DE19525112A1 - Elektronische Verbindungsvorrichtung mit Schutz gegen Polaritätsumkehrungen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine elektronische Schaltung zur Ver­ bindung eines Empfängers mit einer Gleichstromversorgung, in­ dem dieser Empfänger gegen mögliche Polaritätsumkehrungen bei der Anschließung der Stromquelle geschützt ist. Eine solche Schaltung weist mindestens eine Leitung mit höherem Potential und eine Leitung mit niedrigerem Potential auf.

Man kennt bereits verschiedene Arten des Schutzes gegen sol­ che Polaritätsumkehrungen.

Eine erste Lösung besteht darin, in der einen und/oder der anderen der Leitungen mit höherem oder niedrigerem Potential eine Diode so anzuordnen, daß die Diode den Strom im Fall der richtigen Anschließung durchläßt, den Strom jedoch im entge­ gengesetzten Fall sperrt. Hier besteht der Nachteil einer Verlustleistung von etwa dem 0,3 bis 0,6fachen des durch­ gehenden Stroms; außerdem wird die Verbindung im Fall einer Störung unterbrochen. Gemäß einer Abwandlung kann man, um diesen letztgenannten Nachteil zu vermeiden, mehrere Dioden parallel, wobei jedoch die Verlustleistung sich um so mehr vervielfacht, und in Reihe (Diodenviereck) vorsehen.

Eine zweite Lösung besteht darin, eine Diode zwischen den Po­ tentialleitungen (in Reihe mit einem Widerstand) so anzuord­ nen, daß diese Leitungen im Fall umgekehrter Polaritäten kurzgeschlossen sind. Diese Lösung unterdrückt jedoch nicht vollständig die an den Empfänger angelegte umgekehrte Polari­ tät; außerdem bleibt die Möglichkeit der Zerstörung der zu schützenden Einheit (Feuergefahr) und der Quelle durch Kurz­ schluß.

Eine dritte Lösung besteht darin, zwischen den Potential­ leitungen eine mit einer Spule in Reihe geschaltete Diode an­ zuordnen; diese Diode ist im Unterschied zu der zweiten Lö­ sung direkt geschaltet (d. h. sie läßt den Strom durch, wenn die Verbindung der Stromquelle mit den richtigen Polaritäten hergestellt ist), und die Spule ist Teil eines Relais, dessen beweglicher Teil oder Anker in der einen oder der anderen der Potentialleitungen hinter dem Zweig Diode + Spule einen nor­ malerweise offenen Schalter bildet und das sich nur im Fall eines Stromdurchgangs in der Spule in der von der Diode zuge­ lassenen Richtung schließt, d. h. wenn die Quelle korrekt ge­ schaltet ist. Diese Lösung gewährleistet einen besseren Schutz des Empfängers als die zweite Lösung, weist jedoch dieselben Nachteile wie die erste Lösung auf (vollständiger Verlust der Verbindungsfunktion im Falle einer Störung und hohe Verlustleistung, die nur durch den Widerstand der Spule des Relais begrenzt wird).

Ein vierter Lösungstyp bringt elektromechanische Vorrich­ tungen ins Spiel, die in der Literatur zahlreich beschrieben sind, jedoch den Nachteil haben, daß sie schwer und voluminös sind, massive mechanische Teile aufweisen und große Pol­ luftspalte besitzen.

Als Beispiele von Patenten kann man nennen:

• - US-A-2.887.626 vom 19. Mai 1959 für "Reverse Current Re­ lay",
• - französisches Patent, eingereicht am 19. Dezember 1960 un­ ter der Nummer PV 819.610 für "M´canisme de declenchement á grande vitesse",
• - CH-A-342.624 vom 15. Januar 1960 für "Elektrodynamisches System zur Erzeugung mechanischer Impulse",
• - britisches Patent, eingereicht am 29. Januar 1958 unter der Nummer 2914/58 für "Improvement in or relating to Electric Protective Devices".

Die Erfindung zielt darauf ab, die vorgenannten Nachteile zu beseitigen und eine Verbindungsvorrichtung zu schaffen, die zur Verbindung einer Gleichstromversorgung mit einem Empfän­ ger dient, eine Schutzfunktion gegen Polaritätsumkehrungen hat und einfach, leicht und von geringem Volumen ist, deren Verbindungsfunktion im Fall einer einzigen Störung einer ih­ rer Bauelemente nicht unterbrochen wird, in der die Verlust­ leistung so gering wie möglich ist und die dennoch einen wirksamen Schutz sowohl der Quelle als auch des Empfängers im Fall einer unkorrekten Anschließung der Quelle unter Polari­ tätsumkehrung gewährleistet.

Die Erfindung schlägt zu diesem Zweck eine elektronische Vor­ richtung zur Verbindung eines Empfängers mit einer Gleich­ stromversorgung vor, indem mindestens dieser Empfänger gegen eine Anschließung dieser Quelle mit umgekehrten Polaritäten geschützt ist, aufweisend eine Leitung mit höherem Potential, eine Leitung mit niedrigerem Potential, einen zwischen diesen Potentialleitungen angeordneten Zweig, der eine Diode und ein erstes, für einen Stromdurchgang empfindliches Element auf­ weist, und einen ersten Schalter, der hinter diesem Zweig in einer der Potentialleitungen angeordnet ist, dadurch gekenn­ zeichnet, daß sie außerdem eine Steuerschaltung aufweist, die zwei zur Aufnahme eines Steuersignals bestimmte Anschlüsse und, zwischen diesen Anschlüssen in Reihe geschaltet, einen zweiten Schalter und ein zweites, für einen Stromdurchgang empfindliches Element aufweist, wobei dieser erste Schalter normalerweise offen ist und hinsichtlich Schließung durch das zweite empfindliche Element gesteuert wird, wenn dieses einen Stromdurchgang in der Steuerschaltung feststellt, und der zweite Schalter normalerweise geschlossen ist und hinsicht­ lich Öffnung durch das erste empfindliche Element gesteuert wird, wenn dieses in dem Zweig einen Stromdurchgang fest­ stellt, wobei die Diode des Zweigs umgekehrt gepolt ist, so daß ein Stromdurchgang von der Leitung mit höherem Potential zur Leitung mit niedrigerem Potential verhindert wird.

Auf bevorzugte Weise:

• - ist der erste Schalter mechanisch mit einem dritten Schal­ ter gekoppelt, der hinter diesem Zweig in der anderen Poten­ tialleitung angeordnet ist, so daß er gleichzeitig mit diesem ersten Schalter hinsichtlich Schließung/Öffnung gesteuert wird,
• - sind der erste Schalter und das zweite empfindliche Element Teil eines ersten Relais und sind der zweite Schalter und das erste empfindliche Element Teil eines zweiten Relais,
• - ist das zweite Relais monostabil,
• - ist das erste Relais bistabil.

Gegenstände, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden, als nicht beschränkendes Beispiel dienen­ den Beschreibung unter Bezugnahme auf die beiliegende Zeich­ nung, in der die Fig. 1 ein Schaltbild einer erfindungsgema­ ßen Verbindungs- und Schutzvorrichtung ist.

Diese Vorrichtung weist eine Leitung 1 mit höherem Potential, eine Leitung 2 mit niedrigerem Potential, einen zwischen die­ sen Leitungen angeordneten Zweig 3 und eine Steuerschaltung 4 auf.

Die Leitung 1 weist einen Eingangsanschluß 5 und einen Aus­ gangsanschluß 6 auf. Die Leitung 2 weist einen Eingangsan­ schluß 7 und einen Ausgangsanschluß 8 auf.

Die beiden Eingangsanschlüsse 5 und 7 sind dazu bestimmt, mit dem "+"-Anschluß bzw. dem "-" Anschluß einer schematisch in 9 dargestellten Gleichstromversorgung verbunden zu werden.

Was die Ausgangsanschlüsse 6 und 8 anbelangt, so sind sie da­ zu bestimmt, mit dem "+"-Eingangsanschluß bzw. dem "-"- Eingangsanschluß eines gegen die Polaritätsumkehrungen zu schützenden Empfängers 10 verbunden zu werden.

In diesen Leitungen sind jeweils zwei Schalter I1 und I2 (ein einziger würde genügen) angeordnet (die gemeinsam in ein und dieselbe physikalische Vorrichtung integriert sind und durch ein und dieselbe Spule gesteuert werden).

Der Zweig 3 weist eine Diode D1, die hier durch eine Diode D2 verdoppelt ist, und ein für einen Stromdurchgang empfind­ liches Element auf. Dieses Element weist hier einen Wider­ stand R und eine Spule B1 auf.

Die Steuerschaltung 4 weist einen Eingangsanschluß 11 und ei­ nen Ausgangsanschluß 12 auf, zwischen denen ein Schalter I3 und ein für einen Stromdurchgang empfindliches Element, das hier aus einer Spule B2 besteht, in Reihe geschaltet sind.

Die Schalter I1 und I2 sind mechanisch so gekoppelt, daß sie gleichzeitig entweder offen oder geschlossen sind. Sie sind normalerweise offen. Sie werden durch das für den Stromdurch­ gang empfindliche Element, das die Schaltung 4 aufweist, d. h. durch die Spule B2 gesteuert.

Die Schalter I1 und I2 sind vorzugsweise die beweglichen Tei­ le oder Anker eines Relais, von welchem B2 die Spule ist. Dieses elektromagnetische Relais ist vorteilhafterweise bi­ stabil.

Der Schalter I3 ist normalerweise geschlossen. Er wird durch das für den Stromdurchgang empfindliche Element, das der Zweig 3 aufweist, d. h. durch die Spule B1 gesteuert.

Der Schalter I3 ist vorzugsweise das bewegliche Teil oder An­ ker eines Relais, von dem B1 die Spule ist. Dieses elektroma­ gnetische Relais ist vorteilhafterweise monostabil.

Beispielsweise beträgt die durch die Quelle 9 gelieferte po­ sitive Spannung V etwa einige 10 V (beispielsweise 37 V), und der Strom am Eingang der Schaltung 1 + 2 beträgt etwa einige Ampere (beispielsweise 6A), und der Widerstand R beträgt ei­ nige 100 Ohm (beispielsweise 200 Ohm).

Im Ruhezustand sind die Eingangsanschlüsse 5 und 7 also von den Anschlüssen 6 und 8 isoliert, während die Schaltung zwi­ schen den Anschlüssen 11 und 12 geschlossen ist.

Diese Steuerschaltung ist dazu bestimmt, ein Signal erst (beispielsweise einige Sekunden bis einige Minuten) nach der Anschließung der Quelle 9 zu empfangen. Eine Art, diese Be­ dingung zu gewährleisten, ist, beispielsweise durch Software die Erzeugung eines Auslöseimpulses nur zuzulassen, wenn ein geeigneter Fühler feststellt, daß diese Quelle am Platz ist.

Wenn die Anschließung der Quelle korrekt ausgeführt wurde, fließt im Zweig 3 der umgekehrt gepolten Dioden kein Strom (abgesehen von einem vernachlässigbaren Leckstrom von einigen Mikroampere).

Das Relais B1 + I3 ist nicht aktiviert, und die Schaltung zwischen den Anschlüssen 11 und 12 bleibt geschlossen. Wenn das Steuersignal an diese Anschlüsse angelegt wird, aktiviert der Strom, der fließt, die Spule B2, wodurch die Leitungen 1 und 2 geschlossen werden. Wenn, wie oben angedeutet wurde, dieses letztgenannte Relais bistabil ist, bleiben diese Lei­ tungen 1 und 2 selbst nach der Unterbrechung des Steuersi­ gnals geschlossen, und zwar bis ein neues Steuersignal die Öffnung von I1 und I2 bewirkt. Gemäß einer Abwandlung bleibt das Steuersignal während der ganzen Zeit vorhanden, während der der Empfänger 10 gespeist bleiben muß, in welchem Fall das Relais B2 + I1 + I2 monostabil sein kann. Selbst in die­ sem letztgenannten Fall bleibt der Verbrauch der Steuerschal­ tung vernachlässigbar (einige Milliwatt).

Wenn dagegen die Anschließung der Quelle unter Umkehrung der Polaritäten ausgeführt wurde, fließt der Strom in seiner Ge­ samtheit im Zweig 3; angesichts des Widerstands R ist dieser Strom in der Praxis auf einige Milliampere begrenzt, was aus­ reicht, um den Schalter I3 zu betätigen und die Schaltung zwischen den Anschlüssen 11 und 12 zu öffnen, ohne dadurch jedoch zu einem übermäßigen Verbrauch zu führen, der die Quelle zerstören könnte. Solange diese Situation bestehen bleibt, ist das Anlegen eines Steuersignals zwischen den An­ schlüssen 11 und 12 ohne Wirkung auf die Spule B2 und somit auf die Schalter I1 und I2: der Empfänger bleibt von der Quelle isoliert, indem er vollständig geschützt ist.

Diese Sperrsituation verschwindet erst, wenn die Quelle abge­ trennt wurde.

Es wird darauf hingewiesen, daß die Schaltung einer gewissen Anzahl von Störungen standhält:

• - wenn D1 oder D2 oder R offen wird, bleibt die Ver­ bindungsfunktion bestehen,
• - wenn D1 oder D2 (nur eine von beiden) sich kurzschließt, bleiben die Verbindungsfunktion und die Schutzfunktion beste­ hen,
• - wenn I1 und I2 kleben bleiben, bleibt die Schutzfunktion bestehen,
• - wenn entweder I1 oder I2 kleben bleibt, bleiben die beiden Funktionen bestehen,
• - wenn I3 kleben bleibt, bleibt die Verbindungsfunktion be­ stehen.

Es wird auch auf den sehr geringen Verbrauch der Anordnung im Nennbetrieb hingewiesen (einige Milliwatt).

Es versteht sich, daß die vorstehende Beschreibung nur als nicht beschränkendes Beispiel vorgeschlagen wurde und daß vom Fachmann zahlreiche Abwandlungen vorgeschlagen werden können, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.

Claims (5)

1. Elektronische Vorrichtung zur Verbindung eines Empfängers (10) mit einer Gleichstromversorgung (9), indem mindestens dieser Empfänger gegen eine Anschließung dieser Quelle mit umgekehrten Polaritäten geschützt ist, aufweisend eine Lei­ tung mit höherem Potential (1), eine Leitung mit niedrigerem Potential (2), einen zwischen diesen Potentialleitungen ange­ ordneten Zweig (3), der eine Diode (D1, D2) und ein erstes, für einen Stromdurchgang empfindliches Element (B1, R) auf­ weist, und einen ersten Schalter, der hinter diesem Zweig in einer der Potentialleitungen angeordnet ist, dadurch gekenn­ zeichnet, daß sie außerdem eine Steuerschaltung (4) aufweist, die zwei zur Aufnahme eines Steuersignals bestimmte Anschlüs­ se (11, 12) und, zwischen diesen Anschlüssen in Reihe ge­ schaltet, einen zweiten Schalter (I3) und ein zweites, für einen Stromdurchgang empfindliches Element (B2) aufweist, wo­ bei dieser erste Schalter (I1, I2) normalerweise offen ist und hinsichtlich Schließung durch das zweite empfindliche Element (B2) gesteuert wird, wenn dieses einen Stromdurchgang in der Steuerschaltung feststellt, und der zweite Schalter (I3) normalerweise geschlossen ist und hinsichtlich Öffnung durch das erste empfindliche Element (B1) gesteuert wird, wenn dieses in dem Zweig einen Stromdurchgang feststellt, wo­ bei die Diode des Zweigs umgekehrt gepolt ist, so daß ein Stromdurchgang von der Leitung mit höherem Potential zu der Leitung mit niedrigerem Potential verhindert wird.

2. Elektronische Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der erste Schalter mechanisch mit einem dritten Schalter gekoppelt ist, der hinter diesem Zweig in der ande­ ren Potentialleitung angeordnet ist, so daß er gleichzeitig mit diesem ersten Schalter hinsichtlich Schließung/Öffnung gesteuert wird.

3. Elektronische Vorrichtung nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Schalter (I1, I2) und das zweite empfindliche Element (B2) Teil eines ersten Relais sind und der zweite Schalter (I3) und das erste empfindliche Element (B1) Teil eines zweiten Relais sind.

4. Elektronische Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das zweite Relais monostabil ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 3 oder Anspruch 4, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das erste Relais bistabil ist.