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Patent Searching and Data


Title:
TRANSDUCER-CONTROLLED SWITCH
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2016/037680
Kind Code:
A1
Abstract:
An apparatus for controlling the electrical connection of an electrical load (2), which is arranged at a distance from the apparatus, to a control voltage source (4) which is associated with said electrical load, wherein control is performed by means of two control lines (6, 8) which bridge the physical distance between the apparatus and the load plus the control voltage source and which are connected to a control output (10, 12) of the apparatus, wherein the apparatus has a transducer (14) which detects the value of a state variable (16) of a fluid, and wherein control of the connection is performed depending on the respectively detected value of the state variable (16) exceeding and/or falling below a selectable threshold value, is characterized in that the transducer is formed by a measurement transducer (14) which converts the value of the respectively detected state variable (16) into an electrical signal (18), in that the apparatus has an electronics device (20) for evaluating said electrical signal (18) and for controlling the connection depending on the evaluation, in that the connection is made by means of a controllable electronic switching device (26), which is connected to the control output (10, 12), of the apparatus at least over a first predefinable time period, and in that the power supply device of the apparatus is fed from the voltage of the control voltage source (4) which is applied to the control output (10, 12) of the apparatus via the control lines (6, 8), depending on the switching state of the electronic switching device (26), at least over a further second time period which lies outside the first time period.

Inventors:
MORSCH JOACHIM (DE)
Application Number:
PCT/EP2015/001663
Publication Date:
March 17, 2016
Filing Date:
August 12, 2015
Export Citation:
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Assignee:
HYDAC ELECTRONIC GMBH (DE)
International Classes:
F04B49/00; G01F23/00; H02H1/06; H02H5/08
Foreign References:
US7755318B12010-07-13
US20090162211A12009-06-25
US20080229819A12008-09-25
US5106267A1992-04-21
Attorney, Agent or Firm:
BARTELS & PARTNER (DE)
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Claims:
P a t e n t a n s p r ü c h e

Vorrichtung zur Steuerung der elektrischen Verbindung eines von der Vorrichtung entfernt angeordneten elektrischen Verbrauchers (2) mit einer diesem zugeordneten Steuerspannungsquelle (4), wobei die Steuerung über zwei, die räumliche Entfernung zwischen der Vorrichtung und dem Verbraucher nebst Steuerspannungsquelle überbrückende Steuerleitungen (6, 8) erfolgt, welche mit einem Steuerausgang (10, 12) der Vorrichtung verbunden sind, wobei die Vorrichtung einen Umformer (14) aufweist, der den Wert einer Zustandsgröße (16) eines Fluids erfasst, und wobei die Steuerung der Verbindung in Abhängigkeit des Über- und/oder Unterschreitens eines wählbaren Schwellenwertes durch den jeweils erfassten Wert der Zustandsgröße (16) erfolgt, dadurch gekennzeichnet, dass der Umformer durch einen Messumformer (14) gebildet ist, der den Wert der jeweils erfassten Zustandsgröße (16) in ein elektrisches Signal (18) umformt, dass die Vorrichtung eine Elektronikeinrichtung (20) zur Auswertung dieses elektrischen Signals (18) und zur Steuerung der Verbindung in Abhängigkeit von der Auswertung aufweist, dass zumindest über eine erste vorgebbare Zeitspanne (22) die Verbindung über eine mit dem Steuerausgang (10, 12) verbundene steuerbare elektronische Schalteinrichtung (26) der Vorrichtung erfolgt, und dass die Stromversorgungseinrichtung (28) der Vorrichtung aus der, in Abhängigkeit des Schaltzustandes der elektronischen Schalteinrichtung (26), zumindest über eine weitere zweite Zeitspanne (24), die außerhalb der ersten Zeitspanne (22) liegt, über die Steuerleitungen (6, 8) am Steuerausgang (10, 1 2) der Vorrichtung anliegenden Spannung der Steuerspannungsquelle (4) gespeist ist. 2. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die elektronische Schalteinrichtung (26) der Vor- richtung zwei Schaltausgänge, die jeweils mit einem der Steuerausgänge (10, 12) verbunden sind, und einen Ansteuereingang (38) aufweist, und dass je einer der Schaltausgänge an vorrichtungsseitigen Enden der Steuerleitungen (6, 8) mit je einer Steuerleitung (6, 8) ver- bunden ist.

Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Schalteinrichtung (26) in Abhängigkeit von einem am Ansteuereingang (38) anliegenden Ansteuersignal zwischen den beiden Schaltausgängen einen leitenden oder einen nicht-leitenden Zustand aufweist.

Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Ansteuerung der Schalteinrichtung (26) einerseits während der ersten Zeitspanne (22) die Schalteinrichtung (26) in den leitenden Zustand versetzt und die Verbindung besteht und andererseits während der zweiten Zeitspanne (24) in den nicht-leitenden Zustand versetzt die an den Schaltausgängen anliegende, von der Steuerspannungsquelle (4) ausgehende Spannung die Stromversorgungseinrichtung (28) der Vorrichtung speist.

Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerspannungsquelle (4) eine Wechselspannungsquelle ist und, dass die Summe der Dauer der ersten, vorgebbaren Zeitspanne (22) und der zweiten Zeitspanne (24) der Dauer einer oder mehrerer Halbschwingungen der Wechselspannungsquelle entspricht.

Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die elektronische Schalteinrichtung (26) als Teil einer Phasenanschnitts- Steuerung der Vorrichtung synchron mit der Steuerspannungsquelle (4) angesteuert ist.

Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Phasenanschnittssteuerung die erste Zeitspanne (22) so steuert, dass bei periodischem Wiederholen dieser Zeitspanne (22) die durch den Verbraucher (2) fließende mittlere Stromstärke als sogenannte Haltestromstärke gerade ausreicht, um eine Funktion des Verbrauchers (2), beispielsweise den geschlossenen Zustand eines Relaiskontakts, aufrecht zu erhalten, falls der Verbraucher (2) durch die Relaisspule eines Relais gebildet ist.

Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Phasenanschnittssteuerung die erste Zeitspanne (22) so steuert, dass bei periodischem Wiederholen dieser Zeitspanne (22) die durch den Verbraucher (2) fließende mittlere Stromstärke nicht ausreicht, um eine Funktion des Verbrauchers (2), beispielsweise das Schließen eines Relaiskontakts, zu bewirken, falls es sich bei dem Verbraucher (2) um die Relaisspule eines Relais handelt, und dass die zweite Zeitspanne (24) mindestens so lange dauert, dass bei periodischem Wiederholen dieser Zeitspanne (24) der Stromversorgungseinrichtung (28) eine zur Versorgung der Vorrichtung ausreichende Energie zugeführt ist.

Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Phasenanschnittssteuerung die elektronische Schalteinrichtung (26) bevorzugt bei Nulldurchgängen der Spannung der Steuerspannungsquelle (4) oder bei Nulldurchgängen des Stromes durch den entfernt angeordneten Verbraucher (2) schaltet.

Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die elektronische Schalteinrichtung (26) durch mindestens einen Triac, Thyristor, bipolaren Transistor, IGBT, Feldeffekttransistor oder mindestens ein Halbleiterrelais oder zumindest teilweise aus Kombinationen der vorstehend genannten Komponenten gebildet ist.

Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Stromversorgungseinrichtung (28) eine über einen ersten Transformator (40) isolierte Versorgungsspannung für zumindest einen Teil der Vorrichtung bereitstellt.

Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung einen Rückmeldeausgang (44) für den Schaltzustand der elektronischen Schalteinrichtung (26) aufweist.

Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Zustandsgröße des Fluides durch den Druck des Fluides gebildet ist.

Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass weitere Messumformer ergänzend oder alternativ zum Druck des Fluides weitere Zustandsgrößen (16), wie Strömungsgeschwindigkeit, Zähigkeit, Verschmutzungsgrad oder Temperatur erfassen und bei der Auswertung zur Steuerung der elektronischen Schalteinrichtung (26) berücksichtig sind.

Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektronikeinrichtung (20) mindestens eine Anzeigeeinrichtung (36) für die Anzeige der Zustandsgröße (16) und/oder des Zustandes der elektronischen Schalteinrichtung (26) sowie eine Eingabeeinrichtung (46) aufweist, welche insbesondere in Form von Schaltern und/oder Tastern zur Einstellung von dem mindes- tens einen Schwellenwert und/oder zur Parametrierung der Vorrichtung über eine Menüsteuerung dient.

Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung ein solches Gehäuse aufweist, dass diese in der Art einer Retrofiteinheit einen herkömmlichen, mechanischen Schalter, der einen mechanischen Umformer für eine Zu- standsgröße (16) des Fluides und keine Stromversorgung aufweist, ersetzen kann.

Description:
Hydac Electronic GmbH, Hauptstraße 27, 66128 Saarbrücken

Umformer-gesteuerter Schalter

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Steuerung der elektrischen Verbindung eines von der Vorrichtung entfernt angeordneten elektrischen Verbrauchers mit einer diesem zugeordneten Steuerspannungsquelle, wobei die Steuerung über zwei, die räumliche Entfernung zwischen der Vorrich- tung und dem Verbraucher nebst Steuerspannungsquelle überbrückende Steuerleitungen erfolgt, welche mit einem Steuerausgang der Vorrichtung verbunden sind, wobei die Vorrichtung einen Umformer aufweist, der den Wert einer Zustandsgröße eines Fluids erfasst, und wobei die Steuerung der Verbindung in Abhängigkeit des Über- und/oder Unterschreitens eines wählbaren Schwellenwertes durch den jeweils erfassten Wert der Zustandsgröße erfolgt.

Derartige Umformer-gesteuerte Schalter sind Stand der Technik und werden häufig als sogenannte Druckschalter, beispielsweise zur Betätigung eines Pumpenmotors in Abhängigkeit des Druckes eines Fluids eingesetzt. So offenbart die französische Patentschrift FR 1 250 613 einen Druckschalter der dazu einsetzbar ist, einen vorgegebenen Druck in einem hydraulischen System aufrecht zu erhalten. Insbesondere erlaubt die bekannte Lösung den Druck innerhalb vorgebbarer Schwellenwerte zu halten. Dies wird dadurch erreicht, dass der Systemdruck über einen geeigneten Umformer einen mechanischen Schalter betätigt, der seinerseits eine durch einen elektrischen Motor angetriebene Pumpe aktivieren kann. Bei der bekannten Lösung sind als Umformer eine dem Systemdruck ausgesetzte Membran vorgesehen, die wiederum auf einen mit einem Betätigerstab versehenen Kolben einwirkt, der seinerseits gegen die Wirkung einer Schraubenfeder verschiebbar gelagert ist. Bei einem ausreichenden Druck auf die Membran erfährt der Kol- ben nebst Betätigerstab eine derartige Verschiebung, dass der Betätigerstab einen Betätigungshebel des elektrischen Schalters betätigt und somit einen Schaltvorgang auslöst. Sobald der Fluiddruck abnimmt, wird sich der Kolben des Umformers infolge der Federkraft der Schraubenfeder wieder zurückverschieben, so dass ein inverser Schaltvorgang ausgelöst wird.

Bei aktuellen Anwendungen derartiger Druckschalter besteht oftmals eine große Entfernung zwischen dem zu betätigenden elektrischen Verbraucher (beispielsweise dem Motor einer Pumpe) sowie dem Umformer nebst Schalter, wobei die dahingehende Entfernung regelmäßig durch eine zweiadrige Steuerleitung überbrückt wird, die am entfernten Ort eine Verbindung des elektrischen Verbrauchers mit der dort angeordneten Steuerspannungsquelle ermöglicht, um so beispielsweise eine Pumpe in Betrieb zu setzen.

Die dahingehenden mechanischen Lösungen, wie im zitierten Stand der Technik FR 1 250 613 aufgezeigt, haben sich zwar über eine lange Zeit bewährt, jedoch können heutzutage insbesondere unter Zuhilfenahme elektrischer Umformer in Zusammenhang mit geeigneter Steuerelektronik wesentlich anspruchsvollere Anforderungen erfüllt werden. Ein einfacher Austausch der bekannten mechanischen Lösungen durch neuere Elektroniklösungen ist jedoch nicht möglich, da die dahingehenden Elektroniklösungen jeweils eine Stromversorgung erfordern, so dass neben den Steuerleitungen zum Schalten des Verbrauchers zwei weitere Leitungen über die Entfernung geführt werden müssten, um die angesprochene Elekt- roniksteuerung mit einer entsprechenden Versorgungsspannung zu versehen. Die Erfindung stellt sich daher die Aufgabe, die Einrichtungen aus dem eingangs genannten Stand der Technik durch leistungsfähigere Vorrichtungen zu ersetzen, ohne hierbei jedoch einen unzumutbaren Kosten- oder Installa- tionsaufwand zu erfordern.

Erfindungsgemäß ist diese Aufgabe durch eine Vorrichtung gelöst, die die Merkmale des Patentanspruchs 1 in seiner Gesamtheit aufweist. Gemäß dem kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 besteht eine wesentliche Besonderheit der Erfindung darin, dass der Umformer durch einen Messumformer gebildet ist, der den Wert der jeweils erfassten Zustandsgrö- ße in ein elektrisches Signal umformt, dass die Vorrichtung eine Elektronikeinrichtung zur Auswertung dieses elektrischen Signals und zur Steuerung der Verbindung in Abhängigkeit von der Auswertung aufweist, dass zumindest über eine erste vorgebbare Zeitspanne die Verbindung über eine mit dem Steuerausgang verbundene steuerbare elektronische Schalteinrichtung der Vorrichtung erfolgt, und dass die Stromversorgungseinrichtung der Vorrichtung aus der, in Abhängigkeit des Schaltzustandes der elektronischen Schalteinrichtung, zumindest über eine weitere zweite Zeitspanne, die außerhalb der ersten Zeitspanne liegt, über die Steuerleitungen am Steuerausgang der Vorrichtung anliegenden Spannung der Steuerspannungsquelle gespeist ist. Hierdurch ist insbesondere erreicht, dass zur Spannungsversorgung der

Elektronikeinrichtung keine zusätzlichen Leitungen, insbesondere über eine große Entfernung verlegt werden müssen. Dies kommt insbesondere dann zum Tragen, wenn die vorhandenen Steuerleitungen in einem explosionsgefährdeten Bereich angeordnet sind, da Änderungen und insbesondere Erweiterungen des stromführenden Leitungsnetzes im explosionsgeschützten Bereich extrem hohe Kosten verursachen würden. Bei besonders vorteilhaften Ausführungsbeispielen weist die elektronische Schalteinrichtung der Vorrichtung zwei Schaltausgänge, die jeweils mit einem der Steuerausgänge verbunden sind, und einen Ansteuereingang auf, wobei je einer der Schaltausgänge an vorrichtungsseitigen Enden der Steuerleitungen mit je einer Steuerleitung verbunden ist. Dadurch lässt sich die erfindungsgemäße Vorrichtung in einfacher Weise bei Installationen, die bereits eine die Entfernung zwischen der Vorrichtung und Verbraucher nebst Steuerspannungsquelle überbrückende Steuerleitungen aufweisen, einsetzen und insbesondere an diese anschließen.

Bei besonders vorteilhaften Ausführungsbeispielen weist die Schalteinrichtung in Abhängigkeit von einem am Ansteuereingang anliegenden Ansteu- ersignal zwischen den beiden Schaltausgängen einen leitenden oder einen nicht-leitenden Zustand auf. Hierdurch lassen sich herkömmliche Schalter, beispielsweise mechanische Schalter, die zwischen einem ein- und einem ausgeschalteten Zustand umschaltbar sind, in einfacher Weise durch die Schalteinrichtung der erfindungsgemäßen Vorrichtung ersetzen. Die Ansteuerung der Schalteinrichtung kann bei einer Ausführungsform erfolgen, indem einerseits während der ersten Zeitspanne die Schalteinrichtung in den leitenden Zustand versetzt ist und die Verbindung besteht und andererseits während der zweiten Zeitspanne diese in den nicht-leitenden Zustand versetzt die an den Schaltausgängen anliegende, von der Steuer- spannungsquelle ausgehende Spannung die Stromversorgungseinrichtung der Vorrichtung speist. Hierdurch ist die räumlich entfernt angeordnete Steuerspannungsquelle bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung in Abhängigkeit der Ansteuerung der Schalteinrichtung somit für zwei Zwecke vorrangig dienlich, nämlich die Energiezufuhr zu einem entfernt angeordneten Verbraucher, als auch die Speisung der Stromversorgungseinrichtung der Vorrichtung sicherzustellen. Hieraus ergibt sich der erfindungsgemäße Vor- teil, dass am Ort der Vorrichtung selbst keine zusätzliche Spannungsquelle zur Versorgung der Vorrichtung erforderlich ist. Insbesondere ist aber hierdurch realisiert, dass zur Versorgung der Stromversorgungseinrichtung der Vorrichtung keine Installation weiterer stromführender Leitungen notwendig ist.

Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung der Vorrichtung ist die Steuerspannungsquelle eine Wechselspannungsquelle und die Summe der Dauer der ersten, vorgebbaren Zeitspanne und der zweiten Zeitspanne entspricht der Dauer einer oder mehrerer Halbschwingungen der Wechselspannungsquelle.

In vorteilhafter Weise kann vorgesehen sein, dass die elektronische Schalteinrichtung als Teil einer Phasenanschnittssteuerung der Vorrichtung syn- chron mit der Steuerspannungsquelle angesteuert ist.

In einem weiteren vorteilhaften Ausführungsbeispiel der Erfindung ist dabei vorgesehen, dass die Phasenanschnittssteuerung die erste Zeitspanne so steuert, dass bei periodischem Wiederholen dieser Zeitspanne die durch den Verbraucher fließende mittlere Stromstärke als sogenannte Haltestromstärke gerade ausreicht, um eine Funktion des Verbrauchers, beispielsweise den geschlossenen Zustand eines Relaiskontakts, aufrecht zu erhalten, falls der Verbraucher durch die Relaisspule eines Relais gebildet ist. Abgesehen von der hierdurch erreichten Energieeinsparung unter Aufrechterhaltung eines gewünschten Zustandes des Verbrauchers ist hierdurch auch erreicht, dass nur eine möglichst geringe Erwärmung des Verbrauchers erfolgt, was insbesondere in explosionsgefährdeten Bereichen einen Vorteil darstellt. Darüber hinaus sind entsprechende Kühlmaßnahmen zur Kühlung des Verbrauchers aufgrund der Haltestrom-Technik reduzierbar, so dass Bauraum und/oder Gewicht eingespart werden können. Bei einer vorteilhaften Ausführung der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist vorgesehen, dass die Phasenanschnittssteuerung die elektronische Schalteinrichtung bevorzugt bei Nulldurchgängen der Spannung der Steuerspannungsquelle oder bei Nulldurchgängen des Stromes durch den entfernt an- geordneten Verbraucher schaltet. Hierdurch ist zum einen ein geringerer Verschleiß der elektronischen Schalteinrichtung und daran angeschlossener Teile erreicht, zum anderen bewirkt ein solches„sanftes" Schalten, dass durch die Schaltvorgänge geringere Störsignalpegel und eine geringere Bandbreite von Störsignalen erzeugt werden.

Bei vorteilhaften Ausführungen der Vorrichtung ist die elektronische Schalteinrichtung zumindest teilweise durch mindestens ein Halbleiterbauelement ausgebildet, welches zwischen einem leitenden und einem nichtleitenden Zustand schaltbar ist. Hierbei kann es sich beispielsweise um mindestens einen Triac, einen Thyristor, einen bipolaren Transistor, einen Insulated Gate Bipolar Transistor (IGBT), einen Feldeffekttransistor oder ein Halbleiterrelais oder eine Kombination der vorstehend genannten Komponenten handeln. Bevorzugt wird zumindest ein Teil der Vorrichtung mit einer Versorgungsspannung versorgt, die durch die Stromversorgungseinrichtung galvanisch von der Steuerspannungsquelle bereitgestellt ist, beispielsweise über einen ersten Transformator isoliert ist. Auf diese Weise lassen sich insbesondere empfindliche Bestandteile der Vorrichtung, die beispielsweise Sensoren aufweisen, vor beeinträchtigenden Störungen schützen.

Die galvanische Trennung, insbesondere durch einen Transformator dient hierbei auch der Isolation zwischen dem Lastkreis, der den Verbraucher nebst Steuerspannungsquelle aufweist, von Schaltungsteilen, die den Mess- umformer, beispielsweise in Form eines Drucksensors, eine Anzeigeeinrichtung oder eine Eingabeeinrichtung, insbesondere für Eingaben eines Bedie- ners der Vorrichtung, ausbilden. Die dahingehenden Anforderungen zur Isolation ergeben sich direkt aus den entsprechenden Normen zu Vorrichtungen in explosionsgefährdeten Bereichen sowie den Anforderungen zur Gewährleistung der Sicherheit von Bedienpersonal unter Einhaltung der Vorschriften zur Spannungsisolation.

Bevorzugt weist die Vorrichtung einen Rückmeldeausgang für den Schaltzustand der elektronischen Schalteinrichtung auf, welche beispielsweise durch einen Open-Kollektor ausgebildet ist. Darüber hinaus können ergän- zend oder alternativ eine optische Anzeige, beispielsweise in Form von Leuchtanzeigen und/oder Mittel für eine akustische Signalisierung des Schaltzustandes vorgesehen sein.

Mit besonderem Vorteil lässt sich die erfindungsgemäße Vorrichtung ein- setzen, falls die Zustandsgröße des Fluids durch den Druck des Fluides gebildet ist, wobei alternativ oder ergänzend weitere Messumformer vorgesehen sein können, die bei der Auswertung zur Steuerung der elektronischen Schalteinrichtung berücksichtigt sind. Beispielsweise können weitere Zu- standsgrößen in Form von Strömungsgeschwindigkeit, Zähigkeit, Ver- schmutzungsgrad oder Temperatur des Fluids erfasst sein.

Bei der Vorrichtung können in besonderen Ausführungsformen auch mindestens eine Anzeigeeinrichtung für die Anzeige mindestens einer Zustandsgröße und/oder des Zustandes der elektronischen Schalteinrichtung vorgesehen sein. Darüber hinaus kann die Elektronikeinrichtung eine Eingabeeinrichtung, insbesondere in Form von Schaltern und/oder Tastern zur Einstellung von dem mindestens einen Schwellenwert und/oder zur Para- metrierung der Vorrichtung über eine Menüsteuerung aufweisen. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung weist diese ein solches Gehäuse auf, dass die Vorrichtung in der Art einer Retrofit-Einheit einen üblichen, herkömml ichen mechanischen Schalter, der einen mechanischen Umformer für eine Zustandsgröße des Fluides und selber keine Stromversorgung aufweist, ersetzen kann. Dies ist insbesondere bei dem Einsatz der Vorrichtung in Anlagen, bei denen ein besonderer Explosionsschutz zu wahren ist, von Vorteil, da Änderungen an der Installation derartiger Anlagen mit einem erheblichen Kostenaufwand verbunden sein können, sofern nach Änderungen eine erneute Ermittlung und Bewertung von Explosionsgefährdungen erforderlich werden. Ist hingegen die erfindungsgemäße Vorrichtung mit einem geeigneten Gehäuse und insbesondere mit geeigneten Anschlüssen bzw. Steckverbindern versehen, so dass die Vorrichtung in einfacher Weise gegen einen herkömmlichen mechanischen Schalter austauschbar ist, können die Kosten für die Einhaltung der Vorschriften des Explosionsschutzes und insbesondere für das Ergreifen von Vorkehrungen um die Ziele des Explosionsschutzes zu erreichen, erheblich reduziert werden.

Nachstehend ist die Erfindung anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles im Einzelnen erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 im linken Bildteil die Anordnung eines herkömmlichen mechanischen Druckschalters in Serie mit der Steuerspule eines Motorrelais; im rechten Bildteil eine schematische Ansicht eines Umformer-gesteuerten Schalters gemäß der Erfindung;

Fig. 2 eine erfindungsgemäße Vorrichtung mit einer Detaildarstellung der Ansteuerung der elektronischen Schalteinrichtung;

Fig. 3 eine schematische Darstellung des Zeitverlaufs der ersten und der zweiten Zeitspanne;

Fig. 4a eine praktische Ausführungsform der erfindungsgemäßen

Vorrichtung mit einer Anzeigeeinrichtung, und Fig. 4b eine Darstellung der Schnittstellen der erfindungsgemäßen

Vorrichtung.

Die Fig. 1 zeigt im linken Teil eine aus dem Stand der Technik bekannte Anordnung, bei der ein räumlich entfernt angeordneter elektrischer Verbraucher 2', hier als Relaisspule 2' eines Motorrelais ausgebildet, mit einer Steuerspannungsquelle 4' über die Steuerleitungen 6' und 8' verbindbar ist. Hierzu weist die bekannte Lösung einen mechanischen Druckschalter 30' auf, der an seinen Steuerausgängen 10', 12' die Verbindung des Verbrau- chers 2' mit der Steuerspannungsquelle 4' in Abhängigkeit der Zu- standsgröße eines Fluids, und zwar insbesondere in Abhängigkeit des Drucks des Fluids herstellt. Die dahingehende Anordnung dient beispielsweise dazu, um bei Abfallen des Systemdrucks den mechanischen Druckschalter 30' automatisch zu schließen, um so eine elektrische Pumpe (nicht dargestellt) in Funktion zu setzen, und so den Systemdruck auf den gewünschten Wert anzuheben. Regelmäßig kommt es vor, dass die Steuerleitungen 6', 8' eine große Entfernung überbrücken und zumindest abschnittsweise sind die Steuerleitungen 6', 8'oftmals in explosionsgefährdeten Bereichen angeordnet.

Im rechten Teil der Fig. 1 ist die erfindungsgemäße Lösung dargestellt, bei der ein Messumformer 14 mit einer Zustandsgröße 16 beaufschlagt den erfassten Wert der Zustandsgröße in ein elektrisches Signal 18 umformt, welches in der Elektronikeinrichtung 20 der Vorrichtung durch eine Aus- Werteeinrichtung 32 ausgewertet wird. Die Steuerungseinrichtung 34 wird anschließend in Abhängigkeit der Auswertung eine Steuerung der Vorrichtung vornehmen. Ergibt die Auswertung, dass der erfasste Wert der Zustandsgröße 16 des Fluids einen wählbaren Schwellenwert über- oder unterschreitet und der Verbraucher 2 mit der Steuerspannungsquelle 4 zu ver- binden ist, wird zumindest über eine erste vorgebbare Zeitspanne 22 (s. Fig. 3) die Verbindung des entfernten Verbrauchers 2 mit der Steuerspannungs- quelle 4 über die steuerbare elektronische Schalteinrichtung 26 hergestellt. Zumindest über eine weitere zweite Zeitspanne 24 (s. Fig. 3), die außerhalb der ersten Zeitspanne 22 liegt, somit also zu Zeiten, zu denen die elektronische Schalteinrichtung 26 keine Verbindung des Verbrauchers 2 mit der Steuerspannungsquelle 4 herstellt, wird die Stromversorgungseinrichtung 28 aus der über die Steuerleitungen 6, 8 am Steuerausgang 10, 12 der Vorrichtung anliegenden Spannung der Steuerspannungsquelle 4 gespeist. Zur Steuerung der elektronischen Schalteinrichtung 26 weist diese einen Ansteuereingang 38 auf, welcher im dargestellten Ausführungsbeispiel das Gate eines Triacs 26 ist und über welchen die Steuerungseinrichtung 34 den Triac 26 so schalten kann, dass dieser zwischen den Steuerausgängen 10 und 12 eine Verbindung hergestellt (Triac leitend) oder nicht hergestellt (Triac nicht-leitend). Gemäß der Darstellung in Fig. 2 erfolgt die Versorgung der Anzeigeeinrichtung 36 sowie der Auswerteeinrichtung 32 aus der Stromversorgungseinrichtung 28 über einen ersten Trenntransformator 40 zur galvanischen Trennung. In ähnlicher Weise erfolgt auch die Ansteuerung der elektronischen Schalteinrichtung 26 (Triac) an seinem Ansteuereingang 38 über ei- nen zweiten Trenntransformator 42, über den eine galvanische Trennung von der Steuerungseinrichtung 34 realisiert ist. Alternativ zur galvanischen Trennung über den zweiten Trenntransformator 42 kann zu diesem Zweck auch ein Optokoppler vorgesehen sein, der die Trennung realisiert. Die zweite Zeitspanne 24, bei der die Spannung der Steuerspannungsquelle 4 die Stromversorgungseinrichtung 28 speist, benötigt in Bezug auf eine sich über einen Winkel von 180° erstreckende Halbschwingung der als Wechselspannungsquelle ausgeführten Steuerspannungsquelle 4 beispielsweise ca. 40°. Anschließend wird dann mit einer Zündung des Triacs 26 die dahingehend ausgebildete elektronische Schalteinrichtung in ihren leitenden Zustand überführt. Hierbei ist, um keine Einbußen bei der Versor- gungsspannungstoleranz zur Versorgung des entfernt angeordneten elektrischen Verbrauchers 2 hinnehmen zu müssen, vorzusehen, dass bei einer ausreichenden Anzahl Perioden bzw. Halbperioden der Triac 26 mit geeignetem Phasenanschnitt zündet. Dadurch entspricht die Wirkung der Schalt- einrichtung 26 nahezu der eines idealen Kontaktes und das sichere Anziehen eines Lastrelais, gesteuert durch den entfernt angeordneten elektrischen Verbraucher 2 in Form seiner Relaisspule, kann dergestalt gewährleistet werden. In jedem Fall ist die Dauer der zweiten Zeitspanne 24 hinreichend lang zu wählen, so dass bei periodischer Wiederholung eine ausreichende Versorgung der Elektronikeinrichtung 20 der Vorrichtung gegeben ist.

Zum Erreichen der erforderlichen Spannungen und/oder Ströme zur Versor- gung der Vorrichtung weist die Stromversorgungseinrichtung 28 insbesondere elektronische Wandler, beispielsweise sogenannte Flyback-Converter auf, die als weitgehend integrierte Schaltungen verfügbar sind. Derartige Wandler zeichnen sich durch eine besonders hohe Effizienz bei der Energiewandlung aus und besitzen eine hohe Flexibilität bezüglich der Wahl der elektrischen Ein- und Ausgangsgrößen.

Da es sich im dargestellten Ausführungsbeispiel bei dem entfernt angeordneten elektrischen Verbraucher 2 um die Spule 2 eines Relais, insbesondere eines Lastrelais handelt, somit um eine vorwiegend induktive Last, eilt die Phase des Stromes der der Spannung um bis zu 90° nach. Eine in der Steuerungseinrichtung 34 vorgesehene Triac-Spannungsüberwachung erkennt den zu einem Stromwert von ungefähr Null durch den Triac korrespondierenden Spannungsanstieg am Triac und steuert eine Neutriggerung des Tri- acs. Da das Ein- und Ausschalten des Triac jeweils bei einem Strom von ungefähr Null erfolgt, wird hierdurch insbesondere auch ein geringer EMV- 5 001663

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Störpegel erreicht, was gegenüber einem mechanischen Schalter äußerst vorteilhaft ist.

Die Fig. 3 zeigt schematisch in Abhängigkeit von der Zeit t die erste Zeit- spanne 22, während der die elektronische Schalteinrichtung 26 in ihren leitenden Zustand versetzt ist, und die Zeitspanne 24, während der die elektronische Schalteinrichtung 26 in ihren nicht-leitenden Zustand versetzt ist. Eine Zündung der als Triac 26 ausgeführten elektronischen Schalteinrichtung 26 erfolgt beim Übergang von der zweiten Zeitspanne 24 auf die erste Zeitspanne 22. Die in der Fig. 3 dargestellten Dauern der ersten Zeitspanne 22 und der zweiten Zeitspanne 24 sind nur beispielhaft zur Erläuterung des Funktionsprinzips der Erfindung zu verstehen, insbesondere kann, angepasst an die Betriebsbedingungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung die Dauer der zweiten Zeitspanne 24 beispielsweise unter 90°, z.B. ca. 40° betragen. Zu beachten ist auch, dass in der Fig. 3, die lediglich der prinzipiellen Erläuterung der Funktion der Vorrichtung dient und ein Einfluss induktiver Last, insbesondere sofern eine Relaisspule über einen Triac 26 geschaltet ist, nicht berücksichtigt ist. Strichliniert in der Fig. 3 dargestellt ist ein zur Spannung der Steuerspannungsquelle korrespondierender sinusförmiger Verlauf 48. Während der sich wiederholenden ersten Zeitspanne 22 wird der entfernt angeordnete Verbraucher 2 mit einer Spannung versorgt, die zu den ausgezogen dargestellten Abschnitten 50 des sinusförmigen Verlaufs korrespondiert. Die Steuerungseinrichtung 34 der Vorrichtung wird im Interesse einer möglichst geringen Wärmeentwicklung und/oder geringen Energieverbrauchs die Dauer der ersten Zeitspanne 22 so kurz vorgeben, dass durch den Verbraucher ein zum Erreichen einer gewünschten Funktion ausreichender sogenannter Haltestrom fließen kann. In Fig. 4a und 4b ist - einmal in körperlicher Ausgestaltung bzw. einmal als Schaltplandarstellung - eine praktische Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung dargestellt, wobei die Fig. 4b die von außen zugänglichen Schnittstellen der Vorrichtung nochmals darstellt. Eine Eingabeeinrich- tung 46, insbesondere in Form von Schaltern und/oder Tastern dient zur Einstellung von dem mindestens einen Schwellenwert und/oder zur Para- metrierung der Vorrichtung. In der Fig. 4b ist ferner ein Rückmeldeausgang 44 dargestellt sowie eine als Teil der Anzeigeeinrichtung 36, ausgebildete Leuchtdiode, welche den Zustand der elektronischen Schalteinrichtung op- tisch wiedergibt. Der Rückmeldeausgang 44 kann insbesondere auch galvanisch und somit als isolierter Schaltausgang der Vorrichtung ausgeführt sein. Die galvanische Trennung kann hierbei beispielsweise durch einen Optokoppler ausgebildet sein, so dass über den Rückmeldeausgang 44 ein unabhängiges Signal zum Melden der Aktivität und/oder des Schaltzustan- des der Schalteinrichtung 26 bereitgestellt und beispielsweise einer übergeordneten Steuerung zuführbar ist. Das in der Fig. 4a dargestellte LCD- Display der Anzeigeeinrichtung 36 kann drehbar ausgeführt sein, so dass unabhängig von der Anbringung des übrigen Gehäuses der Vorrichtung eine flexible Anpassung der Anordnung zur vereinfachten Ablesung der Anzeigeeinrichtung 36 realisiert ist.