WO2021204436A1 - Elektrische verbindung zum anschliessen eines thermoelementes - Google Patents

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WO2021204436A1
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thermocouple
thermal
teds
connection device
chip
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Jürgen Zink
Jean-Louis Sohler
Markus Welter
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Ipetronik Gmbh & Co. Kg
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    • G01K7/02—Measuring temperature based on the use of electric or magnetic elements directly sensitive to heat ; Power supply therefor, e.g. using thermoelectric elements using thermoelectric elements, e.g. thermocouples
    • G01K7/023—Measuring temperature based on the use of electric or magnetic elements directly sensitive to heat ; Power supply therefor, e.g. using thermoelectric elements using thermoelectric elements, e.g. thermocouples provided with specially adapted connectors
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    • H01R—ELECTRICALLY-CONDUCTIVE CONNECTIONS; STRUCTURAL ASSOCIATIONS OF A PLURALITY OF MUTUALLY-INSULATED ELECTRICAL CONNECTING ELEMENTS; COUPLING DEVICES; CURRENT COLLECTORS
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    • H01R31/00—Coupling parts supported only by co-operation with counterpart
    • H01R31/06—Intermediate parts for linking two coupling parts, e.g. adapter

Definitions

  • the invention relates to a connector device for electrically connecting a thermocouple, an electrical connecting device for electrically connecting a thermocouple, an electrical system, a method for reading and / or writing to an electronic memory device assigned to a thermocouple, and a vehicle.
  • thermocouples with two thermocouple lines are known in principle.
  • thermocouples can have different material pairings.
  • Common metal combinations for detecting differential thermal voltages can be, for example, copper and constantan, iron and constantan, nickel and chromium-nickel, etc.
  • the Seebeck effect is used.
  • a contact voltage is created at their contact points, which is temperature-dependent.
  • a physical thermocouple consists of two of these points of contact. If there is no temperature difference between them, the two contact voltages cancel each other out. If the two connection points, mostly soldered or welded, have different temperatures, then flows as The consequence of a thermal voltage is a thermal current. This is what is known as the thermoelectric effect.
  • thermocouple is connected directly to one another at its measuring point by connecting the relevant thermal line pair, while the ends of the thermal lines are connected to the so-called reference junction.
  • a measuring device is connected to the reference junction via measuring lines, e.g. B. connected from copper.
  • measuring lines e.g. B. connected from copper.
  • both measuring lines from the reference junction to the measuring device must be made of the same material in order to prevent the development of further thermal voltages.
  • thermoelectric voltage arises when the connection point between the two different metals is at a higher or lower temperature than the ambient temperature. This creates a charge separation through the Seebeck effect, which is essentially a DC voltage source.
  • the measuring thermal voltage is passed on with the same material as the respective thermal line to avoid new thermal voltages.
  • Thermocouples for measuring and recording temperature data are also known for motor vehicles.
  • TEDS chips Transducer Electronic Data Sheet
  • sensor information such as installation location, installation date, measurement accuracy, calibration, etc. of the thermocouple, into the (or to be integrated close to the) thermocouples (for example in built-in plugs or cable plugs or sockets of the same).
  • the sensor information stored in the TEDS chips then no longer have to be laboriously transferred to data sheets, but can be automatically taken into account when reading out the measurement data.
  • DE 20 2018 102 895 U1 proposes a plug of a thermocouple for temperature measurement, which has two transmission contacts for the thermal voltage and two spring contact pins with corresponding contact tips for data exchange with a TEDS chip.
  • a comparatively simple and compact temperature measurement should be made possible.
  • the solution proposed in DE 20 2018 102 895 U1 is, however, viewed as comparatively complex and in particular prone to malfunctions (or failures).
  • thermocouple It is therefore the object of the invention to propose a plug connection device for electrically connecting a thermocouple, which is comparatively simple and yet works reliably.
  • a further object of the invention is to propose a corresponding electrical connection device for electrically connecting a thermocouple, an electrical system comprising an electrical connection device for connecting a thermocouple, a method for reading and / or writing to an electronic memory device assigned to a thermocouple, and a corresponding vehicle .
  • thermocouple for electrically connecting a thermocouple, comprising two thermal contacts for connecting two thermocouple lines and only one (additional) transmission contact, in particular a spring contact for transmitting data from an electronic storage device, in particular a TEDS chip .
  • a first aspect of the invention is therefore to provide only one (additional) contact (transmission contact) for the connector device in order to transmit data to and / or from an electronic storage device (in particular TEDS chip) (assigned to the thermocouple).
  • the electronic memory device can be connected to the (separate) transmission contact via one of the thermocouple lines, in particular the negative thermocouple line, or set (or grounded) accordingly to reference potential.
  • the thermal contact which is assigned to the corresponding thermocouple line (in particular the negative thermocouple line), preferably has a double function, namely on the one hand to connect the (negative) thermocouple line and on the other hand for data transmission in relation to the electronic storage device (especially TEDS chip).
  • thermocouple preferably according to the first aspect
  • a plug connection device for electrically connecting a thermocouple (preferably according to the first aspect), comprising two thermal contacts for connecting two thermocouple lines and at least one (or exactly one, additional) transmission contact, in particular a spring contact, for transmitting data from an electronic storage device (assigned to the thermocouple), the transmission contact being arranged between the thermal contacts.
  • a (possibly the only independent) transmission contact in particular a spring contact
  • the (individual) transmission contact spring contact
  • the transmission contact is guided precisely to the mating contact on the socket when it is inserted into an assigned socket (as an example of a complementary plug-in device) and also comparatively reliably held (since no or comparatively low leverage forces occur).
  • Contacts that are not in the center can lie at an angle, especially when spring forces push the plug out of the socket again.
  • an arrangement between the thermal contacts is preferably to be understood as meaning that the transmission contact is arranged in an area that lies between two parallels that (each) intersect the thermal contacts and perpendicular to a connecting line between the two thermal contacts stand (whereby the connecting line preferably represents a straight connection between the centroids of the thermal contacts in a plan view or in a view in the plugging direction).
  • the transmission contact can be on a / the connecting line between the thermal contacts or at least less far from this connecting line than the thermal contacts are from one another, preferably less than half as far from the connecting line how the thermal contacts are spaced from one another, even more preferably less than a quarter as far from the connecting line as the thermal contacts are spaced from one another.
  • the electronic storage device (in particular the TEDS chip) is preferably assigned to the thermocouple and can in particular be integrated into the thermocouple or be arranged within a corresponding assembly defining (or at least co-defining) the thermocouple, for example within a corresponding housing .
  • the electronic storage device (the TEDS chip) can be arranged in a thermocouple-side connection device (such as connection socket and / or connection plug or built-in plug or cable plug).
  • the electronic storage device (in particular the TEDS chip) can contain, for example, sensor information such as the installation location, installation date, measurement accuracy, calibration, etc. of the thermocouple.
  • the TEDS chip can comprise an EEPROM.
  • the connector device comprises exactly three electrical contacts, with one contact (in particular the, preferably positive, thermal contact) being configured only to connect the corresponding thermocouple line, and another contact (in particular the additional transmission contact, in particular spring contact) only for Transferring data of an electronic storage device (in particular the TEDS chip) is configured and yet another contact (in particular the other of the two thermal contacts) is configured both for connecting a corresponding (in particular the negative) thermocouple line and (in particular as a connection to a reference potential) for data transmission in relation to the electronic storage device (in particular TEDS chip) is configured or can be used or is used.
  • the electronic storage device (the TEDS chip) is integrated in a plug, it can in particular be a cable plug (as part of a thermocouple assembly).
  • the respective plug connection device can only comprise female contacts, only male contacts or both (as long as nothing else results from the context).
  • at least one of the (in particular both) thermal contacts comprises a (in particular stationary and / or flattened or rectangular or round, possibly circular or elliptical or oval in a cross section perpendicular to the plugging direction) pin or is formed by such a pin.
  • the respective thermal contact can be designed as a conductor strip (possibly arranged on a circuit board).
  • the transmission contact or at least one of the transmission contacts can comprise at least one spring contact pin or be formed by such a pin.
  • the plug connection device is preferably a plug connector.
  • the plug connection device (the plug connector) can be a thermal plug or a thermal socket (in particular thus have exclusively male or exclusively female contacts).
  • the plug connection device (the plug connector) can also have both male and female contacts.
  • under a plug connection device there is generally a device which is connected or can be connected to a complementary device by means of a plug connection.
  • the plug connection device preferably comprises the (electronic) memory device, in particular the TEDS chip.
  • the plug connection device is then preferably designed as a cable plug or built-in plug or (built-in) socket or cable socket.
  • thermocouple for electrically connecting a thermocouple, comprising the plug-in connection device described above (and below) (according to the first and / or second aspect and possibly further aspects).
  • thermocouple for electrically connecting a thermocouple, preferably comprising the above Plug connection device (according to the first and / or second aspect and possibly further aspects), comprising two thermocouple lines and a thermal cable jacket screen (surrounding the two thermocouple cables), the thermal cable jacket screen being configured and connected in such a way that the Thermal cable jacket shield data can be communicated unidirectionally or bidirectionally between an electronic storage device, in particular a TEDS chip, and a data reading and / or data writing unit.
  • a thermocouple preferably comprising the above Plug connection device (according to the first and / or second aspect and possibly further aspects), comprising two thermocouple lines and a thermal cable jacket screen (surrounding the two thermocouple cables), the thermal cable jacket screen being configured and connected in such a way that the Thermal cable jacket shield data can be communicated unidirectionally or bidirectionally between an electronic storage device, in particular a TEDS chip, and a data reading and / or data writing unit.
  • the thermal cable jacket screen is used to exchange data between the electronic storage device (or TEDS chip) and a data reading and / or data writing unit.
  • the electrical connection structure can be implemented in a particularly simple manner. In particular, only three connections (contacts) are then required to connect a thermocouple equipped with a TEDS interface.
  • a connection line between the sensor (or the thermocouple) and a measurement system (or a measurement data processing unit) can be saved, which means a corresponding saving in costs.
  • thermocouple with an associated electronic storage device
  • a corresponding electrical connection can be extended comparatively easily and quickly, since at least one line (possibly two lines if one of the thermocouple lines is used for data transmission or is used as a corresponding reference potential) less need to be connected / attached - especially if the shielding is contacted via a strain relief device - compared to a (conventional) use of two thermocouple lines and two data lines.
  • there is no need to use a special cable with two thermocouple lines and two data lines but an inexpensive (standard) cable with a screen or shield can be used.
  • an accuracy is not (decisively) influenced in the measuring operation.
  • the third aspect offers a number of advantages or possibilities (or allows certain further developments).
  • data such as a measuring point name and / or a thermocouple type
  • data can be stored in a TEDS chip, for example in the first plug-in connection device (as seen from the thermocouple itself).
  • Data such as a measuring point name and / or a thermocouple type, can be read from the TEDS chip by a measurement data acquisition system for the (fully automatic) configuration of the same.
  • the reference potential of the electronic memory device is preferably connected to one (the) (in particular the negative) thermocouple line (s).
  • the data line required for combination with the electronic storage device is implemented by the thermal cable jacket shield and the corresponding reference potential (the "earth") is formed (or connected) by the negative thermocouple line an electrical connection between the thermocouple and a measurement data processing unit and / or control unit can be realized.
  • An electrical connection to the thermal cable jacket shield is preferably implemented via a strain relief device.
  • an electrical system comprising an electrical connection device of the above type (or with the above features) and an electronic storage device, in particular a TEDS chip, and / or a thermocouple and / or a data reading and / or data writing unit, preferably for reading out and / or writing data from or into the TEDS chip (generally electronic storage device), and / or a measurement data processing unit or measurement data evaluation unit.
  • an electrical connection device of the above type or with the above features
  • an electronic storage device in particular a TEDS chip, and / or a thermocouple and / or a data reading and / or data writing unit, preferably for reading out and / or writing data from or into the TEDS chip (generally electronic storage device), and / or a measurement data processing unit or measurement data evaluation unit.
  • thermocouple line for data transmission to and / or from an electronic storage device, in particular to and / or from a TEDS chip.
  • the thermal cable jacket shield is preferably used as a data line and the negative thermocouple line as a reference potential line (grounding).
  • thermocouple preferably a TEDS assigned to a thermocouple Chips, whereby data is transmitted via a thermal cable jacket shield.
  • thermocouples comprising the above plug-in connection device and / or the above electrical connection device and / or the above electrical system.
  • the vehicle preferably comprises at least 10, more preferably at least 100 measuring points (or thermocouples).
  • Fig. 1 is a schematic representation of a portion of an electrical
  • FIG. 2 shows an enlarged illustration of a plug from FIG. 1;
  • Fig. 3 is a plan view of the connector from Fig. 2;
  • FIG. 4 shows a side view of a connector assigned to the connector from FIG. 2
  • Fig. 5 is a plan view of the socket of Fig. 4;
  • thermocouple or TEDS chip shows a block diagram of a conventional electrical connection between the thermocouple or TEDS chip and a measurement data processing unit
  • FIG. 7 shows a block diagram according to the invention analogous to FIG. 6;
  • FIG. 9 is a circuit diagram of a TEDS interface.
  • thermocouple 10 shows a schematic representation of a thermocouple 10 and an electrical connection device 12 to a socket 11 (only shown schematically in FIG. 1, see FIG. 4), which are arranged, for example, on or in a measurement data processing unit (not shown) can.
  • the temperature at a thermal measuring point 13 can be measured via the thermocouple 10.
  • thermocouple 10 Associated with the thermocouple 10 (for example integrated into it) is a thermal plug 14 with a TEDS chip 15.
  • the thermal plug 14 can be designed as a (thermal) cable plug.
  • the thermal plug 14 has two thermal contacts, namely a first thermal contact 16 and a second thermal contact 17.
  • the thermal contacts 16, 17 are preferably designed as (fixed) contact pins.
  • the thermal plug 14 comprises a transmission contact 18 (which is preferably designed as a spring contact pin).
  • the thermal contacts 16, 17 and the transmission contact 18 are connected or can be connected to corresponding contacts 19, 20 and 21 of a thermal socket 22.
  • the (transmission) contact 21 of the thermal socket 22 for the data transmission of the TEDS chip is connected to a thermal cable jacket shield 23 (only indicated or shown schematically in FIG. 1) of a thermal cable 24, so that data from the TEDS chip 15 can be transferred.
  • the thermal cable 24 also has a first thermocouple line 25 and a second thermocouple line 26 in order to electrically connect the thermocouple 10 accordingly.
  • a thermal plug 27 At the end of the thermal cable 24 there is a (further) thermal plug 27, which has contacts that are preferably designed to correspond to the thermal contacts 16, 17 and the transmission contact 18 of the thermal plug 14.
  • the thermal plug 27 does not have a TEDS chip (which, however, could possibly be the case, for example if the thermal plug 14 does not have a TEDS chip).
  • the thermal plug 27 is in turn inserted or can be plugged into the thermal socket 11.
  • the thermal socket 11 is preferably designed to correspond to the thermal socket 22, at least with regard to its contacts.
  • the thermal socket 22 can optionally be arranged permanently integrated in a measurement data processing unit (not shown). A connection in the direction of the measurement data processing unit can be made via a printed circuit board 28 (see FIG. 4).
  • Fig. 3 shows a front view of the thermal plug 27 (or the thermal plug 14). As can be seen, the transfer contact 18 is arranged between the thermal contacts 16, 17 and lies on a connecting line between the two thermal contacts 16, 17.
  • thermocouple 10 shows a block diagram of a conventional electrical connection device between thermocouple 10 and a measurement data processing unit 30, comprising a data reading and / or data writing unit 31 and an AD converter 32 shown.
  • thermocouple connection TC +/-
  • TEDS chip connection GND and TEDS
  • Thermo-TEDS measuring channel With the Thermo-TEDS measuring channel according to FIG. 7, only three connections are used, two for the TC connection (TC +/-) and only one for the TEDS connection.
  • the TEDS reference ground is connected to the TC connection.
  • the TEDS chip 15 is connected on the one hand to the data reading and / or data writing unit 31 via the thermal cable jacket shield 23.
  • the reference potential is in turn connected to the first (negative) thermocouple line 25.
  • the negative thermocouple line 25 that is, the negative branch of the entire thermocouple line
  • the thermal cable jacket shield 23 is used for the data line of the TEDS chip 15, in particular without influencing the thermocouple accuracy.
  • An input filter 33 is assigned to the AD converter 32.
  • thermocouple 10 can supply voltages in the range from -10 mV to a maximum of 75 mV (depending on the type of thermocouple).
  • This ADC has an absolute measuring range ((V_IN +) - (V_IN-)) between 0 V and its reference voltage V_REF.
  • the O point of the ADC is at half the reference voltage V_REF / 2:
  • V_IN + V_IN +
  • VJN- V_REF / 2
  • V_IN + VJN-
  • V_REF / 2 V_TC ⁇ 0
  • thermocouple input is then connected to V_REF / 2.
  • V_REF / 2 voltage can also be referred to as the common mode voltage V_CM.
  • a TEDS-EEPROM such as B. the DS2431-Al module from maxim integrated, has z. B. a nominal supply voltage at 5 V (between 4.5 V_MIN and 5.25 V_MAX).
  • thermocouple If only three connections are available to connect the thermocouple and the TEDS chip together, it is proposed according to the implementation: - The reference ground of the TEDS module goes to the TC potential ("wire 1").
  • the screen (“wire 3") goes to the TEDS input / output on the measuring channel.
  • the reference ground of the TEDS chip is on TC- or on V_CM (see FIG. 7).
  • the nominal voltage on the TEDS chip is 5 V_NOM.
  • An offset shift (level adjustment) of V_CM is preferably implemented on the TEDS signal in order to ensure that the TEDS chip functions properly.
  • the level adjustment is preferably carried out in both directions: when reading (READ) and when writing (WRITE).
  • the TEDS chip or a corresponding TEDS interface should not cause any additional noise on the TC measurement signal, so that the accuracy on the TC channel is independent of the TEDS chip.
  • the inputs TC + / TC- and / or TEDS are preferably permanently protected against overvoltages and against ESD.
  • the TEDS interface circuit (see Fig. 8) consists of two parts:
  • the logic levels are adjusted from 0-3.3 V to 1.25 V - 6.25 V.
  • the logic levels are adjusted from 1.25 V - 6.25 V to 0 - 3.3 V.
  • the circuit diagram of the TEDS interface is shown in FIG.
  • ROUT is a high-power, anti-surge resistor from the RCS series by Vishay.
  • the component has an output of 400 mW.
  • a TEDS master preferably supplies at least 4 mA, with eight inverter stages preferably being used in parallel to then supply a total of 4.4 mA.
  • the pull-up resistance is then:
  • the input stage is preferably also permanently protected against 60 V overvoltage.
  • ROUT RCS series from Vishay
  • This frequency is preferably (far) above the TEDS bandwidth.
  • the following preferably applies on the TEDS side: Supply between 1.25 V and 6.25 V (with pseudo-ground at 1.25 V, based on the measurement channel ground)
  • a level shifter is preferably implemented from TX to TEDS via a first transistor circuit and from TEDS to RX via a second transistor circuit.
  • thermocouple line Thermal cable jacket shield Thermal cable first thermocouple line second thermocouple line Thermo plug Thermo socket Measurement data processing unit Data reading and / or data writing unit Amplifier Analog-digital converter Input filter Connection line Connection line

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Steckverbindungseinrichtung zum elektrischen Anschließen eines Thermoelementes, umfassend zwei Thermo-Kontakte zum Anschließen zweier Thermoelement-Leitungen sowie nur einen zusätzlichen Übertragungs-Kontakt, insbesondere Federkontakt, zum Übertragen von Daten von und/oder zu einer dem Thermoelement zugeordneten elektronischen Speichereinrichtung, insbesondere eines TEDS-Chips.

Description

Elektrische Verbindung zum Anschließen eines Thermoelementes
Beschreibung
Die Erfindung betrifft eine Steckverbindungseinrichtung zum elektrischen Anschließen eines Thermoelementes, eine elektrische Verbindungseinrichtung zum elektrischen Anschließen eines Thermoelementes, ein elektrisches System, ein Verfahren zum Auslesen und/oder Beschreiben einer einem Thermoelement zugeordneten elektronischen Speichereinrichtung sowie ein Fahrzeug.
Thermoelemente mit zwei Thermoleitungen (nachfolgend auch Thermoelement- Leitungen) sind grundsätzlich bekannt.
Die beiden Thermoleitungen eines Thermoelements können verschiedene Materialpaarungen aufweisen. Gebräuchliche Metallkombinationen zur Erfassung differenziel ler Thermospannungen können beispielsweise Kupfer und Konstantan, Eisen und Konstantan, Nickel und Chrom-Nickel etc. sein. Bei der Bestimmung von Temperaturen mittels Thermoelementen wird der Seebeck-Effekt genutzt. Bei diesem entsteht beim Verbinden von zwei verschiedenen Metallen an deren Berührungsstellen eine Berührungsspannung, welche temperaturabhängig ist. Ein physikalisches Thermoelement besteht aus zwei dieser Berührungsstellen. Besteht zwischen diesen keine Temperaturdifferenz, so heben sich die beiden Berührungsspannungen auf. Haben die beiden, zumeist verlöteten oder verschweißten, Verbindungsstellen unterschiedliche Temperaturen, so fließt als Folge einer Thermospannung ein Thermostrom. Hierbei handelt es sich um den so genannten thermoelektrischen Effekt.
Üblicherweise ist das Thermoelement an seiner Messstelle durch Verbinden des betreffenden Thermoleitungspaares direkt miteinander verbunden, während die Enden der Thermoleitungen mit der so genannten Vergleichsstelle verbunden sind. An der Vergleichsstelle ist ein Messgerät über Messleitungen z. B. aus Kupfer angeschlossen. Um nun die Temperatur richtig messen zu können, muss die Temperatur der Vergleichsstelle bekannt sein. Darüber hinaus müssen auch beide Messleitungen von der Vergleichsstelle zum Messgerät aus dem gleichen Material bestehen, um die Entstehung weiterer Thermospannungen zu verhindern.
Eine Thermospannung entsteht dann, wenn die Verbindungsstelle zwischen den zwei verschiedenen Metallen auf einer höheren oder tieferen Temperatur als die Umgebungstemperatur liegt. Hierdurch entsteht eine Ladungstrennung durch den Seebeck-Effekt, die quasi eine Gleichspannungsquelle darstellt. Die Messthermospannung wird zur Vermeidung von neuen Thermospannungen mit demselben Material wie die jeweilige Thermoleitung weitergeleitet.
Auch für Kraftfahrzeuge sind Thermoelemente zur Messung und Erfassung von Temperaturdaten bekannt. Zur Vereinfachung der Erfassung und Auswertung der Messdaten ist es weiterhin bekannt, TEDS-Chips (TEDS für: Transducer Electronic Data Sheet), welche beispielsweise Sensorinformation(en) wie Einbauort, Einbaudatum, Messgenauigkeit, Kalibrierung etc. des Thermoelementes beinhalten, in die (oder nahe zu den) Thermoelementen zu integrieren (beispielsweise in Einbaustecker oder Kabelstecker oder Buchsen derselben). Die in den TEDS-Chips hinterlegten Sensorinformationen müssen dann nicht mehr aufwändig in Datenblätter übertragen werden, sondern können beim Auslesen der Messdaten automatisch berücksichtigt werden.
In DE 20 2018 102 895 Ul wird hierzu ein Stecker eines Thermoelementes zur Temperaturmessung vorgeschlagen, der zwei Übertragungs-Kontakte für die Thermospannung und zwei Feder-Kontaktstifte mit entsprechenden Kontaktspitzen zum Datenaustausch mit einem TEDS-Chip aufweist. Mittels eines Adapter-Konzeptes soll hierbei eine vergleichsweise einfache und kompakte Temperaturmessung ermöglicht werden. Die in DE 20 2018 102 895 Ul vorgeschlagene Lösung wird jedoch als vergleichsweise aufwändig und insbesondere anfällig für Fehlfunktionen (bzw. Ausfälle) angesehen.
Es ist daher Aufgabe der Erfindung, eine Steckverbindungseinrichtung zum elektrischen Anschließen eines Thermoelementes vorzuschlagen, die vergleichsweise einfach und dennoch zuverlässig funktioniert. Weiterhin ist es Aufgabe der Erfindung, eine entsprechende elektrische Verbindungseinrichtung zum elektrischen Anschließen eines Thermoelementes, ein elektrisches System, umfassend eine elektrische Verbindungseinrichtung zum Anschließen eines Thermoelementes, ein Verfahren zum Auslesen und/oder Beschreiben einer einem Thermoelement zugeordneten elektronischen Speichereinrichtung, sowie ein entsprechendes Fahrzeug vorzuschlagen.
Diese Aufgabe wird insbesondere durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.
Insbesondere wird die Aufgabe gelöst durch eine Steckverbindungseinrichtung zum elektrischen Anschließen eines Thermoelementes, umfassend zwei Thermo- Kontakte zum Anschließen zweier Thermoelement-Leitungen sowie nur einen (zusätzlichen) Übertragungs-Kontakt, insbesondere Federkontakt zum Übertragen von Daten einer elektronischen Speichereinrichtung, insbesondere eines TEDS- Chips.
Ein erster Aspekt der Erfindung liegt also darin, nur einen (zusätzlichen) Kontakt (Übertragungs-Kontakt) für die Steckverbindungseinrichtung vorzusehen, um Daten zu und/oder von einer (dem Thermoelement zugeordneten) elektronischen Speichereinrichtung (insbesondere TEDS-Chip) zu übertragen.
Bei nur einem (einzelnen) Kontakt (insbesondere Federkontakt) für die Datenübertragung kann der Platzbedarf für die Kontaktierung insgesamt reduziert werden. Wenn ein einzelner Kontakt (Federkontakt) beispielsweise (geschützt) in der Mitte einer Buchse zwischen den beiden Thermo-Kontakten platziert wird, bedarf es keiner Vergrößerung eines Buchsen-Gehäuses und es wird erreicht, dass die Buchse (voll) kompatibel zu bisherigen Anschlussstrukturen (bzw. Geräten) bleiben kann. Zwei (dicht) nebeneinander liegende Kontakte (Federkontakte), wie im Stand der Technik beschrieben, können auch vergleichsweise einfach kurzgeschlossen werden, beispielsweise durch leitende Flüssigkeiten und/oder Metallspäne. Bei zwei Kontakten (bzw. Federkontakten) ist die Gefahr außerdem doppelt so groß, dass einer der Kontakte (Federkontakte) nicht richtig kontaktiert bzw. ausfällt.
Erfindungsgemäß wurde auch erkannt, dass es möglich ist, mit nur einem (eigenständigen bzw. zusätzlichen) Übertragungs-Kontakt (Federkontakt) die notwendige Übertragung von Daten der elektronischen Speichereinrichtung zu ermöglichen. In einer bevorzugten Ausgestaltung kann die elektronische Speichereinrichtung neben dem (separaten) Übertragungs-Kontakt über eine der Thermoelement-Leitungen, insbesondere die negative Thermoelement-Leitung, angeschlossen bzw. entsprechend auf Bezugspotenzial gesetzt sein (bzw. geerdet sein). Der Thermo-Kontakt, der der entsprechenden Thermoelement-Leitung (insbesondere der negativen Thermoelement-Leitung) zugeordnet ist, hat dabei vorzugsweise eine Doppelfunktion, nämlich einerseits zum Anschließen der (negativen) Thermoelement-Leitung und andererseits für die Datenübertragung in Bezug auf die elektronische Speichereinrichtung (insbesondere TEDS-Chip). Weiterhin ist es vorzugsweise möglich, einen Thermokabel-Mantelschirm mit dem einen (separaten) Übertragungs-Kontakt zu verbinden und zur Datenübertragung zu nutzen.
Die obengenannte Aufgabe wird weiterhin (als unabhängiger Gedanke der Erfindung, vorzugsweise jedoch als Weiterbildung des ersten Aspektes) gelöst durch eine Steckverbindungseinrichtung zum elektrischen Anschließen eines Thermoelementes (vorzugsweise gemäß dem ersten Aspekt), umfassend zwei Thermo-Kontakte zum Anschließen von zwei Thermoelement-Leitungen sowie mindestens einen (oder genau einen, zusätzlichen) Übertragungs-Kontakt, insbesondere Federkontakt, zum Übertragen von Daten einer (dem Thermoelement zugeordneten) elektronischen Speichereinrichtung, wobei der Übertragungs-Kontakt zwischen den Thermo-Kontakten angeordnet ist.
Gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung wird also vorgeschlagen, einen (ggf. den einzigen eigenständigen) Übertragungs-Kontakt, insbesondere Federkontakt, zwischen (und nicht neben) den Thermo-Kontakten anzuordnen. Dadurch liegt der (einzelne) Übertragungs-Kontakt (Federkontakt) geschützt zwischen den Thermo- Kontakten und kann beispielsweise in der Mitte einer Buchse platziert werden. Weiterhin wird durch eine derartige (zentrale) Position des Übertragungs- Kontaktes (TEDS-Federstiftkontaktes) der Übertragungs-Kontakt beispielsweise beim Einschieben in eine zugeordnete Buchse (als Beispiel für eine komplementäre Steckeinrichtung) genau auf den dort an der Buchse sitzenden Gegenkontakt geführt und auch vergleichsweise zuverlässig gehalten (da keine bzw. vergleichsweise geringe Hebelkräfte auftreten). Kontakte, die nicht zentrisch sitzen, können eher schräg aufliegen, insbesondere wenn Federkräfte den Stecker wieder aus der Buchse drücken.
Unter einer Anordnung zwischen den Thermo-Kontakten ist vorzugsweise zu verstehen, dass der Übertragungs-Kontakt in einem Bereich angeordnet ist, der zwischen zwei Parallelen liegt, die die Thermo-Kontakte (jeweils) schneiden und senkrecht auf eine Verbindungslinie zwischen den beiden Thermo-Kontakten stehen (wobei die Verbindungslinie vorzugsweise eine gerade Verbindung zwischen den Flächenschwerpunkten der Thermo-Kontakte in Draufsicht bzw. in einer Ansicht in Steckrichtung darstellt). In einer konkreten Ausführungsform kann der Übertragungs-Kontakt auf einer/der Verbindungslinie zwischen den Thermo-Kontakten liegen oder zumindest weniger weit von dieser Verbindungslinie entfernt sein, wie die Thermo-Kontakte voneinander entfernt sind, vorzugsweise weniger als halb so weit von der Verbindungslinie entfernt sein, wie die Thermo-Kontakte voneinander entfernt sind, noch weiter vorzugsweise weniger als ein Viertel so weit von der Verbindungslinie entfernt sein, wie die Thermo-Kontakte voneinander entfernt sind.
Die elektronische Speichereinrichtung (insbesondere der TEDS-Chip) ist vorzugsweise dem Thermoelement zugeordnet und kann insbesondere in das Thermoelement integriert sein bzw. innerhalb einer entsprechenden, das Thermoelement definierenden (bzw. zumindest mit-definierenden) Baugruppe, beispielsweise innerhalb eines entsprechenden Gehäuses, angeordnet sein. Ausführungsgemäß kann die elektronische Speichereinrichtung (der TEDS-Chip) in einer thermoelement-seitigen Anschlusseinrichtung (wie beispielsweise Anschlussbuchse und/oder Anschlussstecker bzw. Einbaustecker oder Kabelstecker) angeordnet sein. Die elektronische Speichereinrichtung (insbesondere der TEDS-Chip) kann beispielsweise Sensorinformationen, wie Einbauort, Einbaudatum, Messgenauigkeit, Kalibrierung etc. des Thermoelementes, beinhalten.
Der TEDS-Chip kann einen EEPROM umfassen.
Ausführungsgemäß umfasst die Steckverbindungseinrichtung genau drei elektrische Kontakte, wobei ein Kontakt (insbesondere der, vorzugsweise positive, Thermo-Kontakt) nur zum Anschließen der entsprechenden Thermoelement- Leitung konfiguriert ist, ein weiterer Kontakt (insbesondere der zusätzliche Übertragungs-Kontakt, insbesondere Federkontakt) nur zum Übertragen von Daten einer elektronischen Speichereinrichtung (insbesondere des TEDS-Chips) konfiguriert ist und noch ein weiterer Kontakt (insbesondere der andere der beiden Thermo-Kontakte) sowohl zum Anschließen einer entsprechenden (insbesondere der negativen) Thermoelement-Leitung konfiguriert ist, als auch (insbesondere als Verbindung zu einem Bezugspotenzial) für die Datenübertragung in Bezug auf die elektronische Speichereinrichtung (insbesondere TEDS-Chip) konfiguriert ist bzw. nutzbar ist bzw. genutzt wird.
Wenn die elektronische Speichereinrichtung (der TEDS-Chip) in einem Stecker integriert ist, kann es sich insbesondere um einen Kabelstecker (als Bestandteil einer Thermoelement-Baugruppe) handeln.
Insoweit hier und im Folgenden ein Stecker genannt ist, soll dies als Abkürzung für einen Stecker an einem Kabelende bzw. einen (Thermo-)Kabelstecker oder einen Einbaustecker verstanden werden (es sei denn, aus dem Zusammenhang ergibt sich etwas Abweichendes). Insoweit eine Buchse genannt ist, soll dies abkürzend für eine Kupplung an einem Kabelende (Kabelbuchse) oder eine Buchse, die fest eingebaut ist, verstanden werden (wiederum solange sich aus dem Kontext nichts Abweichendes ergibt).
Grundsätzlich kann die jeweilige Steckverbindungseinrichtung (der Steckverbinder) nur weibliche Kontakte, nur männliche Kontakte oder beides umfassen (solange sich aus dem Zusammenhang nichts anderes ergibt). Vorzugsweise umfasst mindestens einer der (insbesondere beide) Thermo- Kontakte einen (insbesondere feststehenden und/oder abgeflachten bzw. in einem Querschnitt senkrecht auf die Steckrichtung rechteckförmigen oder runden, ggf. kreisrunden oder elliptischen oder ovalen) Stift oder ist durch einen solchen gebildet.
Insbesondere als Bestandteil einer Thermo-Buchse kann der jeweilige Thermo- Kontakt als (ggf. auf einer Platine angeordneter) Leiter-Streifen ausgebildet sein.
Der Übertragungs-Kontakt bzw. mindestens einer der Übertragungs-Kontakte (falls mehrere vorgesehen sein sollten) kann mindestens einen Feder-Kontaktstift umfassen oder durch einen solchen gebildet werden.
Die Steckverbindungseinrichtung ist vorzugsweise eine Steckverbinder. In konkreten Ausführungsformen kann die Steckverbindungseinrichtung (der Steckverbinder) ein Thermo-Stecker oder eine Thermobuchse sein (insbesondere also ausschließlich männliche oder ausschließlich weibliche Kontakte aufweisen). Die Steckverbindungseinrichtung (der Steckverbinder) kann jedoch auch sowohl männliche als auch weibliche Kontakte aufweisen. Vorzugsweise ist unter einer Steckverbindungseinrichtung im Allgemeinen eine Einrichtung, die mittels Steckverbindung mit einer komplementären Einrichtung verbunden bzw. verbindbar ist.
Vorzugsweise umfasst die Steckverbindungseinrichtung die (elektronische) Speichereinrichtung, insbesondere den TEDS-Chip. Vorzugsweise ist die Steckverbindungseinrichtung dann als Kabelstecker oder Einbaustecker oder (eingebaute) Buchse oder Kabelbuchse ausgebildet.
Die obengenannte Aufgabe wird weiterhin gelöst durch eine elektrische Verbindungseinrichtung zum elektrischen Anschließen eines Thermoelementes, umfassend die oben (und nachfolgend) beschriebene Steckverbindungseinrichtung (gemäß dem ersten und/oder zweiten Aspekt und ggf. weiterbildenden Aspekten).
Die obengenannte Aufgabe wird weiterhin insbesondere gelöst durch eine elektrische Verbindungseinrichtung zum elektrischen Anschließen eines Thermoelementes, vorzugsweise umfassend die obige Steckverbindungseinrichtung (gemäß dem ersten und/oder zweiten Aspekt und ggf. weiterbildenden Aspekten), umfassend zwei Thermoelement-Leitungen sowie einen (die zwei Thermoelement-Leitungen umgebenden) Thermokabel- Mantelschirm, wobei der Thermokabel -Mantelschirm derart konfiguriert und angeschlossen ist, dass über dem Thermokabel-Mantelschirm Daten zwischen einer elektronischen Speichereinrichtung, insbesondere einem TEDS-Chip, und einer Datenlese- und/oder Datenschreib-Einheit uni- oder bidirektional kommunizierbar sind.
Gemäß einem dritten Aspekt der Erfindung wird also der Thermokabel- Mantelschirm genutzt, um Daten zwischen elektronischer Speichereinrichtung (bzw. TEDS-Chip) und einer Datenlese- und/oder Datenschreib-Einheit auszutauschen. Dadurch kann die elektrische Verbindungsstruktur besonders einfach realisiert werden. Insbesondere werden dann nur drei Anschlüsse (Kontakte) benötigt, um ein mit einer TEDS-Schnittstelle ausgestattetes Thermoelement anzuschließen. Weiterhin kann eine Verbindungsleitung zwischen dem Sensor (bzw. dem Thermoelement) und einem Messsystem (bzw. einer Messdatenverarbeitungs-Einheit) eingespart werden, was eine entsprechende Kostenersparnis bedeutet. Insbesondere ist es dabei ausreichend, konventionelle Thermoelemente zu verwenden, die bereits abgeschirmt sind. Die Abschirmung kann dann zum Anschluss der TEDS-Schnittstelle verwendet werden.
Insgesamt kann eine elektrische Verbindung für ein Thermoelement (mit einer zugeordneten elektronischen Speichereinrichtung) vergleichsweise schnell hergestellt werden bzw. eine entsprechende elektrische Verbindung vergleichsweise einfach und schnell verlängert werden, da mindestens eine Leitung (ggf. zwei Leitungen, wenn eine der Thermoelement-Leitungen zur Datenübertragung bzw. als entsprechendes Bezugspotenzial genutzt wird) weniger angeschlossen/angeschlagen werden muss - insbesondere wenn die Abschirmung über eine Zugentlastungseinrichtung kontaktiert wird - im Vergleich zu einer (konventionellen) Nutzung von zwei Thermoelement-Leitungen und zwei Datenleitungen. Insbesondere muss kein Spezialkabel mit zwei Thermoelement- Leitungen und zwei Datenleitungen benutzt werden, sondern es kann ein kostengünstiges (Standard-)Kabel mit Schirm bzw. Abschirmung verwendet werden. Weiterhin wurde erfindungsgemäß erkannt, dass im Messbetrieb eine Genauigkeit nicht (entscheidend) beeinflusst wird. Insbesondere wird dabei erfindungsgemäß hingenommen, dass ein gleichzeitiges Auslesen von TEDS-Daten und eine Messung durch das Thermoelement ggf. nicht möglich ist.
Insbesondere in Kombination mit dem ersten Aspekt bietet der dritte Aspekt eine Reihe von Vorteilen bzw. Möglichkeiten (bzw. erlaubt gewisse Weiterbildungen). Grundsätzlich können Daten (wie beispielsweise ein Messstellenname und/oder ein Thermoelement-Typ) in einem TEDS-Chip, beispielsweise in der (vom Thermoelement selbst aus gesehen) ersten Steckverbindungseinrichtung, abgelegt sein. Daten, wie beispielsweise ein Messstellenname und/oder ein Thermoelement-Typ, können aus dem TEDS-Chip durch ein Messdatenerfassungssystem zur (vollautomatischen) Konfiguration derselben ausgelesen werden. Diese Vorteile wirken sich insbesondere dann aus, wenn sehr viele Messstellen erfasst und mit einem Messdatenerfassungssystem abgeglichen werden müssen. Insbesondere bei Messaufgaben in Fahrzeugen handelt es sich dabei ggf. um einige zehn bis einige hundert (in Zahlen: 10 - 1000) Messstellen.
Grundsätzlich ist die Nutzung von TEDS-Chips durch ein Messdatenerfassungssystem zur vollautomatischen Konfiguration allgemeiner Stand der Technik. Aufgrund der Verfügbarkeit von nur zwei Leitungen, die quasi einen Kurzschluss bilden bei der Messung eines Thermoelements, wird dies bisher nur mit zusätzlichen Datenleitungen realisiert. Die erfindungsgemäße Lösung bietet die Möglichkeit abgeschirmte Standard-Thermoelement-Kabel zu nutzen, die einen deutlich geringeren Arbeitsaufwand bei der Verkabelung des Messaufbaus erfordern, was zu geringeren Kosten und einer höheren Akzeptanz bei den Benutzern führt. Dabei werden die allgemeinen (und bereits bekannten) Vorteile bei der Vorbereitung und Durchführung für Messaufgaben, selbst in schwieriger Umgebung, weiterhin genutzt.
Vorzugsweise ist das Bezugspotenzial der elektronischen Speichereinrichtung, insbesondere des TEDS-Chips, mit einer (der) (insbesondere der negativen) Thermoelement-Leitung(en) verbunden. In konkreten Ausführungsformen wird die zur Kombination mit der elektronischen Speichereinrichtung benötigte Datenleitung durch den Thermokabel-Mantelschirm realisiert und das entsprechende Bezugspotenzial (die „Erde") durch die negative Thermoelement- Leitung gebildet (bzw. angeschlossen). Dadurch kann auf einfache Art und Weise eine elektrische Verbindung zwischen Thermoelement und einer Messdatenverarbeitungs-Einheit und/oder Steuereinheit realisiert werden.
Eine elektrische Verbindung zu dem Thermokabel-Mantelschirm wird vorzugsweise über eine Zugentlastungseinrichtung realisiert.
Die obengenannte Aufgabe wird weiterhin gelöst durch ein elektrisches System, umfassend eine elektrische Verbindungseinrichtung der obigen Art (bzw. mit den obigen Merkmalen) sowie eine elektronische Speichereinrichtung, insbesondere einen TEDS-Chip, und/oder ein Thermoelement und/oder eine Datenlese- und/oder Datenschreib-Einheit, vorzugsweise zum Auslesen und/oder Schreiben von Daten aus dem bzw. in den TEDS-Chip (allgemein elektronische Speichereinrichtung), und/oder eine Messdatenverarbeitungs-Einheit bzw. Messdatenauswerte-Einheit.
Die obengenannte Aufgabe wird weiterhin gelöst durch die Verwendung eines Thermokabel-Mantelschirms und/oder einer negativen Thermoelement-Leitung für die Datenübertragung zu und/oder von einer elektronischen Speichereinrichtung, insbesondere zu und/oder von einem TEDS-Chip. Vorzugsweise wird der Thermokabel-Mantelschirm als Datenleitung und die negative Thermoelement- Leitung als Bezugspotenzial-Leitung (Erdung) verwendet.
Die obengenannte Aufgabe wird weiterhin gelöst durch ein Verfahren, vorzugsweise unter Verwendung der obigen Steckverbindungseinrichtung und/oder der obigen elektrischen Verbindungseinrichtung und/oder des obigen elektrischen Systems, zum Auslesen und/oder Beschreiben einer einem Thermoelement zugeordneten elektronischen Speichereinrichtung, insbesondere eines einem Thermoelement zugeordneten TEDS-Chips, wobei Daten über einen Thermokabel-Mantelschirm übertragen werden.
Die obengenannte Aufgabe wird weiterhin gelöst durch ein Fahrzeug, einen Prüfstand, ein Flugzeug oder auch eine andere Messstelle, die mit Thermoelementen gemessen werden kann, umfassend die obige Steckverbindungseinrichtung und/oder die obige elektrische Verbindungseinrichtung und/oder das obige elektrische System. Das Fahrzeug umfasst vorzugsweise mindestens 10, weiter vorzugsweise mindestens 100 Messstellen (bzw. Thermoelemente).
Weitere Ausführungsformen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Nachfolgend wir die Erfindung auch hinsichtlich weiterer Merkmale und Vorteile anhand von Ausführungsbeispielen beschrieben, die anhand der Abbildungen näher erläutert werden.
Hierbei zeigen:
Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Abschnitts einer elektrischen
Verbindung zwischen einer Thermo-Messstelle und einer (nicht dargestellten) Messdatenverarbeitungs-Einheit;
Fig. 2 eine vergrößerte Darstellung eines Steckers aus Fig. 1;
Fig. 3 eine Draufsicht des Steckers aus Fig. 2;
Fig. 4 eine Seitenansicht einer dem Stecker aus Fig. 2 zugeordneten
Buchse in einer Messdatenverarbeitungs-Einheit;
Fig. 5 eine Draufsicht der Buchse aus Fig. 4;
Fig. 6 ein Blockschaltbild einer konventionellen elektrischen Verbindung zwischen Thermoelement bzw. TEDS-Chip und einer Messdatenverarbeitungs-Einheit;
Fig. 7 ein erfindungsgemäßes Blockschaltbild analog Fig. 6;
Fig. 8 ein Blockschaltbild einer TEDS-Schnittstelle; und
Fig. 9 ein Schaltplan einer TEDS-Schnittstelle.
In der nachfolgenden Beschreibung werden für gleiche und gleich wirkende Teile dieselben Bezugsziffern verwendet. Fig. 1 zeigt in schematischer Darstellung ein Thermoelement 10 sowie eine elektrische Verbindungseinrichtung 12 zu einer Buchse 11 (in Fig. 1 nur schematisch dargestellt, siehe Fig. 4), die beispielsweise an bzw. in einer Messdatenverarbeitungs-Einheit (nicht dargestellt) angeordnet sein kann.
Über das Thermoelement 10 kann die Temperatur an einer Thermo-Messstelle 13 gemessen werden.
Dem Thermoelement 10 zugeordnet (beispielsweise in dieses integriert) ist ein Thermo-Stecker 14 mit einem TEDS-Chip 15. Der Thermo-Stecker 14 kann als ein (Thermo-)Kabelstecker ausgebildet sein.
Weiterhin weist der Thermo-Stecker 14 zwei Thermo-Kontakte, nämlich einen ersten Thermo-Kontakt 16 und einen zweiten Thermo-Kontakt 17, auf. Die Thermo-Kontakte 16, 17 sind vorzugsweise als (feststehende) Kontaktstifte ausgebildet. Weiterhin umfasst der Thermo-Stecker 14 einen Übertragungskontakt 18 (der vorzugsweise als Feder-Kontaktstift ausgebildet ist).
Die Thermo-Kontakte 16, 17 sowie der Übertragungskontakt 18 sind mit entsprechenden Kontakten 19, 20 und 21 einer Thermo-Buchse 22 verbunden bzw. verbindbar. Der (Übertragungs-)Kontakt 21 der Thermo-Buchse 22 für die Datenübertragung des TEDS-Chip ist mit einem Thermokabel-Mantelschirm 23 (nur angedeutet bzw. schematisch dargestellt in Fig. 1) eines Thermokabels 24 verbunden, so dass Daten des TEDS-Chip 15 übertragen werden können. Das Thermokabel 24 weist weiterhin eine erste Thermoelement-Leitung 25 sowie eine zweite Thermoelement-Leitung 26 auf, um entsprechend das Thermoelement 10 elektrisch anzuschließen. Am Ende des Thermokabels 24 befindet sich ein (weiterer) Thermo-Stecker 27, der Kontakte aufweist, die vorzugsweise entsprechend zu den Thermo-Kontakten 16, 17 sowie dem Übertragungskontakt 18 des Thermo-Steckers 14 ausgebildet sind.
Im Unterschied zum Thermo-Stecker 14 weist jedoch der Thermo-Stecker 27 keinen TEDS-Chip auf (was jedoch ggf. der Fall sein könnte, z. B. wenn der Thermo-Stecker 14 keinen TEDS-Chip aufweist). Der Thermo-Stecker 27 ist wiederum in die Thermo-Buchse 11 eingesteckt bzw. einsteckbar. Die Thermo-Buchse 11 ist vorzugsweise zumindest hinsichtlich ihrer Kontakte entsprechend zur Thermo-Buchse 22 ausgebildet. Weiterhin kann die Thermo-Buchse 22 ggf. fest integriert in einer (nicht dargestellten) Messdatenverarbeitungs-Einheit angeordnet sein. Ein Anschluss in Richtung Messdatenverarbeitungs-Einheit kann über eine Leiterplatte 28 (siehe Fig. 4) erfolgen.
Fig. 3 zeigt eine Frontansicht des Thermo-Steckers 27 (bzw. des Thermosteckers 14). Wie man erkennt, ist der Übertragungskontakt 18 zwischen den Thermo- Kontakten 16, 17 angeordnet und liegt auf einer Verbindungslinie zwischen den beiden Thermo-Kontakten 16, 17.
Fig. 6 zeigt ein Blockschaltbild einer konventionellen elektrischen Verbindungseinrichtung zwischen Thermoelement 10 und einer Messdatenverarbeitungs-Einheit 30, umfassend eine Datenlese- und/oder Datenschreib-Einheit 31 sowie einen AD-Wandler 32. Ein entsprechendes, jedoch erfindungsgemäßes, Blockschaltbild ist in Fig. 7 gezeigt.
Beim Thermo-TEDS-Messkanal gemäß Fig. 6 werden vier Anschlüsse verwendet, zwei zum Thermoelement-Anschluss (TC+/-) und zwei zum TEDS-Chip-Anschluss (GND und TEDS).
Beim Thermo-TEDS-Messkanal gemäß Fig. 7 werden nur drei Anschlüsse verwendet, zwei zum TC-Anschluss (TC+/-) und nur einer zum TEDS-Anschluss. Die TEDS-Bezugsmasse wird am TC— Anschluss verbunden.
Wie man durch Vergleich der Fig. 6 und 7 erkennt, ist der TEDS-Chip 15 in der konventionellen Lösung gemäß Fig. 6 über zwei separate Verbindungsleitungen 40, 41 angeschlossen (wobei die Verbindungsleitung 40 eine Datenleitung mit der Datenlese- und/oder Datenschreib-Einheit 31 darstellt).
Im Unterschied dazu ist in der erfindungsgemäßen Lösung nach Fig. 7 der TEDS- Chip 15 einerseits über den Thermokabel-Mantelschirm 23 mit der Datenlese- und/oder Datenschreib-Einheit 31 verbunden. Das Bezugspotenzial wiederum ist mit der ersten (negativen) Thermoelement-Leitung 25 verbunden. Bei der in Fig. 1 und 7 dargestellten Lösung wird vorzugsweise die negative Thermoelement- Leitung 25 (also der negative Zweig der gesamten Thermoelement-Leitung) für das Bezugspotenzial (die Erde) des TEDS-Chips 15 genutzt. Der Thermokabel- Mantelschirm 23 wird für die Datenleitung des TEDS-Chips 15 genutzt, und zwar insbesondere ohne die Thermoelement-Genauigkeit zu beeinflussen.
Dem AD-Wandler 32 ist ein Eingangsfilter 33 zugeordnet.
Die Funktionsweise des erfindungsgemäßen Konzeptes wird nachstehend anhand von Beispielen (mit entsprechenden Zahlenwerten) illustriert. Die einzelnen Zahlenwerte sind jeweils für sich nur beispielhaft.
Ein beispielhaftes Thermoelement 10 kann Spannungen im Bereich von -10 mV bis maximal 75 mV (je nach Thermoelement-Typ) liefern.
Um die Thermoelement-Spannung einzulesen, kann der Analog-Digital-Wandler 32 (=ADC) verwendet werden. Dieser ADC hat einen absoluten Messbereich ((V_IN+) - (V_IN-)) zwischen 0 V und seiner Referenz-Spannung V_REF.
Der O-Punkt des ADC liegt bei der halben Referenz-Spannung V_REF/2:
(V_IN+) - (VJN-) > V_REF/2 => V_TC > 0
(V_IN+) - (VJN-) < V_REF/2 => V_TC < 0
Um auch die negative Spannung aus dem Thermoelement zu messen, wird dann ein Thermoelement-Eingang auf V_REF/2 gelegt. Diese V_REF/2-Spannung kann auch als Common-Mode-Spannung V_CM bezeichnet werden.
Ein TEDS-EEPROM, wie z. B. der DS2431-Al-Baustein von maxim integrated, hat z. B. eine nominale Versorgungsspannung bei 5 V (zwischen 4,5 V_MIN und 5,25 V_MAX).
Wenn nur drei Anschlüsse zu Verfügung stehen, um das Thermoelement und den TEDS-Chip gemeinsam anzuschließen, wird ausführungsgemäß vorgeschlagen: - Die Bezugsmasse des TEDS-Bausteins geht auf das TC-Potential („Draht 1").
- Das TC-Plus-Signal („Draht 2") geht auf den TC+-Eingang (an einem Messkanal).
- Der Schirm („Draht 3") geht an den TEDS-Eingang/Ausgang am Messkanal.
Dabei kann es ggf. problematisch sein, dass die Bezugsmasse des TEDS-Chips auf TC- bzw. auf V_CM (siehe Fig. 7) liegt.
Die nominale Spannung am TEDS-Chip ist 5 V_NOM. Vorzugsweise wird am TEDS- Signal eine Offset -Verschiebung (Pegel-Anpassung) von V_CM realisiert, um ein Funktionieren des TEDS-Chips sicher zu stellen. Die Pegel-Anpassung erfolgt vorzugsweise in beide Richtungen: beim Lesen (READ) und beim Schreiben (WRITE).
Der TEDS-Chip bzw. eine entsprechende TEDS-Schnittstelle sollte kein zusätzliches Rauschen am TC-Messsignal verursachen, so dass die Genauigkeit am TC-Kanal vom TEDS-Chip unabhängig ist.
Die Eingänge TC+/TC- und/oder TEDS werden vorzugsweise gegen Überspannungen und gegen ESD dauerhaft geschützt.
Die TEDS-Schnittstellen-Schaltung (siehe Fig. 8) besteht aus zwei Teilen:
- einem ersten Level-Shifter in die Ausgangsrichtung vom TX-Signal zum TEDS-Signal: die Logikpegel werden von 0-3,3 V nach 1,25 V - 6,25 V angepasst.
- einem zweiten Level-Shifter am TEDS-Eingang zum RX-Signal (mit Low- Pass-Filter): die Logikpegel werden von 1,25 V - 6,25 V nach 0 - 3,3 V angepasst.
In Fig. 9 ist der Schaltplan der TEDS-Schnittstelle gezeigt. Der Ausgangswiderstand ROUT schützt die Ausgangsschaltung vorzugsweise auch gegen Überspannungen bis zu 60 V dauerhaft. Bei 60 V fließen 6,6 mA über ROUT = 9kl Ohm, und der Widerstand sieht eine Leistung von 396 mW.
ROUT ist ausführungsgemäß ein High Power-, Anti-Surge-Widerstand aus der RCS Serie von Vishay. In einem 0805 Gehäuse hat der Baustein eine Leistung von 400 mW.
Bei einem High Pegel fließt ein maximaler Strom (am TEDS Signal) von:
IOUT = 5 V/9kl= 0,55 mA
Ein TEDS-Master liefert vorzugsweise mindestens 4 mA, wobei vorzugsweise acht Inverter-Stufen parallel verwendet werden, um dann insgesamt 4,4 mA zu liefern.
Bei einem Read-Zyklus ist der Ausgang auf HIGH: der Pull-Up-Widerstand beträgt dann:
RPULL-UP = ROUT/8 = 9kl/8 = lkl4 Ohm, so dass: RPULL-UP < 2,2k Ohm max für TEDS
Die Eingangsstufe wird vorzugsweise auch für 60 V Überspannung dauerhaft geschützt.
Mit RIN = ROUT = 9kl Ohm fliesen maximal 6,0 mA, was einer Leistung von 329 mW entspricht.
Auch hier wird vorzugsweise der gleiche Widerstand wie bei ROUT eingesetzt (RCS- Serie von Vishay).
Für eine Eingangsfilter-Grenzfrequenz gilt beispielsweise: f-3dB = l/(2PlxRC) = 175kHz
Diese Frequenz liegt vorzugsweise (weit) über der TEDS-Bandbreite. Für die Spannungsversorgung gilt auf TEDS-Seite vorzugsweise: Versorgung zwischen 1,25 V und 6,25 V (mit Pseudo-Masse bei 1,25 V, bezogen auf die Messkanal-Masse)
Für die Spannungsversorgung gilt auf Rx/Tx-Seite vorzugsweise: Versorgung zwischen 0 V und 3,3 V
Ein Level Shifter ist vorzugsweise von TX nach TEDS über eine erste Transistor- Schaltung realisiert und von TEDS nach RX über eine zweite Transistor-Schaltung.
An dieser Stelle sei darauf hingewiesen, dass alle oben beschriebenen Teile jeweils für sich - auch ohne im jeweiligen Zusammenhang zusätzlich beschriebene Merkmale, selbst wenn diese nicht explizit als optionale Merkmale im jeweiligen Zusammenhang individuell kenntlich gemacht worden sind, z. B. durch Verwendung von: insbesondere, vorzugsweise, beispielsweise, z. B., ggf., runden Klammern etc. - oder in Kombination oder jeglicher Unterkombination als eigenständige Ausgestaltungen bzw. Weiterbildungen der Erfindung, wie sie insbesondere in der Beschreibungseinleitung sowie den Ansprüchen definiert ist, anzusehen sind. Abweichungen hiervon sind möglich. Konkret sei darauf hingewiesen, dass das Wort insbesondere oder runde Klammern, keine im jeweiligen Kontext zwingenden Merkmale kennzeichnen.
Bezuaszeichenliste
10 Thermoelement
11 Buchse
12 Verbindungseinrichtung
13 Thermo-Messstelle
14 Thermo-Stecker
15 TEDS-Chip
16, 17 Thermo-Kontakte 18 Kontaktstift / Übertragungs-Kontakt
19, 20, 21 Kontakte 22 Thermo-Buchse Thermokabel-Mantelschirm Thermokabel erste Thermoelement-Leitung zweite Thermoelement-Leitung Thermo-Stecker Thermo-Buchse Messdatenverarbeitungs-Einheit Datenlese- und/oder Datenschreib-Einheit Verstärker Analog-Digital-Wandler Eingangsfilter Verbindungsleitung Verbindungsleitung

Claims

Ansprüche
1. Steckverbindungseinrichtung zum elektrischen Anschließen eines Thermoelementes, umfassend zwei Thermo-Kontakte (16, 17) zum Anschließen zweier Thermoelement-Leitungen (25, 26) sowie nur einen zusätzlichen Übertragungs-Kontakt (18), insbesondere Federkontakt, zum Übertragen von Daten von einer und/oder zu einer dem Thermoelement zugeordneten elektronischen Speichereinrichtung, insbesondere TEDS- Chip (15).
2. Steckverbindungseinrichtung zum elektrischen Anschließen eines Thermoelementes, insbesondere nach Anspruch 1, umfassend zwei Thermo-Kontakte (16, 17) zum Anschließen von zwei Thermoelement- Leitungen (25, 26) sowie mindestens einen Übertragungs-Kontakt (18), insbesondere Federkontakt, zum Übertragen von Daten einer elektronischen Speichereinrichtung, der zwischen den Thermo-Kontakten (16, 17) angeordnet ist.
3. Steckverbindungseinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass mindestens einer der Thermo-Kontakte (16, 17) einen, insbesondere feststehenden, Stift umfasst oder durch einen solchen gebildet ist.
4. Steckverbindungseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u rc h g e ke n nze i c h n et, dass der Übertragungs-Kontakt (18) bzw. mindestens einer der Übertragungs- Kontakte (18) einen Feder-Kontaktstift umfasst oder durch einen solchen gebildet ist.
5. Steckverbindungseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u rc h g e ke n nze i c h n et, dass die Steckverbindungseinrichtung ein Thermostecker oder eine Thermobuchse ist.
6. Steckverbindungseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u rc h g e ke n nze i c h n et, dass die Steckverbindungseinrichtung die Speichereinrichtung, insbesondere den TEDS-Chip (15), umfasst.
7. Elektrische Verbindungseinrichtung zum elektrischen Anschließen eines Thermoelementes, vorzugsweise umfassend eine
Steckverbindungseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, umfassend zwei Thermoelement-Leitungen (25, 26) sowie einen Thermokabel-Mantelschirm (23), wobei der Thermokabel-Mantelschirm (23) derart konfiguriert und angeschlossen ist, dass über den Thermokabel-Mantelschirm (23) Daten zwischen einer elektronischen Speichereinrichtung, insbesondere einem TEDS-Chip (15), und einer Datenlese- und/oder Datenschreibeinrichtung uni- oder bidirektional kommunizierbar sind.
8. Elektrische Verbindungseinrichtung nach Anspruch 7, d a d u rc h g e ke n nze i c h n et, dass das Bezugspotential der elektronischen Speichereinrichtung, insbesondere des TEDS-Chips (15), mit der negativen Thermoelement- Leitung (25, 26) verbunden ist.
9. Elektrische Verbindungseinrichtung nach Anspruch 7 oder 8, d a d u rc h g e ke n nze i c h n et, dass eine elektrische Verbindung zu dem Thermokabel -Mantelschirm (23) über eine Zugentlastungseinrichtung hergestellt ist.
10. Elektrisches System, umfassend eine elektrische Verbindungseinrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 9 sowie eine elektronische Speichereinrichtung, insbesondere einen TEDS-Chip (15), und/oder ein Thermoelement und/oder eine Datenlese- und/oder Datenschreibeinrichtung, vorzugsweise zum Auslesen und/oder Schreiben von Daten aus der bzw. in die elektronische Speichereinrichtung, insbesondere aus dem bzw. in den TEDS-Chip (15), und/oder eine Messdatenverarbeitungs- und/oder Messdatenauswerte-Einheit.
11. Verwendung eines Thermokabel-Mantelschirms (23) und/oder einer negativen Thermoelement-Leitung (25, 26) für die Datenübertragung zu einer und/oder von einer elektronischen Speichereinrichtung, insbesondere zu einem und/oder von einem TEDS-Chips (15).
12. Verfahren, vorzugsweise unter Verwendung einer Steckverbindungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6 und/oder einer elektrischen Verbindungseinrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 9 und/oder eines elektrisches Systems nach Anspruch 10, zum Auslesen- und/oder Beschreiben einer einem Thermoelement zugeordneten elektronischen Speichereinrichtung, insbesondere eines einem Thermoelement zugeordneten TEDS-Chips (15), wobei Daten über einen Thermokabel-Mantelschirm (23) übertragen werden.
13. Fahrzeug, vorzugsweise Kraftfahrzeug, umfassend eine Steckverbindungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6 und/oder eine elektrische Verbindungseinrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 9 und/oder ein elektrisches System nach Anspruch 10.
PCT/EP2021/052419 2020-04-09 2021-02-02 Elektrische verbindung zum anschliessen eines thermoelementes WO2021204436A1 (de)

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