DE2152997C3 - Elektronische Schaltanordnung mit optischen Signalkopplern - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine elektronische bzw. kontaktlose Schaltanordnung mit Anschlüssen für eine Versorgungsspannung unter Verwendung von optischen Signalkopplern.

Eine solche Schaltanordnung stellt die Nachbildung eines elektromechanischen Relais dar. Ein Relais besitzt eine Betätigungsspule, die beim Anlegen einer Spannung einen oder mehrere mechanische Schaltkontakte in eine andere Lage umschaltet Diese Schaltkontakte sind dabei galvanisch von der Spule getrennt.

Es ist eine elektronische bzw. kontaktiose Schaltanordnung mit Anschlüssen für eine elektrische Versorgungsspannung bekannt (DE-AS 11 90 506), wobei zwischen Eingangsanschlüssen und Ausgangsanschlüssen ein optischer Signalkoppler vorgesehen ist, der in einem ersten Koppelzustand ein an einen Eingangsanschluß angelegtes Signal zum entsprechenden Ausgangsanschluß überträgt und in einem zweiten Koppelzustand die Übertragung des Signals sperrt. Die bekannte Schaltungsanordnung schließt einen elektrischen Stromkreis, wenn auf eine Schaltdiode eine Strahlung fällt, die von einer Emissionsdiode ausgesendet wird, wenn diese stromdurchflossen ist. Bei dieser Ausführung der Schaltungsfunktion bestehen jedoch zu viele Fehlermoglichkeiten, die zu fehlerhafter Signalübertragung führen, als das man eine derartige Schaltungsanordnung für die Signaltechnik einsetzen könnte.

In der Signaltechnik, insbesondere bei der Eisenbahnsignaltechnik, werden größere Anzahlen von Relais zur Steuerung von Weichen und Signalen verwendet. Die Relais arbeiten dabei gegenseitig verriegelt, wobei die Verriegelungen so ausgebildet sind, daß kein gefährlicher Zustand entstehen kann, bei dem freigegebene Strecken sich kreuzen oder bei dem ein Zug in eine bereits besetzte Strecke fahren kann. Die Relais für die Eisenbahnsignaltechnik müssen daher so sicher wie irgend möglich arbeiten und sind besonders groß und widerstandsfähig mit zusätzlicher Isolation und besonderen Kontakten, die nicht verschweißen können. Sie nehmen viel Platz ein und sind wesentlich teurer als in der Industrie übliche Relais, die jedoch leichter versagen.

Wegen der Forderung, daß in der Eisenbahnsignaltechnik verwendete Steuereinrichtungen unbedingt fehlersicher sein müssen, d. h. daß kein denkbarer Fehler ein gefährliches Ausgangssignal erzeugen darf, ist ein einfacher Ersatz von Relaiskontakten durch Transistoren nicht möglich, da diese beim Ausfall nicht immer einen ungefährlichen Zustand hervorrufen, da beim Ausfall ein Kurzschluß oder eine Unterbrechung in gleicher Weise möglich ist. Außerdem besteht bei Transistorschaltern nicht die gleiche galvanische Trennung zwischen den einzelnen Schaltungsteilen wie bei einem Relais.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine elektronische bzw. kontaktlose Schaltanordnung anzugeben, die möglichst weitgehend die Eigenschaften der in der F.isenbahntechnik verwendeten Relais nachbildet, insbesondere die galvanische Trennung zwischen Steuerkreis und Schaltkontakten, die Möglichkeit der auch gemischten Verwendung von Arbeits- und Ruhekontakten sowie die eindeutige Funktion beim Ausfall zur Gewährleistung der Sicherheitsanforderungen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im Kennzeichen des Hauptanspruchs angegebenen Merkmale gelöst.

Ein galvanisch trennender Signalkoppler enthält Elemente, mittels welchen ein Signal zwischen Eingangs- und Ausgangsanschlüssen, bei vollständigem

Fehlen einer galvanischen Verbindung zwischen diesen Anschlüssen, übertragbar ist.

Eine bevorzugte Ausbildung der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß der bzw. die Signalkoppler ein lichtaussendendes gleichrichtendes Halbleiterelement und ein lichtempfindliches Halbleiterelement enthält bzw. enthalten und daß beim übertragenden Koppelzustand ein Strom in Durchlaßrichtung durch das lichtaussendende Halbleiterelement fließt.

Es sei bemerkt, daß hier unter Licht eine Strahlung von sichtbaren oder anderen Wellenlängen zu verstehen ist, obwohl die Funktion der bei den zu beschreibenden Ausführungsformen spezifisch verwendeten Signalkoppler hauptsächlich auf dem Vorhandensein oder der Abwesenheit von sichtbarem Licht beruht.

Eine Weiterbildung der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß eine das periodisch wechselnde Signal liefernde Quelle durch einen Signalkoppler mit den Steuereingängen der zugehörigen Schaltungsanordnung verbunden ist und dieser das Signal zuführt, so daß die Schaltanordnung sich selbsthaltend in dem übertragenden Koppelzustand befindet. Damit kann auch die selbsthaltende Eigenschaft von elektromechanischen Relais nachgebildet werden.

Durch die Wahl der Polarität, mit der das Einstellsignal dem Signalkoppler zugeführt wird, kann die Schaltanordnung so arbeiten, daß sie Relais-»Arbeits«- oder -»Ruhe«-Kontakte nachbildet, und demgemäß kann durch Verwendung einer Mehrzahl solcher Signalkoppler, die sämtlich so angeschlossen sind, daß sie von dem Einstellsignal gesteuert werden, eine Mehrzahl von Eingangs- und Ausgangsanschlüssen vorgesehen werden, die dadurch eine Mehrzahl von »Arbeits«- und/oder »Ruhe«-Kontakten eines elektromechanischen Relais nachbilden.

Es können daher bekannte Relaisanordnungen mit gegenseitiger Verriegelung zur sicheren Vermeidung gefährlicher Ausgangssignale angewendet werden, bei denen die Funktionen von elektromechanischen Relais durch kontaktlose Schaltanordnungen gemäß der Erfindung ersetzt sind, und sie können dadurch mit den weitreichenden Vorieiien elektronischer kontaktioser Schalttechniken versehen werden, im Vergleich zu Relais, die mit beweglichen Teilen und elektrischen Kontakten arbeiten.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachstehend anhand der Zeichnung erläutert.

F i g. 1 zeigt eine bevorzugte Ausführungsform einer elektronischen kontaktlosen Schaltanordnung gemäß der Erfindung.

Fig. 2 stellt eine das periodisch wechselnde Signal liefernde Que'l? dar Hie in Verbindung mit der Schaltanordnung gemäß F i g. 1 verwendbar ist.

F i g. 3a und 3b veranschaulichen in schematischer Weise einen einfachen Relaisstromkreis bzw. sein Äquivalent unter Verwendung elektronischer kontaktloser Schaltanordnungen.

F i g. 4 zeigt eine Eingangsschaltung.

F i g. 5 zeigt eine Ausgangsschaltung.

Fig.6 zeigt eine andere Ausführungsform einer elektronischen kontaktlosen Schaltanordnung gemäß der Erfindung.

Die in F i g. 1 dargestellte Schaltung umfaßt im wesentlichen zwei Teile, von denen der eine als analog zu der »Spule« eines elektromechanischen Relais und der andere als analog zu den »Kontakten« eines solchen Relais angesehen werden kann.

Der »Spulen«-Tei! der Schaltung hat einen positiven

Speiseeingangsanschluß 1, der mit dem einen Belag eines der vier Klemmen aufweisenden Kondensators 2 verbunden ist, dessen anderer Belag mit einer gemeinsamen Erdpotentialleitung verbunden ist. Jeder Belag des Kondensators ist dabei mit zwei Klemmen versehen, so daß die an die einen beiden Klemmen des Kondensators angeschlossene Speisespannung über die Beläge der mit den anderen beiden Klemmen des Kondensators verbundenen Schaltung zugeführt wird. Dieser Kondensator 2 bewirkt eine Ableitung von Hochfrequenzsignalen, um eine gegenseitige Einwirkung zwischen Stromkreisen zu verhindern, die an die gleiche Speisequelle angeschlossen sind. Durch die Verwendung von vier Klemmen wird erreicht, daß bei einem Drahtbruch am Kondensator nicht die Sperrwirkung verloren geht wie bei einem normalen Kondensator, so daß dann ein Störsignal auf der Speisespannung kein falsches Signal am Ausgang der Schaltung hervorrufen kann, sondern die Zufuhr der Speisespannung wird unterbrochen, so daß am Ausgang der Schaltung stets überhaupt kein Signal erscheinen kann. Dies gilt im Prinzip auch für alle in der folgenden Beschreibung erwähnten Kondensatoren mit vier Klemmen.

Über die beiden anderen Klemmen des Kondensators 2 wird also eine Transistoreingangsschaltung gespeist, die drei Transistoren 5, 7 und 8 enthält. Ein Steueranschluß 16, an den eine geeignete Signalquelle mit einem den Steueranschluß periodisch erdenden Schalter anschließbar ist, ist mit dem einen Ende eines Spannungsteilers verbunden, der von zwei Widerständen 3 und 4 gebildet ist und dessen anderes Ende mit der positiven Leitung verbunden ist. Die Verbindungsstelle zwischen den beiden Widerständen 3 und 4 ist an die Basis des Transistors 5 angeschlossen, der mit einem Kollektorwiderstand 6 versehen ist. Der Kollektor des Transistors 5 ist mit den Basiselektroden der Transistoren 7 und 8 verbunden, die von entgegengesetztem Leitungstyp sind, und die Emitter dieser beiden Transistoren sind zusammen über einen Widerstand 9 an eine abgestimmte Schaltung aus einem Kondensator 10 und der Primärwicklung des Transformators 11 angeschlossen. Die Sekundärwicklung des Transformators 11 ist über eine Diode 12 an einen weiteren vier Klemmen aufweisenden Kondensator 15 angeschlossen, dessen anderen beiden Klemmen in Reihe mit einer Zenerdiode 14 und einem Widerstand 13 geschaltet sind. Die Verbindungsstelle zwischen der Zenerdiode 14 und dem Widerstand 13 ist mit der Basis eines weiteren Transistor 18 verbunden, der selbst in Reihe mit einem weiteren vier Klemmen aufweisenden Kondensator 19 liegt dessen anderen beiden Klemmen Einstellsignal-Ausgangsanschlüsse A und B bilden. Dem Transistor 18 ist ferner eine Diode 17 zugeordnet, die mit der wiedergegebenen Polarität zwischen die Basis und den Emitter des Transistors 18 geschaltet ist

Der »Kontakt«-Teil der Übertragungsschaltung umfaßt drei Signalkoppler, an welche das an den Anschlüssen A und B auftretende Potential in einer gewünschten Polarität angelegt wird (wie dies in F i g. 1 durch gestrichelte Pfeillinien angedeutet ist), um eine Kopplung zwischen Eingangs- und Ausgangsanschlüssen in Abhängigkeit von der Polarität an den Anschlüssen A und B herbeizuführen. Es sind drei solcher Signalkoppler dargestellt, und daher ist die Übertragungsschaltung mit drei Sätzen von Eingangsanschlüssen 20, 21 und 22 und entsprechenden Ausgangsanschlüssen 23 bzw. 24 und 25 versehen.

Der zwischen den Anschlüssen 20 und 23 befindliche Signalkoppler weist einen Widerstand 26 und eine lichtaussendende Diode 27 mit einem Pfad zum Beleuchten einer auf Licht ansprechenden Halbleitervorrichtung 28 auf. Der Signalkoppler ist so ausgebildet, daß die auf Licht ansprechende Halbleitervorrichtung 28 dem Licht, auf das sie anspricht, nur ausgesetzt wird, wenn eine solche Signalpolarität an die Diode 27 angelegt wird, daß die Diode in der Vorwärtsrichtung leitend gemacht wird. Zur extremen Sicherheit ist es vorzugsweise erwünscht, die Diode 27 derart auszubilden, daß sie bei einer Spannung, die kleiner als die Speisespannung der Schaltung ist, in Rückwärtsrichtung nicht durchschlägt.

Die beiden anderen optischen Signalkoppler zwischen den Anschlüssen 21 und 24 bzw. zwischen den Anschlüssen 22 und 25 sind mit dem zwischen den Anschlüssen 20 und 23 befindlichen und die Vorrichtungen 27 und 28 aufweisenden Signalkoppler mit der Ausnahme identisch, daß eine wahlweise Verbindung mit den Anschlüssen A und B erforderlich ist, um effektiv »Arbeits- und Ruhekontakte« der Schaltanordnung zu schaffen.

Im Betrieb der Schaltung gemäß Fig. 1 wird an den Anschluß 1 eine positive Speisegleichspannung angelegt, und ein elektronischer periodischer Schalter wird mit dem Steuereingang 16 verbunden, während der untere dritte Anschluß dem Speise- und dem Steuereingang gemeinsam ist. Wenn angenommen wird, daß der elektronische periodische Schalter dauernd offen ist, dann befindet sich der als Schalter arbeitende Transistor 5 in dem »Aus«-Zustand, und die Transistoren 7 und 8 befinden sich in dem »Aus«- bzw. dem »Ein«-Zustand. Unter diesen Bedingungen wird kein Signal über den Transformator 11 übertragen, und der Basis-Emitter-Kreis des Transistors 18 ermöglicht, daß an den Anschlüssen A und B eine Spannung von z.B. +5V auftritt, wie sie von der Zenerdiode 14 eingestellt wird. Ein Signal falscher Frequenz oder Störsignal an dem Anschluß 16 führt in ähnlicher Weise dazu, daß kein Signal über den Transformator 11 übertragen wird, und zwar wegen der Unterdrückungsfähigkeit des abgestimmten Stromkreises, der von der Induktivität des Transformators 11 und der Kapazität des Kondensators 10 gebildet ist, die in Reihe geschaltet sind.

Beim Auftreten eines Schaltsignal zwischen dem Anschluß 16 und dem gemeinsamen Erdungsanschluß der Schaltung, dessen Frequenz der Ansprechfrequenz des abgestimmten Stromkreises entspricht, wird eine Schwingungshalbwelle über den Transformator 11 an den Kondensator 15 angelegt, weil die Transistoren 5,7 und S periodisch in den. Zustand geschaltet werden, welcher demjenigen entgegengesetzt ist, in dem sie sich vorher befanden. Demgemäß arbeitet die Schaltung in der Weise, daß sie an der Basis des Transistor 18 z. B. eine negative Spannung von etwa 5 Volt erzeugt, welche über die Diode 17 auf den Ausgangskondensator 19 und den zwischenliegenden Ausgangsanschluß A übertragen wird. Der Transistor 18 ist zu diesem Zeitpunkt auf Grund der negativen Basisspannung in den »Aus«-Zustand vorgespannt

Wenn die Anschlüsse A und B mit dem zwischen den Anschlüssen 20 und 23 befindlichen Signalkoppler verbunden werden, so daß beim Vorhandensein eines periodischen Schaltens mit der Taktfrequenz an dem Anschluß 16 die Diode 27 leitet, dann ist ersichtlich, daß ein periodisches Eingangssignal an den Anschlüssen 20 als periodisches Schalten des Transistors 28 auf die Anschlüsse 23 übertragen wird. Dieses Arbeiten kann al.i analog zu dem Arbeiten der »Arbeitsw-Kontakte eines elektromechanischen Relais angesehen werden, wobei die Steuerung an dem Anschluß 16 einer ο »Erregung« einer Relaisspule analog ist. Wenn jedoch die Anschlüsse A und B mit dem Signalkoppler, der die Vorrichtungen 27 und 28 enthält, im entgegengesetzten Sinn verbunden werden, dann ist bei Abwesenheit eines periodischen Schaltens an dem Anschluß 16 das

iü Potential an dem Anschluß A mit Bezug auf dasjenige an dem Anschluß B positiv, und dies führt dazu, daß die Diode 27 leitend gemacht wird. Daher wird unter diesen Bedingungen ein periodisches Schaltsignal an den Anschlüssen 20 als periodisches Schalten des Transi-

r> stors 28 auf die Ausgangsanschlüsse 23 übertragen, und dies entspricht daher Re!ais-»Ruhe«-Kontakten. Die gleiche Arbeitsweise ergibt sich für die Signalkoppler, die zwischen den Eingangsanschlüssen 21 und den Ausgangsanschlüssen 24 bzw. zwischen den Eingangs-

2» anschlüssen 22 und den Ausgangsanschlüssen 25 angeordnet sind. Es können so viele Eingangskoppler vorgesehen werden, wie sie für die Zwecke des Arbeitens der Schaltanordnung erforderlich sind.

Aus den vorstehenden Erläuterungen geht hervor,

1Ί daß zum Betätigen der beschriebenen Schaltanordnung eine geeignete Generatorschaltung erforderlich ist, die die Eingangsanschlüsse 20,21 und 22 durch periodisches Schalten mit einer gewünschten Frequenz verbindet. Ein Beispiel einer solchen Generatorschaltung ist in

jo F i g. 2 veranschaulicht, bei dem eine Gleichstromquelle mit der dargestellten Polarität über einen vier Klemmen aufweisenden Kondensator 30 an einen Multivibrator angelegt wird, der von zwei Transistoren 31 und 32, zwei Kondensatoren 33 und 34 und vier Widerständen 35,36,

3S 37 und 38 gebildet ist. Die Arbeitsfrequenz für den Multivibrator beträgt z. B. 10 kHz.

In dem Emitterkreis des Transistors 32 ist ein Widerstand 39 angeordnet, von dem ein Basisstrom zu einem Schalttransistor 40 abgeleitet wird, welcher so betätigbar ist, daß er die Kathoden der Dioden von Signalkopplern 41, 42 und 43 periodisch mit Erde verbindet. Die Generalorausgänge bilden die Kollektor-Emitter-Strecken der auf Licht ansprechenden Halbleitervorrichtungen dieser Koppler. Bei der dargestellten Ausführungsform sind drei Koppler vorgesehen, jedoch können gewünschtenfalls noch weitere Koppler vorgesehen werden, die alle von dem Transistor 40 betätigt werden. Der Generator arbeitet daher in der Weise, daß er getrennte Schaltsignale mittels der voneinander isolierten Halbleitervorrichtungen der Signalkoppler erzeugt Ferner erfolgt das Schalten dieser Transistoren identisch in Phase., und wie dies aus dem Nachstehenden hervorgeht ist eine solche Phasenkohärenz für alle »Kontakte« von Schallanordnungen erforderlich, die in einem Verriegelungssystem zum Betätigen einer bestimmten weiteren Schaltanordnung enthalten sind.

In Fig.3a ist in schematischer Weise ein typischer einfacher Relaisverriegelungsstromkreis veranschaulicht, bei welchem das Relais Γ nur bei vorbestimmten Zuständen von vier weiteren Relais P, Q, R und S erregt wird, von denen Arbeits- und Ruhekontakte in dem Betätigungskreis zu dem Relais T angeordnet sind. Die schematische Darstellung in Fig.3a ist herkömmlich und erfordert keine weitere Erläuterung.

F i g. 3b gibt das analoge Verriegelungssystem wieder, welches »Kontakte« einer Schaltanordnung, wie derjenigen, wie sie oben in Verbindung mit F i g. 1

beschrieben ist, verwendet. Es sei bemerkt, daß für jedes der Relais P, Q, R, Sund Teine Schaltanordnung von der oben mit Bezug auf F i g. 1 beschriebenen Art vorhanden ist. Den betreffenden Kontakten der Relais P, Q, R und 5 sind Signalkoppler 7iigeordnet, die in zweckentsprechender Weise mit Anschlüssen A und B, wie denjenigen gemäß Fig. 1, verbunden sind, um diese Koppler den Arbeits- und Ruhekontakten der Relais analog zu machen. Die Ausgangsklemmen des »Ruhekontakts« des Relais Ssind mit Steuereingangsanschlüssen (d.h. dem Anschluß 16 gemäß Fig. 1 entsprechenden Anschlüssen) des »Spulen«-Teils der das Relais T enthaltenden Schaltanordnung verbunden.

Die Eingänge zu den »Arbeitskontakten« der das Relais P bzw. das Relais Q enthaltenden Schaltanordnung sind mit den lichtemittierenden Ausgangsdioden der voneinander getrennten Signalkoppler eines einzigen Generators, wie er z. B. in F i g. 2 dargestellt ist, verbunden. Demgegemäß wird ein gleichphasiges Arbeiten des »Kontakt«-Teils jedes der Relaiskreise in dem dargestellten Verriegelungssystem gewährleistet. Eine solche erforderlich gleichphasige Steuerung ist auch in Verriegelungssystemen vorhanden, bei denen galvanisch trennende Signalkoppler verschiedener Schaltanordnungen in Reihe angeordnet sind. Daher ist ein gleichphasiges Schaltsignal für die »Kontakt«-Teile erforderlich. Bei der Schaltung nach F i g. 3 können aber die »Spulcn«-Teile der die Relais P, Q, R und S enthaltenden Schaltungen an ihren Steuereingängen durch das Vorhandensein oder die Abwesenheit von periodischen Schaltsignalen gesteuert werden, die nicht gleichphasig sind und in keiner Phasenbeziehung zu dem Schaltsignal des Generators stehen.

Es kann beim Arbeiten der Schaltanordnung T erforderlich sein, die Schaltung über ihre eigenen »Kontakte« zu halten. In diesem Fall können die Ausgangsanschlüsse eines »Arbeitskontakt«-Teils der Schaltanordnung T mit dem Ausgang eines weiteren Generators, wie des dem Koppler 43 zugeordneten Generators gemäß Fig.2, und den Steueranschlüssen des »Spulen«-Teils des Relaiskreises T in Reihe geschaltet werden. Das Schaltsignal des Multivibrators wird daher nach dem Ansprechen des Relaiskreises T kontinuierlich zu dem »Spulen«-Teil zurückgeführt und »hält« die Schaltanordnung 7"»erregt«.

In F i g. 4 ist eine einfache Form einer Eingangsschaltung wiedergegeben, die ein periodisches Schaltsignal an eine vorher beschriebene Schaltanordnung im Ansprechen auf das Schließen von mechanischen Kontakten angelegt. Beispielsweise können die Kontakte diejenigen eines von Hand betätigbaren Druckknopfcs sein Der Stromkreis ^cmäß F i **. 4 besteht im wesentlichen aus einem vier Klemmen aufweisenden Trennkondensator 50, der mit Speiseanschlüssen 51 verbunden ist, und einem Signalkoppler 52, der aus einer lichterzeugenden Diode und einer auf licht ansprechenden Halbleitervorrichtung besteht, wobei die von Hand betätigbaren Kontakte mit weiteren Eingangsanschlüssen 53 verbunden sind und ein Ausgang eines Generators für ein periodisches Schaltsignal mit Anschlüssen 54 verbunden ist Beim Schließen der Kontakte über die Anschlüsse 53 wird beim Vorhandensein eines periodischen Schaltsignals an den Anschlüssen 54 der Koppler 52 betätigt um ein periodisches Schalten der Emitter-Kollektor-Strecke der Halbleitervorrichtung an Anschlüssen 55 zu schaffen. Die Anschlüsse 55 können daher mit einem Verriegelungsstromkreis, wie dem vorstehend beschriebenen, verbun- den werden, wobei das periodische Schaltsignal an den Anschlüssen 55 nur in dem Fall vorhanden ist, in welchem die Kontakte über den Anschlüssen 53 geschlossen sind.

^ In Fig. 5 ist eine geeignete Form einer Ausgangsschaltung dargestellt, die ein periodisches Eingangsschaltsignal aufnehmen kann, um eine Ausgangsgleichspannung von gegebener Polarität zu erzeugen, die geeignet ist, eine äußere Vorrichtung, wie z. B. ein κι Relais, eine Lampe oder eine Alarmeinrichtung, zu speisen. Diese Schaltung enthält wieder einen vier Klemmen aufweisenden Kondensator 60, der mit Gleichstromspeiseanschlüssen 61 verbunden ist, und der (gemäß F i g. 5) obere Belag des Kondensators ist mit zwei komplementären Emitterfoigertransistoren 62 und 63 verbunden, deren Basisanschlüsse und Emitter miteinander verbunden sind. Der Verbindung; punkt der beiden Emitter ist über einen Koppelkondensator 64 mit der Primärwicklung eines Transformators 65 verbunden. Die Sekundärwicklung des Transformators 65 ist über eine Gleichrichterbrücke 66 mit Ausgangsanschlüssen 67 gekoppelt, an denen eine Gleichspannungerhalten werden kann, wenn an Anschlüssen 68 ein periodisches Schaltsignal liegt, durch das die Transistoren 62 und 63 periodisch abwechselnd an- und abgeschaltet werden. Wenn der Transistor 62 angeschaltet ist, fließt Strom in der einen Richtung über den Kondensator 64, und wenn der Transistor 63 eingeschaltet ist, in der anderen Richtung.

Als Alternative kann die Ausgangsschaltung gemäß F i g. 5 gewünschtenfalls so modifiziert werden, daß sie einen abgestimmten Eingangsfilterkreis zusätzlich zu Transistoren enthält, die als S-Verstärker geschaltet sind, im Gegensatz zu den Transistoren 62 und 63 in Fig.5, die als Λ-Verstärker arbeiten. Solche Modifikation und Änderungen zwecks Erzielung einer Unterdrückung unerwünschter Signale sind dem Fachmann geläufig.

In Fig.6 ist eine wahlweise anwendbare, aber weniger bevorzugte Ausführungsform der anhand von F i g. 1 beschriebenen Schaltanordnung wiedergegeben, bei welcher die »Kontakt«-Teile der Schaltung denjenigen gemäß F i g. 1 im wesentlichen entsprechen, jedoch der »Spulen«-Teil eine Spannungsverdopplerschaltung enthält, die im Ansprechen auf ein periodisches Schaltsignal an den Anschlüssen 86 ein Einsteilsignal von entgegengesetzter Polarität zu dem Speisepotential erzeugt. Der »Spulen«-Teil gemäß F i g. 6 weist wieder zwei Speiseanschlüsse auf, die mit 71 bezeichnet und mit zwei Klemmen eines vier Klemmen aufweisenden Kondensators 72 verbunden sind, dessen andere Klemmen an Erde angeschlossen sind. Dieser Kondensator 72 bewirkt eine Sperrung von Hochfrequenzsignalen, um eine gegenseitige Beeinflussung von Stromkreisen zu verhindern, die mit der gleichen Speisequelle verbunden sind.

Zwei Transistoren 73 und 74 arbeiten als Emitterfolgetransistoren, und ihre Emitter sind mit einer Spannungsverdopplerschaltung verbunden, die einen Widerstand 76, einen Kondensator 77, zwei Dioden 78 und 79 und einen Kondensator 80 enthält

Zwischen die obere Klemme des Kondensators 80 und die Speiseleitung ist ein Spannungsteiler geschaltet, der aus zwei Widerständen 81 und 82 besteht und die Verbindungsstelle zwischen den beiden Widerständen ist an die Basiselektroden zweier weiterer Transistoren 83 und 84 angeschlossen, die ebenfalls als Emitterfolgetransistoren arbeiten und deren Emitter mit einem

ti

EinstellsignalanschluQ A der Schaltung verbunden sind. Der mit B bezeichnete Einstellsignalanschluß ist an die geerdete Seite des Kondensators 80 angeschlossen, die mit dem Kollektor des Transistors 74 und dem unteren der Steueranschlüsse 86 verbunden ist. Um die <·, Spannung am Kondensator 80 zu begrenzen, ist, wie dargestellt, zwischen den Kollektor des Transistors 83 und Erde eine Zenerdiode 85 geschaltet.

Der »Spulen«-Teil der Schaltung weist Steuercingangsanschlüsse 86 auf, die mit der gemeinsamen Basis |₍₎ der Transistoren 73 und 74 bzw. mit Erde verbunden sind.

Der »Kontakt«-Teil der Übertragungsschaltung umfaßt drei Signalkoppler, an welche das an den Anschlüssen A und B auftretende Potential in einem gewünschten Sinn angelegt wird, um eine Kopplung zwischen den Eingangs- und Ausgangsanschlüssen in Abhängigkeit von der Polarität des Potentials an den Anschlüssen A und B in der gleichen Weise zu bewirken, wie sie in Verbindung mit F i g. 1 beschrieben wurde.

Im Betrieb der Übertragungsschaltung gemäß F i g. 6 wird eine Speisegleichspannung an die Anschlüsse 71 mit der dargestellten Polarität angelegt und ein periodisch zu schließender Schalter mit den Steueranschlüssen 86 verbunden. Wenn angenommen wird, daß der Schalter dauernd offen ist, dann liegt an der oberen Klemme des Kondensators 80 ein positives Potential, das durch den Spannungsabfall an einem Widerstand 87, den Spannungsteilerwiderständen 81 und 82 und den Dioden 78 und 79 bestimmt wird. Die Spannung an dem Anschluß A entspricht derjenigen an der Verbindungsstelle zwischen den Widerständen 81 und 82, die über die Emitterfolgetransistoren 73 und 74 dem Anschluß A zugeführt wird.

Eine ähnliche Situation liegt vor, wenn der mit den j-, Anschlüssen 86 verbundene Schalter dauernd geschlossen ist, so daß die Anschlüsse sich auf Erdpotential befinden und kein Schaltsignal auftritt. Wenn jedoch der an den Anschlüssen 86 liegende Schalter periodisch mit einer Frequenz betätigi wird, die ausreicht, um die von Komponenten 76, 77, 78 und 79 gebildete Spannungsverdopplerschaltung zu betätigen, dann entsteht ein negatives Potential an dem Kondensator 80 und an der Verbindungsstelle der Widerstände 81 und 82. Daher erzeugen die Emitterfolgetransistoren 83 und 84 ein entsprechendes negatives Potential an dem Anschluß A.

Die Stromkreisparameter können derart gewählt werden, daß im Fall der periodischen Betätigung des an den Anschlüssen 86 liegenden Schalters mit ausreichender Frequenz an dem Anschluß A eine negative Spannung von beispielsweise —5 Volt vorhanden ist, während, wenn der Schalter an den Anschlüssen 86 dauernd geschlossen oder dauernd geöffnet ist, an dem Anschluß A eine positive Spannung von beispielsweise + 5VoIt vorhanden ist. Die Schaltung arbeitet somit ähnlich wie diejenige gemäß Fig. !,jedoch fehlt bei ihr die Unterdrückung unerwünschter Signale, wie sie der bei der Schaltung gemäß Fig. 1 vorgesehene abgestimmte Stromkreis bewirkt.

Aus dem Vorstehenden ist leicht erkennbar, daß alle Relaisverriegelungssysteme, wie sie dem Fachmann bekannt sind, für die Verwendung bei elektronischen, kontaktloser Schaltanordnungen abgewandelt werden können, und sie haben aber zusätzlich die weitreichenden Vorteile kontaktloser Schalter im Vergleich mit Relais, die mit beweglichen Teilen und elektrischen Kontakten arbeiten.

Weiterhin können durch Verwendung von Schaltungen, die auf den oben beschriebenen Schaltungen basieren, sich gegenseitig verriegelnde Anordnungen geschaffen werden, die einen Ausfall der Schaltung ohne Beeinträchtigung der Sicherheit ermöglichen, wie sie bei Anwendungen in F.isenbahnsignalanlagen notwendig ist, bei welchen bisher elektromechanische Relais als unersetzlich angesehen worden sind.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims (15)

Patentansprüche:

1. Elektronische bzw. kontaktlose Schaltanordnung mit Anschlüssen für eine elektrische Versorgungsspannung, wobei zwischen Eingangsanschlüs- ■> sen und Ausgangsanschlüssen ein optischer Signalkoppler vorgesehen ist, der in einem ersten Koppelzustand ein an einen Eingangsanschluß angelegtes Signal zum entsprechenden Ausgangsanschluß überträgt und in einem zweiten Koppelzu- in stand die Übertragung des Signals sperrt, dadurch gekennzeichnet, daß eine von der Versorgungsspannung betriebene Schaltungsanordnung (1 bis 19; 71 bis 87) abhängig von dem Vorhandensein bzw. der Abwesenheit eines perio- ι ■> disch wechselnden Signals an einem Steuereingang (16; 86) ein Einstellsignal mit einem ersten Wert (- 5 V) bzw. einem zweiten Wert ( + 5V) erzeugt, das den Signalkoppler in einen vorbestimmten von den beiden Koppelzuständen abhängig von der Polarität des Anschlusses des Signalkopplers (27,28; 41, 42, 43; 52) einstellt, wobei das am Eingangsanschluß (20, 21, 22) angelegte Signal ebenfalls periodisch wechselnde Zustände aufweist, die durch eine abwechselnde relativ hochohmige und relativ 2". niederohmige Verbindung zwischen den Eingangsanschlüssen erzeugt sind, daß die Schaltungsanordnung (1 bis 19; 71 bis 87) einen Halbwellengleichrichtstromki-eis enthält, der aus einer Diode (12; 78) und einem Glättungskondensator (15; 80) besteht, jo welcher durch entsprechende Polung der Diode beim Vorhandensein eines Signals am Steuereingang (16; 86) das Einstellsignal mit dem ersten Wert (—5 V) von entgegengesetzter Polarität in bezug auf die Versorgungsspannung erzeugt, und daß der j5 Steuereingang (16; 86) über eine gleichspannungsgekoppelte Schalttransistoranordnung (3,4,5,6,7,8,9; 73,74,75,76) und einen Resonanzübertrager (10,11; 77,79) an die Gleichrichterdiode (12; 78) angeschlossen ist. -to

2. Schaltanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß nur ein Einstellsignal mit vorbestimmter Größe und Polarität den Signalkoppler (27, 28; 41, 42, 43; 52) in den übertragenden Koppelzustand einstellt. <<">

3. Schaltanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Signalkoppler (27, 28; 41, 42, 43; 52) ein lichtaussendendes gleichrichtendes Halbleiterelement (27) und ein lichtempfindliches Halbleiterelement (28) enthält und daß beim >o übertragenden Koppelzustand ein Strom in Durchlaßrichtung durch das lichtaussendende Halbleiterelement fließt.

4. Schaltanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere optische ">> Signalkoppler (27,28; 41,42,43) vorhanden sind, von denen jeder in einer vorbestimmten Polarität mit der Schaltungsanordnung (1 bis 19; 71 bis 87) verbunden ist, um diesen wahlweise in den übertragenden bzw. sperrenden Koppelzustand zu bringen, wenn das wi Einstellsignal den ersten Wert (—5 V) hat, und in den entgegengesetzten, sperrenden bzw. übertragenden Koppelzustand zu bringen, wenn das Einstellsignal den zweiten Wert ( + 5 V) hat.

5. Schaltanordnung nach einem der vorhergehen- <v> den Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Einstellsignalanschlüsse (A, B) mit einer vorbestimmten Polarität mit einem oder mehreren Signalkopplern (27,28) verbunden sind und daß der bzw. jeder Signalkoppler mit den Steuereingängen (16, Masse; 86) entsprechender weiterer Schaltanordnungen gemäß den vorhergehenden Ansprüchen verbunden ist.

6. Schaltanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Einsteüsignalanschlüsse (A, B) mit einer vorbestimmten Polarität mit einem oder mehreren Signalkopplern (27, 28) verbunden sind und daß der bzw. die Signalkoppler in Serie mit einem oder mehrerer, weiteren Signalkopplern geschaltet ist bzw. sind, eier bzw. die in einem vorbestimmten übertragenden oder sperrenden Koppelzustand durch die Einstellsignale weiterer Schaltanordnungen gemäß den vorhergehenden Ansprüchen gebracht sind.

7. Schaltanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein Signalgenerator mit einem Multivibrator (31 bis 38) vorgesehen ist, der mit einer der Ansprechfrequenz der Schaltungsanordnung (1 bis 19; 71 bis 87) entsprechenden Frequenz arbeitet, wobei die Ausgangsschaltung (39,40) des Multivibrators mit einem oder mehreren Signalkopplern (41, 42, 43) verbunden ist und intermittierend den signalübertragenden und den signalsperrenden Zustand eines oder mehrerer Signalkoppler mit der Ansprechfrequenz der Schaltungsanordnung steuert, und wobei der Ausgang mindestens eines Signalkopplers (27, 28) mit den Eingangsanschlüssen (20, 21, 22) einer Schaltanordnung verbunden ist.

8. Schaltanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine das periodisch wechselnde Signal liefernde Quelle (31 bis 40) durch einen Signalkoppler (27, 28; 41, 42, 43; 52) mit den Steuereingängen (16, Masse; 86) der zugehörigen Schaltungsanordnung (1 bis 19; 71 bis 87) verbunden ist und dieser das Signal zuführt, so daß die Schaltanordnung sich selbsthaltend in dem übertragenden Koppelzustand befindet.

9. Schaltanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Resonanzübertrager durch die Reihenschaltung eines Kondensators (10) und der Primärwicklung eines Transformators (11) gebildet und mit den Steuereingängen (16, Masse) über Schaltelemente (3 bis 10) gekoppelt ist.

10. Schaltanordnung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Sekundärwicklung des Transformators (11) in Serie mit der Reihenschaltung der Diode (!2) und des Kondensators (15) geschaltet ist und der Verbindungspunkt der Diode mit dem Kondensator über eine Zenerdiode (14) mit der Basis eines Transistors (18) verbunden ist, wobei die Zenerdiode zusammen mit der Spannung an dem Kondensator und einem mit dem Versorgungsspannungsanschluß (1) verbundenen Widerstand (13) die der Basis des Transistors zugeführte Spannung bestimmt, daß der Transistor als Emitterfolger zwischen dem Versorgungsspannungsanschluß und Einstellsignalausgang (A) geschaltet ist und diesem ein Einstcllsignal des zweiten Wertes ( + 5V) zuführt, wenn der Kondensator nicht aufgeladen ist, und daß bei aufgeladenem Kondensator dessen Spannung über die Zenerdiode den Transistor sperrt und eine Diode parallel zur Basis-Emitter-Strecke des Transistors leitend macht und dadurch dem Einstellsignalausgang ein Einstellsignal mit dem

ersten Wert (—5 V) zuführt

11. Schaltanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß in der Schaltungsanordnung (1 bis 19; 71 bis 76) der Resonanzübertrager durch Dioden (78, 79) und Kondensatoren (77, 80) zur Bildung einer Spannungsverdopplungs-Schaltung ersetzt ist, die bei Vorhandensein des Signals an den Steuereingängen (16, Masse; 86) ein Einstellsignal mit dem ersten Wert (—5 V) mit einer der Versorgungsspannung ( + 5V) entgegengesetzten Polarität erzeugt.

12. Schaltanordnung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausgang der Spannungsverdopplerschaltung (77 bis 80) mit einem ersten Transistor (84) verbunden ist, der bei Vorhandensein des Signals an den Steuereingängen (86> leitet und das Einstellsignal mit dem ersten Wert (—5 V) liefert, und daß ein zweiter Transistor (83) zwischen der Versorgungsspannung und dem Ausgang (A) für das Einstellsignal angeordnet ist und leitet, wenn das Signal an den Steuereingängen nicht vorhanden ist, und dabei die Versorgungsspannung als Einstellsignal mit dem zweiten Wert (+ 5 V) liefert.

13. Schaltanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine Eingangsschaltung in Reihe mit den Versorgungsspannungsanschlüssen (51) ein erstes Paar von Anschlüssen (53), zwischen denen ein Schalter wahlweise schließbar ist, das Eingangselement (27) eines Signalkopplers (52) und ein zweites Paar von Anschlüssen (54) enthält, an die das periodisch wechselnde Signal anschließbar ist, wobei mit angelegter Versorgungsspannung, geschlossenem Schalter zwischen dem ersten Paar Anschlüsse und angelegtem Signal an das zweite Paar Anschlüsse das Ausgangselement (28) des Signalkopplers periodisch leitend wird, so daß beim Verbinden der Ausgangsarischlüsse (55) des Signalkopplers mit den Steuereingä.igen (16, Masse; 86) einer Schaltungsanordnung (1 bis 19; 71 bis 87) an deren Einstellausgang das Einstellsignal von dem zweiten Wert ( + 5 V) zum ersten Wert (-5 V) wechselt.

14. Schaltanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine Ausgangsschaltung zwei in Serie zwischen Versorgungsspannungsanschlüssen (61) angeordnete Schalter (62,63) enthält, die mit den Steuereingängen (68) verbunden sind, so daß das an diese Steuereingänge angelegte, periodisch wechselnde Signal die Schalter abwechselnd leitend macht, und daß mit dem Verbindungspunkt der Schalter die Serienschaltung eines Kondensators (64) und der Primärwicklung eines Transformators (β5) verbunden ist, deren anderes Ende mit einem der Versorgungsspannungsanschlüsse verbunden ist.

15. Schaltanordnung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß an die Sekundärwicklung des Transformators (65) ein Brückengleichrichter (66) angeschlossen ist, der die im Transformator induzierte Wechselspannung in eine Gleichspannung umwandelt.