DE20014182U1 - Signalwandler und Steuerungssystem - Google Patents

Description

Signalwandler und Steuerungssystem

Die Erfindung betrifft einen Signalwandler und ein Steuerungssystem gemäß dem Oberbegriffen der unabhängigen Ansprüche.

In vielen Fällen werden Signalwandler benötigt, wenn technische Systeme miteinander kommunizieren. Die Signal Wandlungen können dabei verschiedene Zwecke haben, etwa die galvanische Trennung der miteinander verbundenen Komponenten oder die Wahl einer geeigneten Signalübertragungstechnik. In vielen Fällen hängen die geforderten Signalwandler von der Kombination der miteinander kommunizierenden Komponenten ab.

Beispielhaft wird dies anhand eines Heizungsregelungssystems erläutert. Zum einen sind verschiedene Heizungsregelungen innerhalb einer Produktpalette denkbar. Zum anderen können diese mit verschiedenen Aktoren bzw. Sensoren zusammenarbeiten. So kann es z.B. im Zusammenwirken einer Heizungsregelung mit einer Umwälzpumpe sein, daß bei einer bestimmten Anlage eine von mehreren möglichen Regelungen mit einer von mehreren möglichen Umwälzpumpen zusammenwirken muß. Hierbei ist bei der technologischen Auslegung der einzelnen Komponenten weder aus Sicht der Regelung vorhersagbar, mit welcher Umwälzpumpe sie künftig zusammenarbeiten wird, noch.jst $&mgr;§ Siehst d.e.r yrnwäjzpumpe.vorjiersagbar,_#mit welcher Rege-

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lung sie künftig zusammenarbeiten wird. Erst beim Zusammenbau der Komponenten stellt sich dann das Problem der Signalwandlung. Diese kann wegen der notwendigen Variabilität nicht fest in eine der Komponenten eingebaut werden, sondern wird von Fall zu Fall geeignet zwischen den Komponenten vorgesehen. Beispielsweise können an einer Umwälzpumpe oder an der Regelung Zusatzkomponenten angebracht werden, die signaltechnisch zwischen den genannten Komponenten liegen und die diese spezifisch notwendige Signalwandlung vornehmen. Häufig führt dies zu umständlichen Verkabelungen und Montagearbeiten. Insbesondere ist dann der Aufwand unverhältnismäßig groß, wenn ausschließlich Signale (im Gegensatz zu Leistung/Energie) zwischen den Komponenten zu übertragen sind, da für eine technisch tendenziell unkomplizierte Signalführung doch vergleichsweise hoher Hardwareaufwand betrieben werden muß.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen Signalwandler anzugeben, der einen einfachen Aufbau und eine unkomplizierte Verbindung von Komponenten erlaubt.

Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche gelöst. Abhängige Ansprüche sind auf bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung gerichtet.

Ein Signalwandler hat einen Signaleingang und einen Signalausgang und dazwischen eine Wandlerschaltung, die das Eingangssignal in das Ausgangssignal umwandelt. Zumindest einer der Anschlüsse (Eingang oder Ausgang) ist entsprechend einem Steckerstandard aufgebaut. Die Wandlerschaltung befindet sich im Steckergehäuse.

Beispielsweise kann der Signaleingang als standardisierte Steckverbindung aufgebaut sein. Auch der andere Anschluß, im zuletzt genannten Beispiel der Ausgang, kann einem Standard entsprechend aufgebaut sein, es kann der gleiche Standard wie derjenige des anderen Anschlusses sein.

Gleich hier soll auf folgenden Sprachgebrauch hingewiesen werden: zur Vereinfachung der Beschreibung wird häufig von "Eingängen" und "Ausgängen" geredet. Mit diesem Sprachgebrauch soll jedoch nicht zwingend, sondern lediglich als eine Möglichkeit ein Signalfluß vom Eingang zum Ausgang gefordert sein. Der Signalfluß kann auch andersherum oder bidirektional sein. Lediglich wenn es ausdrücklich gefordert wird oder die beschriebenen technologischen Merkmale eine andere Interpretation nicht zulassen, sollen die Begriffe "Eingang" und "Ausgang" als zwingende Richtungsangaben im Signalfluß verstanden werden.

Die Wandlerschaltung kann beispielsweise zur galvanischen Trennung der Komponenten dienen. Sie kann z.B. ein potentialfreies Ausgangssignal liefern. Die Information kann im Widerstand beispielsweise zwischen zwei Ausgangsklemmen stecken. Der Eingang kann Netzspannungssignale empfangen. Der Steckerstandard kann ein RAST5-Standard sein.

Mit den obengenannten Merkmalen wird es einfach möglich, Signalwandlungen anzubringen und zu verdrahten. Wenn die Wandlungsschaltung im Steckergehäuse untergebracht ist, kann durch das Einstecken sowohl die elektrische als auch die mechanische Verbindung der Wandlungsschaltung mit einer der Komponenten bewirkt werden. Der Aufbau wird dadurch variabel und einfach.

Bezugnehmend auf die Zeichnungen werden nachfolgend einzelne Ausführungsformen der Erfindung beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 eine erste Ausführungsform,

Fig. 2 eine weitere Ausführungsform,

Fig. 3 ein erstes Schaltbild,

Fig. 4 ein zweites Schaltbild,

Fig. 5 ein gesamtes System, und

Fig. 6 einen verwendbaren Stecker samt Leiste.

Fig. 1 zeigt einen erfindungsgemäßen Signalwandler 10. Er weist einen Eingangsanschluß 11 auf (der mehrere elektrische Anschlüsse aufweisen kann), ein Gehäuse 12, in dem eine Wandlungsschaltung 13 angedeutet ist, und Ausgangsanschlüsse 14. Zumindest einer der Anschlüsse (Eingang oder Ausgang) und das Gehäuse 12 bilden zusammen einen einheitlichen Steckeraufbau. Die Eingangsanschlüsse können beispielsweise zum Empfang von Netzspannung ausgelegt sein, die auf die Eingangsseite der Wandlungsschaltung 13 gegeben wird, um dort eine geeignete Signal Wandlung zu bewirken. Der Ausgang der Wandlungsschaltung 13 liegt an den Ausgangsklemmen 14 an.

In Fig. 1 sind die Ausgangsanschlüsse 14 galvanisch ausgelegt. Es kann sich beispielsweise um Klemmen handeln, in die Kabel eingeklemmt werden können (beispielsweise Schraubklemmen nach Art einer Lüsterklemme oder ähnliches). Damit sind die Ausgangsanschlüsse 14 galvanisch ausgeführt. Dies heißt noch nicht, daß sie auch galvanisch mit den Eingangsanschlüssen 11 verbunden sein müssen. Dies muß nicht, kann aber sein. Der Eingangsanschluß kann entsprechend einem im Bereich von Privathaushalten üblichen Standard aufgebaut sein. Er kann entsprechend dem RAST5-Standard aufgebaut sein. Er kann dann in eine entsprechende Aufnahme an einer anzuschließenden Komponente eingesteckt werden. Wenn der andere Anschluß seinerseits wieder ein standardisierter Stecker oder eine entsprechende Steckeraufhahme ist, kann die Verbindung insoweit ebenfalls einfach hergestellt werden.

Fig. 2 zeigt eine abgewandelte Ausführungsform. Ganz allgemein bedeuten gleiche Bezugsziffem gleiche Komponenten, die zur Vermeidung von Wiederholungen nicht abermals beschrieben werden. Im Gegensatz zu den gleich ausgeführten Eingangsanschlüssen 11 ist der Ausgang anders ausgeführt. Mit 21 ist ein Infrarot-Sender angedeutet (beispielsweise eine LED), so daß entsprechende Signale über eine Infrarot-Strecke zu einem geeigneten Empfänger übertragen werden können. Anstelle einer Infrarot-Strecke kann auch eine Funkstrecke vorgesehen sein. Genauso sind akustische faseroptische oder rein magnetische oder allgemein andere nicht-galvanische Übertragungen möglich.

Der Aufbau der Fig. 1 und 2 ist so, daß sich ein handliches Steckmodul ergibt, das in den wesentlichen, relevanten Abmessungen denen eines Steckerstandards entsprechen.

Die Signalwandlung kann insbesondere von hochenergetisch (Netzspannung) hin zu niederenergetisch (<50 V, vorzugsweise <20 V) erfolgen. Ein typischer Anwendungsfall wäre, daß eine Steuerung zwar durchaus einerseits zur logischen Ansteuerung einer Komponente, beispielsweise eines Elektromotors, und andererseits auch zu dessen Energieversorgung ausgelegt ist, daß aber andererseits dann doch eine Komponente/Elektromotor angeschlossen werden soll, die soviel Strom zieht, daß die Steuerung selbst ihn nicht liefern kann. Die eigentlich vorgesehene Steuerung wäre ganz einfach diejenige, daß die Energie für den anzuschließenden Motor schon in der Steuerung an- bzw. ausgeschaltet, gegebenenfalls auch pulsbreitenmoduliert würde. Ein erfindungsgemäßer Signalwandler kann an der Steuerung angebracht sein, dort die so geschaltete :NeföSpanrfun^*enlpian^eo, ^ sie .m .rin.Tuedejenejgetisches Steue-

rungssignal umwandeln und an die externe Komponente (z.B. Motor) übertragen, wo das Steuerungssignal zum Schalten einer anderweitig zugeführten Energie verwendet wird.

Fig. 3 zeigt ein Schaltbild eines Signalwandlers 10. Mit 30 ist eine nicht zum Signalwandler gehörende Steckeraufnahme angedeutet, die ihrerseits wieder entsprechend dem Standard aufgebaut ist. Vorzugsweise ist sie an einer der Komponenten angebracht. Sie kann Teil einer Steckerleiste sein, also einer Leiste, in der mehrere Aufnahmen für mehrere Stecker/Signalwandler 10 vorgesehen sind. Gezeigt ist eine Ausführungsform, bei der der Signalwandler ein Netzspannungssignal empfängt. Die Belegung im Signalwandler ist so, daß die Netzspannung von Nulleiter N und Phase L auf die Wicklung 31 eines Relais im Signalwandler 10 gegeben wird. Das Relais betätigt einen Umschalter 32, der eine Leitung M wahlweise auf einen linken Anschluß L oder einen rechten Anschluß R schaltet. Das Ausgangssignal ist damit potentialfrei. Insbesondere weist es keine Spannungs- oder Stromquelle im Signalwandler auf. Im einen Schaltzustand (wie in Fig. 3 gezeigt) "sieht" man einen hohen Widerstand zwischen R und M und einen niedrigen Widerstand zwischen L und M. Im anderen (nicht gezeigten) Zustand sind die Verhältnisse genau umgekehrt.

Das Ausgangssignal kann damit als ein elektrischer Widerstand im weitesten Sinne gedeutet werden. Im Beispiel ändert sich der Widerstand zwischen sehr hochohmig/offen und sehr niederohmig/Kurzschluß. Auch andere Möglichkeiten sind denkbar, beispielsweise graduelle Änderungen mittels eines FET oder ähnliches.

Der Ausgang eines erfindungsgemäßen Signalwandlers kann auch so sein, daß in ihn bzw. an ihn ein Kabel angegossen ist, so daß der Gesamtaufbau wie ein Kabel mit einem herkömmlichen Stecker aussähe. Der Unterschied zum ganz herkömmlichen Kabel liegt dann in der im Steckerteil vorgesehenen Signalwandlung.

Fig. 4 zeigt ein anderes Beispiel eines Signalwandlers. Letztendlich ist ein Optokoppler vorgesehen, der die galvanische Trennung innerhalb des Signalwandlers vollzieht. Das Eingangssignal läuft über eine Diode 41 und einen Vorschaltwiderstand 42 hin auf eine Leuchtdiode 43, zu der parallel eine Freilaufdiode 44 geschaltet ist. Das optische Signal von der Leuchtdiode 43 wird von einem Phototransistor 45 empfangen, der nach Maßgabe dieses Signals mehr oder minder hoch- bzw. niederohmig sein wird.

Die Wandlerschaltungen 13 können auch komplexer aufgebaut sein als die in den Fig. 3 und 4 gezeigten. Es können Digital/Analog- bzw. Analog/Digital-Wandler vorgesehen sein oder auch digitale Schaltungen, die nach Maßgabe eines Algorithmus in Abhängigkeit von einem Eingangssignal ein beispielsweise digitales Ausgangssignal erzeugen.

Fig. 5 zeigt einen Gesamtaufbau eines Regelungs- bzw. Steuerungssystems. Im nachfolgenden Sprachgebrauch soll der Begriff "Steuerung" (herkömmlicherweise ohne Rückkopplung) auch den Begriff "Regelung" (herkömmlicherweise mit Rückkopplung) einschließen. Nur wenn es explizit gesagt wird, soll es anders sein.

51 ist eine Steuerung. 52 ist eine daran anzuschließende Komponente, beispielsweise ein Elektromotor oder allgemein Aktorik. Statt dessen kann auch Sensorik angeschlossen werden. An der Steuerung 51 ist eine Aufnahme 30 für einen erfindungsgemäßen Signalwandler 10 vorgesehen. Die Aufnahme 30 kann eine Leiste mit mehreren Aufnahmeplätzen sein, so daß dort für mehrere Komponenten mehrere Signalwandler 10 eingesteckt werden können. Mit 10a und 10b sind drahtlose Signalübertragungen angedeutet (LED, akustisch, elektromagnetisch, magnetisch). Mit 10c ist ein Signalwandler mit angegossenem Kabel oder Glasfaser 55 angedeutet. Mit 1Od ist ein Signalwandler mit Schraubklemmen (entsprechend Fig. 1) angedeutet.

Seitens des Motors 52 muß nicht, kann aber eine Steckverbindung 53, 54 vorgesehen sein. Es kann sich ebenfalls um einen Steckerstandard wie seitens des Signalwandlers 10 handeln. Es muß jedoch keine Signalwandlung vorgesehen sein. Auch eine andere Art der Kontaktierung ist möglich. 56 bezeichnet den Netzanschluß des Motors 52. Damit ist abermals angedeutet, daß über die Verbindung 55 lediglich niederenergetische Steuerungssignale übertragen werden, während die Leistung anderweitig zugeführt wird.

Der RAST5-Steckerstandard basiert auf einer Industrievereinbarung einiger Gerätehersteller. Solche Stecker werden z. B. für Haushaltsgeräte verwendet. Fig 6 zeigt einen RAST5-Stecker 61, der auf eine Leiste 62 aufgesteckt ist. Die Leiste 62 hat mehrere Steckplätze für mehrere Stecker, wobei nur ein Steckplatz belegt ist. Allgemein kann es vorteilhaft sein, wenn ein Steckerstandard verwendet wird, bei dem der Stecker selbst in einem Schnitt senkrecht zur Steckrichtung eine rechteckige Umfangsform hat.

Claims (11)

1. Signalwandler (10), der ein Eingangssignal an einem oder mehreren Eingangsanschlüssen (11) mittels einer Wandlungsschaltung (13) in ein Ausgangssignal umwandelt, dadurch gekennzeichnet, daß der bzw. die Eingangsanschlüsse (11) einem Steckerstandard entsprechend aufgebaut sind und sich die Wandlungsschaltung im Steckergehäuse (12) befindet.

2. Signalwandler (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Ausgangssignal an einem oder mehreren galvanisch ausgeführten Ausgangsanschlüssen (14, 55) anliegt.

3. Signalwandler (10) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Ausgangssignal potentialfrei ist.

4. Signalwandler (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Ausgangssignal von einer optisch, akustisch, magnetisch oder elektromagnetisch arbeitenden Einrichtung (21) erzeugt und ausgegeben wird.

5. Signalwandler (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Eingangsanschlüsse (11) entsprechend RAST5 aufgebaut sind.

6. Signalwandler (10) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Ausgangssignal an einem nach einem Standard aufgebauten Ausgangsanschluß anliegt.

7. Steuerungssystem (50) mit zwei räumlich voneinander entfernten Komponenten (51, 52), die Signale über einen Signalwandler (10) austauschen, dadurch gekennzeichnet, daß der Signalwandler (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 6 aufgebaut ist.

8. System nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß an einer der Komponenten (51) eine Steckeraufnahme (30) zur Aufnahme des Steckers (11, 12) vorgesehen ist.

9. System nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß eine Komponente eine Heizungsregelung ist.

10. System nach Anspruch 8 und 9, dadurch gekennzeichnet, daß diejenige Komponente (51) die Heizungsregelung ist, an der die Steckeraufnahme (30) vorgesehen ist.

11. Signalwandler (10), der ein Eingangssignal mittels einer Wandlungsschaltung (13) in ein Ausgangssignal an einem oder mehreren Ausgangsanschlüssen (11) umwandelt, dadurch gekennzeichnet, daß der bzw. die Ausgangsanschlüsse (11) einem Steckerstandard entsprechend aufgebaut sind und sich die Wandlungsschaltung im Steckergehäuse (12) befindet.