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Schaltungsanordnung zum abwechselnden Energie- und
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Informationsaustausch zwischen einer zentralen und einer desentralen
Station über eine Verbindungsleitung Die vorliegende Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung,
in deren einem Zustand nur eine Verbindungsleitung Energie von einer zentral angeordneten
Energiequelle zu einem beim Teilnehmer angeordneten Energiespeicher geführt ünd
in deren anderen Zustand die so dezentral gespeicherte Energie zum Informationsaustausch
über die Verbindungsleitung kommender Informationen ausgenutzt wird.
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Eine derartige Schaltungsanordnung ist z.B. aus der DT-PS 13 26 73
bekannt, bei der eine zentral angeordnete Batterie in dem einen Zustand der Schaltungsanordnung
eine beim Teilnehmer befindlichen Speicher auflädt.Der so geepeioherte Strom wird
in dem anderen Zustand dadurch ausgenutzt elektrische Schwingungen zu einem weiteren
Teilnehmer zu übertragen. Nachteilig bei der bekannten Schaltungsanordnung ist es,
daß in dem der Nachrichtenübertragung dienenden anderen Zustand die zentral angeordnete
Energiequelle hierzu nicht mehr ausgenutzt wird, sondern zur Nachrichtenübertragung
nur noch die beim Teilnehmer gespeicherte Energie dient.
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Aus der DT-AS 1 047 869 ist es weiterhin bekannt, über eine Teilnehmeranschlußleitung
einen beim Teilnehmer angeordneten Kondensator aufzuladen, wobei die Ladung dieses
Kondensators dann zur Betätigung von Elektromagneten ausgenutzt wird.
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Aufgabe der Erfindung ist es daher eine Schaltungsanordnung der eingangs
genannten Art zu schaffen, welche bei einfachen leitungssparenden Aufbau die Wirkung
einer zentral angeordneten Energiequelle sowohl zur Energieübertragung an einen
teilin
dem einen Zustand nehmereigenen Speicher/als auch zur Datenübertragung
zu diesem Teilnehmer im anderen Zustand direkt ausnutzt.
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Die Lösung der gestellten Aufgabe geachieht durch die im Hauptanspruch
angegebene Merkmalskombination. Die Erfindung besteht also im Prinzip darin, mittels
Umpolung der zentralen den Energiequelle/von der Zentrale zum Teilnehmer laufenden
Strom in dem einen Zustand über einen Weg su senden, der zur Energie speicherung
in dem dezentralen Energiespeicher führt und in dem anderen Zustand übe2;6inen Weg
zu schicken, in dem Sende- und Empfangsschaltmittel zur Übermittlung von Daten angeordnet
sind, Au9 diese Weise wird verhindert, daß der während des ersten Zustandes fliessende
Strom als übermittelte Daten fehlinterpretiert werden kann. Zum anderen ist sichergestellt,
daß die in der zentralen Energiequelle steckenden Erättreserven auch für die Datenübermittlung
ausgenutzt werden können, wodurch sich sehr viel längere Übertragungswege ohne gesonderte
Verstärkung direkt überbrücken lassen. Die zwei untersdhiedlichen Wege werden durch
einen zweckmässigen Einsatz von ßtromrichtungsabhängigen Widerständen (vorzugsweise
Dioden) geschaffen, wobei bei einer ersten Polungsrichtung der zentralen Energierichtung
der eine Weg und bei einer zweiten Polungsrichtung der andere Weg mit Strom durchflossen
wird.
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Die sendenden und empfangenden Schaltmittel werden dabei in einfacher
Weise durch den Stromkreis auf der einen Seite unterbrechende Mittel und diese Stromunterbrechungen
auf der anderen Seite feststellende Empfangsmittel dargestellt werden. Durch eine
Reihenschaltung sowohl sendenderals auch empfangender Mittel auf beiden Seiten der
Verbindungsleitung lässt sich hierdurch auch ein Halbduplexverkehr erreichen.
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Die Erfindung lässt eich auch dann mit ErSolg anwenden, wenn an die
Zentrale mehrere Teilnehmer angeschlossen sind, sodaß an die zentrale Energiequelle
mehrere Teilnehmer sum Energie- und Datenaustausch angeschlossen werden können.
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In vorteilhafter Weiterbildung empfiehlt es sich, die Sende- und Empfangsschaltmittel
durch an den Stromkreis angeschaltete Optokoppler und die Umpoleinrichtung durch
einen mittels Optokoppler angesteuerten Operationsverstärker auszugestalten. Hierdurch
lässt sich eine gute gleichstrommässige Trennung der Sendesignale von dem Ubertragungsstromkreis
erreichen und es können durch den Operationsverstärker wie erwünscht mehrere Einflußgrößen
unabhängig voneinander auf die ffbertragungsatrecke einwirken.
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Um auch bei der Teilnehmerstelle den Übergang von dem ersten in den
zweiten Zustand und damit von der Energieversorgung zur DatenUbertragung erkennen
zu können, empfiehlt sich in Weiterbildung der Erfindung eine in dem Anspruch 4
dargestellte Merkmalskombination. Soweit nämlich der Übergang von Energie- zu Datnübertragung
durch Vorgänge in der Zentrale ausgelöst wird, sollte in der Teilnehmereinrichtung
auch eine Möglichkeit geschaffen werden, einen derartigen Übergang zu erkennen um
den übertragenen Strom nicht falsch zu interpretieren. Dies kann zum einen durch
eine länger andauernde Auswertung des Stromverlaufes, zum anderen aber auch, wie
in Anspruch 4 dargelegt, durch einen gesonderten Teilstrom gescheh-i,der von dem
über die Verbindungsleitung kommenden, zur Energeiversorgung dienenden Strom abgezweigt
wird und der nur in der durch den ersten Zustand vorgegebenen Richtung durch den
Zustandsdetektor gelangen kann. Bleibt also der Strom aus, so ist dies beim Teilnehmer
ein Hinweis dafür, daß vom ersten in den zweiten Zustand übergegangen wurde.
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Die teilnehmerseitig gespeicherte Energie wird vorzugsweise zur Anzeige
der von der zentralen während des zweiten Zustandes gesendeten Daten ausgenutzt.
Hierbei wird die zur Übertragung der Daten notwendige Energie ganz allein von der
zentralen Energiequelle abgegeben, während die zur konstanten Anzeige und zu Verstärkungszwecken
benötigte
Energie dann dem teilnehmerseitigen Energiespeicher entnommen
werden kann. Selbstverständlich können die dort vorhandenen Energiereserven auch
zu anderen zusätzlichen Zwecken ausgenutzt werden, für die während der DatenKbertragungazeit
ein weitgehend gleichmässiger Energiestrom benötigt wird.
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Um den Teilstrom,aber auch die Stromimpulse während der Datenübertragung
zu begrenzen, einpfiehlt sich eine in Anspruch 6 dargelegte Merkmalskombination.
Die Begrenzung ist deshalb angebracht, um die Obertragungsleitung nicht mit einem
zu starken Strom zu belasten, der dann zu Störungen s.B. durch abgestrSLLe Energiewellen
führen könnte.
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Andere vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich ebenfalls aus den
Unteransprüchen.
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Ein Ausführungabeispiel der Erfindung wird nachfolgend anhand der
Zeichnung erläutert. Darin zeigt: Fig. 1 in stark vereinfachter Darstellung zentral
angeordnete Gruppen der Sohaltungsanordnung, Pig. 2 in stark vereinfachter Darstellung
den Teilnehmer sugeordnete Einrichtungen der Schaltungsanordnung, Fig. 3 eine praktische
Ansführungsform der-in Pig.l gezeigten Baugruppen und Fig. 4 eine praktische Ausführungsform
der in Fig. 2 gezeigten Einrichtungen.
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Es soll nunmehr anhand von Pig. 1 zunächst die prinzipielle Wirkungsweise
der Erfindung erläutert werden. Dabei wird mit dem ersten Zustand der Schaltungsanordnung
begonnen, bei dem der zum Teilnehmer gehörende (Fig.2) Energiespeicher 3S1 von der
Energiequelle der zentralen (Pig.l) mit Energie versorgt wird.
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Um in der Zentrale den ersten Zustand einzustellen, wird dort die
als Umschaltrelais ausgestaltete Umpoleinrichtungul mit Energie versorgt. Dies kann
z.B. dadurch geschehen, daß an die Leitung Lu Masse gelegt wird, sodaß ein Strom
von der Spannungsquelle +5V über einen Widerstand R8 und das Umschaltrelais U1 fließt,
wodurch die beiden Kontakte ull und u12 von U1 in die in Fig 1 dargestellte Stellung
gebracht werden. In dieser Stellung gelangt ein Strom von einer zentralen Energiequelle
EQ1, diez.B. 24V haben kann in Richtung des getrichelt dargestellten Pfeiles über
den Umschaltkontakt ull, einen Sendekontakt el und eine Diode D1 zu der einen Ader
c der Verbindungsleitung. Der eo über die Ader c der Verbindungsleitung gelangende
Strom wird zu der Teilnehmerschaltung gesendet und kommt über die Ader d der Verbindungsleitung,
wie wiederum mit dem gestrichelten Pfeil angedeutet zur Zentrale zurück. Der Strom
fliesst dann weiter von der Ader d über den Umschaltkontakt u12 zu dem negativen
Pol der Energiequelle EQ1 zurück. Hierbei ist darauf zu achten, daß während des
Zustandes der dezentralen Energiespeicherung in der Zentrale der Sendekontatt 51
geschlossen gehalten ist, da anderenfalls der Stromkreis unterbrochen wird.
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Auf der Teilnehmerseite (s.Pig.2) gelangt der ankommende Strom über
eine Diode D6 zu einem Energiespeicher ES1, der im vorliegenden Ausführungebeispiel
als Kondensator ausgestaltet ist. Von dort fließt der Strom über die Ader d der
Verbindungsleitung wieder ab. Abgesehen von der Energie speicherung kann durch den
über die Ader c ankommenden Strom auch der an den Anschlußpunkten LA angeschlossene
Verbraucherwiderstand RV mit Strom gespeist werden, was über einen Stabilisator
ST1 geschieht, um Strom-bzw, Spannungsschwannungen auszugleichen. Für die vorliegende
Erfindung ist es weniger von Interesse welche Aufgaben nun durch den Verbraucher
RV erfüllt werden sollen.
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Von dem über die Ader c ankommenden Strom wird weiterhin ein Teilstrom
abgezweigt, der wie durch einen entsprechenden gestrichelten Pfeil angedeutet über
eine Diode D2, einen Strombegrenzer SB, eine Diode D4 sowie einen als Relais ausgestalteten
Zustandsdetektor U2 zu der Ader d der Verbindungsleitung fließt. Die Strombegrenzung
mittels SB ist zum einen notwendig um die parallel liegenden Bauelemento ES1, RV
nicht kurz zu schließen und um zum anderen den Stromfluß auf den Adern cd der Verbindungsleitung
zu begrenzen, was u.a. auch zu einer Verminderung von Störungen führen kann. Solange
über den Zustandsdetektor U2 ein Strom fließt, bleibt der Detektorkontakt u2 geschlossen.
Das somit an der Leitung Lu2 herrschende Ausgangspotential des Stabilisators ST1
ist ein Merkmal da'für,daß augenblicklich der Zustand der Energieversorgung gegeben
ist. Weiterhin sollte in diesem ersten Zustand dafür gesorgt werden, daß der Empfangskontakt
e2 geöffnet ist.
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Als nächstes wird in den Pig. 1 und 2 der Fall betrachtet, daß die
Erregung des Umschaltrelais U1 in Fig 1 beendet wird, sodaß die Umachaltkontakte
ull, u12 in den in der Zeichnung nicht dargestellten Zustand gelangen. In diesen
s.g. zweiten Zustand» der zur Datenübertragung dient, läuft wie durch durchgehend
gezeichnete Pfeile angedeutet ein Stromkreis von dem positiven Pol der Energiequelle
EQ1 über den Umschaltkontakt u12 zu der Ader d der Verbindungsleitung zum Teilnehmer
und von dort zurück über die Ader o und ein Empfangsrelais El sowie einen Sendekontakt
sl und den Umschaltkontakt ull dann zum negativen Pol von EQ1. Durch Anlegen eines
geeigneten Potentiales an die Leitung Le kann über das Senderelais S1 und den Widerstand
R7 ein zur Erregung dieses Relais dienender Strom geleitet werden, wodurch der Kontakt
S1 geöffnet und damit der Stromkreis unterbrochen wird. Durch enteprechendes offen
und Schließen des Sendekontaktes
sl lassen sich somit zur Datenübertragung
dienende Impulse über die Verbindungsleitung senden. Umgekehrt können, falls der
Sendekontakt sl ständig geschlossen ist, ankommende Impulse durch das in der Zentrale
angeordnete Empfangsrelais El erkannt und durch die hierdurch bedingte Betätigung
des Empfangskontaktes el ein Datensignal über die Leitung Le abgegeben werden.
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In der Zeichnung ist noch die Wirkung der Relaisspulen U1, S1, El
auf die zugehörigen Kontakte ull, u12, sl, el angedeutet. Die Widerstände R6, R7
und R8 dienen sowohl zur Strombegrenzung als auch gegebenenfalls zur Erzeugung eines
geeigneten Wechselpotentials um die ankommenden Impulse verstärkt über die Leitung
Le abgeben zu können.
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In Figur 2 lässt sich anhand der ebenfalls durchgehend gezeichneten
Pfeile die Wirkung des Stromflußes der zweiten Phase verdeutlichen. Solang der Impuls
durch eine entsprechende Tastung des Sendekontaktes sl in Fig. 1 impulsförmig ist,
lassen sich diese Impulse durch das Empfangsrelais E2 in Fig 2 erkennen und es wird
dann in verstärkter Form eine entsprechende Impulsfolge an der Leitung Le2 abgegeben,
die durch das Betätigen des Kontaktes e2 durch das Relais E2 ausgelöst wird.
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Wie aus Fig 2 erkenntlich, gelangt während des zweiten Zustandes der
zur Datenübertragung dienende Strom nur über das Empfangsrelais E2,eine Diode Dioden
Strombegrenzer SB, eine Diode Dioden geschlossenen Sendekontakt s2 zu der Ader c.
Es ist aus Fig. 2 auch zu erkennen, daß wegen der Wirkung der Diode D6 eine Speisung
des Widerstandes RV oder des Widerstandes R17 nicht infrage kommt.
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Die durch die impulsweise Stromübertragung auf der Verbindungsleitung
eintreffenden Datenimpulse werden dadurch verstärkt von der Leitung Le abgegeben,
daß bei der Betätigung des Relais E2 der Kontakt e2 geschlossen wird und
dann
ein Strom von dem Energiespeicher ES1 über den Stabilisator ST1, den Widerstand
R17 und den nunmehr geschlossenen Kontakt e2 zurück zu dem Energiespeicher ES1 schließt.
Dieser Strom bedingt einen Spannungsabfall an der Leitung E2, der sich teilnehmerseitig
auswerten lässt.
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Gleichzeitig kann auch der gespeicherte Energievorrat in ES1 zur Speisung
von RV verwendet werden, da ja dieser Verbraucher durch die Umpolung des Stroms
in der Zentrale von der zentralen Stromversorgung abgetrennt ist.
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Es besteht auch die Möglichkeit von der Teilnehmerseite aus Daten
zur Zentrale zu senden. Hierbei muß nur ein geeignetes Potential an die Leitung
Ls2 gelegt werden, sodaß das Senderelais S2 des Teilnehmers erregt wird und den
Sendekontakt s2 teilnehmerseitig öffnet. Hierdurch wider Stromkreis geöffnet und
der fliessende Strom unterbrochen, was in der Zentrale, wie weiter oben schon beschrieben,
durch das Empfangsrelais El (Fig 1) gestellt werden kann. Eine der zu sendenden
Information entsprechende impulsförmige Betätigung des Senderelais bedingt also
eine entsprechende Betätigung des Empfangsrelais und damit des Empfangskontaktes
el in der Zentrale.
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Weiterhin besteht noch die Möglichkeit auf der Teilnehmerseite den
Datenübertragungszustand zu erkennen. Dies geschieht dadurch, daß nummehr der weiter
oben schon erläuterte Teilstrom über U2 ausbleibt und somit der zugehörige Kontakt
u2 geöffnet wird. Als Folge davon ergibt sich ein Potentialsprung auf der Leitung
Lu2, was teilnehmerseitig als Beginn der Datenübertragung gewertet wird.
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Ein Umschalten von Datenübertragung auf Energieübertragung geschieht
im vorliegenden Ausführungsbeispiel immer in der Zentrale. Soll dieser Vorgang teilnehmerseitig
ausgelöst
werden, so muß ein entsprechendes Telegramm zur Zentrale
gesendet werden, durch welches dann der Zentrale die gewünschte Umschaltung sich
auslösen lässt.
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Durch geeignete Telegramme lässt sich auch die Umschaltung der Sende-
bzw. Empfangsrichtung erreichen, sodaß ein echter Halbduplexverkehr sich verwirklichen
lässt.
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In den Figuren 3 und 4 ist noch dargestellt, wie sich die aus den
Fig. 1 und 2 ersichtliche Schaltungsanordnung mit neueren Bauelementen in geeigneter
Weise durchführen lässt.
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Dabei sind einander entsprechende Baugruppen der Fig. 1 und 3 bzw.
2 und 4 durch übereinstimmente Umrahmungen hervorgehoben. Man erkennt hinsichtlich
Fig. 1 und 3, daß die Relais hauptsächlich durch Optokoppler ersetzt wurden, wobei
der Optokoppler OK1 dem Empfangsrelais der Optokoppler OK3 dem Umschaltrelais und
der Optokoppler OK2 dem Senderelais entspricht. Es stimmen weiterhin die Bauelemente
EQ2 mit EQl, D2 mit D1 und die Leitungen Le, Ls und Lu mit den entsprechenden Leitungen
der anderen Figur überein. Die Wirkung der Widerstände R1, R2, R3, R4 und R5 ist
dem Durchschnittsfachmann ohne weiteres geläufig und soll daher hier nicht näher
erläutert werden.
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Hingewiesen werden soll noch auf den Operationsverstärker OV, der
von den beiden Optokopplern OK2 und OK3 angesteuert wird. Weiterhin lässt sich noch
über die Leitung Lv in Fig. 3 die Verstärkung regeln. In beiden Figuren sind weiterhin
noch Spannungsquellen von +5Volt dargestellt, die zur Betätigung der Relais spulen
bzw. des Operationsverstärkers dienen und an dieser Stelle auch nicht näher erlautert
werden sollen.
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Hinsiclltlich der Figuren 2 und 4 ist zu sagen, daß auch dort wieder
einander entsprechende Baugruppen durch übereinstimmende Umrahmung hervorgehoben
wurde, dabei entspricht dem Relais S2 der Optokoppler OK4, der Begrenzerschaltung
SB die Kombination der Zenerdiode Z, des Transistors D2 und des Widerstandes R10.
Weiterhin entsprechen den
Dioden D2 bis D4, in Fig 2 die Dioden
D7 bis D10 und dem Stabilisator ST1 der Stabilisator ST2. Mit Hilfe der Widerstände
Rll bis R16 werden geeignete Vorspannungen oder Ausgangspotentiale erzeugt die hier
nicht näher erläutert werden sollen. Es ist weiterhin noch festzuhalten, daß der
Wirkung des Empfangsrelais E2 die Wirkung von T3 und R13 in Figur 4 entspricht,
während der Zustandsdetektor U2 in Fig 4 durch den Transistor T4 und die Widerstände
R12 und Rll nachgeahmt wird. Dem Kondensator ES1 entspricht der Kondensator ES2,
während in beiden Figuren der Verbraucher RV zwischen den Anschlußleitungen LA zu
erkennen ist.
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