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Indikator zum überwachen der Schaltzustände von Leitun-
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gen.
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Die Erfindung betrifft einen Indikator zum überwachen der Schaltzustände
von mit Gleichstrom gespeisten Leitungen in Fernmelde-, insbesondere Fernsprechanlagen.
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Es gibt schon eine Vielzahl von Schaltungsanordnungen, mit denen-die
Schaltzustände von Teilnehmer- und Verbindungsleitungen überwacht werden. Diese
Indikatoren verwenden Relais, Magnetkerne, Spannungsteiler mit nachgeschalteten
Halbleiterverstärkern usw. zum Beobachten der anliegenden Spannungen und Ströme,
aus deren Werten dann auf den Schaltzustand der jeweiligen Leitung geschlossen wird.
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Aufgabe der Erfindung ist es, eine Schaltungsanordnung für Indikatoren
zum Beobachten von Leitungen anzugeben, die andere Bauelemente verwenden. Diese
Indikatoren sollen eine größtmögliche Störsicherheit und Stoß spannungsfestigkeit
aufweisen und in gleicher oder leicht abgewandelter Form nieder- oder hochohmig
einsetzbar sein.
Erreicht wird das gemäß der Erfindung dadurch,
daß in jeder der zu überwachenden Leitungen Optokoppler eingefügt sind, daß dabei
der Leitungsstrom durch die Leuchtdioden des Optokopplers fließt, daß in Reihe mit
der Leuchtdiode jedes Optokopplers ein Strombegrenzungs-Widerstand angeordnet ist,
daß parallel zur Leuchtdiode des Optokopplers und zum Strombegrezungs-Widerstand
eine Zenerdiode angeschaltet ist, und daß parallel zur Zenerdiode ein einstellbarer
Widerstand angeschlossen ist.
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Optokoppler sind robuste, vielseitig einsetzbare handelsübliche Bauelemente,
die einen Auswertestromkreis besitzen, der von dem Meßstronkreis galvanisch getrennt
ist. Es braucht -also keine galvanische Entkopplung zwischen den beiden Stromkreisen
vorgesehen und auch keine Rücksicht auf die jeweils anliegenden Potentiale genommen
zu werden.
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Mit Hilfe des einstellbaren Widerstandes wird der Arbeitspunkt des
Indikatcrs, und zwar der des Meßstromkreises, festgelegt. Durch entsprechende Bemessung
dieses Widerstandes kann der in die Leitung eingefügte Widerstandswert je nach Bedarf
klein gehalten werden.
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Die Zenerdiode parallel zur Leuchtdiode des Optokopplers im Meßstromkreis
und der Strombegrenzungswiderstand in Reihe dazu sichern den Indikator gegen Überspannungen
und zu hohen Strom, so daß eine davon gegebenenfalls verursachte Zerstörung des
Optokopplers vermieden wird.
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Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist die Leuchtdiode des Optokopplers
einschließlich der zusätzlichen Bauelemente des Indikators in einigen Fällen in
eine Gleichrichterbrücke eingefügt. Das hat den Vorteil, daß der Indikator unabhängig
von der an der zu Uberwachenden
Leitung anliegenden Polarität ist.
Außerdem werden in Anlagen, in denen störende Wechselspannungen beispielsweise von
Bahnströmen die Leitung beeinflussen, diese Störungen bei entsprechender Bemessung
der einzelnen Bauelemente von den Indikatoren ferngehalten.
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Ein Beispiel der Erfindung und der Einsatz des Indikators gemäß der
Erfindung wird nachstehend anhand von einigen Beispielen näher erläutert. Dabei
sind nur die Einzelheiten dargestellt und beschrieben, die zum Verständnis der Erfindung
retig sind. Anhand von Figur 1 wird der Indikator und seine Arbeitsweise näher beschrieben,
und anhand dieser und der weiteren Figuren 2 bis 7 wird dessen Anwendung an einigen
Beispielen erläutert.
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Gemäß Figur 1 verläuft eine Verbindungsleitung zwischen zwei Fernsprechämtern
A und B. Im Amt B wird an die eine Ader eine negative Amtsspannung und an die andere
Erdpotential angelegt. Sobald im Amt A der Kontakt i geschlossen wird, entsteht
eine Gleichstromschleife, die über verschiedene, hier nicht näher bezeichnete Kontakte
sowie über Relais- und Ubertragerwicklungen L verläuft.
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Aufgabe des Indikators ist es festzustellen, wann ein Schleifenstrom
fließt und wann er, beispielsweise durch Auslösen der Verbindung, wieder unterbrochen
wird.
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Der Indikator, der in eine der Adern, über die die Schleife verläuft,
eingefügt ist, enthält als wesentliches Bauelement einen Optokoppler K. Dieser Optokoppler
besteht bekanntlich aus einer Leuchtdiode LD und aus einem lichtempfindlichen Transistor.
Sobald ein entsprechend starker Strom durch die Leuchtdiode LD fließt, sendet diese
Licht aus. Dieses Licht trifft auf den Fototransistor und schaltet ihn durch. Während
der Fototransistor im Ruhezustand gesperrt ist und deshalb am Ausgang y posi-
tive
Spannung der Spannungsquelle anliegt, an die der Fototransistor angeschaltet ist,
gelangt bei durchgeschaltetem Transistor Erdpotential zum Ausgang y. Dieses Potential
wird dann von einer hier nicht dargestellten Einrichtung aufgenommen und entsprechend
ausgewertet.
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Die Leuchtdiode LD des Optokopplers K braucht eine Mindeststromstärke,
um zu Leuchten. Bei einem zu großen Strom, der beispielsweise durch eine Uberspannung
hervorgerufen wird, wird diese Diode LD zerstört. Es ist daher eine Stromstärke
vorzusehen, die sich zwischen zwei genau festgelegten Grenzen bewegt.
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Diese Stromstärke wird bei normalen Verhältnissen einerseits durch
die Reihenschaltung eines Widerstandes R2 und einer Diode D5 in Reihe mit der Leuchtdiode
LD des Optokopplers K erreicht. Andererseits sorgt ein einstellbarer Widerstand
R1 dafür, daß der durch den Indirotor fließende Strom auf den durch die Leuchtdiode
LD fließenden Meßstromkreis und den Widerstand R1 aufgeteilt wird. Durch diese Parallelschaltung
wird außerdem der Indikator niederohmig gemacht, so daß er keinen zu großen Spannungsabfall
in der Gleichstromschleife verursacht.
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Die Leuchtdiode LD wird außerdem durch eine Zenerdiode ZD gegen Stoß
spannungen, die beispielsweise durch Blitzeinwirkung entstehen können, geschützt.
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Die bisher genannten Bauelemente bilden die Diagonale einer aus den
Dioden D7, D2, D3 und D4 zusammengesetzten Gleichrichterbrücke. Diese Gleichrichterbrücke
macht den Indikator unempfindlich gegen Verpolung und gegen einen gegebenenfalls
auftretenden Potentialwechsel bei der Speisung der Gleichstromschleife. Außerdem
werden eventuelle in die Leitung eingekoppelte Wechselströae,
die
beispielsweise von einer Fahrstrombeeinflußung herrühren, durch eine entsprechende
Bemessung von Ri und R2 unwirksam gemacht.
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Mit Hilfe des Indikators kann hier also festgestellt werden, ob die
Schleife durch den Kontakt i geschlossen ist oder ob sie geöffnet wird, beispielsweise
bei einem Auslösen der Leitung.
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In Figur 2 ist eine Teilnehmerleitung dargestellt, an dessen fernem
Ende sich eine Teilnehmerstation Tn mit einer Erdtaste ED befindet. Der Leitungswiderstand
ist durch die beiden Widerstände RL angedeutet.
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Da in diesem Fall nicht nur der Schleifenzustand überwacht werden
soll, sondern auch der Erdtastendruck am Teilnehmerapparat Tn, sind hier zwei Indikatoren
vorgesehen, einer mit dem Optokoppler Ka und der andere mit dem Optokoppler Kb.
Dementsprechend sind auch zwei Ausgänge von den Optokopplern zu den Auswertern vorhanden,
die hier mit ya und yb bezeichnet sind.
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Das den Teilnehmerapparat Tn speisende negative Amtspotential und
das Erdpotential sind hier jeweils an die Indikatoren angeschlossen.
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Im Ruhezustand, d.h. wenn derHandsprechhörer auf dem Teilnehmerapparat
Tn aufliegt, befinden sich beide Indikatoren im Ruhezustand. Bei Schleifenschluß
liegt an den Ausgängen ya und yb Erdpotential an. Bei geschlossener Teilnehmerschleife
und gedrUckter Erdtaste aber ist am Ausgang ya Erdpotential und am Ausgang yb positives
Potential abnehmbar.
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Soll die über die Leitung verlaufende Gleichstromschleife nicht niederohmig,
sonder hochohmig überwacht werden,
so kann der Indikator gemäß Figur
3 parallel zum Kontakt i der Figur 1 angeschlossen werden. In diesem Fall wird an
dem genannten Kontakt im Ruhezustand die Amtsspannung am Optokoppler K gemessen,
so daß im Ruhezustand am Ausgang y Erdpotential und im Belegtzustand positives Potential
ausgegeben wird.
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Der beschriebene Indikator kann nicht nur zur Schleifenüberwachung
verwendet werden, sondern auch zur Feststellung, ob ein Kontakt c in einer zwischen
den Anlagen A und Bverlaufenden Steuerader geöffnet oder geschlossen ist, wie in
Figur 4 gezeigt ist.
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Da der Leitungswiderstand RL, verglichen mit dem Widerstand RC, relativ
hochohmig ist, spricht der Optokoppler K an, wender Kontakt c geöffnet ist. Sobald
dieser Kontakt schließt, ist auch der Indikator kurzgeschlossen und der Indikator
nimmt seine Ruhelage ein.
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Eine derartige Steuerader kann aber auch niederohmig überwacht werden,
wie in Figur 5 gezeigt ist. In der gezeichneten Lage der Kontakte ist der Stromkreis
geschlossen und dementsprechend der Indikator aktiviert. Öffnet nun eine der beiden
Kontakte c oder cl, was beispielsweise einem Auslösen von einer der beiden Seiten
entspricht, so wird der Indikator abgeschaltet und am Ausgang y erscheint positives
Potential. Das gleiche Potential wird aber auch gemessen, wenn aus irgendeinem anderem
Grunde, beispielsweise durch Leitungsunterbrechung, diese Ader hochohmig wird.
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In den bisher gezeigten Figuren enthielten die Indikatoren jeweils
eine Gleichrichterbrücke. Daß diese Brücke nicht unbedingt erforderlich ist, ja
in manchen Fällen sogar stören könnte, zeigt die Figur 6. Hier sind die Brücken
weggelassen, obgleich sie möglich wären.
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In dieser Figur sind zwei Indikatoren vorgesehen, von denen jeder
den in einer Richtung fließenden Strom beobachtet. Der Strom wird über die Dioden
D7 und D8 in Abhängigkeit von seiner Richtung jeweils zu einem der Indikatoren geleitet.
Die Bauelemente, mit denen die Wechselstromnachricht zwischen den beiden Anlagen
A und B übertragen werden soll, sind hier nicht eingezeichnet.
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Mit Hilfe der beiden Indikatoren wird das Vorhandensein von Schleifenstrom
und die Richtung dieses Stromes festgestellt. Wenn die Kontakte 1k betätigt werden,
wird nämlich die Flußrichtung des Stromes umgekehrt.
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Im Ruhezustand, wenn die Stromschleife in nicht gezeigter Weise unterbrochen
ist, liegt an den beiden Ausgängen ya und yb der Indikatoren positives Potential
an.
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Ist die Schleife, wie dargestellt, geschlossen, so fließt der Strom
über den linken Indikator, und der Ausgang ya führt Erdpotential. Werden aber die
Kontakte 1k betätigt, dann hat nicht der Optokoppler Ka durchgeschaltet, sondern
der Optokoppler Kb, so daß an den zugehörigen Ausgängen entgegengesetzte Fotentiale
ausgegeben werden.
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Eine etwas abgeänderte Schaltungsanordnung ist in Figur 7 dargestellt.
Hier wird die Schleife durch die Kontakte bl geschlossen. Im Gegensatz zu den bisher
gezeigten Schaltungsanordnungen mit zwei Indikatoren, in denen jeder einzelne Indikator
einen eigenen Widerstand R1 besitzt, mit dem der jeweilige Arbeitspunkt des Indikators
eingestellt wird, ist hier ein für beide Indikatoren gemeinsamer Widerstand R1 vorgesehen,
der erst eingeschaltet wird, sobald die Schleife schließt.
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Diese beiden Indikatoren sind zweckmäßiger Weise so ausgelegt, daß
sie hochohmig das Vorhandensein eines Schlei-
fenstromes und die
Richtung dieses Stromes überwachen.
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Solange die Schleife nicht geschlossen ist, liegt an den beiden Ausgängen
ya und yb positives Potential an. Bei Schleifenschluß in der dargestellten Weise
fließt ein Leitungsstrom durch den linken Indikator. Nach Betätigung der Kontakte
lk, also bei einer Leitungskreuzung, spricht der rechte Indikator an, so daß an
den Ausgängen ya und yb entsprechende Potentiale abgenommen werden können.
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Figur 8 zeigt wieder eine Teilnehmeranschlußleitung, über die Rufstrom
aus einer Wechselspannungsquelle W zum Teilnehmerapparat Tn in bekannter Weise intermittierend
übertragen wird. Dabei ist der Kondensator C1, der parallel zum Indikator angeschaltet
ist, so bemessen, daß er für den Wechselstrom nur einen geringen Widerstand darstellt.
Er fließt also zum größten Teil am Indikator vorbei ohne ihn zum Ansprechen zu bringen.
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Bei reiner Wechselstromübertragung, z.B. beim Rufen, spricht der Indikator
nicht an, sondern erst, sobald der Teilnehmer Tn durch Abheben seines Handsprechhörers
die Gleichstromschleife schließt.
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Wie eingangs schon erwähnt, werden bei entsprechender Dimensionierung
der Widerstände Rl und R2 störende Wechselströme vom Optokoppler K ferngehalten.
Wie in Figur 9 gezeigt ist, können Wechselstrome aber auch mit Hilfe dieses Indikators
empfangen werden. Durch die Gleichrichtung des Wechselstromes liegt an aer Leuchtdiode
LD des Optokopplers K eine Spannung an, die bei einer Stromstärke, die zwischen
den aufgezeigten Grenzen liegt, den Indikator aktiviert.
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Die gezeigten Indikatoren können in ähnlicher Weise
für
eine Anzahl weiterer Schaltungsanordnungen zur Leitungsüberwachung verwendet werden.
Diese Leitungsüberwachung kann zu unterschiedlichen Zwecken vorgenommen werden,
beispielsweise zum Betätigen verschiedener Bauelemente für den Verbindungsauf- und
abbau, zur Feststellung von Fehlern oder zur Verkehrsmessung.
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Die für die beschriebenen Indikatoren verwendeten Bauelemente sind
für eine Integration geeignet, so daß je nach Bedarf des Anwenders mehrere oder
alle Bauelemente oder auch gleich mehrere Indikatoren zu einer integrierten Schaltung
zusammengefaßt werden können.
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3 Patentansprüche
Figuren