Europäisches P a t e n t a m t J European Patent Office (u) Veröffentiichungsnummer: 0 010 151 A1 Office europeen des brevets EUROPÄISCHE P A T E N T A N M E L D U N G (21) Anmeldenummer: 79103302.0 (22) Anmeldetag: 05.09.79 @ Priorität: 02.10.78 DE 2842965 @ Veröffentlichungstag der Anmeldung: 30.04.80 Patentblatt 80/9 (84) Benannte Vertragsstaaten: AT BE CH FR IT © Int CI.3: G 01 R 1 9 / 1 6 5 B 60 L 1/12, G 01 (7j) Anmelder: Schaltbau Gesellschaft mbH Hohenwaldeckstrasse 1 D-8000 München 90(DE) (72) Erfinder: Baumann, Josef Robert-Koch-Strasse 24 ' D-8025 Unterhaching(DE) (72) Erfinder: Meissl, Robert Spechtstrasse 17 D-8031 Eichenau(DE) (74) Vertreter: Schneider, Wilhelm Kabelkamp 20 Postfach 260 D-3000 Hannover KDE) (S) Schaltung zur Unterscheidung von hohen Gleich- oder Wechselspannungen. Für die Unterscheidung von hohen Gleich- oder Wechselspannungen nach Höhe und Frequenz werden unter Vermeidung von hochspannungsseitigen Hilfsspannungen und Verschleißteilen aus einer erdseitigen Teilspannung der zu untersuchenden Spannung Kondensatoren (14,22) aufgeladen und bei einer vorgegebenen Spannungsrelation zur anstehenden Spannung unter Verwendung von Thyristortetroden (11,21) impulsweise auf Leuchtdioden (16,24) von Photokopplern (17,25) entladen. Die den Leuchtdioden (16,24) zugeordneten und potentialmäßig von diesen getrennten Phototransistoren geben Impulse ab, deren zeitlicher Abstand ein Maß für die Höhe der anstehenden Spannung ist, beziehungsweise ein Maß für deren Frequenz. Die Impulsfolgen werden in Wandlern (39,40) in Gleichspannungen umgesetzt und mit Schmitt-Triggern (41-45) unterschiedlicher Schwell10 werte verarbeitet und dann einer Logigschaltung (46) zugeführt, die entsprechend der anstehenden Spannung Relais (47-50) erregt, die Umschaltvorgänge einleiten. R 15/04 bezieht Die E r f i n d u n g galvanischer lers Es sind sind, die elektrische Dies einzelnen der mittels eines Photokoppund/oder Spannungshöhe und S t r o m a r t Verbraucher Hilfe einer in sind. Serie, Bei Schaltmaßnahmen eines eines Wagens die bei hoher bei induktiven Gleichrichters Spannung Verbrauchern von der oder die g e w ü n s c h t e Mehrspannungswähleinrichtung in e n t s p r e c h e n d e alle ein eines dagegen sind Strcmart Damit d i e alle werden vorzunehmen, eines ge- zusätzliche z. B. Damit die erhält Signal. aufgeteilt, parallel außerdem noch einnimmt, entsprechendes Gruppen Verbraucher Transformators. Schaltung über wobei Spannung e r h a l t e n , richtige Betriebsspannung niedriger So w e r - versorgt, können. sein zu Lasten Reisezugwagen Energie von Land zu Land v e r s c h i e d e n in A b h ä n g i g k e i t schalteinrichtung elektrischer mit induktiver zu u n t e r s c h e i d e n . eingesetzte bestimmt betrieben Stromart ohmscher oder Verkehr dazu betriebsmäßig Höhe und S t r o m a r t Umschalteinrichtung Stromkreises die Verwendung Zugsammelschiene anderem schalten bei im g r e n z ü b e r s c h r e i t e n d e n so daß u n t e r schaltet unter es e r m ö g l i c h t , Höhe u n d / o d e r unterschiedlicher Spannung nach sogenannte mit nach bekannt, Einrichtungen erfordert anstehende Spannung sie die Schaltung, zu u n t e r s c h e i d e n . den z.B. die eine oder W e c h s e l s p a n n u n g e n an Spannungen werden. auf der A u s w e r t e - E i n r i c h t u n g Trennung hohe G l e i c h - Stromart sich sie EinUm- aus der hat Eine M e h r s p a n n u n g s w ä h l e i n r i c h t u n g anstehende Spannung nach abgeleitetes Signal an die schiene daraus Eine solche der eine bei lichen Frequenzen zugeführt werden. schaltet, die schalten. richtung erst auf und Ober n a c h g e s c h a l t e t e die der die Höhe der davor liegen. Da trische und e l e k t r o n i s c h e haben rer solche eine galvanische teil der W ä h l e i n r i c h t u n g Höhe und S t r o m a r t der möglichst wenige nischer Funktion, der Gegenstand dung von hohen galvanischer tels anzustehenden auf hochspannungsseitig eines Gleich- nächstes Glied Spannung ein sowie parallel zur als eine ein Relais, Widerstand, oder mehrere Zenerdiode ist elekist, teu- verhältnismäßig der die Hilfsstrcmsein muß, daß und dem H o c h s p a n n u n g s - zugrunde, eine Spannung sind,und ist werden von den b i s h e r bekannten liegt, der gegen eine weitere Richtung gegen die Reihenschaltung aus e i n e r dadurch die ein unter- erd- anstehende gerichtete wobei folgen, ohmschen W i d e r s t a n d und aus dem S p a n n u n g s t e i l e r . m i t Diode Höhe u n t e r dessen Zenerdiode ohmsche W i d e r s t ä n d e über e i n e sind. Hochspannung m i t - Spannungsteiler in mecha- Unterschei- zur verschiedener von der mit bei und kann angeordnet Schaltung von anzugeben, der B a u t e i l e bei eine Ermittlung zur Schaltung verzichtet und dem n ä c h s t f o l g e n d e n der Z e n e r s p a n n u n g zu dem e i n e sich ist, Erre- erforderlich niederspannungsseitig an e i n e n Zenerdiode geschaltet Aufgabe Erfindung die so daß deren so b e s c h a f f e n der A u s w e r t e - E i n r i c h t u n g Spannung ohmscher Diode , Kondensator die werden muß, oder W e c h s e l s p a n n u n g e n Photokopplers, daß laden wird, vorliegenden wählein- dieser auf hohem P o t e n t i a l daß ein Hilfsspannungen vorhanden wie z.B. Trennung scheidet, Spannung Bauteile ge- ist. die liegt Erfindung Relais hochspannungsseitige, Wagenbatterie vorhanden bei Hilfsspannung und der speist zwischen Trennung der eine vorgesehen Wagenbatterie Der v o r l i e g e n d e n und a n d e r e RC-Glied anstehenden der Relais, den N a c h t e i l , Wähleinrichtungen aus der nach Bauelemente liegende Bauelemente werden üb- den mit auch einem verläuft letztgenannten Spulenerregung Gleichspannungswandler kreise als Trigger-Stufen Trennung und e i n DE-OS 25 01 338 b e - Schwingkreisen umschalteinrichtung Die g a l v a n i s c h e sämtliche für zwei Zugsammel- weiterzuleiten. aus der Betriebswechselspannung, ihrerseits Spannung sowohl ist an der zu e r f a s s e n Umschalteinrichtung Teilspannung, der die Höhe und S t r o m a r t Mehrspannungswähleinrichtung kannt, gerspulen die Aufgabe, einer ein höheren K o n d e n s a t o r gegen Erde a u f g e - Thyristor-Tetrode, einem und die Entladewiderstand wobei des Vorteil der g e s t e l l t e n teile die Verschleiß Spannung und somit parallel liegt, Vorwiderstand eine Photokopplers für Impulsfolge an die A u s - einer in E r f ü l l u n g ist Schaltung daß h c c h s p a n n u n g s s e i t i g bedürfen Hilfsspannung keine und die Bau- einem unterliegen. Schaltung zur sich eignet besonders der Höhe der Ermittlung zur anstehenden für von G r u p p i e r u n g s s c h a l t u n g e n Betätigung in zur Verwendung elek- Zugbeheizungen. Darüber hinaus kann die an einem e i n z e l n e n der zur ist. In W e i t e r b i l d u n g die Überprüfung Zugbeheizung einem Heizelement benutzt erfindungsgemäße Heizelement dies der Schaltung anstehenden Gruppierung Erfindung kann dabei anstehenden als Spannung, üblich zur E r m i t t l u n g auch zur Prüfung und d i e s e l b e Spannung ein wie Werden, der Heizelemente sowohl der Prüfung Spannung verwendet richtigen anstehenden auch zur der der an Zenerspannung werden. Die Figuren zeigen in zum B e i s p i e l rungsbeispiel einer Die Schaltung nach Fig. hende Spannung erde) bei Schaltung zu e r m i t t e l n , Anstehen stabile Spannung e r z e u g t Kondensator Halbwelle. 10 der Versorgung Ober die Die g l e i c h e die bei an Minus l i e g t . 6 und 7 wird Erde 2 a n s t e - Bei Anstehen die Wagen- Ober die an der Zenerdiode Widerstand Wider- 8 eine 9 dem A n o d e n g i t t e r von Wechselspannungen Zenerdiode den W i d e r s t ä n d e n Diode 1 gegen die Erde 2 (im Z u g b e t r i e b stets der Ausfüh- ein Darstellung Erfindung. die und über den 11 z u g e l e i t e t . wird 14 a u f g e l a d e n . wobei Dioden Mit der zwischen Teilspannung dazu, von G l e i c h s t r o m 3, 4 und 5 und die Thyristor-Tetrode schematischer nach der 1 dient stände der abhängige zu sehen, Mehrspannungswahleinrichtungen für des Phototransistor Kondensators darin sind, Die e r f i n d u n g s g e m ä ß e trische über einen der e r f i n d u n g s g e m ä ß e n Aufgabe vorhanden mechanischen Photokopplers schaltet. werte-Einrichtung Der b e s o n d e r e der liegt und von den Entladungen eines der T h y r i s t o r - T e t r o d e das A n o d e n g i t t e r der Zenerspannung Leuchtdiode 8 während der dien der n e g a t i v e n 3 und der Diode 6 l i e g e n d e n 12 und den Widerstand Spannung wie am Kondensator 13 der K o n d e n s a t o r 14 s t e h t auch an 11 an. der Anode der Thyristor-Tetrode 14 und an der Anode einen Wert e r r e i c h t , Zenerspannung von 8 l i e g t , dann zündet wird Kondensator des Kondensator des Abstand zeitliche zwischen 1 und 2 i s t . kette 3 bis steht jedoch linearer 8 und den darin der zwischen ist in Figur werden überprüft Erde 2 an. eine ein 16 Ent- von der wobei ständig, die Maß f ü r der nicht Spannung SpannungsteilerBauteilen linearen der be- kein Impulse anstehende Hilfe die 32 auf 26 und zwischen Erde 2 b e n u t z t . der Die Gleich- so t r i t t Zenerspannung, 30 über Maß f ü r ein Überschreitet ein A b s c h a l t e n Auch h i e r die diese vom P h o t o t r a n s i s t o r des Thyristor- auch h i e r Entladewiderstand den 33, einen 33, von 8 Zenerspannung und der Anode der Kondensator 30 den Impulsen Auswerteschaltung Spannung ' Spannungsteiler. 30 gegen 36 e i n . einer Gruppie- Diode 29 und dem V o r w i d e r - 35 des P h o t o k o p p l e r s Spannung. steht einen der Prüfung anstehende die Prinzip an der Anode der T h y r i s t o r - T e t r o d e Spannung die zwischen zur Spannung über wird über d2n W i d e r s t a n d Leuchtdiode Abstand Heizelement des K o n d e n s a t o r s die em dem g l e i c h e n B. z. 27 und 28 b i l d e n des Kondensators Entladung Spannung, Spannung auch 33 a n s t e h e n d e so kann mit ten diese Überschreitet Erde 2 Der 11. Nachfolge-Auswertesich wie nach Die zu p r ü f e n d e Teilspannung Anodengitter liche einen und dem Abstand Spannung der über 15 und L e u c h t d i o d e die Impulsen die an einem Die Widerstände steht und die für enthaltenden anstehende 31 zur Aufladung Tetrode den 1 dargestellt, kann. an 28 e n t s t e h e n d e liegt. Impuls Volt Thyristor-Tetrode Vorgang w i e d e r h o l t zwischen rung von H e i z e l e m e n t e n deren die Wegen der M e h r f a c h b e l a s t u n g an einem V e r b r a u c h e r zeitig o,6 etwa am K o n d e n s a t o r Zusammenhang, Weiterhin stand der Phctotransistor dessen Dieser Spannung Widerstand 11, anhängigen schaltet. Einrichtung über entladen, Photokopplers ladung der stoßartig Hat die 34 der z e i t - ist 26 und zwischen vorgegebenen Wert, Photokopplers36 angesteuer- der gesamten Einrichtung bewirkt wer- den. In W e i t e r b i l d u n g quenz der auflädt Erfindung anstehenden durchflossenen sowohl der über als Teil eine Spannung wird an zur von S t r o m a r t einem nur von der p o s i t i v e n des S p a n n u n g s t e i l e r s Diode und einen Ermittlung eine Widerstand auch dem A n s c e n v i t t e r e i n e r und F r e Halbwelle Spannung a b g e g r i f f e n , gegen Erde einen Thyristcr-Tetrode die Kondensator zugeführt wird, die mit in Reihe der für Impulsfolge Schaltung zur anstehenden seits über und zum anderen Die die Diode diode 24 des Abfall der Tetrode die Zündung Halbwelle Anodengitter bei der T h y r i s t o r - T e t r o d e nung e n t s p r e c h e n . unterschiedlichen Eine solche Relais entsprechen der Figur werden dabei Schaltung der Die über die werden unterschiedlich einer über 1 anstehen- Photokoppler für das in R e i s e z u g w a g e n in G l e i c h s p a n n u n anstehenden zugeführt, die mit ihrer- 6 Die Wandler 37 und 38 bis 16 bzw. 25 und 17 g e l e i t e t e n 39 und 40 in G l e i c h s p a n n u n g e n so daß s t e t s die 19 bis 24 Impulsfolgen umgesetzt Die S c h n i t t - T r i g g e r hohe S c h w e l l w e r t e , Span- betätigt. der Bauelemente zugeführt. die Schmitt-Trigger Logigschaltung Photokoppler von S c h m i t t - T r i g g e r 25 g e s c h a l t e - erfindungsgemäß der Frequenz in Figur 2 d a r g e s t e l l t . ist nach Der z e i t l i - Schutz in Wandlern Umschalteinrichtung Schaltung und negativ der als Spannung wird Diese G l e i c h s p a n n u n g e n die dient Beim von Plus Energieverbrauchem der anstehenden Schwellwerten 22. der bei so b l e i b t an, ist. der T n y r i s t o r - jeden Frequenz ihrer- 23 und L e u c h t - Photokopplers die der Spannung und der an den Wandlern Gruppen haben 1. des 18 22 a u f l ä d t 23 und 24 e n t l a d e n . abgegebene I m p u l s f o l g e die bei 1 21. elektrischen von von dem P h o t o k o p p l e r über über 21, 1 Gleichspannung Höhe und Frequenz seits 22 wird bei 21 g e l e g t zum Kondensator wird das A n o d e n g i t t e r ein Maß für ist einer Vorwiderstand Widerstand 21, in Diode 7 wird e i n e 20 den Kondensator Die Diode 6 im S p a n n u n g s t e i l e r gen umgewandelt, ebenfalls Halbwelle einen parallel von dem P h o t o t r a n s i s t o r Zur Umgruppierung ist der T h y r i s t o r - T e t r o d e Der Kondensator ein. Steht 25 u n b e t ä t i g t . Kondensators der Anode kurz von dem N u l l - D u r c h g a n g Gleichstromimpulse den Spannung. und über 25 l i e g t Polaritätswechsel der des 4 und der positive aus T h y r i s t o r - T e t r o d e positiven che Abstand nur die erfaßt Photokopplers Minus gehenden nach stets an das A n o d e n g i t t e r 21 g e g e n ü b e r leitet den W i d e r s t a n d 19 und den Widerstand Reihenschaltung Photokopplers Der P h o t o t r a n s i s t o r und Frequenz von S t r o m a r t Wechselspannung die ist. geschaltet von den E n t l a d u n g e n eine Zwischen abgegriffen, Spannung eines die A u s w e r t e - E i n r i c h t u n g . Erfassung 1 einbezogen. und der L e u c h t d i o d e Kondensator schaltet dann Photodiode Figur ten zu dem parallel abhängige Die Entladewiderstand einem 41, und zwei 42 und 43 ansprechen, deren Schwellwerte sind niedriger nung und e n t s p r e c h e n d e und 2 e i n e Schmitt-Triggern der R e l a i s 47 bis 55 den bei 51 bis einrichtung 50 b e t ä t i g t , Vorteil hochspannungsseitige sind. wenn bei Trigger die 1 und j e w e i l s über die 43 und aus d e n eines Anschlüsse Plus der W a g e n b a t t e r i e der in Figur Energie 2 angegebenen sparend der Aufbau n i e d e r s p a n n u n g s s e i t i g stellten 46 werden Kontakte Ert- in dem Wandler 40 beide ausgewertet deren 55 a n s t e h e n d e n oder Span- zur Umschalt- schalten. Der b e s o n d e r e ist Signale 46 l e i t e n . 44 und 45, Die Höhe der Logigschaltung genommenen 2 anstehende Logigschaltung dann einen bringt In der 44 zum A n s p r e c h e n . 1 und Schmitt-Trigger ansteht. Wechselspannung Gleichspannung erzeugten zwischen in die Signale sich die verhalten sprechend die als elektrischen Schließlich bringt Spannungsfestigkeit An die Stelle werden und die der Komponenten die zwischen Photokoppler ersetzt wird. einfach, da die größtenteils als Verwendung in Figur IC's können werden. auch daß ist, Darüber hinaus 2 darge- auf dem M a r k t von P h o t o k o p p l e r n Hoch- und N i e d e r s p a n n u n g Thyristor-Tetroden tion-Transistoren gearbeitet Schaltung eine zustande. Impulstransformatoren können durch hohe programmierbare gesetzt Unijunk- 1. Schaltung gen v e r s c h i e d e n e r gekennzeichnet, die Zenerdiode nung ein (3, 4) wobei Hochspannung m i t t e l s (7), Trennung eines der A u s w e r t e - E i n - Photokopplers, dadurch (8) der ist, sowie ein liegt, in Richtung (5), eine oder mehrere dessen gegen gegen die die Glied erdnächstes anstehende Zenerdiode Span- gerich- ohmsche W i d e r s t ä n d e weitere folgen, parallel Widerstand (5) zur Zenerdiode ein Kondensator aus dem S p a n n u n g s t e i l e r nung Ober eine laden oder W e c h s e l s p a n n u n - daß ohmscher Widerstand Diode tete Gleich- galvanischer an einem S p a n n u n g s t e i l e r Spannung eine Höhe u n t e r von der richtung von hohen zur U n t e r s c h e i d u n g wird, Diode Entladewiderstand parallel liegt, (15) ein und (10) mit e i n e r (12) zu dem eine (8) ist und Spannung als geschaltet höheren Kondensator Reihenschaltung und dem n ä c h s t f o l g e n d e n Leuchtdiode (14) gegen der Erde ohmschen Zenerspan(2) aus T h y r i s t o r - T e t r o d e (16) eines aufge(11), Photokopplers (17) wobei (9) widerstand des 2. (17) nach Schaltung von den Entladungen eine für Impulsfolge abhängige in M e h r s p a n n u n g s w ä h l e i n r i c h t u n g e n 3. Spannung. Schaltung nach Ermittlung der elektrische 4. der f ü r an einem die 6. quenz der anstehenden eine Höhe der ihre an- Verwendung ihre zur für Verwendung zur Spannung. gekennzeichnet, daß zur Spannung und zur Ermittlung der Prüfung und d i e s e l b e Spannung ein positiven die mit eines Photokopplers schaltet ist Entladungen einem dadurch Halbwelle durchflossenen (20) an Zenerspannung (25) des nach sowohl Erde (2) einen einer (23) Phototransistor (22) des daß a n e i n e m Spannungstei- über eine Diode (19) (22) auf- Kondensator (21) Thyristor-Tetrode und der zugeführt Leuchtdiode (24) zu dem K o n d e n s a t o r in Reihe p a r a l l e l Kondensators des abhängige Photokopplers Impulsfolge für (22) eine die ge- von d e n Aus- schaltet. den Ansprüchen von den P h o t o k o p p l e r n in der gegen Teil die und F r e - von S t r o m a r t gekennzeichnet, wird, Entladewiderstand und daß der werte-Einrichtung Schaltung Spannung, dem A n o d e n g i t t e r wird, 3 zur E r m i t t l u n g abgegriffen Widerstand als auch 2 oder Anspruch Spannung und einen 40) der Verwendung wird. nur von der 7. anstehenden anstehenden anstehenden nach lädt dadurch 4, Zugbeheizung Schaltung lers Heizelement Anspruch einem H e i z e l e m e n t benutzt ihre schaltet. in G r u p p i e r u n g s s c h a l t u n g e n Spannung 3, g e k e n n z e i c h n e t d u r c h Anspruch nach Schaltung Kondensators Zugbeheizung. Prüfung der 5. anstehenden nach Schaltung durch 2, g e k e n n z e i c h n e t Anspruch des durch zur E r m i t t l u n g Vor- Phototransistor die A u s w e r t e - E i n r i c h t u n g 1, g e k e n n z e i c h n e t Anspruch stehenden und der liegt über einen (11) Thyristor-Tetrode an d e r Z e n e r s p a n n u n g Photokopplers (14) der das A n o d e n g i t t e r Spannung (17, 25) 3 und 6, dadurch abgegebenen und der Frequenz der chende G l e i c h s p a n n u n g e n gekennzeichnet, Impulsfolgen anstehenden umgewandelt werden, daß d i e in Wandlern Spannung (39, entspre- die über S c h m i t t - T r i g g e r (41 (46) 45) mit u n t e r s c h i e d l i c h e n zugeführt werden, schalteinrichtung die betätigt. Schwellwerten ihrerseits einer Über Relais Logigschaltung (47, 50) die Um-