsichtlich der elektrischen Trennung des zweiten elektrischen/elektronischen Geräts vom zweiten elektrischen Anschluss ist die elektronische Schaltungsanordnung derart eingerichtet, dass beim zusätzlich zum ersten Schaltelement auch das dritte Schaltelement in den geöffneten Zustand umschaltet, wobei das Umschalten derart erfolgt, dass das zweite Schaltelement erst in den geschlossenen Zustand umgeschaltet wird, wenn sich auch das dritte Schaltelement bereits im geöffneten Zustand befindet. Auch mittels dieser Maßnahme wird ein unerwünschter elektrischer Kurzschluss zwischen dem zweiten Anschlusselement und dem Masse-Anschluss unterbunden.
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In einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist durch einen vorbestimmten ersten Zeitraum eine Zeitdauer definiert, die das erste Schaltelement zum Umschalten vom geschlossenen in den geöffneten Zustand benötigt. Alternativ oder zusätzlich kann durch einen vorbestimmten dritten Zeitraum eine Zeitdauer definiert sein, die das dritte Schaltelement zum Umschalten vom geschlossenen in den geöffneten Zustand benötigt. Beide Zeiträume, also erster und dritter Zeitraum, können dabei denselben Wert oder unterschiedliche Werte aufweisen. Gemäß dieser Ausführungsform ist durch einen vorbestimmten zweiten Zeitraum eine Zeitdauer definiert, die das zweite Schaltelement zum Umschalten vom geöffneten in den geschlossenen Zustand benötigt. Die elektronische Schaltungsanordnung ist derart ausgebildet, dass der vorbestimmte zweite Zeitraum jeweils größer ist als der vorbestimmte erste Zeitraum und/oder der vorbestimmte dritte Zeitraum. Auf diese Weise kann sichergestellt werden, dass beim Trennen der Energieversorgungseinheit das damit verbundene Umschalten des zweiten Schaltelements in den geschlossenen Zustand langsamer erfolgt als das Umschalten des ersten bzw. dritten Schaltelements in den geöffneten Zustand. Folglich kann ein Zustand, bei welchem sowohl das zweite als auch das erste/dritte Schaltelement geschlossen ist, verhindert werden. Ein elektrischer Kurzschluss des elektronischen Geräts bzw. der Energieversorgungseinheit zum Masse-Anschluss wird somit vermieden.
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In einer vorteilhaften Weiterbildung kann die elektronische Schaltungsanordnung eine elektronische Verzögerungsschaltung umfassen, welche das Umschalten des zweiten Schaltelements vom geöffneten in den geschlossenen Zustand derart verzögert, dass der vorbestimmte zweite Zeitraum größer ist als der vorbestimmte erste Zeitraum und/oder der vorbestimmte dritte Zeitraum. Auf diese Weise wird sichergestellt, dass das beim Trennen des zweiten elektrischen/elektronischen Geräts das erste Schaltelement und/oder das dritte Schaltelement erst zu einem Zeitpunkt geschlossen wird, zu welchem das zweite Schaltelement bereits geöffnet ist.
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In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform können das erste und/oder das zweite und/oder das dritte Schaltelement mittels einer elektrischen Versorgungsleitung mit einem dritten elektrischen Anschluss der elektronischen Schaltungsanordnung verbunden werden, der mit einer im zweiten elektrischen/elektronischen Gerät vorgesehenen elektrischen Energiequelle verbindbar ist. Sind die Schaltelemente als elektromagnetische Relais ausgeführt, so kann die zum elektrischen Bestromen der Relais erforderliche elektrische Energie dem elektrischen/elektronischen Gerät entnommen werden. Auf diese Weise lässt sich auch das erfindungsgemäße Umschalten der Schaltelemente beim elektrischen Anschließen bzw. Trennen des zweiten elektrischen/elektronischen Geräts realisieren.
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Hierzu können in einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung der erste und der dritte elektrische Anschluss derart ausgebildet werden, dass mit einem Anschließen des zweiten elektrischen/elektronischen Geräts ein elektrisches Verbinden des zweiten elektrischen/elektronischen Geräts mit dem dritten elektrischen Anschluss einhergeht. Weiterhin können der erste und der dritte elektrische Anschluss derart ausgebildet werden, dass besagte elektrische Verbindung beim Trennen des elektrischen/elektronischen Geräts vom zweiten elektrischen Anschluss wieder aufgehoben wird.
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Im Falle einer Fehlfunktion der elektronischen Schaltungsanordnung derart, dass das erste/dritte Schaltelement nicht ordnungsgemäß in den geöffneten Zustand umschaltet, kommt es bei geschlossenem zweiten Schaltelement zum elektrischen Kurzschluss des ersten bzw. zweiten elektrischen Anschlusselements mit dem Masse-Anschluss, der das elektronische Gerät einschließlich der elektronischen Schaltungsanordnung beschädigen kann. Um dies zu verhindern, ist bei einer vorteilhaften Weiterbildung im ersten elektrischen Leitungspfad zwischen dem Abzweigpunkt und dem ersten elektrischen Anschluss ein erstes elektrisches Sicherungselement angeordnet. Dieses unterbricht den ersten elektrischen Leitungspfad dauerhaft, sobald der durch das erste elektrische Sicherungselement fließende elektrische Strom einen vorbestimmten Maximalwert überschreitet.
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Zusätzlich oder alternativ kann auch im ersten elektrischen Leitungspfad zwischen dem Abzweigpunkt und dem zweiten elektrischen Anschluss ein zweites elektrisches Sicherungselement angeordnet sein. Dieses zweite elektrische Sicherungselement unterbricht den ersten elektrischen Leitungspfad dauerhaft, sobald der durch das zweite elektrische Sicherungselement fließende elektrische Strom einen vorbestimmten Maximalwert überschreitet.
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Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus den Zeichnungen und aus der zugehörigen Figurenbeschreibung anhand der Zeichnungen.
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Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
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Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert, wobei sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche oder ähnliche oder funktional gleiche Komponenten beziehen.
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Es zeigen, jeweils schematisch
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1 eine Beispiel einer erfindungsgemäßen elektronischen Schaltungsanordnung mit einem an die Schaltungsanordnung angeschlossenen elektrischen/elektronischen Gerät,
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2 das Beispiel der 1 in einem Zustand, in welchem das elektrische/elektronische Gerät elektrisch von der Schaltungsanordnung getrennt ist.
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1 zeigt in einer schaltplanartigen Darstellung ein Beispiel einer erfindungsgemäßen elektronischen Schaltungsanordnung 1. Die Schaltungsanordnung 1 fungiert als elektrische/elektronische Verbindungsschaltung zwischen dem nach außen geführten elektrischen/elektronischen Schnittstellenanschluss 21 eines ersten elektrischen/elektronischen Geräts 2 und dem mit diesem Schnittstellenanschluss 21 elektrisch verbindbaren zweiten elektrischen/elektronischen Gerät 3. Die elektronische Schaltungsanordnung 1 ist erfindungsgemäß dafür konzipiert, sicherzustellen, dass über den Schnittstellenanschluss 21 keine elektrische Energie nach außen in die Umgebung 10 des ersten elektrischen/elektronischen Geräts 2 gelangen kann, wenn das zweite elektrische/elektronische Gerät 3 nicht elektrisch mit dem ersten elektrischen/elektronischen Gerät 2 verbunden ist.
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Beim ersten elektrischen/elektronischen Gerät 2 kann es sich beispielsweise um ein Mobiltelefon oder um einen tragbaren Computer, insbesondere einen Tablet-PC, handeln. Das zweite elektrische/elektronische Gerät 3 kann ein externes Peripherie-Gerät für das erste elektrische/elektronische Gerät 2 sein. Dieses kann insbesondere ein elektrisches Ladegerät sein, mittels welchem eine im ersten elektrische/elektronische Gerät 2 vorhandene wiederaufladbare Batterie 22 elektrisch wiederaufgeladen werden kann. Die elektronische Schaltungsanordnung 1 kann Teil des ersten elektrischen/elektronischen Geräts 2 sein und hierfür beispielsweise in ein Gehäuse des ersten elektrischen/elektronischen Geräts 2 integriert sein (nicht gezeigt). Die elektronische Schaltungsanordnung 1 kann auf einer herkömmlichen Leiterplatine angeordnet sein. An die elektronische Schaltungsanordnung 1 kann das zweite elektrische/elektronische Gerät 3 angeschlossen werden, so dass es über die Schaltungsanordnung 1 elektrisch mit dem ersten elektrischen/elektronischen Gerät 2 verbunden wird.
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Die elektronische Schaltungsanordnung 1 umfasst hierfür einen ersten elektrischen Anschluss 4a, an welchen das erste elektronische Gerät 2 angeschlossen werden kann. Die elektronische Schaltungsanordnung 1 umfasst ferner einen zweiten elektrischen Anschluss 4b, an welchen das zweite elektrische/elektronische Gerät 3 angeschlossen ist. Dieser zweite elektrische Anschluss 4b ist mittels eines ersten elektrischen Leitungspfads 5 elektrisch mit dem ersten elektrischen Anschluss 4a verbunden. Ein zweiter elektrischer Leitungspfad 6 verbindet einen im ersten elektrischen Leitungspfad 5 vorgesehenen Abzweigpunkt 7 elektrisch mit einem elektrischen Masse-Anschluss 8. Der Masse-Anschluss 8 wiederum ist elektrisch mit einer elektrischen Masse/Erde verbunden oder verbindbar. Die beiden Leitungspfade 5, 6 können beispielsweise jeweils eine elektrische Leiterbahn sein oder umfassen, wenn die elektronische Schaltungsanordnung 1 auf einer herkömmlichen Leiterplatine realisiert ist.
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Im ersten elektrischen Leitungspfad 5 ist zwischen dem ersten elektrischen Anschluss 4a und dem Abzweigpunkt 7 ein erstes Schaltelement 9a vorgesehen, welches zwischen einem geöffneten Zustand, in welchem es den ersten elektrischen Leitungspfad 5 elektrisch unterbricht, und einem geschlossenen Zustand umschaltbar, in welchem diese Unterbrechung wieder aufgehoben ist. In analoger Weise ist im zweiten elektrischen Leitungspfad 6 zwischen dem Abzweigpunkt 7 und dem elektrischen Masse-Anschluss 8 ein zweites Schaltelement 9b vorgesehen, welches zwischen einem geöffneten Zustand, in welchem es den zweiten elektrischen Leitungspfad 6 elektrisch unterbricht, und einem geschlossenen Zustand, in welchem diese Unterbrechung aufgehoben ist, umschaltbar ist.
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Im Beispielszenario der Figuren ist im ersten elektrischen Leitungspfad 4 zwischen dem zweiten elektrischen Anschluss 4b und dem Abzweigpunkt 7 ein weiteres, drittes Schaltelement 9c vorgesehen, welches analog zum ersten Schaltelement 9a ausgebildet ist. Mit anderen Worten, auch das dritte Schaltelement 9c ist zwischen einem geöffneten Zustand, in welchem es den ersten elektrischen Leitungspfad 5 elektrisch unterbricht, und einem geschlossenen Zustand umschaltbar, in welchem diese elektrische Unterbrechung aufgehoben ist.
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Ist das zweite elektrische/elektronische Gerät 3 wie in 1 gezeigt an den zweiten elektrischen Anschluss 4b und somit an den ersten elektrischen Leitungspfad 5 angeschlossen, so soll eine Verbindung zum ersten elektrischen Anschluss 4a und über diesen an das erste elektronische Gerät 2 vorhanden sein. Die elektronische Schaltungsanordnung 1 ist daher derart eingerichtet, dass beim elektrischen Anschließen des zweiten elektrischen/elektronischen Geräts 3 an den zweiten elektrischen Anschluss 4b das zweite Schaltelement 9b in den geöffneten Zustand umschaltet und das erste und das dritte Schaltelement 9a, 9c in den geschlossenen Zustand umschalten. Der Umschaltvorgang erfolgt dabei derart, dass das erste und das dritte Schaltelement 9a, 9c erst in den geschlossenen Zustand 9b umgeschaltet werden, wenn sich das zweite Schaltelement 9b bereits im geöffneten Zustand befindet. Auf diese Weise wird ein Schaltungszustand vermieden, bei welchem der erste und/oder der zweite elektrische Anschluss 4a, 4b elektrisch mit dem Masse-Anschluss 8 verbunden sind, so dass ein unerwünschter elektrischer Kurzschluss-Strom fließen würde. Ein solcher elektrischer Kurzschluss-Strom könnte zu einer Beschädigung der beiden Leitungspfade 5, 6, des ersten elektrischen/elektronischen Geräts 2 oder des zweiten elektrischen/elektronischen Geräts 3 zur Folge haben könnte.
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Die 1 zeigt das zweite elektrische/elektronische Gerät 3 in einem an den zweiten elektrischen Anschluss 4b der elektronischen Schaltungsanordnung 1 angeschlossenen Zustand. In diesem Szenario ist das zweite Schaltelement 9b geöffnet, so dass der Abzweigpunkt 7 und somit auch der erste elektrische Leitungspfad 5 nicht über den elektrischen Masse-Anschluss 8 geerdet sind. Demgegenüber sind das erste Schaltelement 9a und das dritte Schaltelement 9c geschlossen, so dass zwischen dem ersten elektrischen Anschluss 4a und dem zweiten elektrischen Anschluss 4b die gewünschte elektrische Verbindung besteht. Mit anderen Worten, in 1 ist das zweite elektrische/elektronische Gerät 3 über den ersten elektrischen Leitungspfad 5 mit dem ersten elektrischen/elektronischen Gerät 2 verbunden.
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Erfindungsgemäß geht nun mit einer elektrischen Trennung des zweiten elektrischen/elektronischen Geräts 3 vom zweiten elektrischen Anschluss 4b eine elektrische Erdung der beiden elektrischen Leitungspfade 5, 6 einher. Dadurch wird verhindert, dass elektrische Energie in Form von elektrischen Ladungsträgern aus dem ersten elektrischen/elektronischen Gerät 2 am freien zweiten elektrischen Anschluss 4b bereitgestellt und in die Umgebung 10 freigesetzt werden kann. Dies könnte in einem explosionsgefährdeten Bereich zur Zündung eines in der Umgebung 10 vorhandenen explosiven Gas-Luftgemischs durch Funkenzündung führen.
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Der sich nach dem Trennen des zweiten elektrischen/elektronischen Geräts 3 vom zweiten elektrischen Anschluss 4b in der Schaltungsanordnung 1 einstellende Zustand mit geöffnetem ersten und dritten Schaltelement 9a, 9c sowie mit geschlossenem zweiten Schaltelement 9b ist in der Darstellung der 2 wiedergegeben. Beim elektrischen Trennen des zweiten elektrisches/elektronisches Geräts 3 vom zweiten elektrischen Anschluss 4b wird das zweite Schaltelement 9b vom geöffneten in den geschlossenen Zustand umgeschaltet. Darüber hinaus werden das erste Schaltelement 9a und das dritte Schaltelement 9c vom geschlossenen in den geöffneten Zustand umgeschaltet. In diesem Zustand der Schaltungsanordnung 1 sind die beiden elektrischen Leitungspfade 5, 6 mit dem elektrischen Masse-Anschluss 8 verbunden, d.h. die beiden elektrischen Leitungspfade 5, 6 mit dem Abzweigpunkt 7 sind elektrisch geerdet. Das Umschalten der Schaltelemente 9a, 9b, 9c erfolgt im Zuge der Trennung des zweiten elektrischen/elektronischen Geräts 3 vom zweiten elektrischen Anschluss 4b derart, dass das zweite Schaltelement 9b erst dann in den geschlossenen Zustand umgeschaltet wird, wenn sich das erste und das dritte Schaltelement 9a, 9c bereits im geöffneten Zustand befinden. Auf diese Weise wird auch beim Trennen des zweiten elektrischen/elektronischen Geräts 3 vom zweiten elektrischen Anschluss 4b ein Zustand der elektronischen Schaltungseinrichtung 1 vermieden, bei welchem sich beide Schaltelemente 9a, 9b gleichzeitig – wenn auch nur für einen kurzen Zeitraum – im geschlossenen Zustand befinden, was einen unerwünschten elektrischen Kurzschluss der beiden elektrischen Anschlüsse 4a, 4b mit dem Masse-Anschluss 8 bedeuten würde. Durch das Schließen des zweiten Schaltelements 9b kann nach dem Öffnen des ersten und dritten Schaltelements 9a, 9c im ersten bzw. zweiten elektrischen Leitungspfad 5, 6 vorhandene elektrische Energie über den Masse-Anschluss 8 abfließen. Auf diese Weise wird sichergestellt, dass beim erneuten Anschließen des zweiten elektrischen/elektronischen Geräts 3 an den zweiten elektrischen Anschluss 4b (wie oben beschrieben) keine elektrische Energie im Bereich des Abzweigpunkts 7 vorhanden ist. Im Ergebnis wird mittels der erfindungsgemäßen elektronischen Schaltungsanordnung 1 sichergestellt, dass der erste elektrische Leitungspfad 5 unmittelbar nach dem Trennen des zweiten elektrischen/elektronischen Geräts 3 geerdet wird. Am Schnittstellenanschluss 21 des ersten elektrischen/elektronischen Geräts 2 etwaig vorhandene elektrische Energie in Form freier elektrischer Ladungsträger kann im Zuge der Erdung über den ersten elektrischen Leitungspfad 5, den Abzweigpunkt 7 und den zweiten elektrischen Leitungspfad 6 zum Masse-Anschluss 8 abgeführt werden. Dies bedeutet, dass keine elektrische Energie über den zweiten elektrischen Anschluss 4b in die Umgebung 10 des elektronischen Geräts 2 gelangen kann.
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In einer konstruktiv vereinfachten Variante des vorangehend diskutierten Beispiels kann auf das dritte Schaltelement 9c verzichtet sein.
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Die drei Schaltelemente 9a, 9b, 9c können jeweils als elektrisch bestrombare elektromagnetische Relais ausgebildet sein. Das erste Schaltelement 9a und das dritte Schaltelement 9c sind dabei vorzugsweise derart realisiert, dass sie in einem elektrisch bestromten Zustand in den geschlossenen Zustand umschalten und in einem elektrisch nicht bestromten Zustand in den geöffneten Zustand umschalten. Demgegenüber ist das zweite Schaltungselement 9b vorzugsweise derart realisiert, dass es im elektrisch bestromten Zustand in den geöffneten Zustand umschaltet und im elektrisch nicht bestromten Zustand in den geschlossenen Zustand umschaltet.
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Die zum elektrischen Bestromen der jeweils als elektromagnetische Relais ausgebildeten Schaltelemente 9a, 9b, 9c erforderliche elektrische Energie kann einer in dem zweiten elektrischen/elektronischen Gerät 3 vorgesehenen elektrischen Energiequelle 17 entnommen werden. Hierzu sind der erste und der dritte elektrische Anschluss 4a, 4c derart ausgebildet, dass mit einem Anschließen des zweiten elektrischen/elektronischen Geräts 3 automatisch ein elektrisches Verbinden des zweiten elektrischen/elektronischen Geräts 3 mit dem dritten elektrischen Anschluss einhergeht. Weiterhin sind der erste und der dritte elektrische Anschluss 4a, 4c auch derart ausgebildet, dass besagte elektrische Verbindung beim Trennen des zweiten elektrischen/elektronischen Geräts 3 vom zweiten elektrischen Anschluss 4b wieder aufgehoben wird. Diese Eigenschaften des zweiten und dritten elektrischen Anschlusses 4b, 4c sind im Beispiel technisch realisiert, indem die drei Schaltelemente 9a, 9b, 9c mittels einer elektrischen Versorgungsleitung 12 mit dem dritten elektrischen Anschluss 4c verbunden sind. Der dritte elektrische Anschluss 4c wiederum wird über einen im zweiten elektrischen/elektronischen Gerät 3 vorhandenen Leitungspfad 23c mit der im zweiten elektrischen/elektronischen Gerät 3 vorhandenen elektrischen Energiequelle 17 verbunden, solange das zweite elektrische/elektronische Gerät am zweiten elektrischen Anschluss 4b und somit auch am dritten elektrischen Anschluss 4c angeschlossen ist.
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Der zweite und dritte elektrische Anschluss 4b, 4c sind als Teil einer gemeinsamen Buchse 16 (in den Figuren nur schematisch angedeutet) realisiert, der an einer Gehäusewand (nicht gezeigt) des die elektronische Schaltungsanordnung 1 beherbergenden Gehäuses – dieses kann gleichzeitig Teil des ersten elektrischen/elektronischen Geräts 2 sein – angeordnet wird. Die elektrische Buchse 16 ist vorzugsweise komplementär zu einem am zweiten elektronischen Gerät 3 vorgesehenen oder mit diesem über eine elektrische Kabelverbindung verbindbaren elektrischen Stecker 18 realisiert, so dass Buchse 16 und Stecker 18 eine lösbare Steckverbindung 20 ausbilden. In einer Variante können Stecker 18 und Buchse 16 auch vertauscht sein. Der Stecker 18 kann zu den beiden elektrischen Anschlüssen 4b, 4c komplementäre Anschlüsse 19b, 19c aufweisen. Der Anschluss 19b kann elektrisch mit einem elektrischen Leitungspfad 23c verbunden sein, welcher eine Fortsetzung des ersten elektrischen Leitungspfads 5 im zweiten elektrischen/elektronischen Gerät 3 ausbildet. Dabei kann es sich um eine USB-Daten- oder Versorgungsleitung handeln. Der elektrische Anschluss 19c ist elektrisch mit dem elektrischen Leitungspfad 23c und über diesen mit der elektrischen Energiequelle 17 verbunden.
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Wie in den 1 und 2 dargestellt kann die elektronische Schaltungsanordnung 1 eine Steuerungseinheit 11 umfassen. Mittels dieser ist bestimmbar, ob der Abzweigpunkt 7 elektrisch mit dem Masse-Anschluss 8 verbunden ist oder nicht. Hierzu umfasst die elektronische Schaltungsanordnung 1 ein Sensor-Element 14, welches über eine elektrische Sensor-Leitung 13 mit der Steuerungseinheit 11 zusammenwirkt. Das Sensor-Element 14 – hierbei kann es sich beispielsweise um einen elektrischen Spannungssensor in der Art eines Voltmeters handeln – übermittelt der Steuerungseinheit 11 über die Sensor-Leitung 13, ob der elektrische Abzweigpunkt 7 elektrisch mit dem Masse-Anschluss 8 verbunden ist oder nicht. Indirekt lässt sich auf diese Weise feststellen, ob sich das zweite Schaltelement 9b im geöffneten oder geschlossenen Zustand befindet. Die Steuerungseinheit 11 ist nun derart eingerichtet/programmiert, dass sie nach dem Anschließen des zweiten elektrischen/elektronischen Geräts 3 an den zweiten elektrischen Anschluss 4b ein elektrisches Bestromen des ersten und dritten Schaltelements 9a, 9c über die elektrische Versorgungsleitung 12 zum Umschalten in den geschlossenen Zustand solange verhindert, bis mit Hilfe des Sensor-Elements 14 festgestellt wurde, dass der Abzweigpunkt 6 nicht mehr mit dem Massenanschluss 8 verbunden ist. Mit anderen Worten, die Steuerungseinheit 11 sorgt dafür, dass das jeweils als elektromagnetisches Relais ausgebildete erste und das dritte Schaltelement 9a, 9c erst in den geschlossenen Zustand umgeschaltet werden, wenn das zweite Schaltelement 9b sich bereits im geöffneten Zustand befindet.
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Um einen unerwünschten elektrischen Kurzschluss-Strom vom Abzweigpunkt 7 zum Masse-Anschluss 8 auch beim Trennen des zweiten elektrischen-/elektronischen Geräts 3 vom zweiten elektrischen Anschluss 4b zu vermeiden, kann die elektronische Schaltungsanordnung 1 eine elektronische Verzögerungsschaltung 24 umfassen, welche das Umschalten des zweiten Schaltelements 9b vom geöffneten in den geschlossenen Zustand derart verzögert.
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Zu diesem Zweck kann durch einen vorbestimmten ersten Zeitraum eine Zeitdauer t1 definiert sein, die das erste Schaltelement 9a zum Umschalten vom geschlossenen in den geöffneten Zustand benötigt. Entsprechend ist durch einen vorbestimmten zweiten Zeitraum t2 eine Zeitdauer definiert, die das zweite Schaltelement 9b zum Umschalten vom geöffneten in den geschlossenen Zustand benötigt. Schließlich wird durch einen vorbestimmten dritten Zeitraum t3 eine Zeitdauer definiert, die das dritte Schaltelement 9c zum Umschalten vom geschlossenen in den geöffneten Zustand benötigt. Die elektronische Schaltungsanordnung 1 ist derart ausgebildet, dass der vorbestimmte zweite Zeitraum t2 jeweils größer ist als der vorbestimmte erste Zeitraum und/oder der vorbestimmte dritte Zeitraum t3. Hierzu erfolgt die durch die Verzögerungsschaltung 24 bewirkte Verzögerung derart, dass der vorbestimmte zweite Zeitraum t2 größer ist als der vorbestimmte erste Zeitraum t1 und auch größer ist als der vorbestimmte dritte Zeitraum t3. Die in den Figuren nur grobschematisch dargestellte Verzögerungsschaltung 24 kann technisch mit einer elektrischen Kapazität (nicht gezeigt) realisiert sein, welche in der elektrischen Versorgungsleitung 12 angeordnet ist und auf diese Weise die elektrische Stromversorgung des als Relais ausgebildeten zweiten Schaltelements 9b "puffert".
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Im Falle einer Fehlfunktion der elektronischen Schaltungsanordnung 1 derart, dass das erste bzw. dritte Schaltelement 9a, 9c nicht ordnungsgemäß in den geöffneten Zustand umschaltet, kommt es bei geschlossenem zweiten Schaltelement 9b zum elektrischen Kurzschluss des ersten bzw. zweiten elektrischen Anschlusses 4a, 4b mit dem elektrischen Masse-Anschluss 8. Um einen damit verbundenen, dauerhaften elektrischen Kurzschlussstrom zum Masse-Anschluss 8 zu verhindern, ist im ersten elektrischen Leitungspfad 5 zwischen dem Abzweigpunkt 7 und dem ersten elektrischen Anschluss 4a ein erstes elektrisches Sicherungselement 15a angeordnet. Das erste Sicherungselement 15a unterbricht den ersten elektrischen Leitungspfad 5 dauerhaft, sobald der durch das erste elektrische Sicherungselement 15a fließende elektrische Strom einen vorbestimmten Maximalwert überschreitet. Wie in 1 gezeigt kann zusätzlich oder alternativ auch im ersten elektrischen Leitungspfad 5 zwischen dem Abzweigpunkt 7 und dem zweiten elektrischen Anschluss 4b ein zweites elektrisches Sicherungselement 15b angeordnet sein. Auch zweites elektrisches Sicherungselement 15b unterbricht den ersten elektrischen Leitungspfad 5a dauerhaft, sobald der durch das zweite elektrische Sicherungselement 15b fließende elektrische Strom einen vorbestimmten Maximalwert überschreitet.
