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Die vorliegende Offenbarung betrifft eine Kontaktüberwachungsvorrichtung zur Überwachung eines elektrischen Kontaktes, insbesondere zur Überwachung eines Schaltvorgangs eines Schaltkontakts, eines Funktionszustandes einer Überstromsicherung und/oder eines Funktionszustandes einer Überspannungssicherung.
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In der elektrischen Automation können Aktoren mit einem Schalter geschaltet werden, wobei es notwendig sein kann, ein tatsächliches Durchschalten eines Schaltkontakts des Schalters zu erfassen. Eine solche überwachte Rückmeldung kann beispielsweise mittels zusätzlicher Hilfskontakte realisiert sein. Alternativ kann zum Unterbinden einer Fehlschaltung des Schalters unter erhöhtem Produktionskostenaufwand eine Kontaktzwangsführung realisiert sein. Ein fehlerhafter Schaltkontakt, kann beispielsweise defekte, insbesondere verschweißte Schaltflächen oder degradierte Halbleiterschichten aufweisen, sodass ein Ab- oder Anschalten entgegen einem anliegenden Anschaltsignal oder entgegen einer mechanischen Betätigung nicht realisiert werden kann.
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Es ist die Aufgabe der vorliegenden Offenbarung, eine effizientere Kontaktüberwachungsvorrichtung bereitzustellen, welche eine Information über den Kontaktzustand eines elektrischen Kontakts, insbesondere auf Basis eines an dem elektrischen Kontakt anliegenden Prüfsignals bereitstellt.
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Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des unabhängigen Anspruchs gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche, der Beschreibung sowie der beiliegenden Figuren.
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Die vorliegende Offenbarung basiert auf der Erkenntnis, dass die obige Aufgabe durch eine Kontaktüberwachungsvorrichtung gelöst werden kann, welche ausgebildet ist, an dem elektrischen Kontakt mittels eines Oszillatorschaltkreises und, dem Oszillatorschaltkreis nachgeschalteten, Koppelelement und Dämpfungselement, insbesondere in einem geschlossenen Kontaktzustand des elektrischen Kontakts, ein Kontaktüberwachungssignal zu generieren. Ferner ist der Oszillatorschaltkreis mit dem elektrischen Kontakt in einem geöffneten Kontaktzustand nicht schwingungsfähig, sodass das Kontaktüberwachungssignals nicht erzeugt wird.
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Das Kontaktüberwachungssignal kann insbesondere eine hochfrequente Hilfsenergie sein, welche von dem Oszillatorschaltkreis erzeugt und durch das Koppelelement in den Lastschaltkreis mit dem elektrischen Kontakt eingekoppelt wird. Eine Änderung der Impedanz des Lastschaltkreises, insbesondere durch ein Schalten des elektrischen Kontakts wird über das Koppelelement zu dem Oszillatorschaltkreis rückgekoppelt und erzeugt eine Signaländerung zwischen dem Oszillatorschaltkreis und dem Koppelelement, welche genutzt werden kann, um ein Schalten des elektrischen Kontakts zu erfassen.
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Gemäß einem ersten Aspekt betrifft die Offenbarung eine Kontaktüberwachungsvorrichtung zur Überwachung eines elektrischen Kontakts mit einem ersten Kontaktzustand und einem zweiten Kontaktzustand. Insbesondere kann der elektrische Kontakt ein Schaltkontakt sein, welcher in dem ersten Kontaktzustand geschlossen ist und in dem zweiten Kontaktzustand geöffnet ist. Beispielsweise kann der elektrische Kontakt in dem ersten Kontaktzustand niederohmig sein und in dem zweiten Kontaktzustand hochohmig sein.
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Die Kontaktüberwachungsvorrichtung umfasst einen Oszillatorschaltkreis, welcher ausgebildet ist, ein Anregungssignal zu erzeugen, und ein Koppelelement mit einem Signaleingang und einem Signalausgang. Der Oszillatorschaltkreis ist dem Signaleingang vorgeschaltet, um das Koppelelement mit dem Anregungssignal zu beaufschlagen, und das Koppelelement ist ausgebildet, das Anregungssignal in ein Kontaktüberwachungssignal zu überführen und das Kontaktüberwachungssignal an dem Signalausgang zum Beaufschlagen des elektrischen Kontaktes auszugeben.
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Mit dem elektrischen Kontakt in dem ersten Kontaktzustand ist an dem Oszillatorschaltkreis ein erster Impedanzwert eingestellt, und mit dem elektrischen Kontakt in dem zweiten Kontaktzustand ist an dem Oszillatorschaltkreis ein zweiter Impedanzwert eingestellt. Der Oszillatorschaltkreis ist ausgebildet, mit dem elektrischen Kontakt in dem ersten Kontaktzustand und mit dem ersten Impedanzwert eine Resonanzschwingung zu erzeugen und eine Version des Anregungssignals, beispielsweise ein in der Amplitude verändertes, insbesondere gedämpftes, Anregungssignal auszugeben.
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In einer Ausführungsform wird mit dem elektrischen Kontakt in dem zweiten Kontaktzustand und mit dem zweiten Impedanzwert eine Ausgabe des Anregungssignal zu unterbunden.
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Ferner umfasst die Kontaktüberwachungsvorrichtung einen Detektor, welcher ausgebildet ist, eine Version des Anregungssignal und/oder eine Änderung des Anregungssignals zu erfassen, um den elektrischen Kontakt zu überwachen.
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Der erste Impedanzwert kann insbesondere größer sein als der zweite Impedanzwert. Ferner kann ein Dämpfungselement vorgesehen sein, den ersten Impedanzwert und/oder den zweiten Impedanzwert, insbesondere in Abhängigkeit von dem jeweiligen Kontaktzustand des elektrischen Kontakts, an dem Signaleingang einzustellen.
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Der elektrische Kontakt kann in dem ersten Kontaktzustand elektrisch leitend sein und in dem zweiten Kontaktzustand elektrisch nichtleitend sein. Insbesondere kann die Kontaktüberwachungsvorrichtung ausgebildet sein, das Kontaktüberwachungssignal nicht kontinuierlich an den elektrischen Kontakt anzulegen, um ein dauerhaftes Einkoppeln eines, insbesondere hochfrequenten, Kontaktüberwachungssignals über den elektrischen Kontakt in einen Lastschaltkreis, welcher insbesondere niederfrequente Signale leitet, zu unterbinden. Entsprechend kann der Vorteil verbesserter EMV-Eigenschaften der Kontaktüberwachungsvorrichtung erreicht werden.
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Der elektrische Kontakt kann ein Leistungsschaltkontakt eines elektromechanischen Relais, eines Halbleiterrelais, eines Schützes, eines Reed-Kontaktes oder eines mechanischen Schalters sein. Der elektrische Kontakt kann insbesondere ausgebildet sein, in einem ersten, insbesondere geschlossenen Kontaktzustand einen ersten ohmschen Widerstand aufzuweisen und in einem zweiten, insbesondere geöffneten Kontaktzustand einen zweiten ohmschen Widerstand aufzuweisen, wobei der erste ohmsche Widerstand kleiner ist als der zweite ohmsche Widerstand. Insbesondere ist der elektrische Kontakt in dem geschlossenen Kontaktzustand niederohmig und in dem geöffneten Kontaktzustand hochohmig.
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Der elektrische Kontakt kann eine Sicherung sein, insbesondere eine Schmelzsicherung, welche in einem ersten Kontaktzustand elektrisch leitend, respektive niederohmig ist und in einem zweiten Kontaktzustand, in welchem die Sicherung ausgelöst hat, elektrisch nichtleitend, respektive hochohmig ist.
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Ferner kann der erste Kontaktzustand ein erster Schaltzustand des elektrischen Kontaktes, insbesondere eines elektrischen Schaltelements sein und der zweite Kontaktzustand kann ein zweiter Schaltzustand des elektrischen Kontaktes, insbesondere des elektrischen Schaltelements sein.
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In einer Ausführungsform ist die Kontaktüberwachungsvorrichtung ausgebildet, das Kontaktüberwachungssignal als ein differentielles Signal an den elektrischen Kontakt anzulegen, wobei das differentielle Signal ein Stromsignal ist, welches an einem kleinen Kontaktwiderstand, insbesondere dem elektrischen Kontakt in dem ersten Kontaktzustand, einen geringen Spannungsabfall verursacht. Dadurch wird insbesondere der Vorteil erreicht, dass das Kontaktüberwachungssignal in dem elektrischen Kontakt eine geringe Amplitude aufweist und entsprechend nur geringe hochfrequente Signalanteile mit einem über den elektrischen Kontakt fließenden Nutzsignal überlagert sind. Entsprechend können die EMV-Eigenschaften der Kontaktüberwachungsvorrichtung verbessert sein.
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In einer Ausführungsform ist der Oszillatorschaltkreis ausgebildet, das Anregungssignal im Hochfrequenzbereich zu erzeugen, vorzugsweise mit einer Frequenz in einem Bereich von 1 MHz bis 100 MHz, weiter bevorzugt mit einer Frequenz von 50 MHz. Dadurch kann insbesondere der Vorteil erreicht werden, dass eine Frequenztrennung des Kontaktüberwachungssignals und des Nutzsignals durch kostengünstige Frequenzfilterelemente realisiert werden kann. Der Oszillatorschaltkreis kann ein Hochfrequenzgenerator sein, welcher insbesondere über das Koppelelement und das Dämpfungselement, beispielsweise parallel, an den elektrischen Kontakt angeschaltet ist.
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In einer Ausführungsform umfasst der Oszillatorschaltkreis einen selbstschwingenden Oszillator, welcher insbesondere eine variable Resonanzfrequenz aufweist und ausgebildet ist, mit dem elektrischen Kontakt in einem ersten Kontaktzustand, insbesondere einem niederohmigen, geschlossenen Kontaktzustand eine elektromagnetische Schwingung zu erzeugen.
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In einer Ausführungsform ist das Dämpfungselement ausgebildet, mit dem zweiten Kontaktzustand den ersten Impedanzwert an dem Signaleingang einzustellen. Entsprechend kann der Oszillatorschaltkreis ausgebildet sein, mit dem geöffneten elektrischen Kontakt das Anregungssignal zu erzeugen, respektive mit dem geschlossenen elektrischen Kontakt das Anregungssignal nicht zu erzeugen.
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Mit dem Überwachen des elektrischen Kontakts eines Relais durch die Kontaktüberwachungsvorrichtung kann bei einem Beaufschlagen des elektrischen Kontakts mit dem Anschaltsignal eine Schaltinformation bezüglich des Übergangs des elektrischen Kontakts zwischen einem ersten Kontaktzustand, in welchem der elektrische Kontakt elektrisch nichtleitend ist und einem zweiten Kontaktzustand, in welchem der elektrische Kontakt elektrisch leitend ist, generiert werden. Dadurch kann sichergestellt sein, dass das Relais mit dem Anschaltsignal schaltet und entsprechend ein Fehler an dem elektrischen Kontakt und/oder einem Magnetsystem des Relais nicht vorliegt. Entsprechend kann bei einem Anliegen des Anschaltsignals an dem Relais und einem Ausbleiben eines Schaltens des elektrischen Kontakts eine Fehlfunktion des Relais festgestellt werden. Ferner kann auch ein Abschalten des Relais mit einem Abfallen des Anschaltsignals überwacht werden.
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Die Kontaktüberwachungsvorrichtung erreicht den Vorteil, dass unter dem Aspekt der funktionalen Sicherheit, insbesondere nach der Norm IEC 61508 ein eindeutiges Erfassen des Kontaktzustands des Relaisschaltkontakts realisiert werden kann. Entsprechend kann ein erhöhter Diagnosedeckungsgrad erreicht werden.
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Der Detektor kann insbesondere ausgebildet sein, eine Änderung des Anregungssignals respektive eine Änderung des Kontaktüberwachungssignals in ein Ausgabesignal zu wandeln, welches ein zeit-diskretes und/oder amplitudendiskretes Signal, insbesondere ein binäres Signal und/oder ein digitales Signal sein kann. Eine erste Ausgabesignalamplitude kann dem ersten Kontaktzustand, respektive einem geschlossenen elektrischen Kontakt, zugeordnet sein und eine zweite Ausgabesignalamplitude kann dem zweiten Kontaktzustand, respektive einem geöffneten elektrischen Kontakt, zugeordnet sein. Der Detektor kann ausgebildet sein, das Ausgabesignal oder dessen Version instantan oder mit einer möglichst kleinen Zeitverzögerung an eine Änderung des Anregungssignals und/oder des Kontaktüberwachungssignals anzupassen. Eine Änderung des Anregungssignals kann insbesondere ein Wechsel zwischen dem Erzeugen des Anregungssignals auf Basis einer erfüllten Resonanzbedingung des Oszillatorschaltkreises und dem Nichterzeugen des Anregungssignals auf Basis einer nichterfüllten Resonanzbedingung des Oszillatorschaltkreises sein.
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In einer Ausführungsform ist in dem zweiten Kontaktzustand die Ausbildung der Resonanzschwingung unterbunden, wodurch die Ausgabe des Anregungssignals unterbunden wird.
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In einer Ausführungsform ist der Oszillatorschaltkreis ausgebildet, mit dem ersten Impedanzwert das Anregungssignal mit einer Anregungsfrequenz, welcher einer Resonanzfrequenz des Oszillatorschaltkreises entspricht, zu erzeugen, wobei der Oszillatorschaltkreis ferner ausgebildet ist, eine Signalamplitude des Anregungssignals auf Basis eines Impedanzwertes an dem Signaleingang zu ändern. Der Oszillatorschaltkreis kann ausgebildet sein, mit einer Änderung des Impedanzwerts an dem Signaleingang von einem nicht schwingungsfähigen Zustand in einen schwingungsfähigen Zustand zu wechseln, wobei mit einer stetigen Impedanzwertänderung auch die Signalamplitude des Anregungssignals stetig geändert werden kann. Der Oszillatorschaltkreis ist ferner ausgebildet, mit einer Überschreitung eines Impedanzgrenzwerts an dem Signaleingang von dem nichtschwingungsfähigen Zustand in den schwingungsfähigen Zustand überzugehen.
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In einer Ausführungsform umfasst die Kontaktüberwachungsvorrichtung ein Dämpfungselement, welches dem Signalausgang nachgeschaltet und mit dem elektrischen Kontakt gekoppelt, beispielsweise vorgeschaltet oder nachgeschaltet ist, wobei das Dämpfungselement ausgebildet ist, mit dem elektrischen Kontakt in dem zweiten Kontaktzustand eine Impedanz bereitzustellen, um ein Wirken einer Impedanz des elektrischen Kontakts in dem zweiten Kontaktzustand zu unterbinden, wobei mit dem Wirken des Dämpfungselements der Signaleingang des Koppelelements gedämpft ist, der Oszillatorschaltkreis nicht schwingungsfähig ist und eine Ausgabe des Anregungssignals unterbunden ist.
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In einer Ausführungsform sind das Koppelelement und der Oszillatorschaltkreis ausgebildet, einen Schwingkreis zu bilden, wobei das Dämpfungselement ausgebildet ist, den Schwingkreis in dem zweiten Kontaktzustand zu dämpfen, um eine Signalamplitude des Anregungssignals zu reduzieren.
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In einer Ausführungsform ist das Dämpfungselement mit dem elektrischen Kontakt gekoppelt, beispielsweise elektrisch parallelgeschaltet, wobei mit dem elektrischen Kontakt in dem ersten Kontaktzustand das Dämpfungselement niederohmig überbrückt ist und eine mittels des Kopplungselements an den Signaleingang gekoppelte Dämpfung des Dämpfungselements reduziert ist. Der Oszillatorschaltkreis ist ausgebildet, mit der reduzierten Dämpfung das Anregungssignal mit einer erhöhten Signalamplitude zu erzeugen.
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In einer Ausführungsform weist der Oszillatorschaltkreis einen Detektorausgang auf und ist ausgebildet, über den Detektorausgang dem Detektor das Anregungssignal bzw. eine Version des Anregungssignals bereitzustellen.
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In einer Ausführungsform ist der Detektor ausgebildet, das Anregungssignal in ein Ausgabesignal zu wandeln und das Ausgabesignal in mindestens zwei unterschiedlichen Signalzuständen auszugeben, wobei ein erster Signalzustand der mindestens zwei Signalzustände einen geschlossenen elektrischen Kontakt anzeigt und ein zweiter Signalzustand der mindestens zwei Signalzustände einen offenen elektrischen Kontakt anzeigt.
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In einer Ausführungsform ist der Detektor ausgebildet, das Ausgabesignal in dem ersten Signalzustand auszugeben, wenn an dem Detektorausgang ein oszillierendes Anregungssignal anliegt und das Ausgabesignal in dem zweiten Signalzustand auszugeben, wenn an dem Detektorausgang ein nicht-oszillierendes Anregungssignal anliegt, eine Signalamplitude des Anregungssignals unterhalb eines Amplitudengrenzwerts liegt und/oder das Anregungssignal nicht an dem Detektorausgang nicht anliegt.
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In einer Ausführungsform ist das Koppelelement ausgebildet, den Oszillatorschaltkreis und/oder den Detektor von dem elektrischen Kontakt galvanisch zu trennen.
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In einer Ausführungsform ist das Koppelelement als eine direkte galvanische Anbindung, beispielsweise als eine Kabelverbindung, des Kontaktes an den Oszillatorschaltkreis ausgebildet, so dass eine Änderung des elektrischen Kontaktes direkt auf die Impedanz des Oszillatorkreises wirken kann.
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In einer Ausführungsform ist der Detektor ausgebildet, ein Anschaltsignal zum Schalten des elektrischen Kontakts und eine Änderung des Anregungssignals zu erfassen und ein binäres Fehlersignal auszugeben, welches anzeigt, ob der elektrischen Kontakt entsprechend dem Anschaltsignal geschaltet ist. Dadurch kann der Vorteil erreicht werden, dass der Detektor erfassen kann, ob sowohl das Anschaltsignal als auch das Anregungssignal eine identische logische Information über den Kontaktzustand des elektrischen Kontakts tragen. Dem Detektor kann insbesondere über einen Schaltsteueranschluss das Anschaltsignal bereitgestellt sein.
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Der Detektor kann ferner ausgebildet sein, mit dem Anliegen des Anregungssignals respektive einer Resonanzschwingung an dem Detektoreingang eine erste logische Information zu erfassen und mit dem Anliegen des Anschaltsignals an dem Schaltsteueranschluss das Anregungssignal mit dem Anschaltsignal eine zweite logische Information zu erfassen. Weiterhin kann der Detektor ausgebildet sein, die erste logische Information mit der zweiten logischen Information zu vergleichen.
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Der Detektor kann ausgebildet sein, auf Basis des Vergleichs der ersten logischen Information mit der zweiten logischen Information ein Ausgabesignal zu erzeugen, wobei das Ausgabesignal eine Übereinstimmung oder eine Divergenz der ersten logischen Information in Bezug auf die zweite logische Information anzeigt. Die erste logische Information kann insbesondere eine binäre Schaltinformation in Bezug auf den elektrischen Kontakt sein, welche ein Schalten des elektrischen Kontakts auslösen soll und die zweite logische Information kann insbesondere eine binäre Prüfinformation sein, welche den Kontaktzustand des elektrischen Kontakts beschreibt. Insbesondere kann die binäre Prüfinformation in Bezug auf die elektrische Leitfähigkeit des elektrischen Kontakts informieren.
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Mit der binären Schaltinformation und der binären Prüfinformation sind vier unterschiedliche Signalkombinationen realisierbar (siehe Tabelle 1).
Tabelle 1: Mögliche Kombinationen Schaltinformation und Prüfinformation
| Index | Schaltinformation 0: Kontakt öffnen 1: Kontakt schließen | Prüfinformation 0: elektrischer Kontakt offen 1: elektrischer Kontakt geschlossen | Zustand / Beschreibung |
| 1 | 0 | 0 | Ordnungsgemäßer Betrieb, elektrischer Kontakt offen |
| 2 | 0 | 1 | Fehlerzustand, |
| 3 | 1 | 0 | Fehlerzustand |
| 4 | 1 | 1 | Ordnungsgemäßer Betrieb, elektrischer Kontakt geschlossen |
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Entsprechend den Signalkombinationen kann der Detektor ausgebildet sein, in den Fällen 1 und 4 ein Ausgabesignal mit einem Signalpegel zu erzeugen, welcher eine logische 0 repräsentiert und in den Fällen 2 und 3 ein Ausgabesignal mit einem Signalpegel zu erzeugen, welche eine logische 1 repräsentiert. Alternativ könnten die unterschiedlichen Signalkombinationen entsprechenden Amplitudenwerten oder Ausgabesignalmustern des Ausgabesignals zugeordnet werden. Ein Ausgabesignalmuster kann beispielsweise durch eine eindeutige Folge von Signalpulsen, insbesondere von Signalpulsen mit unterschiedlicher Pulslänge realisiert sein.
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In einer Ausführungsform ist der Detektor ausgebildet, mit dem Empfangen des Anschaltsignals das Anregungssignal innerhalb eines vorbestimmten Zeitintervalls zu erfassen, um festzustellen, ob der elektrische Kontakt entsprechend dem Anschaltsignal innerhalb des vorbestimmten Zeitintervalls geschaltet ist.
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In einer Ausführungsform umfasst die Kontaktüberwachungsvorrichtung ein optisches Anzeigeelement, welches ausgebildet ist, das Erfassen des Anschaltsignals und ein entsprechendes erfasstes Schalten des elektrischen Kontakts respektive eine Abweichung von dem erwarteten Anschaltsignal anzuzeigen.
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In einer Ausführungsform umfasst das Koppelelement einen Transformator, welcher eine erste Induktivität und eine zweite Induktivität aufweist, wobei die erste Induktivität mit der zweiten Induktivität induktiv gekoppelt ist, um das Anregungssignal in das Kontaktüberwachungssignal zu überführen.
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In einer Ausführungsform umfasst das Koppelement einen Transformator, welcher eine erste Luftspule und eine zweite Luftspule umfasst, welche induktiv miteinander gekoppelt sind. Die erste Luftspule und die zweite Luftspule können Zylinderspulen oder Kreisringspulen sein. Ferner kann innerhalb der ersten Luftspule und/oder innerhalb der zweiten Luftspule jeweils ein Spulenkern, insbesondere ein Ferritkern oder ein Magnetkern, angeordnet sein. In einer Ausführungsform, kann ein Magnetkern teilweise in der ersten Luftspule und/oder in der zweiten Luftspule angeordnet sein. Der Spulenkern kann aus flussführenden Ferritplatten oder Ferritfolien gebildet sein.
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Der Transformator mit der ersten Induktivität und der zweiten Induktivität, welche insbesondere jeweils als Luftspulen ausgebildet sind, erreicht beispielsweise den Vorteil, dass die Spulen mittels Leiterplattentechnologie herstellbar sein können und entsprechend bei einer Herstellung der Kontaktüberwachungsvorrichtung eine Anzahl von diskreten elektronischen Bauteilen reduziert sein kann. Ferner können auch kapazitive Elemente der Kontaktüberwachungsvorrichtung als Leiterplattenkondensatoren ausgebildet sein, um die Anzahl von diskreten elektronischen Bauteilen weiter zu reduzieren.
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Mit der Ausführung von Induktivitäten des Transformators als Planarspulen kann insbesondere der Vorteil einer kosteneffizienten Herstellung der Kontaktüberwachungsvorrichtung erreicht werden, da insbesondere auf ein Durchsetzen der Induktivitäten mit Ferritplatten verzichtet werden kann. Der Transformator kann insbesondere ausgebildet sein, bezüglich eines Einkoppelns des Anregungssignals über die erste Induktivität in die zweite Induktivität einen Kopplungsfaktor größer 20 % zu erreichen, um das Anregungssignal effizient in das Kontaktüberwachungssignal zu überführen.
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In einer Ausführungsform umfasst die Kontaktüberwachungsvorrichtung eine Impedanzschaltung, welche dem Signalausgang nachgeschaltet und mit dem Dämpfungselement gekoppelt, beispielsweise vorgeschaltet, ist, wobei die Impedanzschaltung ausgebildet ist, eine Streuinduktivität und/oder eine Streukapazität des Koppelelements bei einem Kontaktüberwachungssignal mit einer vorbestimmten Frequenz zu kompensieren.
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In einer Ausführungsform ist die Impedanzschaltung ausgebildet, eine Gesamtkapazität und/oder eine Gesamtinduktivität über der galvanischen Trennung des Koppelelements zu minimieren.
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In einer Ausführungsform umfasst die Kontaktüberwachungsvorrichtung ein erstes Filterelement und ein zweites Filterelement, wobei der elektrische Kontakt einen ersten Ausgangsanschluss, welchem das erste Filterelement nachgeschaltet ist, und einen zweiten Ausgangsanschluss aufweist, welchem das zweite Filterelement nachgeschaltet ist, um hochfrequente Signale zu dämpfen, welche mittels des Koppelelements an dem elektrischen Kontakt und/oder an einer an den elektrischen Kontakt gekoppelten elektrischen Last und/oder Spannungsquelle anliegen.
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Die Filterelemente erreichen insbesondere den Vorteil, die Kontaktüberwachungsvorrichtung von einer externen Beschaltung des elektrischen Kontakts, welche beispielsweise an einem ersten Ausgangsanschluss und einem zweiten Ausgangsanschluss angeschaltet ist, funktional abzutrennen. Das erste Filterelement und/oder das zweite Filterelement können jeweils eine Induktivität oder einen Ferrit umfassen, , welcher ausgebildet ist, für niederfrequente Wechselstromsignale niederohmig zu sein und für hochfrequente Wechselstromsignale hochohmig zu sein. Dadurch kann insbesondere der Vorteil erreicht werden, dass die Filterelemente niederfrequente Signale mit hohen Stromstärken effizient leiten können.
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Das Kontaktüberwachungssignal kann vorzugsweise eine Frequenz von 100 kHz bis 100 MHz aufweisen. Die Filterelemente sind für das Kontaktüberwachungssignal in diesem Frequenzbereich hochohmig, sodass das Kontaktüberwachungssignal an den Ausgangsanschlüssen nicht anliegt oder nur mit verringerter Signalamplitude anliegt.
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Die Filterelemente erreichen ferner den Vorteil, dass eine niederohmige Überbrückung des elektrischen Kontakts nicht als elektrischen Kontakt in dem ersten Kontaktzustand von der Kontaktüberwachungsvorrichtung fehlinterpretiert werden kann. Insbesondere kann der Realteil eines Impedanzwerts des jeweiligen Filterelements bei einem Kontaktüberwachungssignal mit einer vorbestimmten Frequenz die Größenordnung des Widerstandswerts eines ohmschen Widerstands des Dämpfungselements erreichen. Dadurch kann insbesondere der Vorteil erreich werden, dass mit dem elektrischen Kontakt in dem zweiten Kontaktzustand und einer äußeren niederohmigen Überbrückung des elektrischen Kontakts ein Dämpfungswert entsprechend dem durch das Dämpfungselement vorgesehenen Dämpfungswert erreicht und eine Schwingung des Oszillatorschaltkreises unterbunden werden kann.
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In einer Ausführungsform weisen das erste Filterelement und/oder das zweite Filterelement einen ohmschen Impedanzanteil beider Oszillatorfrequenz auf, welcher ausgebildet ist, ein Erfassen eines externen Kurzschlusses des ersten Ausgangsanschlusses mit dem zweiten Ausgangsanschluss als ein Schließen des elektrischen Kontakts zu unterbinden.
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In einer Ausführungsform umfasst das Dämpfungselement eine Kapazität, welche durch einen Leiterplattenkondensator gebildet ist.
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In einer Ausführungsform umfasst die Kontaktüberwachungsvorrichtung einen Versorgungsspannungsanschluss, an welchen eine Versorgungsspannung anlegbar ist, wobei mittels des Versorgungsspannungsanschlusses der Oszillatorschaltkreis und/oder der Detektor mit elektrischer Energie versorgbar sind. Ferner kann die Kontaktüberwachungsvorrichtung einen Schaltsteueranschluss aufweisen, welcher mit einem Anschaltsignal beaufschlagbar ist, um den elektrischen Kontakt auszulösen.
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In einer Ausführungsform ist der Detektor und/oder der Oszillatorschaltkreis über den Schaltsteueranschluss mit dem Anschaltsignal beaufschlagbar, wobei der Detektor und/oder der Oszillatorschaltkreis ausgebildet sind, mit dem Anschaltsignal mit elektrischer Energie versorgt zu werden. Das Anschaltsignal kann insbesondere ein Gleichspannungssignal sein, welches geeignet ist, den Detektor und/oder den Oszillatorschaltkreis mit elektrischer Energie zu versorgen. In einer Ausführungsform kann mit dem Anschaltsignal ein Pufferkondensator aufgeladen werden, welcher ausgebildet ist, den Detektor und/oder den Oszillatorschaltkreis zumindest für ein vorbestimmtes Zeitintervall mit einer konstanten Spannung und/oder einer konstanten Stromstärke zu versorgen.
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In einer Ausführungsform kann zwischen dem Schaltsteueranschluss und dem Pufferkondensator ein Gleichrichter geschaltet sein, welcher ausgebildet ist ein wechselstromartiges Anschaltsignal in eine Versorgungsspannung für den Detektor und/oder den Oszillatorschaltkreis zu wandeln.
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In einer Ausführungsform ist der Pufferkondensator ausgebildet, mit dem Wegfall des Anschaltsignals den Detektor und/oder den Oszillatorschaltkreis für ein vorbestimmtes Zeitintervall weiter mit elektrischer Energie zu versorgen, um ein entsprechend dem Wegfall des Anschaltsignals ein Öffnen des elektrischen Kontakts zu erfassen und ein entsprechendes Ausgabesignal zu erzeugen. Der Detektor kann insbesondere ausgebildet sein, vor einem Abbruch der Energieversorgung des Detektors mit dem Ausgabesignal eine Statusinformation bezüglich eines Kontaktfehlers respektive einem ordnungsgemäßen Schalten des elektrischen Kontakts in Bezug auf das Anschaltsignal auszugeben.
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Weitere Ausführungsbeispiele werden Bezug nehmend auf die beiliegenden Figuren erläutert. Es zeigen:
- 1 die Kontaktüberwachungsvorrichtung in einer Ausführungsform;
- 2 die Kontaktüberwachungsvorrichtung in einer Ausführungsform;
- 3 die Impedanz an dem Signaleingang in einer Ausführungsform;
- 4 die Kontaktüberwachungsvorrichtung in einer Ausführungsform;
- 5 die Kontaktüberwachungsvorrichtung in einer Ausführungsform; und
- 6 die Kontaktüberwachungsvorrichtung in einer Ausführungsform.
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1 zeigt eine schematische Darstellung der Kontaktüberwachungsvorrichtung 100 zur Überwachung elektrischen Kontakts 101 mit zumindest zwei Kontaktzuständen gemäß einer Ausführungsform. Die Kontaktüberwachungsvorrichtung 100 weist einen Oszillatorschaltkreis 103 zum Erzeugen eines Anregungssignal und ein Koppelelement 105 mit einem Signaleingang 107 und einem Signalausgang 109 auf.
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Der Oszillatorschaltkreis 103 ist dem Signaleingang 107 vorgeschaltet, um das Koppelelement 105 mit dem Anregungssignal zu beaufschlagen, und das Koppelelement 105 ist ausgebildet, das Anregungssignal in ein Kontaktüberwachungssignal zu überführen und das Kontaktüberwachungssignal an dem Signalausgang 109 zum Beaufschlagen des elektrischen Kontakts 101 auszugeben. Ferner umfasst die Kontaktüberwachungsvorrichtung 100 ein Dämpfungselement 111, welches dem Signalausgang 109 nachgeschaltet und dem elektrischen Kontakt 101 vorgeschaltet ist.
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Mit dem elektrischen Kontakt 101 in dem ersten Kontaktzustand ist an dem Oszillatorschaltkreis 103 ein erster Impedanzwert eingestellt, und mit dem elektrischen Kontakt 101 in dem zweiten Kontaktzustand ist an dem Oszillatorschaltkreis 103 ein zweiter Impedanzwert eingestellt.
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Die Kontaktüberwachungsvorrichtung umfasst ein Dämpfungselement 111, welches dem Signalausgang 109 nachgeschaltet und dem elektrischen Kontakt 101 vorgeschaltet ist, wobei das Dämpfungselement 111 ausgebildet ist, mit dem elektrischen Kontakt 101 in dem zweiten Kontaktzustand eine Impedanz bereitzustellen, um ein Wirken einer Impedanz des elektrischen Kontakts 101 in dem zweiten Kontaktzustand zu unterbinden, wobei mit dem Wirken des Dämpfungselements 111 der Signaleingang 107 des Koppelelements 105 gedämpft ist, der Oszillatorschaltkreis 103 nicht schwingungsfähig ist und eine Ausgabe des Anregungssignals unterbunden ist. Der erste Impedanzwert ist größer, als der zweite Impedanzwert.
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Der Oszillatorschaltkreis 103 ist ausgebildet, mit dem elektrischen Kontakt 101 in dem ersten Kontaktzustand und dem ersten Impedanzwert eine Resonanzschwingung zu erzeugen und das Anregungssignal auszugeben, und mit dem elektrischen Kontakt 101 in dem zweiten Kontaktzustand und dem zweiten Impedanzwert eines Ausgabe des Anregungssignals zu unterbinden. Ferner umfasst die Kontaktüberwachungsvorrichtung 100 einen Detektor 113, welcher ausgebildet ist, das Anregungssignals zu erfassen, um einen Kontaktzustandswechsel des elektrischen Kontakts 101 zu überwachen.
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Das Dämpfungselement 111 umfasst einen Widerstand 129, welcher ausgebildet ist, einen Impedanzwert an dem Signaleingang 107 derart zu verändern respektive zu belasten, dass ein Schwingkreis, welcher aus dem vorzugsweise induktiven Imaginärteil des Koppelelements 105 und dem vorzugsweise kapazitiven Imaginärteil des Oszillatorschaltkreises 103 gebildet ist, eine hohe Dämpfung erfährt, mit welcher der Oszillatorschaltkreis 103 nicht schwingungsfähig ist und entsprechend das Kontaktüberwachungssignal an dem elektrischen Kontakt 101 nicht anliegt.
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Ferner umfasst das Dämpfungselement 111 eine Kapazität 131, welche ausgebildet ist, für ein über die Ausgangsanschlüsse 125-1, 125-2 an dem elektrischen Kontakt 101 anliegendes, insbesondere niederfrequentes Nutzsignal eine hohe erste Impedanz zu erzeugen, um Leckströme durch das Dämpfungselement 111 zu minimieren oder zu unterbinden. Ferner ist die Kapazität 131 ausgebildet, für das Kontaktüberwachungssignal eine niedrige zweite Impedanz zu erzeugen, um eine spektrale Trennung des Kontaktüberwachungssignals und des Nutzsignals zu realisieren.
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Die Kapazität 131 weist insbesondere eine hohe Spannungsfestigkeit, beispielsweise größer gleich 30 kV/mm auf, wobei die Kapazität 131 vorzugsweise als Leiterplattenkondensator ausgeführt ist. Dadurch kann insbesondere der Vorteil einer Verringerung einer Anzahl von benötigten diskreten Bauelementen erreicht werden, sodass eine kostengünstigere Herstellung möglich ist. Ferner kann dadurch der Vorteil eines reduzierten Bauraums der Kontaktüberwachungsvorrichtung 100 erreicht werden.
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In einer Ausführungsform umfasst die Leiterplattenkapazität 131 Leiterflächen, die auf unterschiedlichen Lagen einer zumindest zweilagigen Leiterplatte angeordnet sind. Dadurch kann beispielsweise der Vorteil erreicht werden, dass mit einem Einsatz der Kontaktüberwachungsvorrichtung 100 in sicherheitsrelevanten Bereichen eine Funktionsstörung der Kontaktüberwachungsvorrichtung 100 auf Basis einer fehlerhaften Kapazität 131 reduziert oder ausgeschlossen sein kann. Insbesondere kann eine Funktionsstörung auf Basis eines Kurzschlusses zwischen verschiedenen Lagen einer Leiterplatte bei einer Fehlerbetrachtung ausgeschlossen sein, sodass ferner der Vorteil erreicht werden kann, dass die Kontaktüberwachungsvorrichtung 100 mit reduzierten Herstellungskosten herstellbar ist.
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Mit einem Schließen des elektrischen Kontakts 101, d.h. einem Wechsel des elektrischen Kontakts 101 von dem zweiten Kontaktzustand in den ersten Kontaktzustand, wird das Dämpfungselement 111 aufgrund der Parallelschaltung des Dämpfungselements 111 und des elektrischen Kontakts 101 niederohmig überbrückt und wirkt entsprechend weder für ein an dem elektrischen Kontakt 101 anliegendes Nutzsignal, noch für das Kontaktüberwachungssignal. Mit der Überbrückung des Dämpfungselements 111 ist eine mittels des Widerstands 129 des Dämpfungselements 111 erzeugbare transformierte Dämpfung an dem Signaleingang 107 reduziert, sodass der Schwingkreis nur geringe ohmsche Verluste aufweist. Ferner ist der Schwingkreis ausgebildet, mit der reduzierten Dämpfung eine Resonanzschwingung zu erzeugen.
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Der Oszillatorschaltkreis 103 kann als ein Colpitts-Oszillator aufgebaut sein, welcher die Kapazitäten 139-1, 139-2 und einen Transistor 141 umfasst. Der Transistor 141 ist ausgebildet, das Anregungssignal zu verstärken. Ferner umfasst der Oszillatorschaltkreis 103 einen Widerstand 143, über welchen das Anregungssignal an den Detektor 113 geleitet werden kann. Die Induktivität 119-1, welche als eine Spule ausgebildet sein kann, kann ein Element des Oszillatorschaltkreises 103 bilden.
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Der Detektor 113 kann einen Kondensator 145 umfassen, welcher ausgebildet ist, einen Gleichanteil des Anregungssignals abzutrennen. Ferner umfasst der Detektor 113 zumindest zwei Dioden 147-1, 147-2 und einen weiteren Kondensator 153, wobei die Dioden 147-1, 147-2 und der Kondensator 145 ausgebildet sind, das Anregungssignal in ein gleichgerichtetes Ausgabesignal zu überführen. Weiterhin weist der Detektor 113 einen Widerstand 149 und einen Transistor 151 auf, wobei über den Widerstand 149 der Transistor 151 durchgeschaltet wird, wenn an dem Detektorausgang 115 eine von dem Oszillatorschaltkreis 103 erzeugte Schwingung als Anregungssignal anliegt. Weiterhin umfasst der Detektor 113 einen Pull-Up-Widerstand 155, wobei der Detektor 113 ausgebildet ist, über den Pull-Up-Widerstand 155 das Ausgabesignal bereitzustellen, wobei das Ausgabesignal insbesondere ein invertiertes Signal ist, welches eine logische 0 ausgibt, wenn der elektrische Kontakt 101 geschlossen, respektive in dem ersten Kontaktzustand ist, und eine logische 1 ausgibt, wenn der elektrische Kontakt 101 geöffnet, respektive in dem zweiten Kontaktzustand ist.
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In einer Ausführungsform umfasst der Detektor 113 einen Ausgabesignalanschluss 161 und ist ausgebildet, das Ausgabesignal zu invertieren, um mit dem elektrischen Kontakt 101 in dem ersten Kontaktzustand eine logische 1 an dem Ausgabesignalanschluss 161 auszugeben und mit dem elektrischen Kontakt 101 in dem zweiten Kontaktzustand eine logische 0 an dem Ausgabesignalanschluss 161 auszugeben.
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Ferner umfasst die Kontaktüberwachungsvorrichtung 100 einen Versorgungsspannungsanschluss 157, an welchen eine Versorgungsspannung anlegbar ist, wobei mittels des Versorgungsspannungsanschlusses 157 der Oszillatorschaltkreis 103 und/oder der Detektor 113 mit elektrischer Energie versorgbar sind. Der Versorgungsspannungsanschluss 157 kann einen Glättungskondensator 159 umfassen, welcher ausgebildet ist, eine Versorgungsspannung zu glätten. Ferner kann der Glättungskondensator 159 als ein Pufferkondensator ausgebildet sein, welcher ausgebildet ist, für ein vorbestimmtes Zeitintervall dem Oszillatorschaltkreis 103 und/oder dem Detektor 113 elektrische Energie bereitzustellen, insbesondere auch dann, wenn eine externe Energieversorgung über den Versorgungsspannungsanschluss 157 abbricht.
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Das Koppelement 105 umfasst einen Transformator 117, welcher ausgebildet ist, den Oszillatorschaltkreis 103 induktiv an die Impedanzschaltung 121 und das Dämpfungselement 111 zu koppeln.
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Die Impedanzschaltung 121 umfasst die Kapazitäten 135-1, 135-2, welche ausgebildet sind, eine Streuinduktivität, insbesondere eine Streuinduktivität des Transformators 117 bei einer vorbestimmten Frequenz des von dem Oszillatorschaltkreis 103 generierten Anregungssignals zu kompensieren. Die Kapazitäten 135-1, 135-2 erreichen insbesondere den Vorteil einer Minimierung einer Gesamtkapazität der galvanischen Trennung mittels des Koppelelements 105 und/oder den Vorteil eines symmetrischen Aufbaus. Die Kapazitäten 135-1, 135-2 können insbesondere durch Kondensatoren gebildet sein, welche gleiche Kapazitätswerte aufweisen.
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Ferner umfasst die Impedanzschaltung 121 die Kapazitäten 137-1, 137-2 und die Induktivität 133. In einer Ausführungsform kann nur eine der Kapazitäten 137-1, 137-2 und/oder nur eine der Kapazitäten 135-1, 135-2 vorgesehen sein.
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Die Induktivität 133 bildet mit den Kapazitäten 137-1, 137-2 ein LC-Glied, welches ausgebildet ist, auf elektrische Signale entsprechend einer elektrischen Leitung mit invertierbarer Impedanz zu reagieren. Ein Induktivitätswert der Induktivität 133 und ein Kapazitätswert der Kapazitäten 137-1, 137-2 kann derart gewählt werden, dass mit dem elektrischen Kontakt 101 in dem ersten Kontaktzustand das LC-Glied einen hohen Impedanzwert aufweist, um den Signalausgang 109 des Koppelelements 105 hochohmig und entsprechend unbelastet zu schalten. Dadurch kann ein Impedanzwert an dem Signaleingang 107 einen hohen Realanteil aufweisen, mit welchem ein Erzeugen des Anregungssignals durch den Oszillatorschaltkreis 103 unterbunden sein kann.
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2 zeigt eine schematische Darstellung der Kontaktüberwachungsvorrichtung 100 zur Überwachung eines elektrischen Kontakts 101 mit zumindest zwei Kontaktzuständen gemäß einer Ausführungsform. Die Kontaktüberwachungsvorrichtung 100 ist in einen Modulsockel 203 integriert, wobei der elektrische Kontakt 101 Teil eines Schaltmoduls 201 ist. Der Modulsockel 203 umfasst drei Schaltkontaktanschlüsse 205-1, 205-2, 205-3, welche insbesondere als Buchsenstecker ausgeführt sind. Ferner umfasst das Schaltmodul 201 entsprechende Steckkontakte 207-1, 207-2, 207-3, welche in die Schaltkontaktanschlüsse 205-1, 205-2, 205-3 einführbar und mit diesen elektrisch verbindbar sind, um den elektrischen Kontakt 101 mit dem Dämpfungselement 111 zu verbinden, insbesondere mit dem Dämpfungselement 111 elektrisch parallel zu schalten.
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Der elektrische Kontakt 101 kann insbesondere ein dreipoliger Schalter sein, welcher ausgebildet ist, in einem ersten Kontaktzustand die Steckkontakte 207-3 und 207-2 elektrisch leitend zu verbinden und in einem zweiten Kontaktzustand die Steckkontakte 207-1 und 207-2 elektrisch leitend zu verbinden. Die Kontaktüberwachungsvorrichtung 100 ist ausgebildet, ein Öffnen und ein Schließen der elektrischen Verbindung zwischen dem Steckkontakt 207-3 und dem Steckkontakt 207-2 zu erfassen. Der Steckkontakt 207-1 kann über einen über einen Durchgangsanschluss 209 an eine weitere Kontaktüberwachungsvorrichtung 100 weitergeleitet werden, um auch die elektrische Verbindung zwischen den Steckkontakten 207-1 und 207-2 zu überwachen. Ferner kann die Kontaktüberwachungsvorrichtung 100 ausgebildet sein, die Steckkontakte 207-1 und 207-2 über die Steckbuchsen 205-1 und 205-2 mit einem weiteren Kontaktüberwachungssignal zu beaufschlagen, um die die elektrische Verbindung zwischen den Steckkontakten 207-1 und 207-2 zu überwachen.
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Die Kontaktüberwachungsvorrichtung 100 weist ein Filtermodul 211 auf, welches das Filterelement 123-2 umfasst. Das Filterelement 123-2 kann durch eine einzelne Induktivität gebildet sein, welche insbesondere als ein HF-Ferrit ausgebildet ist. Mit einem Verzicht auf ein weiteres Filterelement kann der Vorteil reduzierter Herstellungskosten mit einem zuverlässigen Betrieb der Kontaktüberwachungsvorrichtung 100 erreicht werden.
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Die Kapazität 131 des Dämpfungselements 111 kann als Leiterplattenkondensator gebildet sein, um eine erhöhte Spannungsfestigkeit aufzuweisen. Ferner ist zumindest eine der Kapazitäten 137-1, 137-2, beispielsweise die Kapazität 137-1 als ein hochspannungsfester Leiterplattenkondensator gebildet. Die Kapazitäten 137-1, 131 können bevorzugterweise jeweils einen Kapazitätswert im pF-Bereich aufweisen. Weiter bevorzugt weisen die Kapazitäten 137-1, 137-2 jeweils einen Kapazitätswert kleiner als 100 pF auf. Ferner können auch die weiteren Kapazitäten 135-1, 135-2 einen Kapazitätswert in pF-Bereich oder jeweils einen Kapazitätswert kleiner als 100 pF aufweisen. Mit geringen Kapazitätswerten kann insbesondere der Vorteil erreicht werden, dass beispielsweise bei Wechselstromanwendungen über die Impedanzschaltung 121 und/oder das Dämpfungselement 111 geringe, insbesondere vernachlässigbarer Leckströme fließen.
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Die Induktivität 133 kann als eine Planarspule in Form einer spiralförmigen Leiterbahn ausgebildet sein.
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In einer Ausführungsform kann der Detektor 113 ausgebildet sein, an dem Ausgabesignalanschluss 161 nur dann ein Ausgabesignal bereitzustellen, wenn ein Schaltfehler des elektrischen Kontakts 101 vorliegt. Der Detektor 113 kann ausgebildet sein, einen Schaltfehler des elektrischen Kontakts 101 anhand einer logischen Abweichung zwischen dem Anregungssignal und dem Anschaltsignal, welches zum Auslösen des elektrischen Kontakts 101 dient, zu erfassen.
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Der Schaltmodulsockel 203 kann ferner einen ersten Schaltsteueranschluss 215-1 und/oder einen zweiten Schaltsteueranschluss 215-2 aufweisen, wobei an die Schaltsteueranschlüsse 215-1, 215-2 das Anschaltsignal anlegbar ist, um den elektrischen Kontakt 101 in dem Schaltmodul 201 auszulösen. Der Gleichrichter 213 ist den ersten Schaltsteueranschluss 215-1 und/oder dem zweiten Schaltsteueranschluss 215-2 vorgeschaltet und ausgebildet, das Anschaltsignal in ein gleichgerichtetes Anschaltsignal zu wandeln. Ferner umfasst der Schaltmodulsockel 203 einen ersten Schaltsignalausgang 217-1 und/oder einen zweiten Schaltsignalausgang 217-2, wobei der Gleichrichter 213 ausgebildet ist das gleichgerichtete Anschaltsignal an dem ersten Schaltsignalausgang 217-1 und/oder einen zweiten Schaltsignalausgang 217-2 bereitzustellen.
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Das Schaltmodul 201 umfasst einen ersten Schaltanschlussstecker 219-1 und/oder einen zweiten Schaltanschlussstecker 219-2. Der erste Schaltanschlussstecker 219-1 ist bei einem Einstecken des Schaltmoduls 201 in den Schaltmodulsockel 203 mit dem ersten Schaltsignalausgang 217-1 elektrisch verbindbar und/oder der zweite Schaltanschlussstecker 219-2 ist bei einem Einstecken des Schaltmoduls 201 in den Schaltmodulsockel 203 mit dem zweiten Schaltsignalausgang 217-2 elektrisch verbindbar, um das Schaltelement mit dem Anschaltsignal zu beaufschlagen.
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In einer Ausführungsform kann das Anschaltsignal dem Detektor 113 zugeführt sein, wobei der Detektor 113 ausgebildet ist, das Anschaltsignal in Bezug auf das Anregungssignal auszuwerten, um ein Schalten und/oder einen Kontaktzustand des elektrischen Kontakts 101 in Abhängigkeit des Anschaltsignals zu erfassen und ein entsprechendes Ausgangssignal an dem Ausgabesignalanschluss 161 bereitzustellen.
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Die Kapazitäten 135-1, 135-2, 137-1, 137-2, 131, 139-1, 139-2, insbesondere die Koppelkondensatoren, können jeweils oder als Teilmenge durch Leiterflächen gebildet sein, die auf verschiedenen Lagen einer zumindest zweilagigen Leiterplatte angeordnet sind. Zwischen den metallischen Leiterflächen kann ein Kunststoffmaterial der Leiterplatte angeordnet sein, sodass eine Kapazität als Leiterplattenkondensator gebildet ist.
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Ferner umfasst die Kontaktüberwachungsvorrichtung 100 einen Versorgungsspannungsanschluss 157, an welchen eine Versorgungsspannung anlegbar ist, wobei mittels des Versorgungsspannungsanschlusses 157 der Oszillatorschaltkreis 103 und/oder der Detektor 113 mit elektrischer Energie versorgbar sind. Der Versorgungsspannungsanschluss 157 kann insbesondere durch eine Versorgungsklemme gebildet sein.
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Die Kontaktüberwachungsvorrichtung 100 umfasst ferner einen ersten Lastanschluss 221-1 und einen zweiten Lastanschluss 221-2, welche jeweils dem Filtermodul 211 nachgeschaltet sind. Der erste Lastanschluss 221-1 ist mit dem dritten Schaltkontaktanschluss 205-3 elektrisch verbunden und der zweite Lastanschluss 221-2 ist mit dem zweiten Schaltkontaktanschluss 205-2 elektrisch verbunden. Insbesondere ist der erste Lastanschluss 221-1 mit einer Lastspannungsversorgung 223 verbindbar und ausgebildet, ein Lastspannungssignal über den dritten Schaltkontaktanschluss 205-3 und den dritten Steckkontakt 207-3 an den elektrischen Kontakt 101 anzulegen.
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Der zweite Lastanschluss 221-2 ist mit einer elektrischen Last 225 elektrisch verbindbar, wobei mit dem elektrischen Kontakt 101 in dem ersten Kontaktzustand das Lastspannungssignal an der elektrischen Last 225 anliegt. Ferner können die Lastanschlüsse 221-1, 221-2 mit einer Leitungsbrücke 227 kurzgeschlossen werden. Dadurch kann beispielsweise ein Testfall für die Kontaktüberwachungsvorrichtung 100 generiert werden, um ein zuverlässiges Erkennen des Kontaktzustandes des elektrischen Kontakts 101 auch bei einer niederohmigen Überbrückung des elektrischen Kontakts 101, insbesondere bei einem externen Kurzschluss zu überprüfen.
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Das Koppelement 105 umfasst einen Transformator 117, welcher ausgebildet ist, den Oszillatorschaltkreis 103 induktiv an die Impedanzschaltung 121 und das Dämpfungselement 111 zu koppeln. Der Transformator 117 weist eine erste Induktivität 119-1, insbesondere eine erste Planarspule, und eine zweite Induktivität 119-2, insbesondere eine zweite Planarspule, auf, wobei die erste Induktivität 119-1 mit der zweiten Induktivität 119-2 induktiv gekoppelt ist, um das Anregungssignal in das Kontaktüberwachungssignal zu überführen. Der Transformator 117 ist ausgebildet, den Oszillatorschaltkreis 103 von der Impedanzschaltung 121, dem Dämpfungselement 111 und/oder dem elektrischen Kontakt 101 galvanisch zu trennen. Die galvanische Trennung ist durch die Trennlinie 229 angezeigt.
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3 zeigt die frequenzabhängige Impedanz an dem Signaleingang in einer Ausführungsform. An dem Signaleingang wirkt eine Induktivität, welche insbesondere durch die Hauptinduktivität des Transformators des Koppelelements gebildet ist. Die Induktivität kann beispielsweise einen Induktivitätswert von 200 nH aufweisen. An dem Signaleingang wirkt ferner eine Kapazität, welche insbesondere durch die Kapazitäten des Oszillatorschaltkreis gebildet sind. Die Kapazität kann beispielsweise einen Kapazitätswert von 50 pF aufweisen. Weiterhin wirkt an dem Signaleingang ein ohmscher Widerstand, welcher insbesondere durch eine mittels des Transformattors transformierte signalausgangsseitige Impedanz gebildet ist. Mit dem elektrischen Kontakt in dem ersten Kontaktzustand, d.h. mit einem geschlossenen, elektrisch leitfähigen elektrischen Kontakt, kann an dem Signaleingang ein erster Widerstand mit einem Widerstandswert von beispielsweise 4 kΩ wirken. Mit dem elektrischen Kontakt in dem zweiten Kontaktzustand, d.h. mit einem geöffneten, elektrisch isolierenden elektrischen Kontakt, kann an dem Signaleingang ein zweiter Widerstand mit einem Widerstandswert von beispielsweise 1 kΩ wirken.
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Der an dem Signaleingang wirkende Widerstand kann entsprechend dem Kontaktzustand derart variieren, dass mit einem ersten Widerstand der Oszillatorschaltkreis schwingungsfähig ist und das Anregungssignal mit einer Resonanzsignalamplitude erzeugen kann und mit dem zweiten Widerstand der Oszillatorschaltkreis nicht schwingungsfähig ist und das Anregungssignal nicht erzeugen kann.
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Der Oszillatorschaltkreis kann ausgebildet sein, mit einem Widerstandsgrenzwert 301 größer 2,5 kΩ von einem nichtschwingungsfähigen Zustand in einen schwingungsfähigen Zustand überzugehen. Die Kontaktüberwachungsvorrichtung 111 ist durch eine entsprechende Dimensionierung der elektrischen Komponenten ausgebildet, eine erste Impedanzkurve 303 und eine zweite Impedanzkurve 305, durch eine möglichst große Amplitudendifferenz zu trennen. Die Amplitudendifferenz kann dabei mit einer Impedanzdifferenz an dem Signaleingang basierend auf dem ersten Kontaktzustand und dem zweiten Kontaktzustand skalieren. Mit der ersten Impedanzkurve 303 ist der Oszillatorschaltkreis in einem nichtschwingungsfähigen Zustand und das Anregungssignal kann nicht erzeugt werden. Mit der zweiten Impedanzkurve 305 ist der Oszillatorschaltkreis in einem schwingungsfähigen Zustand und das Anregungssignal kann erzeugt werden.
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4 zeigt eine schematische Darstellung der Kontaktüberwachungsvorrichtung 100 in einer Ausführungsform. Zwischen den jeweiligen Elementen ist die jeweils zu erwartende Impedanz in Ohm für die zu erwartende Oszillatorfrequenz angegeben. Oberhalb der schematischen Darstellung der Kontaktüberwachungsvorrichtung 100 ist die Impedanz für den elektrischen Kontakt 101 in dem ersten Kontaktzustand, respektive für den geschlossenen elektrischen Kontakt 101 angegeben.
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Ferner ist unterhalb der schematischen Darstellung der Kontaktüberwachungsvorrichtung 100 die Impedanz für den elektrischen Kontakt 101 in dem zweiten Kontaktzustand, respektive für den geöffneten elektrischen Kontakt 101 angegeben. Die Last 225 kann typischerweise eine Impedanz in dem Bereich von mΩ bis ∞Ω aufweisen.
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Dem Kontakt 101 ist ein Ferrit mit einem ohmschen Impedanzanteil im Ω-Bereich nachgeschaltet.
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Das Dämpfungselement 111 und/oder das Filterelement sind ausgebildet, bereits zwischen dem Dämpfungselement 111 und der Impedanzschaltung 121 eine Impedanz unabhängig von einer äußeren Beschaltung der Kontaktüberwachungsvorrichtung 100, insbesondere unabhängig von einer externen Last 225, definiert bereitzustellen. Dadurch kann der Vorteil erreicht werden, dass bei einem geöffneten elektrischen Kontakt an dieser Stelle der Impedanzwert oder ein Impedanzbereich vorbestimmt ist.
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Insbesondere kann unterbunden werden, dass ein äußerer, respektive lastseitiger Kurzschluss auch bei geöffnetem elektrischen Kontakt 101 zu einer Impedanz an dem Oszillatorschaltkreis 103 führt, welche ein Erzeugen einer Schwingung und dementsprechend ein Erzeugen des Anregungssignals zulässt. Dementsprechend kann unterbunden werden, dass ein äußerer Kurzschluss als ein geschlossener elektrischen Kontakt 101 fehlinterpretiert wird.
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Die Impedanzschaltung 121 kann ausgebildet sein, mit dem geschlossenen elektrischen Kontakt eine schaltkontaktseitige kleine Impedanz auf eine koppelelementseitige große Impedanz zu transformieren. Ferner kann die Impedanzschaltung 121 ausgebildet sein, mit dem geöffneten elektrischen Kontakt eine schaltkontaktseitige große Impedanz auf eine koppelelementseitige kleine Impedanz zu transformieren. Die angegebenen Impedanzbereiche entsprechen dem Betrag der Impedanz an der jeweiligen Stelle in der Schaltung bezogen auf einen Hochfrequenzbereich.
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5 zeigt eine schematische Darstellung der Kontaktüberwachungsvorrichtung 100 in einer Ausführungsform. Der elektrische Kontakt 101 ist eine Überstrom- und/oder Überspannungssicherung, insbesondere eine Schmelzsicherung. Zwischen den jeweiligen Elementen ist die jeweils zu erwartende Impedanz in Ohm angegeben. Oberhalb der schematischen Darstellung der Kontaktüberwachungsvorrichtung 100 ist die Impedanz für den elektrischen Kontakt 101 in dem ersten Kontaktzustand, respektive für die nicht ausgelöste Sicherung angegeben.
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Ferner ist unterhalb der schematischen Darstellung der Kontaktüberwachungsvorrichtung 100 die Impedanz für den elektrischen Kontakt 101 in dem zweiten Kontaktzustand, respektive für eine ausgelöste Sicherung angegeben. Die Last 225 kann eine Impedanz in dem Bereich von mΩ bis ∞Ω aufweisen.
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Ist der elektrische Kontakt 101 geschlossen, respektive leitfähig, ist der Oszillatorschaltkreis 103 nicht schwingfähig. Ist der elektrische Kontakt 101 geöffnet, respektive die Sicherung hat ausgelöst, ist der Oszillatorschaltkreis schwingfähig. Dadurch kann insbesondere der Zustand einer (Schmelz)-Sicherung überwacht werden. Das Filterelement kann beispielsweise einen ohmschen Widerstand im kOhm-Bereich aufweisen.
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6 zeigt eine schematische Darstellung der Kontaktüberwachungsvorrichtung 100 in einer Ausführungsform. Im Unterschied zu der beispielsweise in 5 dargestellten Ausführungsform ist ein Dämpfungselement 611 vorgesehen, welches dem Kontakt 101, welcher als Schalter ausgebildet sein kann, nachgeschaltet ist.
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Das Dämpfungselement 611 umfasst eine Schaltung mit dem Ferrit 401, welcher eine Signaldämpfung hervorruft.
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Dem Ferrit 401 ist ein LC-Reihenschwingkreis mit einer Induktivität 603 und einer Kapazität 605 nachgeschaltet. Der LC-Reihenschwingkreis ist vorgesehen, eine geringe Impedanz bei der Schwingfrequenz auszubilden, wodurch das Kontaktüberwachungssignal an den Klemmen minimiert bzw. reduziert werden kann.
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In einer Ausführungsform kann die Induktivität 603 auch wegfallen.
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In einer Ausführungsform kann das Dämpfungselement 611 in dem Filtermodul 211 integriert sein.
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Das Dämpfungselement 611 entspricht in der Funktion dem Dämpfungselement 111. Darüber hinaus kann das Dämpfungselement 611 aufgrund des LC-Schwingkreises eine Filtercharakteristik und bildet daher in einer Ausführungsform ein Filter.
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Bezugszeichenliste
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- 100
- Kontaktüberwachungsvorrichtung
- 101
- Elektrischer Kontakt
- 103
- Oszillatorschaltkreis
- 105
- Koppelelement
- 107
- Signaleingang
- 109
- Signalausgang
- 111
- Dämpfungselement
- 113
- Detektor
- 115
- Detektorausgang
- 117
- Transformator
- 119-1
- Erste Induktivität
- 119-2
- Zweite Induktivität
- 121
- Impedanzschaltung
- 123-1
- Erstes Filterelement
- 123-2
- Zweites Filterelement
- 125-1
- Erster Ausgangsanschluss
- 125-2
- Zweiter Ausgangsanschluss
- 127
- Schaltelement
- 129
- Widerstand
- 131
- Kapazität
- 133
- Induktivität
- 135-1
- Kapazität
- 135-2
- Kapazität
- 137-1
- Kapazität
- 137-2
- Kapazität
- 139-1
- Kapazität
- 139-2
- Kapazität
- 141
- Transistor
- 143
- Widerstand
- 145
- Kapazität
- 147-1
- Diode
- 147-2
- Diode
- 149
- Widerstand
- 151
- Transistor
- 153
- Kapazität
- 155
- Pull-Up Widerstand
- 157
- Versorgungsspannungsanschluss
- 159
- Glättungskondensator
- 161
- Ausgabesignalanschluss
- 201
- Schaltmodul
- 203
- Schaltmodulsockel
- 205-1
- Schaltkontaktanschluss
- 205-2
- Schaltkontaktanschluss
- 205-3
- Schaltkontaktanschluss
- 207-1
- Steckkontakt
- 207-2
- Steckkontakt
- 207-3
- Steckkontakt
- 209
- Durchgangsanschluss
- 211
- Filtermodul
- 213
- Gleichrichter
- 215-1
- Erster Schaltsteueranschluss
- 215-2
- Zweiter Schaltsteueranschluss
- 217-1
- Erster Schaltsignalausgang
- 217-2
- Zweiter Schaltsignalausgang
- 219-1
- Erster Schaltanschlussstecker
- 219-2
- Zweiter Schaltanschlussstecker
- 221-1
- Erster Lastanschluss
- 221-2
- Zweiter Lastanschluss
- 223
- Lastspannungsversorgung
- 225
- Elektrische Last
- 227
- Leitungsbrücke
- 229
- Trennlinie
- 301
- Widerstandsgrenzwert
- 303
- Erste Impedanzkurve
- 305
- Zweite Impedanzkurve
- 401
- Ferrit
- 611
- Dämpfungselement
- 601
- Induktivität
- 603
- Kapazität
