Die Erfindung betrifft eine Anordnung mit nichtgalvanisch untereinander gekop pelten Netzwerken, genauer gesagt, eine Anordnung aus zwei elektrischen Netz werken und einer Koppeleinrichtung, mittels welcher diese beiden elektrischen Netzwerke, ohne die Schaffung einer galvanischen Verbindung zwischen ihnen, miteinander gekoppelt werden. Gegenstände der Erfindung sind dabei die ent sprechende, in besonderer Weise ausgebildete Anordnung sowie ein Verfahren zum Betreiben dieser Anordnung.

Aus unterschiedlichen Gründen existieren in der Praxis technische Anordnungen, bei denen zwei oder gegebenenfalls mehr elektrische Netzwerke miteinander in teragieren müssen oder sollen, ohne hierbei galvanisch, das heißt durch elektri sche Leiter, miteinander verbunden zu sein. Sehr gebräuchlich sind beispiels weise Anordnungen, bei denen zwei elektrische Netzwerke beziehungsweise zwei elektronische Schaltungen aus dem Grund des Erfordernisses einer Poten zialtrennung (zum Beispiel Niederspannungsnetzwerk einerseits und elektrisches Netzwerk mit höherer Spannung oder gar Hochspannung andererseits) galva nisch voneinander getrennt, aber zur Ermöglichung eines Interagierens miteinan der mit Hilfe eines Transformators oder eines Optokopplers ohne Aufhebung der galvanischen Trennung gekoppelt werden.

Jedoch bilden Systeme der vorgenannten Art und sich dieser bedienende An wendungen nicht den Ausgangspunkt für die hier beanspruchte und im Folgen den beschriebene Erfindung. Eine galvanische Trennung zwischen elektrischen Netzwerken, die dennoch miteinander interagieren sollen, kann nämlich auch auf grund einer großen Entfernung der Netzwerke voneinander und einer deshalb nicht praktikablen leitungsgebundenen Verbindung dieser Netzwerke gegeben sein oder auch aus sonstigen Gründen, welche eine direkte (das heißt leitungs gebundene) Verbindung entsprechender Netzwerke nahezu unmöglich machen oder jedenfalls aus praktischen Erwägungen heraus, nicht sinnvoll erscheinen lassen. In diesem Zusammenhang kann sich dabei das Zusammenwirken solcher elektrischen Netzwerke auch über den Fall einer remote erfolgenden digitalen Steuerung hinaus auf ein Zusammenspiel auf elektrisch analoger Ebene bezie hen.

Mit Blick auf den zuvor genannten Aspekt des Bestehens einer großen Entfer nung zwischen miteinander interagierenden elektrischen Netzwerken ist zum Bei spiel an den Fall eines unterschiedliche elektronische Komponenten an verteilten Standorten fertigenden Unternehmens zu denken. Für ein solches im Rahmen internationaler Arbeitsteilung gegebenenfalls auch multinational tätiges Unterneh men oder auch für verschiedene miteinander kooperierende Unternehmen kann es dabei beispielsweise erforderlich sein, vorab das Zusammenwirken zweier elektrischer Netzwerke zu simulieren und zu testen, welche zwar bei ihrem prak tischen Einsatz galvanisch miteinander gekoppelt werden, so aber während ihrer Erprobung, beispielsweise aufgrund voneinander entfernter Entwicklungsstand orte, nicht betrieben werden können.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Lösung bereitzustellen, welche ein elektri sches Zusammenwirken nichtgalvanisch miteinander verbundener oder verbind barer elektrischer Netzwerke ermöglicht. Hierzu sind eine entsprechende Anord nung bereitzustellen und ein mögliches Verfahren zum Betreiben dieser Anordnung anzugeben.

Die Aufgabe wird durch eine Anordnung mit den Merkmalen des Patentan spruchs 1 gelöst. Ein die Aufgabe lösendes, beim Betreiben einer solchen Anord nung ausgeführtes Verfahren wird durch den unabhängigen Verfahrensanspruch charakterisiert. Vorteilhafte Aus- und Weiterbildungen der Anordnung sind durch die Unteransprüche gegeben.

Die im Hinblick auf die vorstehende Aufgabe vorgeschlagene technische Lösung bezieht sich auf eine Anordnung nichtgalvanisch gekoppelter Netzwerke, welche aus zwei elektrischen Netzwerken und einer Koppeleinrichtung besteht. Mit der letztgenannten Koppeleinrichtung ist jedes der beiden elektrischen Netzwerke mit jeweils zwei Anschlusspunkten galvanisch verbunden. Dabei koppelt die Koppe leinrichtung die beiden elektrischen Netzwerke miteinander, ohne sie jedoch selbst untereinander galvanisch zu verbinden.

Erfindungsgemäß besteht die Koppeleinrichtung dazu aus zwei typischerweise voneinander entfernten, untereinander über mindestens eine Datenverbindung, aber nichtgalvanisch verbundenen Quellen/Senken. Hierbei handelt es sich um zwei sowohl als Quelle als auch als Senke betreibbare aktive elektrische Dipole (Zweipole). Die beiden aktiven elektrischen Dipole sind jeweils ausgestattet mit Messmitteln zur Messung von Stromstärke und Spannung, mit mindestens einer Steuer- und Verarbeitungseinrichtung (im Weiteren und in den Patentansprüchen zur sprachlichen Vereinfachung auch als SVE bezeichnet) und mit mindestens ei ner Datensende- und Empfangseinrichtung. Die aktiven elektrischen Dipole sind dabei dazu ausgebildet: a.) gesteuert durch ihre jeweilige SVE (jeder aktive elektrische Dipol, respek tive Zweipol, weist eine eigene SVE auf), für das jeweilige mit ihnen ver bundene elektrische Netzwerk Strom und/oder Spannung entsprechend einem von dem jeweils anderen aktiven elektrischen Dipol empfangenen Sollwert bereitzustellen und b.) die sich daraufhin an den Anschlusspunkten des mit dem sollwertemp fangenden aktiven elektrischen Dipol galvanisch verbundenen elektri schen Netzwerks für Strom und/oder Spannung einstellenden Werte als Messwerte zu erfassen sowie diese Messwerte mittels ihrer SVE zu digi talisieren und c.) digitalisierte Messwerte für Strom und/oder Spannung mittels ihrer Daten sende- und Empfangseinrichtung an den jeweils anderen Dipol als Soll wert für die durch diesen Dipol ausgebildete Quelle/Senke zu übertragen. Die (nichtgalvanische) Kopplung der beiden gegebenenfalls auch weit (beispiels weise viele, gegebenenfalls auch hunderte Kilometer voneinander) entfernten elektrischen Netzwerke erfolgt demnach nicht herkömmlich im elektrischen Sinne, sondern mit Hilfe einer Datenverbindung. Diese Datenverbindung besteht zwischen den beiden typischerweise im Wesentlichen genauso weit entfernten aktiven elektrischen Dipolen (Zweipolen), welche hier aufgrund ihres Zusammen wirkens gemeinsam als Koppeleinrichtung bezeichnet werden.

Aufgrund dessen, dass über die Datenverbindung Messwerte für Strom und/oder Spannung, welche an den mit der Koppeleinrichtung verbundenen Anschluss punkten eines der elektrischen Netzwerke erfasst werden, an das jeweils andere elektrische Netzwerk als Sollwert übertragen und durch die mit ihm galvanisch verbundene Quelle/Senke, also durch den mit ihm galvanisch verbundenen Teil der Koppeleinrichtung, Strom und/oder Spannung entsprechend diesem Sollwert bereitgestellt werden und somit Strom und/oder Spannung durch eines der elektrischen Netzwerke dem jeweils anderen elektrischen Netzwerk gewisserma ßen aufgeprägt werden, ist die so entstehende Anordnung hinsichtlich der sich einstellenden Verhältnisse vergleichbar mit einer Anordnung, bei welcher die bei den elektrischen Netzwerke direkt galvanisch miteinander verbunden sind. Wie im Rahmen der Erläuterungen zum Verfahren noch deutlich werden wird, tritt die letztgenannte Wirkung insbesondere dann ein, wenn Stromwerte und/oder Span nungswerte als Sollwerte wiederholt zwischen den beiden elektrischen Netzwer ken über die Koppeleinrichtung mit der Datenverbindung ausgetauscht werden.

Der zuvor dargestellte lösungstechnische Ansatz ist in dieser Form grundsätzlich unabhängig davon anwendbar, ob es sich bei den beiden vermittels der Koppel einrichtung nichtgalvanisch miteinander gekoppelten elektrischen Netzwerken um gleichstrom- oder um Wechselstrom betriebene Netzwerke handelt. Allerdings gilt es zu berücksichtigen, dass die Art der Kopplung der Netzwerke mittels einer Da tenverbindung und die im Zusammenhang damit erforderlichen Abläufe, wie bei spielsweise die Digitalisierung der jeweils für Strom und/oder Spannung zu übertragenden Werte sowie die eigentliche Übertragung, eine gewisse Latenz mit sich bringen.

Selbstverständlich ist es möglich, diese Latenz bei der sich gemäß der Erfindung, entsprechend den vorstehenden Erläuterungen im Grunde zwischen den beiden elektrischen Netzwerken vollziehenden Synchronisation (Synchronisation hin sichtlich des Stroms und/oder der Spannung) zu berücksichtigen. Dies gilt jeden falls dann, wenn die Latenz annähernd konstant ist. Je nach Entfernung der bei den elektrischen Netzwerke und der Art der in der Koppeleinrichtung zu deren Kopplung genutzten Datenverbindung ist jedoch eine solche Konstanz nicht im mer gegeben, wobei außerdem die Übertragung der digitalisierten Messwerte für Strom und/oder Spannung auch Störungen unterworfen sein kann.

Vor diesem Hintergrund kann eine Kopplung von elektrischen Netzwerken mit sich, wie etwa bei einem Wechselstrom betrieb schnell ändernden Strom- und Spannungsverhältnissen unter Einsatz der erfindungsgemäßen Lösung schwierig oder gegebenenfalls auch gar nicht realisierbar sein. Daher liegt der Fokus der vorgeschlagenen Lösung insoweit auf einer als besonders praxisrelevant angese henen Ausbildungsform, bei welcher es sich bei den beiden mittels der erfin dungsgemäßen Koppeleinrichtung nichtgalvanisch gekoppelten elektrischen Netzwerken um gleichstrombetriebene Netzwerke handelt, beziehungsweise um Netzwerke in denen sich über gewisse Zeiträume hinweg stationäre oder quasi stationäre Verhältnisse einstellen. Ausdrücklich sei jedoch darauf hingewiesen, dass die Erfindung hierauf nicht beschränkt ist.

Im Hinblick auf einen besonders bevorzugten Einsatzzweck ist bei einer mögli chen Ausbildungsform der erfindungsgemäßen Anordnung eines der mittels der Koppeleinrichtung gekoppelten elektrischen Netzwerke als ein aktives Netzwerk mit einer Spannungsquelle und das andere Netzwerk als ein, eine elektrische Last für das aktive Netzwerk mit der Spannungsquelle darstellendes passives Netzwerk ausgebildet. Hierbei kann die Spannungsquelle in dem aktiven elektri schen Netzwerk oder eine Senke außerdem, je nach dem für das betreffende elektrische Netzwerk vorgesehenem Einsatzzweck, in unterschiedlichen Modi be trieben werden. Die Quelle/Senke kann dabei im Spannungsmode, mit einer be reitzustellenden konstanten Spannung, betrieben werden oder im Strommode, mit einem bereitzustellenden konstanten Strom, im Leistungsmode mit bereitzu stellender konstanter Leistung oder im Widerstandsmode, bei dem sich die Quelle wie ein variabel einstellbarer, aber konstanter Widerstand verhält.

Insbesondere dann, wenn eines der miteinander gekoppelten elektrischen Netz werke ein aktives Netzwerk mit einer im Leistungsmode betriebenen Spannungs quelle ist, kommt eine Ausbildungsform der erfindungsgemäßen Anordnung zum Einsatz, bei welcher die Quellen/Senken der Koppeleinrichtung als 4-Quadran- ten-Quellen/Senken ausgebildet sind. Bei 4-Quadranten-Quellen/Senken handelt es sich um elektronische Baugruppen, welche anders als klassische Netzgeräte, sowohl positive als auch negative Spannungen erzeugen sowie außerdem posi tive und negative Ströme für andere elektrische Einrichtungen/Baugruppen bereitstellen und - als Senke wirkend - von anderen elektrischen Einrichtun gen/Baugruppen aufnehmen können.

Die erfindungsgemäße Anordnung kann vorteilhaft noch dadurch weitergebildet sein, dass mindestens eine der Quellen/Senken der Koppeleinrichtung über Mittel zur Aufzeichnung eines zeitlichen Verlaufs der von den Messmitteln erfassten, sich an den mit dem zugehörigen elektrischen Netzwerk gemeinsamen An schlusspunkten jeweils für Strom und/oder Spannung einstellenden Werte ver fügt. Entsprechendes ist insbesondere bei einer Ausbildung der Anordnung für Test- oder Simulationszwecke relevant, also im Zusammenhang mit Szenarien, bei welchen der Verlauf der zwischen den beiden elektrischen Netzwerken erfol genden Synchronisation von Strom und/oder Spannung betrachtet und gegebe nenfalls noch weiter ausgewertet werden soll.

Bei einer insoweit besonders vorteilhaften Weiterbildung verfügt daher mindes tens eine der Quellen oder Senken der Koppeleinrichtung über Mittel zur Visuali sierung der jeweils an den mit dem zugehörigen elektrischen Netzwerk gemeinsamen Anschlusspunkten für Strom und/oder Spannung gemessenen Werte und/oder ihres zeitlichen Verlaufs. Hierbei werden die entsprechenden Messwerte und/oder ihr zeitlicher Verlauf zum Zweck der Visualisierung durch die SVE der betreffenden Quelle/Senke des jeweiligen aktiven Zweipols (elektrischen Dipols), also des entsprechenden Teils der Koppeleinrichtung, aufbereitet.

Bei der mindestens einen, die beiden aktiven elektrischen Dipole der Koppelein richtung miteinander verbindenden Datenverbindung zur Übertragung der als Sollwerte dienenden digitalisierten Werte für Strom und/oder Spannung kann es sich beispielsweise um eine Mobilfunkverbindung oder um eine spezielle Daten funkverbindung handeln. Unter Kostengesichtspunkten kann es sich insbeson dere bei weit voneinander entfernten elektrischen, mittels der Koppeleinrichtung nichtgalvanisch gekoppelten Netzwerken, welche gegebenenfalls in unterschiedli chen Ländern oder gar auf unterschiedlichen Kontinenten angeordnet sind, auch um eine Internetverbindung handeln. Bei entsprechender Ausbildung und Konfi guration der in den aktiven elektrischen Dipolen der Koppeleinrichtung vorgese henen, die Datenübertragung durch deren Sende- und Empfangseinrichtungen steuernden SVEs ist von der Erfindung auch die Möglichkeit umfasst, dass zwi schen den aktiven Dipolen, gegebenenfalls auch gleichzeitig, mehrere, gegebe nenfalls auch über unterschiedliche Medien realisierte Datenverbindungen beste hen.

Gemäß dem zur Lösung der Aufgabe vorgeschlagenen Verfahren erfassen die beiden aktiven elektrischen Dipole der Koppeleinrichtung an den Anschlusspunk ten des jeweils mit ihnen galvanisch verbundenen elektrischen Netzwerks fort während Messwerte für Strom und/oder Spannung und übertragen diese nach einer Digitalisierung wechselweise an den jeweils anderen elektrischen Dipol als Sollwert für die durch diesen ausgebildete elektrische Quelle/Senke. Das heißt, die beiden Dipole synchronisieren, je nach Betriebsart (Spannungsmode, Strom mode, Leistungsmode oder Widerstandsmode) fortwährend Strom und/oder Spannung untereinander, die sich hierdurch so einstellen, als seien die Netzwerke an ihren Anschlusspunkten zu der Koppeleinrichtung direkt galvanisch miteinander verbunden.

Selbstverständlich ist auch dieser Vorgang von der durch die Messung der Werte, ihre Digitalisierung und die Übertragung über die Datenverbindung be dingten Latenz beeinflusst, so dass sich ein in einem der Netzwerke ändernder Strom und/oder eine sich ändernde Spannung erst mit einer gewissen Verzöge rung in dem jeweils anderen Netzwerk auswirkt. Aufgrund dessen, dass der an dere den oder die Sollwerte empfangende Dipol die sich in Reaktion auf die Be reitstellung des jeweiligen Stroms und/oder der jeweiligen Spannung an den Anschlusspunkten seines zugehörigen elektrischen Netzwerks (als Systemant wort des betreffenden Netzwerks) einstellenden Werte seinerseits wiederum als Sollwerte an den jeweils anderen Dipol überträgt und sich auch der empfangende Teil der Anordnung hierauf mit einer gewissen Verzögerung einstellt, schwingt sich das gesamte System nach einer entsprechenden Änderung der Strom- und/oder Spannungsverhältnisse in einem der beiden elektrischen Netzwerke ge wissermaßen ein.

Entsprechend einer möglichen Umsetzung des erfindungsgemäßen Verfahrens dient dieses dazu, die Interaktion zweier mittels der erfindungsgemäßen Koppel einrichtung miteinander verbundenen elektrischen Netzwerke messtechnisch zu erfassen und zu beobachten. Ein möglicher Einsatzfall ist es insoweit, die sich bei der Interaktion zwischen einer Fahrzeugbatterie als Teil eines aktiven elektri schen Netzwerks und einem zumindest während der entsprechenden Prüfung entfernt davon angeordneten passiven elektrischen Netzwerk, zum Beispiel ei nem Elektromotor mit Umrichter, für Strom und Spannung einstellenden Verhält nisse, im Vorgriff auf das spätere Zusammenfügen dieser beiden Komponenten zu analysieren.

Die Erfindung soll nachfolgend anhand von Figuren in der Art eines Ausführungs beispiels noch einmal näher erläutert werden. Die Zeichnungen zeigen im Einzel- nen: Fig. 1 : ein Blockschaltbild einer möglichen Ausbildungsform der erfindungsge mäßen Anordnung,

Fig. 2: ein Diagramm mit den sich nach einer Zustandsänderung in einem der

Netzwerke für Strom und Spannung einstellenden zeitlichen Verlauf, Fig. 3: ein Symbolschaltbild für die bei der Anordnung gemäß Fig. 1 virtuell bestehende Konstellation.

Die Fig. 1 zeigt ein grobes Blockschaltbild einer möglichen Ausbildungsform der erfindungsgemäßen Anordnung 1. Die Anordnungl besteht aus dem ersten elektrischen Netzwerk 2 (N1), dem zweiten elektrischen Netzwerk3 (N2) und der die beiden elektrischen Netzwerke 2, 3 nichtgalvanisch miteinander verbinden den, aber dennoch koppelnden Koppeleinrichtung 4. Bei dem in der Fig. 1 gezeigten Beispiel handelt es sich bei dem links dargestellten elektrischen Netz werk 2 (N1) um ein aktives Netzwerk mit einer Spannungsquelle. Flingegen ist das rechts dargestellte elektrische Netzwerk 3 (N2) ein passives Netzwerk, welches bei einer unmittelbaren galvanischen Verbindung beider Netzwerke 2, 3 im klassischen Sinne eine Last für die Spannungsquelle (E1) des aktiven Netz werks 2 (N1) ausbildet. Durch die Erfindung und die spezielle Art der nichtgalva nischen Kopplung beider elektrischer Netzwerke 2, 3 wirkt aber bei der in der Fi gur gezeigten Anordnung das rechts dargestellte passive Netzwerk 3 (N2), trotz des Nichtbestehens einer galvanischen Verbindung zwischen den elektrischen Netzwerken 2, 3, ebenfalls als Last für das links dargestellte aktive elektrische Netzwerk 2 (N1).

Die Koppeleinrichtung 4 besteht aus zwei, jeweils sowohl als Quelle als auch als Senke betreibbaren aktiven elektrischen Dipolen 5, 6, welche untereinander nichtgalvanisch, aber durch eine Datenverbindung 7 verbunden, das heißt mitei nander gekoppelt sind. Jeder dieser aktiven elektrischen Dipole 5, 6 verfügt über eine in der Zeichnung nicht gezeigte Steuer- und Verarbeitungseinrichtung (SVE), über eine (ebenfalls nicht dargestellte) Datensende- und Empfangsein richtung zum Aufbau der bereits angesprochenen Datenverbindung und über Messmittel 8, 9 zur Erfassung von Strom und Spannung in dem jeweils zugeord neten elektrischen Netzwerk 2, 3. Das jeweilige elektrische Netzwerk 2, 3 ist mit dem jeweils zugehörigen Teil der Koppeleinrichtung 4 jeweils über zwei An schlusspunkte 10, 11 respektive 12, 13 galvanisch verbunden.

Die Fig. 2 zeigt die Strom- und Spannungsverhältnisse (mit Spannung = U und Strom [-stärke] = I), wie sich diese im zeitlichen Verlauf sowohl an den das (links dargestellte) aktive elektrische Netzwerk 2(N1) mit dem zugehörigen Teil der Koppeleinrichtung 4 verbindenden Anschlusspunkten 10, 11 als auch an den das (rechts dargestellte) passive elektrische Netzwerk 3 (N2) mit dem zugehörigen Teil der Koppeleinrichtung 4 verbindenden Anschlusspunkten 12, 13 nach dem Schließen des Schalters S1 in dem aktiven elektrischen Netzwerk 2, (N1) einstel len. Die entsprechenden Verhältnisse mit dem Endspannungswert R2/(R1+R2)*E1 und dem Endstromwert E1/(R1+R2) stellen sich in Abhängigkeit der Art der Datenverbindung 7 und der bei ihrer Nutzung gegebenen Latenz typi scherweise innerhalb von etwa 0,5 ms bis 15,0 ms nach dem Schließen des Schalters S1 ein. Nach dem Schließen dieses Schalters S1 des aktiven elektri schen Netzwerks 2 (N1) mit der im Leistungsmode betriebenen Spannungsquelle E1 werden durch den zugehörigen Teil (aktiver elektrischer Dipol 5) der Koppe leinrichtung 4 mit Hilfe ihrer Messmittel 8 die Stromstärke (I) und die Spannung (U) gemessen. Die entsprechenden Messwerte werden von der (nicht dargestell ten) SVE dieses Teils (aktiver elektrischer Dipol 5) der Koppeleinrichtung 4 digita lisiert und durch ihre (ebenfalls nicht gezeigte) Datensende- und Empfangsein richtung an den anderen, mit dem (rechts dargestellten) passiven elektrischen Netzwerk 3 (N2) galvanisch verbundenen aktiven elektrischen Dipol 6 der Koppe leinrichtung 4 als Sollwerte übertragen. Der diese Sollwerte empfangende, eine Quelle/Senke ausbildende aktive elektrische Dipol 6 stellt Strom und Spannung entsprechend dieser Sollwerte für das passive elektrische Netzwerk 3 (N2) mit dem Widerstand R2 und dem dazu parallel geschalteten Kondensator C1 ein und misst dann seinerseits an den Anschlusspunkten 12, 13 zu diesem passiven elektrischen Netzwerk 3 (N2) die Stromstärke und die Spannung als Systemant wort, um deren digitalisierte Werte dann wiederum an den anderen, auf der linken Seite der Figur dargestellten, dem aktiven elektrischen Netzwerk 2 (N1) zugeord neten aktiven elektrischen Dipol 5 als Sollwerte zu übertragen. Dieser Zyklus wie derholt sich fortwährend mit einer sehr kurzen Zykluszeit (Mykrosekundenbe- reich), so dass sich dann die in der Fig. 2 dargestellten Verhältnisse einstellen.

Die Fig. 3 zeigt ein Symbolschaltbild einer Konfiguration, wie sie gewissermaßen in virtueller Form durch die Anordnung gemäß der Fig. 1 ausgebildet wird. Dem nach wirkt nämlich die Anordnung nach der Fig. 1 (die Latenzen vernachlässigt) so, als seien die beiden elektrischen Netzwerke galvanisch an ihren Anschluss- punkten über einen Vierpol miteinander verbunden. Aus der Darstellung wird da bei deutlich, dass durch die Koppeleinrichtung der erfindungsgemäßen, in der Fig. 1 gezeigten Anordnung gewissermaßen die Aufteilung eines Vierpols (wie in der Fig 3 symbolisch angegeben) in zwei aktive elektrische Dipole erfolgt. Um in soweit nicht den Eindruck entstehen zu lassen, bei der Konfiguration gemäß dem Symbolbild der Fig 3. Handele es sich um eine zur der Anordnung gemäß Fig. 1 alternative Ausbildungsform, ist in der Fig. 3 bewusst auf das Anträgen von Be zugszeichen verzichtet worden.