VORRICHTUNG UND VERFAHREN ZUM ERKENNEN DER ANSTEUERUNGSART FÜR EIN SPANNUNGS- ODER STROMAUSLÖSENDES SCHALTGERÄT

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Erkennen der Ansteuerungsart für einen Spannungs- oder Stromauslöser eines spannungs- oder stromauslösenden Schaltgeräts, enthaltend zumindest eine Steuereinheit mit zumindest zwei Steuereingängen.

Eine derartige Vorrichtung und ein solches Verfahren sind im Stand der Technik bekannt. Beispielsweise offenbart die EP 1 009 005 B1 eine Einrichtung zur Steuerung eines Elektromagneten zum Öffnen oder Schließen eines Schutzschalters mit lokaler und Fernsteuerung. Die Einrichtung umfasst zwei Stromversorgungsklemmen und eine Fernbetätigungsklemme sowie eine Vorort-Betätigungsklemme. In einem ersten Betätigungsmodus werden zwei Stromversorgungsklemmen über eine erstes Vorort-Betätigungsorgan mit einer Versorgungsspannungsquelle verbunden. In einem zweiten Betätigungsmodus werden die beiden Stromversorgungsklemmen direkt mit der Versorgungsspannungsquelle und die Vorort-Betätigungsklemme über ein zweites Vorort-Betätigungsorgan mit der einen Stromversorgungsklemme verbunden. Ferner ist ein Kommunikationsmodul vorgesehen. An zumindest einer Belegungsnachweisklemme sind Belegungsnachweismittel zur automatischen Erkennung des Anschlusses des Kommunikationsmoduls an die Fernbetätigungs- und Belegungsnachweisklemmen der Einrichtung vorgesehen. Die Ausschalt- bzw. Einschaltsteuerung des Leistungsschalters erfolgt entweder durch das zweite Vorort-Betätigungsorgan oder durch einen Steuerbefehl des Kommunikationsmoduls. Ferner umfasst die Einrichtung Mittel zum Vergleich einer die Spannung an den Stromversorgungsklemmen abbildende Größe mit einem festgelegten Schwellwert, Mittel zum Erkennen der Belegung der Fernbetätigungs- und Belegungsnachweisklemmen mit einem Kommunikationsmodul sowie Mittel zur Steuerung der Erregung mindestens einer Spule des Elektromagneten, wenn die abbildende Größe über dem Schwellwert liegt. Die Erregung der Spule erfolgt entweder bei fehlendem Belegungsnachweis durch ein Kommunikationsmodul automatisch oder bei Nachweis der Belegung, wenn außerdem ein Betätigungssignal an der Fernbetätigungsklemme oder der Vorort-Betätigungsklemme ansteht. Ferner ist ein ohmscher Spannungsteiler an die Stromversorgungsklemmen und zur Zwischenschaltung eines Gleichrichters sowie eine Mikroprozessorschaltung angeschlossen. Die Mikroprozessorschaltung enthält Vergleichs-, Belegungsnachweis- und Steuermittel. Die Vorort-Betätigungsklemme, die über das Vorort-Betätigungsorgan betätigt werden kann, ist mit ebenfalls mit der Mikroprozessorschaltung verbunden. Ein Transistor ist ausgangsseitig an der Mikroprozessorschaltung als elektronischer Unterbrecher angeschlossen, wobei die Spule drainseitig ebenfalls mit dem Transistor verbunden ist.

Gemäß der EP 1 009 005 B1 sind somit diverse Klemmen erforderlich, um die verschiedenen Ansteuerungsarten für den Schutzschalter realisieren zu können. Insbesondere ist hier ein Kommunikationsmodul vorgesehen, das dazu dient, die Einrichtung in einem Vorort-Modus und/oder Fernbedienungsmodus zu bedienen. In einem reinen Vorort-Modus ist außer dem einen Vorort-Betätigungsorgan noch ein zweites im Bereich der einen Stromversorgungsklemme vorgesehen, so dass die Einrichtung recht komplex aufgebaut ist.

Dokument US 2003/0160517 A1 beschreibt einen Zwei-Draht Leistungsschalter. Ein elektrischer Schalter umfasst einen manuellen Schalter und einen Hochfrequenzempfänger, die mit zwei Eingängen eines ODER-Gatters verbunden sind. Ein Ausgang des ODER-Gatters ist an eine Kontrolleinheit angeschlossen, die als Mikroprozessor realisiert sein kann. Die Kontrolleinheit steuert über einen Speicher ein Schaltelement.

Dokument US 5,818,128 A befasst sich mit einem drahtlosen Schaltsystem mit mehreren Positionen. Ein Signal eines Schaltsignalaktivierungsmittels und ein von einem Empfänger detektiertes Signal werden einem ODER-Gatter zugeleitet. Ein Ausgangssignal des ODER-Gatters wird über einen Verstärker und ein Flip-Flop einer Treiberschaltung zugeführt. Die Treiberschaltung steuert einen elektronischen Schalter.

Der vorliegenden Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, eine weniger komplex aufgebaute Vorrichtung zum Erkennen der Ansteuerungsart für einen Spannungs- oder Stromauslöser eines spannungs- oder stromauslösenden Schaltgeräts zu entwerfen.

Die Aufgabe wird durch eine Vorrichtung und ein Verfahren gemäß den unabhängigen Patentansprüchen gelöst. Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen definiert.

In einer Ausführungsform ist in einer Vorrichtung eine Signalerfassungseinrichtung zum Erfassen des Signalzustands an zumindest einem Steuereingang der Steuereinheit und eine Einrichtung zum Sperren des zumindest einen steuersignalfreien Steuereingangs bei Vorliegen eines Steuersignals an einem Steuereingang vorgesehen. In einer Ausführungsform wird in einem Verfahren zum Erkennen der Ansteuerungsart der Signalzustand an den Steuereingängen der Steuereinheit zum Anzeigen der Betätigung des Spannungs- oder Stromauslösers erfasst und bei Vorliegen eines Steuersignals an einem Steuereingang der zumindest eine weitere Steuereingang gesperrt.

Dadurch werden eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Erkennen der Ansteuerungsart für einen Spannungs- oder Stromauslöser eines spannungs- oder stromauslösenden Schaltgeräts geschaffen, bei denen weder ein Jumper benötigt wird, um die Ansteuerungsart für den Spannungs- oder Stromauslöser zu erkennen, noch ein komplexer Aufbau der Vorrichtung für das Erkennen der Ansteuerungsart, wie im Stand der Technik bekannt. Der Schaltungsaufwand kann dadurch minimiert und somit optimiert werden. Ferner stehen immer alle Ansteuerungsarten zur Verfügung und die jeweilige Ansteuerungsart wird automatisch erkannt. Ein zusätzliches Kommunikationsmodul ist hierfür im Unterschied zum Stand der Technik jedoch nicht erforderlich. Auf einfache Art und Weise wird vielmehr durch Abfragen des Signalzustandes eines Steuereingangs der Steuereinheit nach Spannungszuschaltung der Steuereinheit des Schaltgerätes die jeweilige Ansteuerungsart signalisiert. Liegt an dem einen Steuereingang ein Signal an zur Betätigung des Spannungs- oder Stromauslösers, ist keine weitere Betätigung über den zumindest einen weiteren Steuereingang mehr möglich. Vorteilhaft steht also einer der Steuereingänge mit dem Spannungs- oder Stromauslöser des Schaltgeräts in Verbindung. Bei Betätigung des Spannungs- oder Stromauslösers liegt somit ein Signal an diesem Steuereingang an, so dass der zumindest eine andere Steuereingang gesperrt wird. Eine Freigabe erfolgt erst wieder bei Wegfall des Signals an dem einen Steuereingang, dieser also wieder signalfrei wird.

Vorteilhaft ist eine Einrichtung zur Freigabe des zumindest einen anderen Steuereingangs bei Wegfall des Signals an dem einen Steuereingang vorgesehen. Bei Wegfall des Signals an dem einen Steuereingang wird der zumindest eine weitere Steuereingang freigeschaltet. Hierdurch ist wieder eine Befehlsgabe an diesen einen weiteren und natürlich auch an dem anderen nun wieder signalfreien Steuereingang möglich. Der zumindest eine weitere Steuereingang kann insbesondere mit einer Spannung ungleich der Versorgungsspannung betätigt werden, wie beispielsweise einer Spannung von 24 Volt. Der andere Steuereingang wird hingegen vorteilhaft mit der Versorgungsspannung beaufschlagt. Vorteilhaft ist eine Schalteinrichtung vorgesehen, mittels derer die Zuschaltung der Versorgungsspannung an diesen Steuereingang erfolgen kann.

Vorteilhaft umfasst die Steuereinheit zumindest einen Mikrocontroller und somit ein kostengünstiges, jedoch wirksames und leicht zu programmierendes Element.

Als weiter vorteilhaft erweist es sich, wenn der eine Steuereingang mit der Steuereinheit über einen selbstsperrenden Feldeffekttransistor verbunden ist. Durch die Verwendung eines selbstsperrenden Feldeffekttransistors, insbesondere eines n-Kanal MOSFETs, kann das Fließen eines Drain-Stroms verhindert werden, wenn die Gate-Source-Spannung kleiner als die Schwellspannung des Transistors ist, wobei der Steuereingang auf dem Gate-Anschluss des Feldeffekttransistors liegt, der Drain-Anschluss mit der Steuereinheit verbunden ist und der Source-Anschluss auf Masse liegt.

Vorteilhaft sind alle, insbesondere zwei, Steuereingänge mit der Steuereinheit über jeweils einen selbstsperrenden Feldeffekttransistor, insbesondere selbstsperrenden n-Kanal MOSFET, verbunden. Durch die Verwendung der selbstsperrenden Feldeffekttransistoren kann somit die gewünschte Sperrwirkung und Freigabe des zumindest einen weiteren Steuereingangs bei Vorliegen eines Steuersignals an dem anderen Steuereingang bewirkt werden.

Anstelle einer galvanischen Verbindung zwischen dem Steuereingang und der Steuereinheit über einen solchen selbstsperrenden Feldeffekttransistor kann alternativ eine optische Verbindung zwischen dem einen weiteren Steuereingang und der Steuereinheit vorgesehen werden. Hierbei ist eine galvanische Trennung zwischen dem Steuereingang und der Steuereinheit selbst möglich, so dass diese nicht durch eventuelle Überspannungen oder hohe Ströme beschädigt werden kann.

Ein spannungs- oder stromauslösendes Schaltgerät, das eine solche Vorrichtung zum Erkennen der Ansteuerungsart enthält, kann durch eine Signalerfassungseinrichtung in Abhängigkeit von dem Signalzustand an einem oder den Steuereingängen einer Steuereinheit der Ansteuerungsart-Erkennungsvorrichtung als Spannungs- oder Stromauslöser betrieben werden.

Zur näheren Erläuterung der Erfindung werden im Folgenden Ausführungsbeispiele von dieser näher anhand der Zeichnungen beschrieben. Diese zeigen in:

Figur 1

eine Prinzipskizze einer ersten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Erkennen der Ansteuerungsart für einen Spannungs- oder Stromauslöser eines Schaltgeräts,

Figur 2

eine Prinzipskizze einer zweiten Ausführungsform einer Vorrichtung zum Erkennen der Ansteuerungsart für einen Spannungs- oder Stromauslöser eines Schaltgeräts, und

Figur 3

eine Prinzipskizze einer dritten Ausführungsform einer Vorrichtung zum Erkennen der Ansteuerungsart für einen Spannungs- oder Stromauslöser eines Schaltgeräts.

In Figur 1 ist eine Prinzipskizze einer Schaltungsanordnung einer Vorrichtung 1 zum Erkennen der Ansteuerungsart für einen Spannungs- oder Stromauslöser eines spannungs- oder stromauslösenden Schaltgeräts gezeigt. Diese umfasst eine Steuereinheit 10 mit zwei Steuereingängen 12, 14. Ferner weist die Steuereinheit 10 einen 15-Volt-Anschluss 16 und einen 3,3-Volt-Anschluss 18 auf. Die Steuereinheit 10 ist ferner mit einem Masseanschluss 20, einem Anschluss 22 zum Verbinden mit einer Spannungsmesseinrichtung 30 sowie zwei Ausgängen 24, 26 versehen, die zu einer Anzugsspule 40 und einer Haltespule 50 führen. Beiden Spule 40, 50 ist jeweils ein selbstsperrender Feldeffekttransistor 42, 52, hier als n-Kanal MOSFET ausgebildet, vorgeschaltet.

Die Vorrichtung 1 umfasst ferner ein Netzteil 60, das sourceseitig an den selbstsperrenden der Haltespule 50 vorgeschalteten Feldeffekttransistor 52 angeschlossen ist. Gateseitig ist der Feldeffekttransistor 52 mit der Steuereinheit 10 und drainseitig mit der Haltespule 50 verbunden. Das Netzteil 60 stellt sowohl 15 Volt als auch 3,3 Volt zur Verfügung.

Der Steuereingang 12 ist über einen Schalter 70 mit der Versorgungsspannungsleitung L1 verbunden. Über eine Filterungs- und Gleichrichteinrichtung 80 wird eine gefilterte und gleichgerichtete Versorgungsspannung für den Anschluss der Anzugsspule 40 und der Haltespule 50 und der Spannungsmesseinrichtung 30 zur Verfügung gestellt.

Ferner ist für den zweiten Steuereingang 14 noch ein Masseanschluss 28 vorgesehen.

Der Steuereingang 12 kann über die Betätigung des Schalters 70 mit Versorgungsspannung beaufschlagt werden, wohingegen der Steuereingang 14 mit einer Spannung ungleich der Versorgungsspannung betätigt wird. Beispielsweise kann hier eine Spannung von 24 Volt angelegt werden.

Die Steuereinheit 10 erkennt in Abhängigkeit von dem Signalzustand am Steuereingang 12 die jeweilige Ansteuerungsart für den Spannungs- oder Stromauslöser. Nach der Betätigung des Schalters 70, also der Spannungszuschaltung an den Steuereingang 12, wird das Signal am Steuereingang 12 von der Steuereinheit 10 erfasst und auf die Ansteuerungsart (Spannungs- oder Stromauslöser-Betätigung) geschlossen. Sobald am Steuereingang 12 ein Signal anliegt, wird eine Betätigung über den Steuereingang 14 gesperrt, so dass dieser kein Steuersignal mehr an die Steuereinheit 10 senden kann. Sobald das Steuersignal am Steuereingang 12 nicht mehr vorliegt, wird der Steuereingang 14 wieder zur Befehlsgabe freigeschaltet. Liegt am Steuereingang 12 kein Signal vor, ist solange eine Befehlsgabe am Steuereingang 12 oder 14 möglich, bis an einem der beiden Steuereingänge 12, 14 ein Signal erkannt wird. Die Steuereinheit 10 ist so ausgebildet, dass immer dann, wenn an einem der beiden Steuereingänge 12,14 ein Signal erkannt wird, der andere Eingang für die Zeit der Betätigung des mit dem Signal beaufschlagten Steuereingangs gesperrt wird. Hierbei signalisiert jedoch der Steuereingang 12 bei Spannungszuschaltung durch Betätigen des Schalters 70 der Steuereinheit 10 die jeweilige Ansteuerungsart für den Spannungs- oder Stromauslöser. Die Erkennung der Ansteuerungsart erfolgt somit automatisch und es stehen zu jeder Zeit alle Ansteuerungsarten zur Verfügung.

Figur 2 zeigt eine detailliertere Schaltungsanordnung für die beiden Steuereingänge 12 und 14 und die Steuereinheit 10. Die Steuereinheit 10 umfasst in dieser Ausführungsvariante einen Mikrocontroller 11. Zwischen dem Steuereingang 12 und dem Mikrocontroller ist eine Gleichrichterschaltung 120 zum Gleichrichten des Signals am Steuereingang 12 sowie ein RC-Glied 130 geschaltet, das zwei Widerstände 131, 132 und einen Kondensator 133 umfasst. Hierdurch wird ein Spannungsteiler bzw. eine Filterung vorgesehen. Alternativ könnte hier ein Optokoppler vorgesehen werden.

Ferner ist ein selbstsperrender Feldeffekttransistor (n-Kanal-MOSFET) 134 vorgesehen, an den das RC-Glied 130 gateseitig angeschlossen ist. Sourceseitig liegt der Feldeffekttransistor 134 auf Masse und drainseitig ist ein weiterer Widerstand 135, der seinerseits an 3,3 Volt angeschlossen ist, sowie ein Anschluss an den Mikrocontroller 11 vorgesehen.

Der zweite Steuereingang 14 ist über Widerstände 140, 141 gateseitig an einen selbstsperrenden Feldeffekttransistor (n-Kanal-MOSFET) 142 angeschlossen. Der Feldeffekttransistor 142 liegt sourceseitig auf Masse und ist drainseitig über einen Widerstand 143 an 3,3V gelegt. Ferner ist er drainseitig mit dem Mikrocontroller 11 verbunden.

Insbesondere durch das Vorsehen der selbstsperrenden Feldeffekttransistoren 134 und 142 sind eine Freigabe und ein Sperren des jeweils einen Steuereingangs 12 bzw. 14 bei Anliegen eines Signals an dem anderen Steuereingang 12 bzw. 14 möglich. Beide Feldeffekttransistoren werden dabei in Sourceschaltung betrieben. Die Feldeffekttransistoren dienen der Signalanpassung.

Eine alternative Lösung betreffend die Ausführung des die beiden Steuereingänge 12, 14 und die Steuereinheit 10 umfassenden Teils der Vorrichtung ist in Figur 3 gezeigt. Hierbei ist der erste Steuereingang 12 entsprechend der Ausführungsform in Figur 2 ausgebildet. Bei dem Steuereingang 14 ist anstelle einer galvanischen Verbindung zwischen dem Steuereingang 14 und der Steuereinheit 10 bzw. dem Mikrocontroller 11 eine optische Verbindung über einen Optokoppler 149 vorgesehen, der eine Fotodiode 144 als Sender und einen entsprechenden Fototransistor 145 als Empfänger umfasst. Der Fotodiode 144 parallel gegengeschaltet ist eine zweite Diode 146. Ferner ist ein Widerstand 147 diesen beiden Dioden vorgeschaltet. Der Fototransistor 145 bzw. die Fotoduodiode, da der Fototransistor basisseitig nicht herausgeführt ist, dient als Fotoempfänger. Er ist kollektorseitig über einen Widerstand 148 an 3,3V gelegt und mit dem Mikrocontroller 11 verbunden. Emitterseitig ist der Fototransistor 145 auf Masse gelegt. Die optische Verbindung ermöglicht es, dass eine galvanische Trennung zwischen Steuereingang 14 und Steuereinheit bzw. Mikrocontroller stattfinden kann, wenn beispielsweise aus Sicherheitsgründen eine solche vermieden werden sollte. Da lediglich das Anliegen eines Signals an dem Steuereingang 14 abgefragt wird, ist ein Anlegen einer höheren Spannung hier nicht erforderlich, so dass das Abfragen eines Signals über eine optische Verbindung bereits ausreicht.

Neben den im Vorstehenden beschriebenen und in den Zeichnungen gezeigten Ausführungsformen von Vorrichtungen zum Erkennen der Ansteuerungsart für einen Spannungs- oder Stromauslöser eines spannungs- bzw. stromauslösenden Schaltgeräts können noch zahlreiche weitere vorgesehen werden, bei denen jeweils eine Signalerfassungseinrichtung zum Erfassen des Signalzustandes zumindest eines ersten Steuereingangs und eine Einrichtung zum Sperren des zumindest einen weiteren Steuereingangs bei Vorliegen eines Signals an dem ersten Steuereingang vorgesehen ist. Die Verbindung zwischen den Steuereingängen und der Steuereinheit kann dabei galvanisch oder nicht galvanisch erfolgen, da lediglich die Signalgabe an den Steuereingängen abgefragt wird.

Bezugszeichenliste

1

Vorrichtung zum Erkennen der Ansteuerungsart

10

Steuereinheit

11

Mikrocontroller

12

erster Steuereingang

14

zweiter Steuereingang

16

15V-Anschluss

18

3,3V-Anschluss

20

Masseanschluss

22

Anschluss

24

Ausgang

26

Ausgang

28

Masseanschluss

30

Spannungsmesseinrichtung

40

Anzugsspule

42

FET

50

Haltspule

52

FET

60

Netzteil

70

Schalter

80

Filterungs- und Gleichrichteinrichtung

120

Gleichrichterschaltung

130

RC-Glied

131

Widerstand

132

Widerstand

133

Kondensator

134

FET

135

Widerstand

140

Widerstand

141

Widerstand

142

FET

143

Widerstand

144

Fotodiode

145

Fototransistor

146

Diode

147

Widerstand

148

Widerstand

149

Optokoppler

L1

Versorgungsspannungsleitung