Die Erfindung betrifft ein Schaltgerät und ein System zur Steuerung der Energiezufuhr eines elektrischen Verbrauchers, insbesondere eines elektrischen Motors.The invention relates to a switching device and a system for controlling the energy supply of an electrical consumer, in particular an electric motor.
Bei Schaltgeräten, die eine komplexe Verarbeitungseinheit, wie zum Beispiel einen Mikrokontroller oder diskrete Logikbauteile aufweisen, besteht die Notwendigkeit, Steuerbefehle stets in korrekte Schalthandlungen umzusetzen. Solche Schalthandlungen führen insbesondere zum Abschalten eines elektrischen Verbrauchers von einer Versorgungsspannung oder zum Anschalten eines elektrischen Verbrauchers an eine Versorgungsspannung. Bei einer unzuverlässigen oder fehlerhaften Energieversorgung des Schaltgeräts und insbesondere der Verarbeitungseinheit besteht das Risiko, dass eingelesene Steuerbefehle nicht zuverlässig beziehungsweise nicht vollständig verarbeitet werden und es gegebenenfalls zu Fehlschaltungen des Schaltgeräts kommen kann. Insbesondere bei Sicherheitsschaltgeräten gilt es, solche Fehlschaltungen zuverlässig zu verhindern.Switchgear that has a complex processing unit, such as a microcontroller or discrete logic components, always has to convert control commands into correct switching operations. Such switching operations lead in particular to the switching off of an electrical consumer from a supply voltage or to the switching on of an electrical consumer to a supply voltage. In the case of an unreliable or faulty power supply to the switching device and, in particular, to the processing unit, there is a risk that control commands that have been read in are not processed reliably or not completely, and that the switching device may malfunction. In the case of safety switching devices in particular, it is important to reliably prevent such incorrect switching.
Um derartige Fehlschaltungen bei einer fehlerhaften Energieversorgung oder bei Ausfall einer Energieversorgung eines Schaltgeräts zu verhindern, lehrt die EP 2 898 521 A1 und auch die WO 2014/075742 A1 jeweils ein Schaltgerät, welches eine Steuereinheit, einen Versorgungsanschluss zum Anlegen einer Versorgungsspannung für das Schaltgerät, ein Netzteil, und eine erste Strombahn umfasst, die mit einem Versorgungsnetz verbunden ist und mehrere Schalter aufweist. Die Steuereinheit kann Schaltsignale für die Schalter ausgeben, wobei sie über das Netzteil die Energie für die Schalter bezieht. Ferner enthält das bekannte Schaltgerät einen Energiespeicher und eine mit der Steuereinheit verbundene Messvorrichtung aufweist. Der Energiespeicher ist dazu vorgesehen, eine ans Schaltgerät angelegte Versorgungsspannung, die auch die Steuereinheit speist, geräteintern zu puffern. Die Messvorrichtung überwacht die am Versorgungsanschluss des Schaltgeräts anliegende Versorgungsspannung. Wenn die von der Messvorrichtung überwachte Versorgungsspannung in einen kritischen Bereich fällt, steuert die Steuereinheit mittels der Energie des Energiespeichers die Schalter derart an, dass ein am Schaltgerät angeschlossener elektrischer Verbraucher vom Versorgungsnetz abgeschaltet wird.In order to prevent such incorrect switching in the event of a faulty power supply or in the event of a power supply of a switching device failing, the teaches EP 2 898 521 A1 and also the WO 2014/075742 A1 in each case a switching device which comprises a control unit, a supply connection for applying a supply voltage for the switching device, a power supply unit, and a first current path which is connected to a supply network and has a plurality of switches. The control unit can output switching signals for the switches, drawing the energy for the switches via the power supply unit. Furthermore, the known switching device contains an energy store and has a measuring device connected to the control unit. The energy store is provided to buffer a supply voltage applied to the switching device, which also feeds the control unit, inside the device. The measuring device monitors the supply voltage present at the supply connection of the switching device. If the supply voltage monitored by the measuring device falls within a critical range, the control unit uses the energy of the energy store to control the switches in such a way that an electrical consumer connected to the switching device is switched off from the supply network.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Schaltgerät und ein System zur Steuerung der Energiezufuhr eines elektrischen Verbrauchers zu schaffen, welche kostengünstig und mit Hilfe eines einfachen schaltungstechnischen Aufbaus Fehlschaltungen des Schaltgeräts in Folge einer unzuverlässigen Energieversorgung des Schaltgeräts vermeiden und insbesondere in zuverlässiger Weise das Abschalten eines elektrischen Verbrauchers ermöglichen.The present invention has for its object to provide a switching device and a system for controlling the energy supply of an electrical consumer, which inexpensively and with the help of a simple circuit design avoid switching errors of the switching device as a result of an unreliable power supply to the switching device and in particular the switching off in a reliable manner of an electrical consumer.
Ein Kerngedanke der Erfindung kann darin gesehen werden, auf eine Messvorrichtung zur Überwachung einer an ein Schaltgerät angelegten Versorgungsspannung zu verzichten, so dass eine Auswertung eines Messsignals in einer Steuereinheit nicht mehr erforderlich ist.A core idea of the invention can be seen in dispensing with a measuring device for monitoring a supply voltage applied to a switching device, so that an evaluation of a measuring signal in a control unit is no longer necessary.
Das oben genannte technische Problem wird mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.The above technical problem is solved with the features of claim 1.
Demgemäß ist ein Schaltgerät zur Steuerung der Energiezufuhr eines elektrischen Verbrauchers vorgesehen, welches folgende Merkmale aufweist:
- eine erste Anschlusseinrichtung, an welche eine Energieversorgungseinrichtung zur Bereitstellung einer Versorgungspannung für einen elektrischen Verbraucher anschließbar ist,
- eine zweite Anschlusseinrichtung, an welche ein elektrischer Verbraucher anschließbar ist,
- eine dritte Anschlusseinrichtung, an die eine Energieversorgungsquelle zum Bereitstellen einer Versorgungsspannung für das Schaltgerät anschließbar ist,
- eine vierte Anschlusseinrichtung, an welche ein Eingangssignal anlegbar ist, wenigstens einen Strompfad, der an der ersten und zweiten Anschlusseinrichtung angeschlossen ist,
- wenigstens eine ansteuerbare Schalteinrichtung, die in dem wenigstens einen Strompfad angeordnet ist,
- ein Netzteil, welches elektrisch mit der dritten Anschlusseinrichtung verbunden ist,
- ein Energiespeicher, welcher elektrisch mit der dritten Anschlusseinrichtung verbunden und dem Netzteil zugeordnet ist, wobei der Energiespeicher zum geräteinternen Zwischenspeichern einer an die dritte Anschlusseinrichtung anlegbaren Versorgungsspannung ausgebildet ist,
- eine Verarbeitungseinheit, die mit dem Netzteil elektrisch verbunden ist,
- eine Verknüpfungseinrichtung, die mit der vierten Anschlusseinrichtung und der dritten Anschlusseinrichtung verbunden und dazu ausgebildet ist, ein binäres Ausgangssignal zu erzeugen, indem sie ein an der vierten Anschlusseinrichtung anliegendes Eingangssignal mit einer an der dritten Anschlusseinrichtung anliegenden Versorgungsspannung des Schaltgeräts, die von der Energieversorgungsquelle lieferbar ist, gemäß einer UND-Verknüpfung verarbeiten kann, wobei die Verknüpfungseinrichtung derart ausgebildet ist, dass sie ein Ausgangssignal, welches einer logischen Null entspricht, bereitstellen kann, wenn an der dritten Anschlusseinrichtung keine Versorgungsspannung oder eine Versorgungsspannung anliegt, die kleiner oder gleich einem Schwellenwert ist, wobei die Verarbeitungseinheit einen Eingang aufweist, an welchen das binäre Ausgangssignal der Verknüpfungseinrichtung anlegbar ist, und wobei
- die Verarbeitungseinheit dazu ausgebildet ist, unter Ansprechen auf das empfangene Ausgangssignal die wenigstens eine Schalteinrichtung derart anzusteuern, dass ein an die zweite Anschlusseinrichtung anschließbarer elektrischer Verbraucher an eine an die erste Anschlusseinrichtung anlegbare Versorgungsspannung anschaltbar oder von einer an die erste Anschlusseinrichtung anlegbaren Versorgungsspannung abschaltbar ist.
Accordingly, a switching device for controlling the energy supply of an electrical consumer is provided, which has the following features: - a first connection device to which an energy supply device for providing a supply voltage for an electrical consumer can be connected,
- a second connection device to which an electrical consumer can be connected,
- a third connection device to which an energy supply source for providing a supply voltage for the switching device can be connected,
- a fourth connection device to which an input signal can be applied, at least one current path which is connected to the first and second connection devices,
- at least one controllable switching device which is arranged in the at least one current path,
- a power supply unit which is electrically connected to the third connection device,
- an energy store which is electrically connected to the third connection device and is assigned to the power supply unit, the energy store being designed for the device-internal intermediate storage of a supply voltage which can be applied to the third connection device,
- a processing unit that is electrically connected to the power supply,
- a linking device which is connected to the fourth connection device and the third connection device and is designed to generate a binary output signal by producing an input signal present at the fourth connection device with a supply voltage of the switching device present at the third connection device and which can be supplied by the energy supply source , according to an AND operation can process, the logic device being designed such that it can provide an output signal which corresponds to a logic zero if there is no supply voltage or a supply voltage which is less than or equal to a threshold value at the third connection device, the processing unit having an input , to which the binary output signal of the logic device can be applied, and wherein
- the processing unit is designed, in response to the received output signal, to control the at least one switching device in such a way that an electrical consumer that can be connected to the second connection device can be connected to a supply voltage that can be applied to the first connection device or can be switched off from a supply voltage that can be applied to the first connection device.
Angemerkt sei an dieser Stelle, dass als elektrischer Verbraucher zum Beispiel ein elektrisch antreibbarer Motor verwendet werden kann, während es sich bei der Energieversorgungseinrichtung zur Bereitstellung einer Versorgungsspannung für einen elektrischen Verbraucher um ein Energieversorgungsnetz, insbesondere ein Drehstromnetz handeln kann.It should be noted at this point that, for example, an electrically drivable motor can be used as the electrical consumer, while the energy supply device for providing a supply voltage for an electrical consumer can be an energy supply network, in particular a three-phase network.
Das Merkmal „dass das Ausgangssignal einer logischen Null entspricht“ ist vorzugsweise dahingehend zu verstehen, dass kein Ausgangssignal vorliegt, d.h. bei Ausfall der Versorgungsspannung oder einer fehlerhaften Versorgungsspannung des Schaltgeräts erzeugt die Verknüpfungseinrichtung vorzugsweise kein Ausgangssignal.The feature “that the output signal corresponds to a logic zero” should preferably be understood to mean that there is no output signal, i.e. in the event of a supply voltage failure or a faulty supply voltage for the switching device, the logic device preferably does not generate an output signal.
Zu Diagnosezwecken kann die Verknüpfungseinrichtung mit einem Taktausgang der Verarbeitungseinheit verbunden und dazu ausgebildet sein, ein an der vierten Anschlusseinrichtung anliegendes Eingangssignal zusätzlich mit einem Taktsignal der Verarbeitungseinheit zu verknüpfen. Auf diese Weise kann der Betrieb des Schaltgeräts und der Verarbeitungseinheit überwachen.For diagnostic purposes, the linking device can be connected to a clock output of the processing unit and can be designed to additionally link an input signal present at the fourth connection device with a clock signal of the processing unit. In this way, the operation of the switching device and the processing unit can be monitored.
Eine kostengünstige und zweckmäßige Realisierung sieht vor, dass die Verknüpfungseinrichtung ein erstes Koppelelement, das mit der dritten und vierten Anschlusseinrichtung verbunden ist, und ein zweites Koppelelement aufweist, das mit einem Eingang der Verarbeitungseinheit und dem ersten Koppelelement verbunden ist.A cost-effective and expedient implementation provides that the linking device has a first coupling element which is connected to the third and fourth connection devices and a second coupling element which is connected to an input of the processing unit and the first coupling element.
Optional kann die Verknüpfungseinrichtung ein drittes Koppelelement aufweisen, das mit dem Taktausgang der Verarbeitungseinheit und dem zweiten Koppelelement verbunden ist.Optionally, the linking device can have a third coupling element which is connected to the clock output of the processing unit and the second coupling element.
Bei den Koppelelementen kann es sich um kapazitive oder induktive Koppelelemente oder um Optokoppler handeln.The coupling elements can be capacitive or inductive coupling elements or optocouplers.
Gemäß einer alternativen Ausgestaltung des Schaltgeräts weisen die dritte und vierte Anschlusseinrichtung jeweils einen Potenzialanschluss und einen gemeinsamen Masseanschluss auf, wobei die UND-Verknüpfungseinrichtung ein UND-Gatter mit zwei Eingängen aufweist, die mit dem Potenzialanschluss der dritten Anschlusseinrichtung beziehungsweise dem Potenzialanschluss der vierten Anschlusseinrichtung verbunden sind.According to an alternative embodiment of the switching device, the third and fourth connection devices each have a potential connection and a common ground connection, the AND logic device having an AND gate with two inputs that are connected to the potential connection of the third connection device and the potential connection of the fourth connection device ,
Um die Eingangsspannungen der Eingänge des UND-Gatters, das ist die Versorgungsspannung am Potentialanschluss der dritten Anschlusseinrichtung bzw. das Eingangssignal am Potentialanschluss der vierten Anschlusseinrichtung, jeweils durch einen oberen Grenzwert zu begrenzen, kann an dem einen Eingang des UND-Gatters der Anodenanschluss einer ersten Zener-Diode und an dem anderen Eingang des UND-Gatters der Anodenanschluss einer zweiten Zener-Diode angeschlossen ist, wobei der Kathodenanschluss der ersten Zener-Diode mit dem Potenzialanschluss der dritten Anschlusseinrichtung und der Kathodenanschluss der zweiten Zener-Diode mit dem Potenzialanschluss der vierten Anschlusseinrichtung verbunden ist, während die Anodenanschlüsse mit dem gemeinsamen Masseanschluss verbunden sind.In order to limit the input voltages of the inputs of the AND gate, i.e. the supply voltage at the potential connection of the third connection device or the input signal at the potential connection of the fourth connection device, in each case by an upper limit value, the anode connection of a first one can be connected to one input of the AND gate Zener diode and to the other input of the AND gate the anode connection of a second Zener diode is connected, the cathode connection of the first Zener diode with the potential connection of the third connection device and the cathode connection of the second Zener diode with the potential connection of the fourth connection device is connected while the anode connections are connected to the common ground connection.
Zweckmäßigerweise ist das Schaltgerät in einem Gehäuse angeordnet.The switching device is expediently arranged in a housing.
Das oben genannte technische Problem wird ebenfalls durch die Merkmale des Anspruchs 10 gelöst.The above technical problem is also solved by the features of claim 10.
Demgemäß ist System zur Steuerung der Energiezufuhr eines elektrischen Verbrauchers vorgesehen, welches folgende Merkmale umfasst:
- ein Schaltgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 8,
- eine Energieversorgungsquelle, die über eine Schalteinrichtung an die dritte Anschlusseinrichtung anschaltbar oder von der dritten Anschlusseinrichtung abschaltbar ist, und
- ein externes, an die vierte Anschlusseinrichtung angeschlossenes Gerät zur Bereitstellung des Eingangssignals.
Accordingly, a system for controlling the energy supply of an electrical consumer is provided, which comprises the following features: - a switching device according to one of claims 1 to 8,
- a power supply source which can be connected to the third connection device via a switching device or can be switched off from the third connection device, and
- an external device connected to the fourth connection device for providing the input signal.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand zweier Ausführungsbeispiele in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
- 1 ein erstes beispielhaftes Schaltgerät zur Steuerung der Energiezufuhr eines elektrischen Verbrauchers,
- 2a-2d mehrere zeitliche Signalverläufe und einen zeitlichen Zustandsverlauf hinsichtlich des Schaltgeräts, und
- 3 ein weiteres beispielhaftes Schaltgerät zur Steuerung der Energiezufuhr eines elektrischen Verbrauchers.
The invention is explained in more detail below using two exemplary embodiments in conjunction with the accompanying drawings. Show it: - 1 a first exemplary switching device for controlling the energy supply of an electrical consumer,
- 2a-2d several temporal signal curves and a temporal state curve with respect to the switching device, and
- 3 another exemplary switching device for controlling the energy supply of an electrical consumer.
1 zeigt ein beispielhaftes Schaltgerät 10 zur Steuerung der Energiezufuhr eines elektrischen Verbrauchers 40, der im dargestellten Beispiel ein Drehstrommotor 40 sein kann. Das Schaltgerät 10 ist vorzugsweise in einem Gehäuse 20 untergebracht. Das Schaltgerät 10 weist eine erste Anschlusseinrichtung 200 auf, an welche eine Energieversorgungseinrichtung zur Bereitstellung einer Versorgungsspannung für den elektrischen Verbraucher 40 anschließbar ist. Im vorliegenden Beispiel weist die erste Anschlusseinrichtung 200 drei Anschlüsse auf, an die ein dreiphasiges Stromversorgungsnetz 30 angeschlossen ist, über das der Drehstrommotor 40 mit Energie versorgt werden kann. Der Drehstrommotor 40 ist an einer zweiten Anschlusseinrichtung 210 angeschlossen, die im vorliegenden Beispiel drei Anschlüsse aufweist. 1 shows an exemplary switching device 10 to control the energy supply of an electrical consumer 40 , a three-phase motor in the example shown 40 can be. The switching device 10 is preferably in a housing 20 accommodated. The switching device 10 has a first connection device 200 to which an energy supply device for providing a supply voltage for the electrical consumer 40 can be connected. In the present example, the first connection device has 200 three connections to which a three-phase power supply network 30 is connected via which the three-phase motor 40 can be supplied with energy. The three-phase motor 40 is on a second connection device 210 connected, which has three connections in the present example.
Ferner weist das Schaltgerät 10 wenigstens einen Strompfad 220 auf, der an der ersten Anschlusseinrichtung 200 und der zweiten Anschlusseinrichtung 210 angeschlossen ist. In dem Strompfad 220 ist wenigstens eine ansteuerbare Schalteinrichtung angeordnet. Im vorliegenden Beispiel weist der Strompfad 220 einen ersten elektromechanischen Schalter 171 und einen in Reihe dazu geschalteten zweiten elektromechanischen Schalter 192 auf, der parallel mit einem Halbleiterschaltelement 191 verbunden ist. Der Halbleiterschalter kann beispielsweise als Triac ausgebildet ist. Der elektromechanische Schalter 192 und das Halbleiterschaltelement 191 bilden zusammen einen Hybridschalter 190. Die elektromechanischen Schalter 171 und 192 sowie der Halbleiterschalter 191 können jeweils als eine ansteuerbare Schalteinrichtung im Sinne der Erfindung verstanden werden. Die Ansteuerung der elektromechanischen Schalter 171 und 192 sowie des Halbleiterschaltelements 191 erfolgt über eine Verarbeitungseinheit 90, die zum Beispiel als Mikrokontroller ausgebildet sein kann. Furthermore, the switching device 10 at least one rung 220 on that at the first connection device 200 and the second connection device 210 connected. In the current path 220 at least one controllable switching device is arranged. In the present example, the current path points 220 a first electromechanical switch 171 and a second electromechanical switch connected in series 192 on that in parallel with a semiconductor switching element 191 connected is. The semiconductor switch can be designed, for example, as a triac. The electromechanical switch 192 and the semiconductor switching element 191 together form a hybrid switch 190 , The electromechanical switches 171 and 192 as well as the semiconductor switch 191 can each be understood as a controllable switching device in the sense of the invention. The control of the electromechanical switches 171 and 192 and the semiconductor switching element 191 takes place via a processing unit 90 which can be designed, for example, as a microcontroller.
Wie in der 1 dargestellt, weist das beispielhafte Schaltgerät 10 einen weiteren an der ersten Anschlusseinrichtung 200 und der zweiten Anschlusseinrichtung 210 angeschlossenen Strompfad 221 auf. Im vorliegenden Beispiel weist der Strompfad 221 einen ersten elektromechanischen Schalter 170 und einen in Reihe dazu geschalteten zweiten elektromechanischen Schalter 182 auf, der parallel mit einem Halbleiterschaltelement 181 verbunden ist. Der Halbleiterschalter kann beispielsweise als Triac ausgebildet ist. Der elektromechanische Schalter 182 und das Halbleiterschaltelement 181 bilden zusammen wiederum einen Hybridschalter 180. Die elektromechanischen Schalter 170 und 182 sowie der Halbleiterschalter 181 können jeweils als eine ansteuerbare Schalteinrichtung im Sinne der Erfindung verstanden werden. Die Ansteuerung der elektromechanischen Schalter 170 und 182 sowie des Halbleiterschaltelements 181 erfolgt ebenfalls über die Verarbeitungseinheit 90.Like in the 1 shown, the exemplary switching device 10 another on the first connection device 200 and the second connection device 210 connected current path 221 on. In the present example, the current path points 221 a first electromechanical switch 170 and a second electromechanical switch connected in series 182 on that in parallel with a semiconductor switching element 181 connected is. The semiconductor switch can be designed, for example, as a triac. The electromechanical switch 182 and the semiconductor switching element 181 together form a hybrid switch 180 , The electromechanical switches 170 and 182 as well as the semiconductor switch 181 can each be understood as a controllable switching device in the sense of the invention. The control of the electromechanical switches 170 and 182 and the semiconductor switching element 181 also takes place via the processing unit 90 ,
Weiterhin weist das Schaltgerät einen dritten Strompfad 222 auf, der an der ersten Anschlusseinrichtung 200 und der zweiten Anschlusseinrichtung 210 angeschlossen und als Leiter ausgebildet ist. Über diese drei Strompfade kann der elektrische Verbraucher 40 an das Stromversorgungsnetz 30 in gesteuerter Weise angeschaltet oder von diesem abgeschaltet werden.Furthermore, the switching device has a third current path 222 on that at the first connection device 200 and the second connection device 210 connected and trained as a conductor. The electrical consumer can use these three current paths 40 to the power grid 30 turned on or off in a controlled manner.
Das Schaltgerät 10 verfügt ferner über eine dritte Anschlusseinrichtung mit einem Potentialanschluss 50 und einem Masseanschluss 51, an die eine Energieversorgungsquelle 270 zum externen Bereitstellen einer Versorgungsspannung UB für das Schaltgerät 10 zum Beispiel mittels eines Schalters 280 anschließbar ist. Die Energieversorgungsquelle 270 liefert beispielsweise ein Gleichspannung von 24V. Weiterhin ist im Schaltgerät 10 ein Netzteil 80 integriert, bei dem es sich beispielsweise um ein Schaltnetzteil handeln kann. Das Netzteil 80 ist elektrisch mit den Anschlüssen 50 und 51 der dritten Anschlusseinrichtung verbunden. Das Netzteil 80 ist dazu ausgebildet, die an den Anschlüssen 50 und 51 anschaltbare Versorgungsspannung UB in eine geräteinterne Versorgungsspannung von beispielsweise 5V umzuwandeln. Zwischen dem Masseanschluss 51 und einem Anschluss des Netzteils 80 kann eine Entkopplungsdiode 140 vorgesehen sein, deren Kathodenanschluss mit dem Masseanschluss 51 verbunden ist, während der Anodenanschluss mit dem einen Eingang des Netzteils 80 verbunden ist. Zudem ist im Schaltgerät 10 ein Energiespeicher 81 implementiert, der elektrisch mit den Anschlüssen 50 und 51 der dritten Anschlusseinrichtung verbunden und dem Netzteil 80 zugeordnet ist. Der Energiespeicher 81 kann ein Kondensator sein, der die an den Anschlüssen 50 und 51 anschaltbare Versorgungsspannung UB geräteintern puffert. Der Energiespeicher 81 kann separat vom Netzteil 80 im Gehäuse 20 angeordnet oder im Netzteil 80 integriert sein. Auf diese Weise ist sichergestellt, dass auch bei völligem Ausfall der Versorgungsspannung UB das Netzteil 80 vorübergehend die Speisung des Schaltgeräts 10 aufrechterhalten kann.The switching device 10 also has a third connection device with a potential connection 50 and a ground connection 51 to which a power supply source 270 for external supply of a supply voltage UB for the switching device 10 for example using a switch 280 can be connected. The energy supply source 270 provides, for example, a DC voltage of 24V. Furthermore is in the switchgear 10 a power supply 80 integrated, which can be, for example, a switching power supply. The power supply 80 is electrical with the connections 50 and 51 connected to the third connection device. The power supply 80 is designed to work on the connectors 50 and 51 convert the switchable supply voltage UB into a device-internal supply voltage of 5V, for example. Between the ground connection 51 and a connector of the power supply 80 can be a decoupling diode 140 be provided, the cathode connection with the ground connection 51 is connected, while the anode connection with the one input of the power supply 80 connected is. It is also in the switchgear 10 an energy storage 81 implemented the electrical with the connectors 50 and 51 the third connection device and the power supply 80 assigned. The energy storage 81 can be a capacitor that is connected to the terminals 50 and 51 connectable supply voltage UB buffers inside the device. The energy storage 81 can be separated from the power supply 80 in the housing 20 arranged or in the power supply 80 be integrated. This ensures that the power supply unit even if the supply voltage UB fails completely 80 temporarily the switching device is powered 10 can maintain.
Des Weiteren verfügt das Schaltgerät 10 über eine vierte Anschlusseinrichtung mit beispielsweise einem Potentialanschluss 60 und einem Masseanschluss 61, an die ein externes Eingangs- beziehungsweise Freigabesignal anlegbar ist. Das externe Eingangssignal kann beispielsweise von einer Steuerungseinrichtung 290, beispielsweise von einer speicherprogrammierten Steuerung geliefert werden, die an die vierte Anschlusseinrichtung anschließbar ist.The switching device also has 10 via a fourth connection device with, for example a potential connection 60 and a ground connection 61 to which an external input or enable signal can be applied. The external input signal can, for example, from a control device 290 , for example, are supplied by a programmable logic controller that can be connected to the fourth connection device.
Weiterhin ist im Schaltgerät 10 eine Verknüpfungseinrichtung 100, 110 implementiert, die mit den Anschlüssen 50 und 51 der dritten Anschlusseinrichtung sowie den Anschlüssen 60 und 61 der vierten Anschlusseinrichtung verbunden ist. Die Verknüpfungseinrichtung ist dazu ausgebildet, ein Ausgangssignal VE zu erzeugen, indem sie ein am Potentialanschluss 60 der vierten Anschlusseinrichtung anliegendes Eingangssignal E mit einer am Potentialanschluss 50 der dritten Anschlusseinrichtung anliegenden Versorgungsspannung UB, die von der Energieversorgungsquelle 270 lieferbar ist, gemäß einer UND-Verknüpfung verarbeiten kann. Die Verarbeitungseinheit 90 weist einen Eingang 91 auf, an welchen das Ausgangssignal VE der Verknüpfungseinrichtung 100, 110 anlegbar ist. Die Verknüpfungseinrichtung 100, 110 ist dazu ausgebildet, als Ausgangssignal VE ein Signal, welches einer logischen Null entspricht, bereitzustellen, wenn an den Anschlüssen 50, 51 der dritten Anschlusseinrichtung keine Versorgungsspannung UB oder eine Spannung anliegt, die kleiner oder gleich einem definierbaren Schwellenwert ist. Ein entsprechendes Ausgangssignal ist in 2d in Verbindung mit 2a gezeigt. Der oben erwähnte Schwellenwert kann beispielsweise über den Widerstand 130 festgelegt werden.Furthermore is in the switchgear 10 a linking device 100 . 110 implemented with the connectors 50 and 51 the third connection device and the connections 60 and 61 the fourth connection device is connected. The linking device is designed to generate an output signal VE by connecting it to the potential connection 60 input signal E applied to the fourth connection device with one at the potential connection 50 the third connection device applied supply voltage UB from the power supply source 270 is available, can process according to an AND operation. The processing unit 90 has an entrance 91 on which the output signal VE of the logic device 100 . 110 can be created. The linking device 100 . 110 is designed to provide a signal, which corresponds to a logic zero, as output signal VE when at the connections 50 . 51 there is no supply voltage UB or a voltage that is less than or equal to a definable threshold value to the third connection device. A corresponding output signal is in 2d combined with 2a shown. The threshold value mentioned above can be, for example, via the resistance 130 be determined.
Die Verarbeitungseinheit 90 ist dazu ausgebildet, unter Ansprechen auf das am Eingang 91 empfangene Ausgangssignal VE die wenigstens eine Schalteinrichtung, im vorliegenden Beispiel sind das die Schalter 170, 171, 181, 182, 191 und 192, derart anzusteuern, dass der an der zweiten Anschlusseinrichtung 210 angeschlossene elektrische Verbraucher 40 an die Versorgungsspannung des Stromversorgungsnetzes 30 anschaltbar oder von der Versorgungsspannung des Stromversorgungsnetzes 30 abschaltbar ist. Auf diese Weise wird in Abhängigkeit des binären Ausgangssignals VE die Energiezufuhr des elektrischen Verbrauchers 40 gesteuert, und zwar insbesondere in Abhängigkeit davon, ob an den Anschlüssen 50 und 51 eine fehlerfreie Versorgungsspannung anliegt. Angemerkt sei, dass bei vollständigem Ausfall der Versorgungspannung UB das Netzteil 80 die Energie zur Erzeugung der Schaltsignale für die wenigstens eine Schalteinrichtung, das sind beispielsweise die Schalter 170, 171, 181, 182, 191 und 192, und zur Speisung der Verarbeitungseinheit 90 vom Energiespeicher 81 bezieht.The processing unit 90 is designed to respond to that at the entrance 91 received output signal VE the at least one switching device, in the present example these are the switches 170 . 171 . 181 . 182 . 191 and 192 to be controlled such that the on the second connection device 210 connected electrical consumers 40 to the supply voltage of the power supply network 30 can be connected or from the supply voltage of the power supply network 30 can be switched off. In this way, the energy supply of the electrical consumer is dependent on the binary output signal VE 40 controlled, in particular depending on whether on the connections 50 and 51 there is an error-free supply voltage. It should be noted that if the supply voltage UB fails completely, the power supply unit 80 the energy for generating the switching signals for the at least one switching device, for example the switches 170 . 171 . 181 . 182 . 191 and 192 , and for feeding the processing unit 90 from energy storage 81 refers.
Wie in 1 zu sehen, kann die Verknüpfungseinrichtung ein erstes Koppelelement 100 und ein zweiten Koppelelement 110 aufweisen. Das erste Koppelelement 100 ist eingangsseitig mit den Anschlüssen 50 und 51 der dritten Anschlusseinrichtung und mit dem Anschluss 60 der vierten Anschlusseinrichtung verbunden. Das zweite Koppelelement 110 ist mit dem ersten Koppelelement 100, dem Eingang 91 der Verarbeitungseinheit 90 und dem Anschluss 61 verbunden. Die Koppelelemente 100 und 110 können jeweils als kapazitives oder induktives Koppelelement, oder wie in 1 gezeigt, jeweils als Optokoppler ausgebildet sein.As in 1 To see, the linking device can be a first coupling element 100 and a second coupling element 110 exhibit. The first coupling element 100 is on the input side with the connections 50 and 51 the third connection device and with the connection 60 connected to the fourth connection device. The second coupling element 110 is with the first coupling element 100 , the entrance 91 the processing unit 90 and the connection 61 connected. The coupling elements 100 and 110 can each as a capacitive or inductive coupling element, or as in 1 shown, each designed as an optocoupler.
Das als Optokoppler implementierte Koppelelement 100 weist einen optischen Sensor 101 beispielsweise in Form einer Leuchtdiode oder Laserdiode auf, deren Anodenanschluss beispielsweise über den Strombegrenzungswiderstand 130 mit dem Potenzialanschluss 50 verbunden ist, und deren Kathodenanschluss unmittelbar oder über die Entkopplungsdiode 140 mit dem Masseanschluss 51 verbunden ist. Im dargestellten Beispiel sind somit der Widerstand 130 und der optische Sender 101 in Reihe und parallel zum Eingang des Netzteils 80 geschaltet. Weiterhin weist das Koppelelement 100 zum Beispiel einen Fototransistor als optischen Empfänger 102 auf, dessen Kollektoranschluss beispielsweise über einen Strombegrenzungswiderstand 150 mit dem Anschluss 60 verbunden ist. Der Emitteranschluss des optischen Empfängers 102 ist mit dem Anodenanschluss eines als Laser- oder Leuchtdiode realisierten optischen Senders 112 des zweiten Koppelelements 110 verbunden ist. Der Kathodenanschluss des optischen Senders 112 kann unmittelbar oder, wie gezeigt, über ein drittes Koppelelement 120 mit dem Masseanschluss 61 der vierten Anschlusseinrichtung des Schaltgeräts 10 verbunden sein. Der optische Sender 112 kann wiederum über eine Entkopplungsdiode 160 mit dem zweiten Masseanschluss 61 verbunden sein. Das Koppelelement 110 weist ferner einen optischen Empfänger 111 auf, der wiederum als Fototransistor ausgebildet sein kann. Kollektor- und Emitteranschluss des optischen Empfängers 111 sind mit dem Eingang 91 der Verarbeitungseinheit 90 verbunden und liefern das binäre Ausgangssignal VE der Verknüpfungseinrichtung.The coupling element implemented as an optocoupler 100 has an optical sensor 101 for example in the form of a light-emitting diode or laser diode whose anode connection is connected, for example, via the current limiting resistor 130 with the potential connection 50 is connected, and the cathode connection thereof directly or via the decoupling diode 140 with the ground connection 51 connected is. In the example shown, there is the resistance 130 and the optical transmitter 101 in series and parallel to the input of the power supply 80 connected. Furthermore, the coupling element 100 for example a photo transistor as an optical receiver 102 on whose collector connection, for example, via a current limiting resistor 150 with the connection 60 connected is. The emitter connector of the optical receiver 102 is with the anode connection of an optical transmitter realized as a laser or light emitting diode 112 of the second coupling element 110 connected is. The cathode connector of the optical transmitter 112 can directly or, as shown, via a third coupling element 120 with the ground connection 61 the fourth connection device of the switching device 10 be connected. The optical transmitter 112 can in turn via a decoupling diode 160 with the second ground connection 61 be connected. The coupling element 110 also has an optical receiver 111 on, which in turn can be designed as a phototransistor. Collector and emitter connection of the optical receiver 111 are with the entrance 91 the processing unit 90 connected and deliver the binary output signal VE of the logic device.
Die beiden die Verknüpfungseinrichtung bildenden Optokoppler 100 und 110 führen mit der an den Anschlüssen 50 und 51 anschaltbaren Versorgungsspannung UB und dem am Anschluss 60 anliegenden Eingangssignal im Wesentlichen eine UND-Verknüpfung derart durch, dass bei ordnungsgemäßem Anliegen der Versorgungsspannung UB an den Anschlüssen 50 und 51 und des Eingangssignal E an den Anschlüssen 60 und 61 der optische Empfänger 111 leitend ist und somit ein Ausgangssignal VE entsprechend einer logischen 1 am Eingang 91 der Verarbeitungseinrichtung 90 erzeugt. Fällt die Versorgungsspannung UB aus welchen Gründen auch immer unter den Schwellenwert oder sogar ganz aus, so reicht der durch den optischen Sender 101 fließende Strom, der durch den Strombegrenzungswiderstand 130 begrenzt wird, nicht mehr aus, den optischen Sender 101 zu aktivieren. Demzufolge sperrt der optische Empfänger 111 und es wird kein Ausgangssignal mehr erzeugt, d.h. das Ausgangssignal entspricht einer logischen Null. Das fehlende Ausgangssignal, wird als logische Null am Eingang 91 der Verarbeitungseinheit 90 „angelegt“, woraufhin die Verarbeitungseinheit 90 die Schalter 170, 171, 181, 182, 191, und 192 derart ansteuert, dass der elektrische Verbraucher 40 lichtbogenfrei vom Stromversorgungsnetz 30 abgeschaltet wird.The two optocouplers forming the linking device 100 and 110 lead with at the connections 50 and 51 connectable supply voltage UB and at the connection 60 applied input signal essentially by an AND operation such that when the supply voltage UB is properly applied to the connections 50 and 51 and the input signal E at the connections 60 and 61 the optical receiver 111 is conductive and thus an output signal VE corresponding to a logic 1 at the input 91 the processing device 90 generated. If the supply voltage UB falls below the threshold value or even completely for whatever reason, so it goes through the optical transmitter 101 flowing current through the current limiting resistor 130 is no longer limited to the optical transmitter 101 to activate. As a result, the optical receiver blocks 111 and an output signal is no longer generated, ie the output signal corresponds to a logic zero. The missing output signal is called a logic zero at the input 91 the processing unit 90 "Created", whereupon the processing unit 90 the switches 170 . 171 . 181 . 182 . 191 , and 192 so controlled that the electrical consumer 40 Arc-free from the power supply network 30 is switched off.
Die in den Strompfaden 220 und 221 vorgesehenen Schaltglieder 170, 180 beziehungswiese 171 und 190 können in bekannter Weise derart angesteuert werden, dass ein kontaktschonendes, das heißt lichtbogenfreies Abschalten der elektromechanischen Schalter 170 und 182 beziehungsweise 171 und 192 möglich ist. Angenommen sei, dass alle elektromechanischen Schalter geschlossen und die Hableiterschalter geöffnet sind. Soll der Motor 40 zum Beispiel zum Zeitpunkt t2 abgeschaltet werden, erzeugt die Verarbeitungseinheit 90 entsprechende Schaltsignale derart, dass zunächst die Halbleiterschalter 181 und 191 elektrisch leitend geschaltet und anschließend die Schalter 182 und 192 geöffnet, danach die Halbleiterschalter 181 und 191 wieder elektrisch nichtleitend geschaltet und anschließend die Schalter 170 und 171 geöffnet werden.The in the current paths 220 and 221 provided switching elements 170 . 180 Relation 171 and 190 can be controlled in a known manner in such a way that the electromechanical switches are switched off in a manner that is gentle on the contacts, that is to say without arcing 170 and 182 respectively 171 and 192 is possible. Assume that all electromechanical switches are closed and the semiconductor switches are open. Should the engine 40 for example, be turned off at time t2, the processing unit generates 90 corresponding switching signals such that first the semiconductor switch 181 and 191 switched electrically conductive and then the switches 182 and 192 open, then the semiconductor switches 181 and 191 switched electrically non-conductive again and then the switches 170 and 171 be opened.
Ein beispielhaftes Verhalten des Schaltgeräts 10 und des Motors 40 ist in den 2a, 2c, 2e und 2f dargestellt.An exemplary behavior of the switching device 10 and the engine 40 is in the 2a . 2c . 2e and 2f shown.
2a zeigt den zeitlichen Verlauf der Versorgungsspannung UB, die zum Zeitpunkt t0 an die Anschlüsse 50 und 51 angelegt wird und zum Zeitpunkt t2 zum Beispiel ausfällt. 2c zeigt den zeitlichen Verlauf des Eingangssignals E, welches an den Anschluss 60 zum Zeitpunkt t1 angelegt wird und über den Zeitpunkt t2 hinaus angelegt bleibt. 2e zeigt den Betriebszustand des Motors 40. 2f zeigt den zeitlichen Verlauf des Ausgangssignals VE der Verknüpfungseinrichtung ohne Modulation durch ein Taktsignal der Verarbeitungseinheit 90. 2a shows the time course of the supply voltage UB, which at the time t0 to the connections 50 and 51 is created and fails at time t2, for example. 2c shows the time course of the input signal E, which at the connection 60 is created at time t1 and remains applied beyond time t2. 2e shows the operating status of the engine 40 , 2f shows the time course of the output signal VE of the logic device without modulation by a clock signal of the processing unit 90 ,
Wenn die Versorgungsspannung UB ordnungsgemäß an den Anschlüssen 50 und 51 des Schaltgeräts 10 anliegt und das Eingangssignal E zum Zeitpunkt t1 an den Anschluss 60 angelegt wird, erzeugt die Verknüpfungseinrichtung 100, 110 das Ausgangssignal VE, d.h. der Fototransistor 11 ist leitend. Dieser Zustand entspricht einer logischen 1. Unter Ansprechen hierauf steuert die Verarbeitungseinrichtung 90 die Schalter 170, 171, 181, 182, 191, und 192 derart an, dass der elektrische Verbraucher 40 an das Stromversorgungsnetz 30 angeschaltet wird. In diesem Zustand sind die elektromechanischen Schalter 170, 171, 182 und 192 geschlossen und die Halbleiterschalter 181 und 191 nichtleitend geschaltet. Wie insbesondere 2e zeigt, bleibt der Motor 40 bis zum Zeitpunkt t2 eingeschaltet. Fällt zum Zeitpunkt t2 die Versorgungsspannung UB an den Anschlüssen 50 und 51 unter einen Schwellenwert oder ganz aus, wird die Fotodiode 101 nicht mehr aktiviert und der Fototransistor 111 sperrt, wie oben bereits erläutert. In diesem Moment wird, wie oben detailliert erläutert, unter Steuerung der Verarbeitungseinheit 90 der Motor 40 vom Stromversorgungsnetz abgeschaltet, was in 2e dargestellt ist. Wie bereits erwähnt, wird die Verarbeitungseinheit 90 mittels des Netzteils 80 mit Energie versorgt. Fällt die Versorgungsspannung UB aus, bezieht das Netzteil 80 die Energie für die Verarbeitungseinheit 90 aus dem Energiespeicher 81.If the supply voltage UB is properly connected to the connections 50 and 51 of the switching device 10 is present and the input signal E at time t1 to the connection 60 is created, the linking device generates 100 . 110 the output signal VE, ie the phototransistor 11 is leading. This state corresponds to a logical 1. In response to this, the processing device controls 90 the switches 170 . 171 . 181 . 182 . 191 , and 192 such that the electrical consumer 40 to the power grid 30 is turned on. The electromechanical switches are in this state 170 . 171 . 182 and 192 closed and the semiconductor switch 181 and 191 switched non-conductive. How in particular 2e shows, the engine remains 40 switched on until time t2. At time t2, the supply voltage UB drops at the connections 50 and 51 below a threshold or all the way out, the photodiode 101 no longer activated and the photo transistor 111 locks, as already explained above. At this moment, as explained in detail above, is under the control of the processing unit 90 the motor 40 switched off from the mains, what in 2e is shown. As already mentioned, the processing unit 90 using the power supply 80 energized. If the supply voltage UB fails, the power supply unit draws 80 the energy for the processing unit 90 from the energy storage 81 ,
Um die Funktionsweise des Schaltgeräts und insbesondere die Funktionsweise der Verarbeitungseinheit 90 überwachen zu können, kann die Verknüpfungseinrichtung mit einem Taktausgang 92 der Verarbeitungseinheit 90 verbunden und dazu ausgebildet sein, ein am Potentialanschluss 60 der vierten Anschlusseinrichtung anliegendes Eingangssignal E zusätzlich mit einem Taktsignal VO der Verarbeitungseinheit 90 zu modulieren. Ein beispielhafter zeitlicher Verlauf des Taktsignals VO ist in 2b gezeigt, während der sich daraus ergebende zeitliche Verlauf des Ausgangssignals VE der Verknüpfungseinrichtung 100, 110 in 2d dargestellt ist.About the functioning of the switching device and in particular the functioning of the processing unit 90 To be able to monitor the link device with a clock output 92 the processing unit 90 connected and designed to be at the potential connection 60 input signal E applied to the fourth connection device additionally with a clock signal VO of the processing unit 90 to modulate. An example of the time profile of the clock signal VO is shown in 2 B shown, during the resulting time course of the output signal VE of the linking device 100 . 110 in 2d is shown.
Zur Modulation des Eingangssignals E kann ein drittes Koppelelement 120 vorgesehen sein, das der Verknüpfungseinrichtung 100, 110 zugeordnet sein kann. Das dritte Koppelelement 120 kann wiederum als kapazitives oder induktives Koppelement oder, wie in der 1 zu sehen, als Optokoppler 120 ausgebildet sein. Das dritte Koppelelement 120 kann einen optischen Sender 121 aufweisen, der beispielsweise als Leuchtdiode ausgebildet sein kann. Die Anoden- und Kathodenanschlüsse des optischen Senders 121 sind mit dem Ausgang 92 der Verarbeitungseinheit 90 verbunden. Weiterhin kann das Koppelelement 120 einen optischen Empfänger122 aufweisen, der wiederum als Fototransistor ausgebildet sein kann. Im vorliegenden Beispiel ist Kollektoranschluss des Fototransistors 122 mit dem Kathodenanschluss des optischen Senders 112 des zweiten Koppelelements 110 verbunden, während der Emitteranschluss des Fototransistors 122 beispielsweise über die Entkopplungsdiode 160 mit dem Masseanschluss 61 der vierten Anschlusseinrichtung verbunden ist. In diesem Fall wird das am Anschluss 60 anliegende Eingangssignal E über den Widerstand 150, den Fototransistor 102, die Fotodiode 110, den Fototransistor 122 und die Entkopplungsdiode 160 zum Masseanschluss 61 geführt und mit dem Taktsignal VO moduliert, wenn die Versorgungsspannung UB ordnungsgemäß anliegt. Das modulierte Eingangssignal E wird über das Ausgangssignal VE der Verknüpfungseinrichtung auf den Eingang 91 der Verarbeitungseinheit 90 rückgemeldet. Auf diese Weise kann die Verarbeitungseinheit 90 sofort auf eine fehlerhafte Versorgungsspannung UB, wie oben erläutert, und ein fehlerhaftes Taktsignal bzw. fehlerhaft moduliertes Ausgangssignal VE reagieren, indem zum Beispiel der Motor 40 sofort abgeschaltet wird.A third coupling element can be used to modulate the input signal E. 120 be provided that the linking device 100 . 110 can be assigned. The third coupling element 120 can in turn as a capacitive or inductive coupling element or, as in the 1 seen as an optocoupler 120 be trained. The third coupling element 120 can be an optical transmitter 121 have, which can be designed for example as a light emitting diode. The anode and cathode connections of the optical transmitter 121 are with the exit 92 the processing unit 90 connected. Furthermore, the coupling element 120 have an optical receiver 122, which in turn can be designed as a phototransistor. In the present example is the collector connection of the phototransistor 122 with the cathode connection of the optical transmitter 112 of the second coupling element 110 connected while the emitter terminal of the phototransistor 122 for example via the decoupling diode 160 with the ground connection 61 the fourth connection device is connected. In this case it will be on the connection 60 applied input signal E via the resistor 150 , the photo transistor 102 who have favourited Photodiode 110 , the photo transistor 122 and the decoupling diode 160 to ground connection 61 guided and modulated with the clock signal VO when the supply voltage UB is properly applied. The modulated Input signal E is via the output signal VE of the logic device to the input 91 the processing unit 90 confirmed. In this way, the processing unit 90 immediately react to a faulty supply voltage UB, as explained above, and a faulty clock signal or faulty modulated output signal VE, for example by the motor 40 is switched off immediately.
Angemerkt sei noch, dass das Schaltgerät 10, die Energieversorgungsquelle 270, der Schalter 280 und die Steuerungseinrichtung 290 vorzugsweise ein System 70 zur Steuerung der Energiezufuhr des elektrischen Verbrauchers 40 bilden. Der elektrische Verbraucher 40 und das Stromversorgungsnetz 30 können als Bestandteile des System 70 betrachtet werden.It should also be noted that the switching device 10 , the power supply source 270 , the desk 280 and the control device 290 preferably a system 70 to control the energy supply of the electrical consumer 40 form. The electrical consumer 40 and the power grid 30 can be part of the system 70 to be viewed as.
3 zeigt ein weiteres beispielhaftes Schaltgerät 10' zur Steuerung der Energiezufuhr eines elektrischen Verbrauchers 40, der im dargestellten Beispiel ein Drehstrommotor 40 sein kann. Das Schaltgerät 10' ist vorzugsweise in einem Gehäuse 20' untergebracht. Das Schaltgerät 10' weist eine erste Anschlusseinrichtung 200' auf, an welche eine Energieversorgungseinrichtung zur Bereitstellung einer Versorgungsspannung für den elektrischen Verbraucher 40 anschließbar ist. Im vorliegenden Beispiel weist die erste Anschlusseinrichtung 200' drei Anschlüsse auf, an die ein dreiphasiges Stromversorgungsnetz 30 angeschlossen ist, mit dem der Drehstrommotor 40 versorgt werden kann. Der Drehstrommotor 40 ist an einer zweiten Anschlusseinrichtung 210' angeschlossen, die im vorliegenden Beispiel drei Anschlüsse aufweist. 3 shows another exemplary switching device 10 ' to control the energy supply of an electrical consumer 40 , a three-phase motor in the example shown 40 can be. The switching device 10 ' is preferably in a housing 20 ' accommodated. The switching device 10 ' has a first connection device 200 ' to which an energy supply device for providing a supply voltage for the electrical consumer 40 can be connected. In the present example, the first connection device has 200 ' three connections to which a three-phase power supply network 30 with which the three-phase motor is connected 40 can be supplied. The three-phase motor 40 is on a second connection device 210 ' connected, which has three connections in the present example.
Ferner weist das Schaltgerät 10' wenigstens einen Strompfad 220' auf, der an der ersten Anschlusseinrichtung 200' und der zweiten Anschlusseinrichtung 210' angeschlossen ist. In dem Strompfad 220' ist wenigstens eine ansteuerbare Schalteinrichtung angeordnet. Im vorliegenden Beispiel weist der Strompfad 220' einen ersten elektromechanischen Schalter 171' und einen in Reihe dazu geschalteten zweiten elektromechanischen Schalter 192' auf, der parallel mit einem Halbleiterschaltelement 191' verbunden ist. Der Halbleiterschalter kann beispielsweise als Triac ausgebildet ist. Der elektromechanische Schalter 192' und das Halbleiterschaltelement 191' bilden zusammen einen Hybridschalter 190'. Die elektromechanischen Schalter 171' und 192' sowie der Halbleiterschalter 191' können jeweils als eine ansteuerbare Schalteinrichtung im Sinne der Erfindung verstanden werden. Die Ansteuerung der elektromechanischen Schalter 171' und 192' sowie des Halbleiterschaltelements 191' erfolgt über eine Verarbeitungseinheit 90', die zum Beispiel als Mikrokontroller ausgebildet sein kann.Furthermore, the switching device 10 ' at least one rung 220 ' on that at the first connection device 200 ' and the second connection device 210 ' connected. In the current path 220 ' at least one controllable switching device is arranged. In the present example, the current path points 220 ' a first electromechanical switch 171 ' and a second electromechanical switch connected in series 192 ' on that in parallel with a semiconductor switching element 191 ' connected is. The semiconductor switch can be designed, for example, as a triac. The electromechanical switch 192 ' and the semiconductor switching element 191 ' together form a hybrid switch 190 ' , The electromechanical switches 171 ' and 192 ' as well as the semiconductor switch 191 ' can each be understood as a controllable switching device in the sense of the invention. The control of the electromechanical switches 171 ' and 192 ' and the semiconductor switching element 191 ' takes place via a processing unit 90 ' which can be designed, for example, as a microcontroller.
Wie in der 3 dargestellt, weist das beispielhafte Schaltgerät 10' einen weiteren an der ersten Anschlusseinrichtung 200' und der zweiten Anschlusseinrichtung 210' angeschlossenen Strompfad 221' auf. Im vorliegenden Beispiel weist der Strompfad 221' einen ersten elektromechanischen Schalter 170' und einen in Reihe dazu geschalteten zweiten elektromechanischen Schalter 182' auf, der parallel mit einem Halbleiterschaltelement 181' verbunden ist. Der Halbleiterschalter kann beispielsweise als Triac ausgebildet ist. Der elektromechanische Schalter 182' und das Halbleiterschaltelement 181' bilden zusammen wiederum einen Hybridschalter 180'. Die elektromechanischen Schalter 170' und 182' sowie der Halbleiterschalter 181' können jeweils als eine ansteuerbare Schalteinrichtung im Sinne der Erfindung verstanden werden. Die Ansteuerung der elektromechanischen Schalter 170' und 182' sowie des Halbleiterschaltelements 181' erfolgt ebenfalls über die Verarbeitungseinheit 90'.Like in the 3 shown, the exemplary switching device 10 ' another on the first connection device 200 ' and the second connection device 210 ' connected current path 221 ' on. In the present example, the current path points 221 ' a first electromechanical switch 170 ' and a second electromechanical switch connected in series 182 ' on that in parallel with a semiconductor switching element 181 ' connected is. The semiconductor switch can be designed, for example, as a triac. The electromechanical switch 182 ' and the semiconductor switching element 181 ' together form a hybrid switch 180 ' , The electromechanical switches 170 ' and 182 ' as well as the semiconductor switch 181 ' can each be understood as a controllable switching device in the sense of the invention. The control of the electromechanical switches 170 ' and 182 ' and the semiconductor switching element 181 ' also takes place via the processing unit 90 ' ,
Weiterhin weist das beispielhafte Schaltgerät einen dritten Strompfad 222' auf, der an der ersten Anschlusseinrichtung 200' und der zweiten Anschlusseinrichtung 210' angeschlossen und als Leiter ausgebildet ist. Über diese drei Strompfade kann der elektrische Verbraucher 40 an das Stromversorgungsnetz 30 in gesteuerter Weise angeschaltet oder von diesem abgeschaltet werden.Furthermore, the exemplary switching device has a third current path 222 ' on that at the first connection device 200 ' and the second connection device 210 ' connected and trained as a conductor. The electrical consumer can use these three current paths 40 to the power grid 30 turned on or off in a controlled manner.
Das Schaltgerät 10' verfügt ferner über eine dritte Anschlusseinrichtung mit einem Potentialanschluss 50' und einem Masseanschluss 61', an die eine Energieversorgungsquelle 270' zum externen Bereitstellen einer Versorgungsspannung UB für das Schaltgerät 10' zum Beispiel mittels eines Schalters 280' anschließbar ist. Die Energieversorgungsquelle 270' liefert beispielsweise ein Gleichspannung von 24V. Weiterhin ist im Schaltgerät 10' ein Netzteil 80' integriert, bei dem es sich beispielsweise um ein Schaltnetzteil handeln kann. Das Netzteil 80' ist elektrisch mit den Anschlüssen 50' und 61' der dritten Anschlusseinrichtung verbunden. Das Netzteil 80' ist dazu ausgebildet, die an den Anschlüssen 50' und 61' anschaltbare Versorgungsspannung UB in eine geräteinterne Versorgungsspannung von beispielsweise 5V umzuwandeln. Zwischen dem Anschluss 50' und einem Anschluss des Netzteils 80' kann eine Entkopplungsdiode 140' vorgesehen sein, deren Anodenanschluss mit dem Anschluss 50' verbunden ist, während der Kathodenanschluss mit einem Eingang des Netzteils 80' verbunden ist. Zudem ist im Schaltgerät 10' ein Energiespeicher 81 ‚implementiert, der elektrisch mit den Anschlüssen 50‘ und 61' verbunden und dem Netzteil 80' zugeordnet ist. Der Energiespeicher 81' kann ein Kondensator sein, der die an den Anschlüssen 50' und 61' anschaltbare Versorgungsspannung UB geräteintern puffert. Der Energiespeicher 81 ` kann separat vom Netzteil 80' angeordnet oder im Netzteil 80' integriert sein. Auf diese Weise ist sichergestellt, dass auch bei völligem Ausfall der Versorgungsspannung UB das Netzteil 80' vorübergehend die Speisung des Schaltgeräts 10' aufrechterhalten kann.The switching device 10 ' also has a third connection device with a potential connection 50 ' and a ground connection 61 ' to which a power supply source 270 ' for external supply of a supply voltage UB for the switching device 10 ' for example using a switch 280 ' can be connected. The energy supply source 270 ' provides, for example, a DC voltage of 24V. Furthermore is in the switchgear 10 ' a power supply 80 ' integrated, which can be, for example, a switching power supply. The power supply 80 ' is electrical with the connections 50 ' and 61 ' connected to the third connection device. The power supply 80 ' is designed to work on the connectors 50 ' and 61 ' convert the switchable supply voltage UB into a device-internal supply voltage of 5V, for example. Between the connection 50 ' and a connector of the power supply 80 ' can be a decoupling diode 140 ' be provided, the anode connection with the connection 50 ' is connected while the cathode connection to an input of the power supply 80 ' connected is. It is also in the switchgear 10 ' an energy storage 81 'Implemented, the electrically connected to the terminals 50' and 61 'and the power supply 80 ' assigned. The energy storage 81 ' can be a capacitor that is connected to the terminals 50 ' and 61 ' connectable supply voltage UB buffers inside the device. The energy storage 81 `can be separate from the power supply 80 ' arranged or in the power supply 80 ' be integrated. This ensures that the power supply unit even if the supply voltage UB fails completely 80 ' temporarily the switching device is powered 10 ' can maintain.
Des Weiteren verfügt das Schaltgerät 10' über eine vierte Anschlusseinrichtung mit beispielsweise einem Potentialanschluss 60' und dem gemeinsamen Masseanschluss 61', an die ein externes Eingangs- beziehungsweise Freigabesignal anlegbar ist. Das externe Eingangssignal kann beispielsweise von einer Steuerungseinrichtung 290', beispielsweise von einer speicherprogrammierten Steuerung geliefert werden, die an die vierte Anschlusseinrichtung anschließbar ist.The switching device also has 10 ' via a fourth connection device with, for example, a potential connection 60 ' and the common ground connection 61 ' to which an external input or enable signal can be applied. The external input signal can, for example, from a control device 290 ' , for example, are supplied by a programmable logic controller that can be connected to the fourth connection device.
Um Fehlschaltungen des Schaltgeräts 10' bei Ausfall der Versorgungsspannung UB zuverlässig verhindern zu können, ist eine Verknüpfungseinrichtung 240 vorgesehen, die als UND-Gatter ausgebildet ist, welches zwei Eingänge und einen Ausgang aufweist. Ein Eingang ist dem Potenzialanschluss 50' zugeordnet, während der andere Eingang dem Potentialanschluss 60' zugeordnet ist. Auf diese Weise führt die als UND-Gatter verwirklichte Verknüpfungseinrichtung mit der am Anschluss 50' anliegenden Versorgungsspannung UB und dem am Anschluss 60' anliegenden Eingangssignal E eine UND-Verknüpfung durch, wobei am Ausgang ein binäres Ausgangssignal, welches Null oder Eins sein kann, anliegt. Das Ausgangssignal des UND-Gatters 240 wird einem Eingang 91' der Verarbeitungseinheit 90' zugeführt.To switch the switching device incorrectly 10 ' To be able to reliably prevent the supply voltage UB from failing is a linking device 240 provided, which is designed as an AND gate, which has two inputs and one output. One input is the potential connection 50 ' assigned, while the other input to the potential connection 60 ' assigned. In this way, the logic device implemented as an AND gate leads to that at the connection 50 ' supply voltage UB and that at the connection 60 ' applied input signal E through an AND operation, the output being a binary output signal, which can be zero or one. The output signal of the AND gate 240 becomes an entrance 91 ' the processing unit 90 ' fed.
Um Einschaltschwellen für die beiden Eingänge des UND-Gatters 240 festlegen zu können, ist der eine Eingang des UND-Gatters 240 über eine erste Zener-Diode 250 mit dem Potenzialeingang 50' der dritten Anschlusseinrichtung und der andere Eingang des UND-Gatters 240 über eine zweite Zener-Diode 251 mit dem Potenzialanschluss 60' der vierten Anschlusseinrichtung verbunden. Hierbei ist der Anodenanschluss der Zener-Diode 250 mit dem ersten Eingang des UND-Gatters 240 verbunden, während der Kathodenanschluss dem Potenzialanschluss 50', an dem die Versorgungsspannung UB angelegt werden kann, zugeordnet. Der zweite Eingang des UND-Gatters 240 ist mit dem Anodenanschluss der Zener-Diode 251 verbunden, deren Kathodenanschluss mit dem Potenzialanschluss 60', an dem ein Eingangssignal angelegt werden kann, verbunden ist. Der Anodenanschluss der ersten Zener-Diode 250 kann über einen Widerstand 260 mit dem gemeinsamen Masseanschluss 61' verbunden sein, während der Anodenanschluss der anderen Zener-Diode 251 über einen Widerstand 261 ebenfalls mit dem Masseanschluss 61' verbunden sein kann. Die Zener-Diode 251 definiert mit dem Widerstand 261 die Einschaltschwelle des einen Eingangs des UND-Gatters 240 hinsichtlich des Potenzialanschlusses 60'. Das bedeutet, dass, wenn das am Potenzialanschluss 60' anliegende Eingangssignal E größer als der festgelegte Grenzwert, das ist die Z-Spannung der Zener-Diode 251, ist, der zugeordnete Eingang des UND-Gatters 240 eine logische 1 erkennt. Die Zener-Diode 250 definiert mit dem Widerstand 260 die Einschaltschwelle des anderen Eingangs des UND-Gatters 240 hinsichtlich des Potenzialanschlusses 50'. Das bedeutet, dass, wenn die am Potenzialanschluss 50' anliegende Versorgungsspannung UB größer als der festgelegte Grenzwert, das ist die Z-Spannung der Zener-Diode 250, ist, der zugeordnete Eingang des UND-Gatters 240 eine logische 1 erkennt. Die beiden Grenzwerte sind typischerweise unterschiedlich, da das Eingangssignal E und die Versorgungsspannung UB typischerweise ebenfalls unterschiedlich sind.At switch-on thresholds for the two inputs of the AND gate 240 To be able to determine is the one input of the AND gate 240 via a first Zener diode 250 with the potential input 50 ' the third connection device and the other input of the AND gate 240 via a second Zener diode 251 with the potential connection 60 ' connected to the fourth connection device. Here, the anode connection is the Zener diode 250 with the first input of the AND gate 240 connected while the cathode connection to the potential connection 50 ' to which the supply voltage UB can be applied. The second input of the AND gate 240 is with the anode connection of the Zener diode 251 connected whose cathode connection to the potential connection 60 ' to which an input signal can be applied is connected. The anode connection of the first Zener diode 250 can have a resistor 260 with the common ground connection 61 ' be connected while the anode connection of the other Zener diode 251 about a resistance 261 also with the ground connection 61 ' can be connected. The Zener diode 251 defined with the resistance 261 the switch-on threshold of an input of the AND gate 240 regarding the potential connection 60 ' , That means that if that's at the potential connection 60 ' Input signal E present is greater than the defined limit, that is the Z voltage of the Zener diode 251 , is the assigned input of the AND gate 240 recognizes a logical 1. The Zener diode 250 defined with the resistance 260 the switch-on threshold of the other input of the AND gate 240 regarding the potential connection 50 ' , That means that when the potential connection 50 ' Supply voltage UB present is greater than the defined limit, that is the Z voltage of the Zener diode 250 , is the assigned input of the AND gate 240 recognizes a logical 1. The two limit values are typically different since the input signal E and the supply voltage UB are also typically different.
Die Funktionsweise des Schaltgeräts 10' entspricht im Wesentlichen der des Schaltgeräts 10. Liegt eine ordnungsgemäße Versorgungsspannung UB an den Anschlüssen 50' und 61' an und wird ein Eingangssignal E an die Anschlüsse 60' und 61' angelegt, wird, wie oben erläutert, unter Steuerung der Verarbeitungseinheit 90' der Motor 40 an das Stromversorgungsnetz 30 angeschaltet. Denn in diesem Fall erkennen die beiden Eingänge des UND-Gatters 240 jeweils eine logische 1, was zu einer logischen 1 am Ausgang des UND-Gatters, welche ebenfalls am Eingang 91' der Verarbeitungseinheit 90' anliegt, führt. Wird das Eingangssignal E abgeschaltet oder fällt beispielsweise die Versorgungsspannung UB ab bzw. aus, so führt dies dazu, das am Ausgang des UND-Gatters 240 und somit am Eingang 91' der Verarbeitungseinheit 90' eine logische 0 anliegt. Unter Ansprechen auf eine logische 0 steuert die Verarbeitungseinheit 90' beispielsweise die Schalter 170', 171', 181', 182', 191' und 192' in der hinsichtlich des Schaltgeräts 10 beschriebenen Weise an, um den Motor 40 von dem Stromversorgungsnetz 30 abzuschalten. Die zur Steuerung der Schalter erforderliche Energie kann das Netzteil 80 und somit die Verarbeitungseinheit 90' aus dem Energiespeicher 80' beziehen.How the switching device works 10 ' corresponds essentially to that of the switching device 10 , Is there a proper supply voltage UB at the connections? 50 ' and 61 ' on and becomes an input signal E to the terminals 60 ' and 61 ' is created, as explained above, under the control of the processing unit 90 ' the motor 40 to the power grid 30 turned on. In this case, the two inputs of the AND gate recognize 240 each a logic 1, resulting in a logic 1 at the output of the AND gate, which is also at the input 91 ' the processing unit 90 ' is present, leads. If the input signal E is switched off or, for example, the supply voltage UB drops or drops out, this leads to that at the output of the AND gate 240 and thus at the entrance 91 ' the processing unit 90 ' there is a logical 0. In response to a logical 0, the processing unit controls 90 ' for example the switches 170 ' . 171 ' . 181 ' . 182 ' . 191 ' and 192 ' in terms of switching device 10 described way to the engine 40 from the power grid 30 off. The power supply to control the switches can be the power supply 80 and thus the processing unit 90 ' from the energy storage 80 ' Respectively.
Angemerkt sei noch, dass das Schaltgerät 10', die Energieversorgungsquelle 270', der Schalter 280' und die Steuerungseinrichtung 290' vorzugsweise ein System 70' zur Steuerung der Energiezufuhr des elektrischen Verbrauchers 40 bilden. Der elektrische Verbraucher 40 und das Stromversorgungsnetz 30 können als Bestandteile des System 70 betrachtet werden.It should also be noted that the switching device 10 ' , the power supply source 270 ' , the desk 280 ' and the control device 290 ' preferably a system 70 ' to control the energy supply of the electrical consumer 40 form. The electrical consumer 40 and the power grid 30 can be part of the system 70 to be viewed as.
