Login| Sign Up| Help| Contact|

Patent Searching and Data


Title:
ISOLATOR AND METHOD FOR DISCONNECTING CONNECTIONS
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2021/180580
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to an isolator comprising a first and a second input connector (11, 12), a first and a second output connector (13, 14), a transistor (16) between the second input connector (12) and the second output connector (14), and a series circuit (20). The series circuit (20) comprises a fuse (21) and a thyristor (22) and is coupled at a first connector to the first input connector (11), at a second connector to the second input connector (12), and at a tap node (23) between the fuse (21) and the thyristor (22) to a control connector (27) of the transistor (16).

Inventors:
BEDNAREK MARC-DANIEL (DE)
ENGELBRECHT CHRISTOPH (DE)
Application Number:
PCT/EP2021/055560
Publication Date:
September 16, 2021
Filing Date:
March 05, 2021
Export Citation:
Click for automatic bibliography generation   Help
Assignee:
SIEMENS MOBILITY GMBH (DE)
International Classes:
H03K17/0412; H02H3/087; H02H7/22; H03K17/0812
Download PDF:
Claims:
Patentansprüche

1. Trennschalter, umfassend

- einen ersten und einen zweiten Eingangsanschluss (11, 12),

- einen ersten und einen zweiten Ausgangsanschluss (13, 14),

- einen Transistor (16) zwischen dem zweiten Eingangsan schluss (12) und dem zweiten Ausgangsanschluss (14), und

- eine Serienschaltung (20), die eine Sicherung (21) und ei nen Thyristor (22) umfasst und die an einem ersten Anschluss mit dem ersten Eingangsanschluss (11), an einem zweiten An schluss mit dem zweiten Eingangsanschluss (12) und an einem Abgreifknoten (23) zwischen der Sicherung (21) und dem Thy ristor (22) mit einem Steueranschluss (27) des Transistors (16) gekoppelt ist.

2. Trennschalter nach Anspruch 1, wobei die Serienschaltung (20) eine erste Diode (24) umfasst, die zwischen der Sicherung (21) und dem Thyristor (22) ange ordnet ist.

3. Trennschalter nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Trennschalter (10) einen ersten Widerstand (26) um fasst, der zwischen dem Abgreifknoten (23) und dem Steueran schluss (27) des Transistors (16) angeordnet ist.

4. Trennschalter nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der Trennschalter (10) umfasst:

- einen zweiten Widerstand (28), der an einem ersten An schluss mit dem Steueranschluss (27) des Transistors (16) ge koppelt ist, und

- eine zweite Diode (29), die mit einem zweiten Anschluss des zweiten Widerstands (28) und mit dem zweiten Eingangsan schluss (12) gekoppelt ist.

5. Trennschalter nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei der Trennschalter (10) eine Zenerdiode (32) umfasst, die an einem ersten Anschluss mit dem zweiten Eingangsan schluss (12) und an einem zweiten Anschluss mit dem Steueran schluss (27) des Transistors (16) gekoppelt ist.

6. Trennschalter nach Anspruch 5, wobei der erste Anschluss der Zenerdiode (32) an einen Knoten zwischen der zweiten Diode (29) und dem zweiten Widerstand (28) angeschlossen ist.

7. Trennschalter nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei der Transistor (16) als selbstsperrender Feldeffekt transistor realisiert ist.

8. Trennschalter nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei der Trennschalter (10) einen weiteren Widerstand (39) umfasst, der mit einem Steueranschluss (34) des Thyristors (22) und dem zweiten Eingangsanschluss (12) gekoppelt ist.

9. Trennschalter nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei der Trennschalter (10) umfasst:

- einen Spannungsteiler (40), der zwischen dem ersten und dem zweiten Eingangsanschluss (11, 12) angeordnet ist, und

- eine Spannungsmessschaltung (43), die einen Knoten (44) des Spannungsteilers (40) mit einem Steueranschluss (34) des Thy ristors (22) koppelt.

10. Trennschalter nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei der Trennschalter (10) umfasst:

- einen Messwiderstand (50), der zwischen dem ersten Ein gangsanschluss (11) und dem ersten Ausgangsanschluss (13) an geordnet ist, und

- eine Strommessschaltung (51), die eingangsseitig mit An schlüssen des Messwiderstands (50) und ausgangsseitig mit ei nem Steueranschluss (34) des Thyristors (22) gekoppelt ist.

11. Trennschalter nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei der Trennschalter (10) umfasst:

- eine Hilfsversorgung (58), die mit dem ersten Eingangsan schluss (11) und/oder dem ersten Ausgangsanschluss (13) ge koppelt ist, und

- einen Optokoppler (55), der mit der Hilfsversorgung (58) und mit einem Steueranschluss (34) des Thyristors (22) gekop pelt ist.

12. Vorrichtung (70), umfassend

- den Trennschalter (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 11 und

- eine elektrische Last (71), die an zwei Eingängen mit dem ersten und dem zweiten Ausgangsanschluss (13, 14) des Trenn schalters (10) gekoppelt ist.

13. Schienenfahrzeug (80), das die Vorrichtung (70) nach An spruch 12 umfasst.

14. Streckenseitiges Gerät (76), das von der Vorrichtung (70) nach Anspruch 12 gebildet wird.

15. Verfahren zum Trennen eines Ausgangsanschlusses (13, 14) von einem Eingangsanschluss (11, 12), umfassend

- Bereitstellen einer Knotenspannung (UK) an einem Abgreif knoten (23) zwischen einer Sicherung (21) und einem Thyristor (22), wobei eine Serienschaltung (20) die Sicherung (21) und den Thyristor (22) umfasst und einen ersten Eingangsanschluss (11) mit einem zweiten Eingangsanschluss (12) koppelt und wo bei der erste Eingangsanschluss (11) mit einem ersten Aus gangsanschluss (13) gekoppelt ist,

- Zuleiten der Knotenspannung (UK) oder einer davon abgelei teten Spannung (UG) an einen Steueranschluss (27) eines Tran sistors (16), der den zweiten Eingangsanschluss (12) mit ei nem zweiten Ausgangsanschluss (14) koppelt, und

- Steuern eines Stromes (IR), der zwischen dem zweiten Ein gangsanschluss (12) und dem zweiten Ausgangsanschluss (14) fließt, durch den Transistor (16).

Description:
Beschreibung

Trennschalter und Verfahren zum Trennen von Anschlüssen

Es werden ein Trennschalter und ein Verfahren zum Trennen ei nes Ausgangsanschlusses von einem Eingangsanschluss angege ben. Weiter werden ein Schienenfahrzeug und ein streckensei tiges Gerät angegeben.

Ein Trennschalter leitet üblicherweise eine Eingangsspannung, die zwischen einem ersten und einem zweiten Eingangsanschluss anliegt, an einen ersten und einen zweiten Ausgangsanschluss weiter. In einem Fehler- oder Störungsfall werden jedoch der erste und/oder der zweite Ausgangsanschluss von dem ersten und/oder dem zweiten Eingangsanschluss abgetrennt. Ein Feh ler- oder Störungsfall kann beispielsweise vorliegen, wenn die Eingangsspannung über einem vorgegebenen Spannungsgrenz wert oder ein durch einen der Eingangsanschlüsse fließender Strom über einem vorgegebenen Stromgrenzwert ist. An den ers ten und den zweiten Ausgangsanschluss kann typischerweise ei ne elektrische Last angeschlossen sein, wie etwa eine Leis tungsstufe oder ein Spannungswandler. Der erste und der zwei te Eingangsanschluss sowie der erste und der zweite Ausgangs anschluss sind elektrische Anschlüsse. Der Trennschalter kann als elektrischer Trennschalter bezeichnet werden.

Eine zu lösende Aufgabe besteht darin, einen Trennschalter und ein Verfahren zum Trennen eines Ausgangsanschlusses von einem Eingangsanschluss bereitzustellen, die eine schnelle Reaktion auf eine Störung ermöglichen.

Diese Aufgaben werden durch die Gegenstände der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Wei terbildungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche und ge hen weiterhin aus der nachfolgenden Beschreibung und den Zeichnungen hervor.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst ein Trennschal ter einen ersten und einen zweiten Eingangsanschluss, einen ersten und einen zweiten Ausgangsanschluss, einen Transistor zwischen dem zweiten Eingangsanschluss und dem zweiten Aus gangsanschluss und eine Serienschaltung. Die Serienschaltung umfasst eine Sicherung und einen Thyristor. Die Serienschal tung ist an einem ersten Anschluss mit dem ersten Eingangsan schluss, an einem zweiten Anschluss mit dem zweiten Eingangs anschluss und an einem Abgreifknoten zwischen der Sicherung und dem Thyristor mit einem Steueranschluss des Transistors gekoppelt .

Mit Vorteil kann in einem Störungsfall mittels einer Steuer spannung der Thyristor gezündet werden. Eine Eingangsspannung liegt zwischen dem ersten und dem zweiten Eingangsanschluss an. Damit liegt die Eingangsspannung über der Serienschaltung aus der Sicherung und dem Thyristor an. Im Fall des Zündens des Thyristors ist der Stromfluss durch die Sicherung so hoch, dass die Sicherung sicher schmilzt und einen Stromfluss durch die Serienschaltung unterbricht. An dem Abgreifknoten zwischen der Sicherung und dem Thyristor liegt eine Knoten spannung an. Die Knotenspannung hat vor dem Zünden des Thy ristors und damit vor dem Schmelzen der Sicherung einen der artigen Wert, dass der Transistor leitend ist. Nach dem Zün den des Thyristors und damit nach dem Schmelzen der Sicherung hat die Knotenspannung einen anderen Wert. Dieser andere Wert der Knotenspannung versetzt den Transistor in einen nicht- leitenden Zustand. Somit ist eine leitende Verbindung zwi schen dem zweiten Eingangsanschluss und dem zweiten Ausgangs anschluss aufgetrennt und der Trennschalter unterbricht die Weiterleitung der Eingangsspannung an den ersten und den zweiten Ausgangsanschluss. Die Reaktion des Thyristors führt zu einem schnellen Abschalten.

Mit Vorteil umfasst der Trennschalter die Sicherung, sodass in einem Störungsfall die beiden Ausgangsanschlüsse von den beiden Eingangsanschlüssen getrennt werden und diese Trennung dauerhaft ist. Dies ermöglicht es, einen die Störung verursa chenden Fehler zu suchen und zu beseitigen, bevor die Siche rung oder der Trennschalter zusammen mit der Sicherung ausge- tauscht werden und eine Vorrichtung oder eine Anlage, die den Trennschalter umfasst, wieder in Betrieb gesetzt wird.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist der Trennschalter als elektronischer Trennschalter realisiert. Der erste und der zweite Eingangsanschluss sowie der erste und der zweite Ausgangsanschluss sind elektrische Anschlüsse.

In zumindest einer Ausführungsform des Trennschalters ist die Sicherung an den ersten Eingangsanschluss und der Thyristor an den zweiten Eingangsanschluss angeschlossen. Somit ist der erste Eingangsanschluss über die Sicherung mit dem Abgreif knoten gekoppelt. Der Abgreifknoten ist über den Thyristor mit dem zweiten Eingangsanschluss gekoppelt.

Mit Vorteil kann durch Schmelzen der Sicherung der Abgreif knoten vom ersten Eingangsanschluss elektrisch getrennt wer den.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Trennschalters um fasst die Serienschaltung eine erste Diode, die zwischen der Sicherung und dem Thyristor angeordnet ist.

Mit Vorteil legt die erste Diode eine Stromrichtung eines Stroms fest, der durch die Serienschaltung, umfassend die Si cherung, die erste Diode und den Thyristor, fließt. Sollte etwa die Polarität der Eingangsspannung geändert werden, so verhindert die erste Diode einen unerwünschten Stromfluss.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Trennschalters ist der Abgreifknoten zwischen der Sicherung und der ersten Diode angeordnet. Somit ist der Abgreifknoten über die erste Diode und den Thyristor mit dem zweiten Eingangsanschluss gekop pelt.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst der Trennschal ter einen ersten Widerstand. Der erste Widerstand ist zwi schen dem Abgreifknoten und dem Steueranschluss des Transis tors angeordnet. Mit Vorteil reduziert der erste Widerstand die Höhe eines Stromes, der vom ersten Eingangsanschluss über den Abgreif knoten zum Steueranschluss des Transistors fließt. Da der Steueranschluss des Transistors häufig eine parasitäre Kapa zität aufweist, fließt bei einem Einschaltvorgang des Trenn schalters ein Strom zum Steueranschluss des Transistors, des sen Höhe durch den ersten Widerstand eingestellt werden kann.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst der Trennschal ter einen zweiten Widerstand, der an einem ersten Anschluss mit dem Steueranschluss des Transistors gekoppelt ist. Der Trennschalter weist eine zweite Diode auf, die mit einem zweiten Anschluss des zweiten Widerstands und mit dem zweiten Eingangsanschluss gekoppelt ist.

Mit Vorteil kann nach dem Zünden des Thyristors die Steuer spannung des Transistors dadurch kleiner werden, dass Ladun gen vom Steueranschluss des Transistors über den zweiten Wi derstand und die zweite Diode zum zweiten Eingangsanschluss abfließen. Somit ermöglichen der zweite Widerstand und die zweite Diode ein Ausschalten des Transistors. Die zweite Dio de verhindert darüber hinaus einen unerwünschten Stromfluss.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst der Trennschal ter eine Zenerdiode, die an einem ersten Anschluss mit dem zweiten Eingangsanschluss und an einem zweiten Anschluss mit dem Steueranschluss des Transistors gekoppelt ist. In einer Weiterbildung ist der erste Anschluss der Zenerdiode mit ei nem Knoten zwischen der Diode und dem zweiten Widerstand ge koppelt .

Mit Vorteil begrenzt die Zenerdiode den Wert der Steuerspan nung am Steueranschluss des Transistors. Somit werden ein zu hoher Wert der Steuerspannung und damit eine mögliche Zerstö rung des Transistors in der Regel vermieden.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Trennschalters ist der Transistor als selbstsperrender Feldeffekttransistor rea- lisiert. Mit Vorteil leitet der Transistor bei einer Steuer spannung von ungefähr 0 Volt nicht.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Trennschalters ist der selbstsperrende Feldeffekttransistor als selbstsperrender n-Kanal Feldeffekttransistor realisiert.

Die Eingangsspannung liegt zwischen dem ersten Eingangsan schluss und dem zweiten Eingangsanschluss an. Typischerweise ist die Eingangsspannung positiv, das heißt das Potential des ersten Eingangsanschlusses ist höher als das Potential des zweiten Eingangsanschlusses. Da der Transistor zwischen dem zweiten Eingangsanschluss und dem zweiten Ausgangsanschluss angeordnet sowie als selbstsperrender n-Kanal Feldeffekttran sistor realisiert ist, kann er mittels positiver Steuerspan nungen (das heißt Spannungen, die zwischen dem Potential des ersten Eingangsanschlusses und dem Potential des zweiten Ein gangsanschlusses liegen) leitend geschaltet werden.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst der Trennschal ter einen weiteren Widerstand, der mit einem Steueranschluss des Thyristors und dem zweiten Eingangsanschluss gekoppelt ist.

Mit Vorteil wird durch den weiteren Widerstand erzielt, dass in einem Normalbetrieb (das heißt, es liegt keine Störung vor) der Wert der Steuerspannung am Steueranschluss des Thy ristors in etwa dem Wert des Potentials des zweiten Eingangs anschlusses entspricht, sodass der Thyristor nicht zündet.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst der Trennschal ter einen Spannungsteiler, der zwischen dem ersten und dem zweiten Eingangsanschluss angeordnet ist, und eine Spannungs messschaltung, die einen Knoten des Spannungsteilers mit dem Steueranschluss des Thyristors koppelt.

Mit Vorteil kann die Spannungsmessschaltung zusammen mit dem Spannungsteiler detektieren, ob ein Wert der Eingangsspannung über einem vorgegebenen Spannungsgrenzwert ist. In diesem Fall stellt die Spannungsmessschaltung das Steuersignal des Thyristors derart ein, dass der Thyristor gezündet wird. Die Spannungsmessschaltung kann somit eine Überspannung detektie- ren.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst der Trennschal ter einen Messwiderstand, der zwischen dem ersten Eingangsan schluss und dem ersten Ausgangsanschluss angeordnet ist, und eine Strommessschaltung, die eingangsseitig mit den Anschlüs sen des Messwiderstands und ausgangsseitig mit dem Steueran schluss des Thyristors gekoppelt ist.

Mit Vorteil wird mittels des Messwiderstands und der Strom messschaltung ein Wert des Stromes, der zwischen dem ersten Eingangsanschluss und dem zweiten Eingangsanschluss fließt, detektiert. Detektiert die Strommessschaltung, dass der Wert des Stromes über einem vorgegebenen Stromgrenzwert ist, so stellt die Strommessschaltung das Steuersignal des Thyristors mit einem derartigen Wert bereit, dass der Thyristor gezündet wird.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst der Trennschal ter eine Hilfsversorgung, die mit dem ersten Eingangsan schluss und/oder dem ersten Ausgangsanschluss gekoppelt ist, und einen Optokoppler, der mit der Hilfsversorgung und mit dem Steueranschluss des Thyristors gekoppelt ist.

Mit Vorteil ist der Optokoppler mit dem Steueranschluss des Thyristors gekoppelt. Somit kann über den Optokoppler das Steuersignal des Thyristors derart eingestellt werden, dass der Thyristor gezündet wird. Der Optokoppler wird von der Hilfsversorgung mit elektrischer Energie versorgt, die aus der Eingangsspannung gewonnen wird. Mit Vorteil ermöglicht der Optokoppler eine galvanische Trennung zwischen einer Schaltung, die etwa an den ersten und den zweiten Ausgangsan schluss des Trennschalters angeschlossen ist, und dem Thyris tor. Der Trennschalter ist dazu vorgesehen und eingerichtet von einer Vorrichtung umfasst zu sein. Merkmale und Ausführungs formen, die lediglich in Verbindung mit den Trennschalter be schrieben sind, können auch in Verbindung mit der Vorrichtung ausgebildet sein und umgekehrt.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst die Vorrichtung den Trennschalter und eine elektrische Last, die an zwei Ein gängen mit dem ersten und dem zweiten Ausgangsanschluss des Trennschalters gekoppelt ist.

In zumindest einer Ausführungsform der Vorrichtung umfasst die elektrische Last eine Leistungsstufe oder einen Span nungswandler. Der Spannungswandler kann beispielsweise einen Transformator umfassen.

Die Vorrichtung ist dazu vorgesehen und eingerichtet von ei nem Schienenfahrzeug oder einem streckenseitigen Gerät um fasst zu sein. Merkmale und Ausführungsformen, die lediglich in Verbindung mit der Vorrichtung beschrieben sind, können auch in Verbindung mit dem Schienenfahrzeug oder dem stre ckenseitigen Gerät ausgebildet sein und umgekehrt.

In zumindest einer Ausführungsform umfassen das Schienenfahr zeug oder das streckenseitige Gerät die Vorrichtung. Alterna tiv kann die Vorrichtung das streckenseitige Gerät bilden.

Mit Vorteil kann die Vorrichtung in einem Störungsfall nicht mittels elektrischer Signale von außen wieder in einen Aus gangszustand oder Normalbetrieb versetzt werden.

In zumindest einer Ausführungsform ist der Trennschalter, englisch circuit breaker, auf verschiedene Bereiche der Sig naltechnik und darüber hinaus anwendbar.

In zumindest einer Ausführungsform umfasst ein Verfahren zum Trennen eines Ausgangsanschlusses von einem Eingangsanschluss (insbesondere zum Trennen eines elektrischen Ausgangsan schlusses von einem elektrischen Eingangsanschluss):

- Bereitstellen einer Knotenspannung an einem Abgreifknoten zwischen einer Sicherung und einem Thyristor, wobei eine Se- rienschaltung die Sicherung und den Thyristor umfasst und ei nen ersten Eingangsanschluss mit einem zweiten Eingangsan schluss koppelt und wobei der erste Eingangsanschluss mit ei nem ersten Ausgangsanschluss gekoppelt ist,

- Zuleiten der Knotenspannung oder einer davon abgeleiteten Spannung an einen Steueranschluss eines Transistors, der den zweiten Eingangsanschluss mit einem zweiten Ausgangsanschluss koppelt, und

- Steuern eines Stromes, der zwischen dem zweiten Eingangsan schluss und dem zweiten Ausgangsanschluss fließt, durch den Transistor .

Mit Vorteil kann durch Zünden des Thyristors mittels eines Steuersignals, das dem Steueranschluss des Thyristors zuge leitet wird, die Knotenspannung derart eingestellt werden, dass im Störungsfall der Transistor schnell den Stromfluss zwischen dem zweiten Eingangsanschluss und dem zweiten Aus gangsanschluss unterbricht. Im Normalbetrieb ermöglicht der Transistor einen Stromfluss zwischen dem zweiten Eingangsan schluss und dem zweiten Ausgangsanschluss. Aufgrund der Un terbrechung des Stromflusses zwischen dem zweiten Eingangsan schluss und dem zweiten Ausgangsanschluss fließt auch zwi schen dem ersten Eingangsanschluss und dem ersten Ausgangsan schluss kein Strom mehr.

Das Verfahren kann mit dem Trennschalter oder der Vorrichtung gemäß den oben beschriebenen Ausführungsformen durchgeführt werden. Merkmale und Ausführungsformen, die lediglich in Ver bindung mit dem Trennschalter oder der Vorrichtung beschrie ben sind, können auch in Verbindung mit dem Verfahren ausge bildet sein und umgekehrt.

Der Trennschalter ist als elektronischer Trennschalter imple mentiert. Der Trennschalter kann z.B. frei von einem mecha nisch beweglichen Teil zum Unterbrechen des Stromflusses sein.

Der Trennschalter kann im Englischen als electronic Circuit breaker bezeichnet werden. Mit Vorteil kann eine Absicherung eines elektronischen Spannungswandlers im Fehlerfall durch Abtrennung der Eingangsspannung durch den Trennschalter er folgen. Der Trennschalter kann so realisiert sein, dass zu sätzlich zur sicheren Abschaltung der Ausgangsspannung auch die Eingangsspannung sicher abgekoppelt werden kann.

Die oben genannten Eigenschaften, Merkmale und Vorteile der Erfindung und die Art und Weise, wie diese erreicht werden, werden durch die folgende Beschreibung der Ausführungsbei spiele der Erfindung in Verbindung mit den entsprechenden Fi guren deutlicher und verständlicher, wobei

Figuren 1 und 2 Ausführungsbeispiele eines Trennschalters zeigen,

Figur 3 ein Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung mit einem Trennschalter zeigt,

Figur 4 ein Ausführungsbeispiel eines Schienenfahr zeugs, umfassend eine Vorrichtung mit einem Trennschalter, zeigt, und

Figur 5 ein alternatives Beispiel eines Trennschal ters zeigt.

Figur 1 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines Trennschalters 10. Der Trennschalter 10 umfasst einen ersten und einen zwei ten Eingangsanschluss 11, 12 und einen ersten und einen zwei ten Ausgangsanschluss 13, 14. Der erste Eingangsanschluss 11 ist mit dem ersten Ausgangsanschluss 13 gekoppelt. Beispiels weise schließt eine Leitung 15 den ersten Eingangsanschluss 11 an den ersten Ausgangsanschluss 13 an. Somit kann der ers te Eingangsanschluss 11 direkt und permanent an den ersten Ausgangsanschluss 13 angeschlossen sein. Weiter umfasst der Trennschalter 10 einen Transistor 16, der den zweiten Ein gangsanschluss 12 mit dem zweiten Ausgangsanschluss 14 kop pelt. Der Transistor 16 umfasst einen ersten Anschluss, der mit dem zweiten Eingangsanschluss 12 verbunden ist, und einen zweiten Anschluss, der mit dem zweiten Ausgangsanschluss 14 verbunden ist.

Darüber hinaus umfasst der Trennschalter 10 eine Serienschal tung 20, die eine Sicherung 21 und einen Thyristor 22 um fasst. Dabei kann die Sicherung 21 an den ersten Eingangsan schluss 11 und der Thyristor 22 an den zweiten Eingangsan schluss 12 angeschlossen sein. Die Serienschaltung 20 weist einen Abgreifknoten 23 zwischen der Sicherung 21 und dem Thy ristor 22 auf. Zusätzlich umfasst die Serienschaltung 20 eine erste Diode 24. Die erste Diode 24 koppelt den Abgreifknoten

23 mit dem Thyristor 22. Somit ist der erste Eingangsan schluss 11 über die Sicherung 21 mit dem Abgreifknoten 23 ge koppelt. Weiter ist der Abgreifknoten 23 über die erste Diode

24 und den Thyristor 22 mit dem zweiten Eingangsanschluss 12 gekoppelt.

Weiter umfasst der Trennschalter 10 einen ersten Widerstand 26, der den Abgreifknoten 23 mit einem Steueranschluss 27 des Transistors 16 koppelt. Zusätzlich umfasst der Trennschalter 10 einen zweiten Widerstand 28. An einem ersten Anschluss ist der zweite Widerstand 28 an den Steueranschluss 27 des Tran sistors 16 angeschlossen. Weiter umfasst der Trennschalter 10 eine zweite Diode 29, die einen zweiten Anschluss des zweiten Widerstands 28 mit dem zweiten Eingangsanschluss 12 koppelt. Ferner umfasst der Trennschalter 10 eine Zenerdiode 32, die an einem ersten Anschluss mit dem zweiten Eingangsanschluss 12 gekoppelt ist. Genauer gesagt ist der erste Anschluss der Zenerdiode 32 über die zweite Diode 29 mit dem zweiten Ein gangsanschluss 12 gekoppelt. Weiter ist ein zweiter Anschluss der Zenerdiode 32 an den Steueranschluss 27 des Transistors 16 angeschlossen. Die Zenerdiode 32 kann auch Z-Diode genannt sein. Der Thyristor 22 und die zweite Diode 29 können an eine Leitung angeschlossen sein, die den Transistor 16 mit dem zweiten Eingangsanschluss 12 koppelt.

Der Transistor 16 ist als selbstsperrender Feldeffekttransis tor realisiert. Der Transistor 16 ist als n-Kanal Feldeffekt transistor implementiert. Der Transistor 16 kann als Metall- Oxid-Halbleiter Feldeffekttransistor, abgekürzt MOSFET, her gestellt sein. Der Transistor 16 umfasst eine Diode 33. Die Diode 33 ist als parasitäre Diode realisiert.

Ein Steuersignal ST, das auch Abschaltsignal genannt werden kann, wird einem Steueranschluss 34 des Thyristors 22 zuge leitet. Eine Eingangsspannung UE ist zwischen dem ersten und dem zweiten Eingangsanschluss 11, 12 abgreifbar. Die Ein gangsspannung UE liegt an der Serienschaltung 20 an. Die Ein gangsspannung UE kann positiv sein. Eine Ausgangsspannung UA ist zwischen dem ersten und dem zweiten Ausgangsanschluss 13, 14 abgreifbar. Der Trennschalter 10 erzeugt die Ausgangsspan nung UA aus der Eingangsspannung UE. Eine Knotenspannung UK ist an dem Abgreifknoten 23 abgreifbar. Eine Steuerspannung UG (manchmal Gatespannung genannt) wird dem Steueranschluss 27 (manchmal Gate genannt) des Transistors 16 zugeleitet.

In einem Normalbetrieb ist der Thyristor 22 nicht gezündet, sodass kein Strom durch den Thyristor 22 fließt. Somit kann die Knotenspannung UK näherungsweise der Eingangsspannung UE entsprechen. Eine Schaltung, umfassend die Zenerdiode 32 und den ersten Widerstand 26, begrenzt den Wert der Steuerspan nung UG des Transistors 16. Dadurch wird eine zu hohe und so mit den Transistor 16 schädigende Spannung am Steueranschluss 27 vermieden. Im Normalbetrieb liegt ein derart hoher Wert der Steuerspannung UG an dem Steueranschluss 27 an, dass der Transistor 16 leitend geschaltet ist. Daher ist ein Fluss ei nes Stromes IR zwischen dem zweiten Ausgangsanschluss 14 und dem zweiten Eingangsanschluss 12 über den Transistor 16 er möglicht. Die Werte des ersten und des zweiten Widerstands 26, 28 sind derart gewählt, dass der Trennschalter 10 im Nor malbetrieb keinen zu hohen Leistungsverbrauch hat.

In einem Fehlerfall (der auch Störungsfall genannt werden kann) wird mittels des Steuersignals ST der Thyristor 22 ge zündet. Daher fließt ein hoher Strom durch die erste Serien schaltung 20 und bringt somit die Sicherung 21 zum Schmelzen. Nach dem Schmelzen ist der Abgreifknoten 23 vollständig vom ersten Eingangsanschluss 11 getrennt. Der Wert der Knoten- Spannung UK sowie der Wert der Steuerspannung UG sinken auf grund der Stromflüsse beispielsweise durch die erste Diode 24 und den Thyristor 22 oder durch den zweiten Widerstand 28 und die zweite Diode 29 zum zweiten Eingangsanschluss 12. Die Steuerspannung UG sinkt damit derart, dass eine Schwellen spannung des Transistors 16 unterschritten wird und der Tran sistor 16 in einen nicht-leitenden Zustand versetzt wird. So mit unterbricht der Transistor 16 den Fluss des Stromes IR zwischen dem zweiten Ausgangsanschluss 14 und dem zweiten Eingangsanschluss 12. Aufgrund der Unterbrechung durch den Transistor 16 ist ebenfalls ein Fluss eines Stromes IV zwi schen dem ersten Eingangsanschluss 11 und dem ersten Aus gangsanschluss 13 unterbrochen.

Sobald im Normalbetrieb die Eingangsspannung UE am Trenn schalter 10 anliegt, wird über die Sicherung 21 und den ers ten Widerstand 26 die Gatekapazität des Transistors 16 gela den, sodass dieser leitend wird. Die Zenerdiode 32 begrenzt die Steuerspannung UG. Die Zenerdiode 32 verhindert somit ei ne Zerstörung des Transistors 16 durch einen zu hohen Wert der Steuerspannung UG. Die erste und die zweite Diode 24, 29 verhindern einen Stromfluss durch den Ansteuerkreis des Tran sistors 16 bei einer Änderung der Polarität der Eingangsspan nung UE.

Sobald im Fehlerfall der Thyristor 22 durch das Steuersignal ST zündet, wird die Sicherung 21 ausgelöst und trennt den An steuerkreis des Transistors 16 von der Eingangsspannung UE. Daraufhin wird das Gate 27 des Transistors 16 durch den zwei ten Widerstand 28 entladen und der Transistor 16 sperrt. Die Eingangsspannung UE wird durch den sperrenden Transistor 16 von einer nachfolgenden Schaltung abgetrennt, die an den ers ten und den zweiten Ausgangsanschluss 13, 14 angeschlossen ist (siehe z.B. Figur 3).

Es ist auch möglich, dass der erste Ausgangsanschluss 13 mit dem ersten Eingangsanschluss 11 identisch ist. Weiterhin ist es möglich, dass die Eingangsspannung UE nega tiv ist, das heißt das Potential des ersten Eingangsanschlus ses 11 ist niedriger als das Potential des zweiten Eingangs anschlusses 12. Der Transistor 16 kann als selbstsperrender p-Kanal Feldeffekttransistor realisiert sein. Der Transistor 16 kann zwischen dem zweiten Eingangsanschluss 12 und dem zweiten Ausgangsanschluss 14 angeordnet sein.

Figur 2 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Trenn schalters 10, das eine Weiterentwicklung des in Figur 1 ge zeigten Ausführungsbeispiels ist. Der Trennschalter 10 um fasst einen weiteren Widerstand 39, der den Steueranschluss 34 des Thyristors 22 mit dem zweiten Eingangsanschluss 12 koppelt. Der Trennschalter 10 umfasst einen Spannungsteiler 40, der den ersten Eingangsanschluss 11 mit dem zweiten Ein gangsanschluss 12 koppelt. Der Spannungsteiler 40 weist einen ersten und einen zweiten Spannungsteilerwiderstand 41, 42 auf. Weiter umfasst der Trennschalter 10 eine Spannungsmess schaltung 43, die eingangsseitig an einen Knoten 44 des Span nungsteilers 40 angeschlossen ist. Der Knoten 44 befindet sich zwischen dem ersten und dem zweiten Spannungsteilerwi derstand 41, 42. Ausgangsseitig ist die Spannungsmessschal tung 43 mit dem Steueranschluss 34 des Thyristors 22 verbun den. Die Spannungsmessschaltung 43 umfasst beispielsweise ei nen nicht gezeigten Komparator, der eingangsseitig mit dem Knoten 44 und mit einer Referenzspannungsquelle verbunden ist.

Falls der Wert der Eingangsspannung UE unter einem vorgegebe nen Spannungsgrenzwert ist, ist der Ausgang der Spannungs messschaltung 43 z.B. hochohmig geschaltet. Die Spannungs messschaltung 43 gibt somit kein Signal ab, welches das Steu ersignal ST des Thyristors 22 beeinflusst. Falls die Ein gangsspannung UE über dem vorgegebenen Spannungsgrenzwert ist, gibt die Spannungsmessschaltung 43 ein Signal an ihren Ausgang ab, welches zu einem Steuersignal ST führt, das den Thyristor 22 zündet. Darüber hinaus umfasst der Trennschalter 10 einen Messwider stand 50, der auch Shunt-Widerstand genannt werden kann. Der Messwiderstand 50 koppelt den ersten Eingangsanschluss 11 mit dem ersten Ausgangsanschluss 13. Ferner umfasst der Trenn schalter eine Strommessschaltung 51, die mit dem Messwider stand 50 gekoppelt ist. Die Strommessschaltung 51 ist an ei nem ersten Eingang mit einem ersten Anschluss des Messwider stands 50 und an einem zweiten Eingang mit einem zweiten An schluss des Messwiderstands 50 verbunden. An einem Ausgang ist die Strommessschaltung 51 mit dem Steueranschluss 34 des Thyristors 22 gekoppelt. Zwischen dem ersten Eingangsan schluss 11 und dem ersten Ausgangsanschluss 13 fließt ein Strom IV. Ist der Wert des Stroms IV unter einem vorgegebenen Stromgrenzwert, so ist der Ausgang der Strommessschaltung 51 z.B. hochohmig. In diesem Fall beeinflusst die Strommess schaltung 51 den Wert des Steuersignals ST des Thyristors 22 nicht. Ist der Wert des Stromes IV größer als der vorgegebene Stromgrenzwert, so gibt die Strommessschaltung 51 ausgangs seitig ein Signal ab, welches das Steuersignal ST derart ein stellt, dass der Thyristor 22 gezündet wird.

Weiter umfasst der Trennschalter 10 einen Optokoppler 55 mit einer ersten und einer zweiten Seite 56, 57. Ein Anschluss der ersten Seite 56 ist mit dem Steueranschluss 34 des Thy ristors 22 verbunden. Weiter umfasst der Trennschalter 10 ei ne Hilfsversorgung 58. Die Hilfsversorgung 58 koppelt einen zweiten Anschluss der ersten Seite 56 des Optokopplers 55 mit dem ersten Ausgangsanschluss 13 (alternativ mit dem ersten Eingangsanschluss 11). Der Optokoppler 55 kann beispielsweise einen Phototransistor 59 oder eine Photodiode umfassen, der bzw. die an den ersten und den zweiten Anschluss der ersten Seite 56 des Optokopplers 55 angeschlossen ist. Die zweite Seite 57 des Optokopplers 55 umfasst ebenfalls einen ersten und einen zweiten Anschluss. Darüber hinaus umfasst der Opto koppler 55 eine Leuchtdiode 60 oder eine Laserdiode, die zwi schen dem ersten und dem zweiten Anschluss der zweiten Seite 57 des Optokopplers 55 angeordnet ist. Ein Stromfluss durch die Leuchtdiode 60 kann somit einen Stromfluss durch den Pho totransistor 59 triggern. Mit Vorteil ist ohne galvanische Verbindung ein Signal mittels des Optokopplers 55 an den Steueranschluss 34 des Thyristors 22 weitergebbar.

In Figur 2 ist eine Beispielschaltung zur Anwendung eines elektronischen Schutzschalters illustriert. Der Trennschalter 10 kann als elektronischer Schutzschalter, englisch electro nic Circuit breaker, realisiert sein. Eine Beispielschaltung zur Anwendung der Abschaltvorrichtung ist dargestellt. Eine Abschaltung kann dabei beispielhaft durch drei verschiedene Signale ausgelöst werden:

• Trigger 1: Eingangsseitige Überspannung; die Spannungsmess schaltung 43 ist zum Detektieren einer Überspannung der Ein gangsspannung UE ausgelegt.

• Trigger 2: Eingangsseitiger Überstrom; die Strommessschal tung 51 ist zum Detektieren eines Stroms, nämlich des Stroms IV, ausgelegt.

• Trigger 3: Ausgangsseitiges Abschaltsignal; im Fall eines Überstroms oder einer Überspannung oder einer anderen Störung in einer dem Trennschalter 10 nachgeschalteten Schaltung kann die Abschaltung ausgelöst werden.

Bei einem Triggern bzw. Abschalten wird der Thyristor 22 ge zündet und der Transistor 16 nicht-leitend geschaltet. Der Trennschalter 10 führt eine Abtrennung der Eingangsspannung UE im Fehlerfall durch einen Halbleiter, genauer gesagt durch den Transistor 16, durch. Der Transistor 16 kann mittels ei nes Halbleiters mit breitem Bandabstand (englisch: Wide band- gap) hergestellt sein. Ein derartiger Halbleiter kann z.B. ein SiC, GaN, InGaN oder ZnO Halbleiter sein. Durch die Ver wendung eines Halbleiters, insbesondere eines wide band-gap Halbleiters, entstehen ausschließlich geringe Energieverluste im Leistungspfad auch bei großen Betriebsströmen und hohen Sperrspannungen .

Der Trennschalter 10 ist frei von einer Sicherung zwischen dem ersten Eingangsanschluss 11 und dem ersten Ausgangsan schluss 13 sowie frei von einer Sicherung zwischen dem zwei ten Eingangsanschluss 12 und dem zweiten Ausgangsanschluss 14. Es ist keine Sicherung im Leistungspfad notwendig. Eine Sicherung 21 mit kleinem Nennstrom wird im Ansteuerkreis des Transistors 16 verwendet. Zum Auslösen der Abschaltung wird ein geringer Strom bzw. wenig Energie aus der Versor gungsspannung UE benötigt. Das Auslösen der Abschaltung kann durch verschiedene Abschaltsignale z.B. bei Überstrom oder Überspannung oder durch einen Mikrocontroller oder Mikropro zessor erfolgen. Eine Veroderung (d.h. eine Oder-Verknüpfung) der Abschaltsignale am Steueranschluss 34 des Thyristors 22 ist möglich. Mit Vorteil ist die Anzahl benötigter Sicherun gen reduziert. Der Trennschalter 10 reduziert den sicherungs technischen Schaltungsaufwand in der Folgeschaltung. Der Trennschalter 10 ist universell dimensionierbar und z.B. an verschiedene Werte der Eingangsspannung UE oder des Eingangs stroms IV anpassbar.

Es ist auch möglich, dass eine oder zwei der Trigger- Mechanismen weggelassen sind. Es kann z.B. die Spannungsmess schaltung 43 zusammen mit dem Spannungsteiler 40 weggelassen sein; alternativ kann z.B. die Strommessschaltung 51 mit dem Messwiderstand 50 weggelassen sein; alternativ kann z.B. der Optokoppler 55 mit der Hilfsversorgungsschaltung 58 weggelas sen sein.

Weiter ist es auch möglich, dass der Trennschalter 10 eine Logikschaltung aufweist, die ausgangsseitig an den Steuerein gang 34 des Thyristors 22 angeschlossen ist. Eingangsseitig kann die Logikschaltung an die Spannungsmessschaltung 43 und/oder die Strommessschaltung 51 und/oder den Optokoppler 55 und/oder einen Mikrocontroller und/oder einen Mikroprozes sor angeschlossen sein.

Figur 3 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung 70 mit einem Trennschalter 10, wie er beispielsweise in den Fi guren 1 und 2 gezeigt ist. Weiter umfasst die Vorrichtung 70 eine elektrische Last 71, die an einem ersten Anschluss 72 mit dem ersten Ausgangsanschluss 13 und an einem zweiten An schluss 73 mit dem zweiten Ausgangsanschluss 14 gekoppelt ist. Die elektrische Last 71 kann beispielsweise als Leis tungsstufe oder als Spannungswandler ausgebildet sein. Der Spannungswandler kann als Schaltnetzteil implementiert sein. Der Spannungswandler kann beispielsweise einen Transformator umfassen. Weiter kann der Spannungswandler eine Zerhackerstu fe aufweisen, die eingangsseitig mit dem ersten und zweiten Anschluss 72, 73 der elektrischen Last 71 und ausgangsseitig mit dem Transformator verbunden ist.

Die elektrische Last 71 weist z.B. eine Primärseite 74 und eine Sekundärseite 75 auf. Die Sekundärseite 75 der elektri schen Last 71 kann mit dem Optokoppler 55 verbunden sein. Da zu sind der erste und der zweite Anschluss der zweiten Seite 57 des Optokopplers 55 mit Anschlüssen der Sekundärseite 75 der elektrischen Last 71 verbunden. Somit kann mittels des Optokopplers 55 von beliebigen Knoten der elektrischen Last (auf der Sekundärseite 75, wie in Figur 3 gezeigt, aber auch auf der Primärseite 74) ein Signal an den Trennschalter 10 übertragen werden.

In den Leistungspfad des Spannungswandlers 71 ist der Tran sistor 16 zum Unterbrechen des eingangsseitigen Stromkreises eingefügt. Über die Sicherung 21 kann der Ansteuerkreis des Transistors 16 im Fehlerfall abgetrennt werden. Dadurch sperrt der Transistor 16 und unterbricht den eingangsseitigen Stromkreis .

Die Vorrichtung 70 kann z.B. zur elektrischen Versorgung ei nes Signals oder einer Weiche verwendet werden. Die Vorrich tung 70 kann als streckenseitiges Gerät 76 eingesetzt sein. Die Vorrichtung 70 kann als streckenseitiges Gerät 76, insbe sondere als streckenseitiges Versorgungsgerät, implementiert sein. Das streckenseitige Gerät 76 kann z.B. als Signalver sorgungsgerät oder Weichenantrieb realisiert sein.

Alternativ kann die Vorrichtung 70 in einem Schienenfahrzeug (wie in Figur 4 gezeigt) oder in einer anderen Anwendung ein gesetzt sein.

Figur 4 zeigt ein Ausführungsbeispiel für ein Schienenfahr zeug 80. Das Schienenfahrzeug 80 umfasst eine Vorrichtung 70, wie sie etwa an einem Ausführungsbeispiel in Figur 3 gezeigt ist.

Figur 5 zeigt ein Beispiel des Trennschalters 10, das eine Alternative zu den in Figuren 1 bis 3 gezeigten Ausführungs beispielen ist. Der Trennschalter 10 weist eine Eingangssi cherung 85 auf, die zwischen dem ersten Eingangsanschluss 11 und dem ersten Ausgangsanschluss 13 angeordnet ist. Die Ein gangsspannung UE wird in Folge eines Überstroms abgetrennt, der die eingangsseitige Sicherung 85 im Leistungspfad aus löst. Die Eingangssicherung 85 ist in ihrem Sicherungs nennstrom so dimensioniert, dass sie z.B. weder im Normalbe trieb noch bei einer Einschaltstromspitze auslöst. Zusätzlich soll die eingangsseitige Energieversorgung in der Lage sein, die eingangsseitige Sicherung 85 auszulösen. Damit die Ein gangsspannung UE im Fehlerfall in möglichst kurzer Zeit abge trennt wird, fließt dazu mindestens der doppelte Nennstrom durch die Eingangssicherung 85. Dies kann z.B. durch lange Zuleitungen erschwert sein.

Ein Spannungswandler für den Einsatz in der Signaltechnik wird dauerhaft deaktiviert, indem die Hilfsversorgung 58 der Steuereinheit der Leistungsstufe durch Auslösen der Sicherung 21 von der Eingangsspannung UE abgetrennt wird. Dies wird durch die Sicherung 21 und den Thyristor 22 realisiert. Die Eingangsspannung UE liegt allerdings weiterhin an der Leis tungsstufe des Schaltnetzteils 71 an. Durch die Eingangssi cherung 85 wird ausschließlich ein Schutz gegen dauerhaften Überstrom gewährleistet, der jedoch nur auslösen kann, wenn die Energieversorgung den dafür nötigen Strom liefern kann. Die Eingangssicherung 85 kann typischerweise einen deutlich größeren Sicherungsnennstrom als die Sicherung 21 aufweisen.

Obwohl die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen detail liert dargestellt und beschrieben wurde, ist die Erfindung nicht auf die offenbarten Ausführungsbeispiele beschränkt. Weitere Variationen der Erfindung können von einem Fachmann erhalten werden, ohne den Schutzumfang der beanspruchten Er findung zu verlassen. Bezugszeichenliste

10 Trennschalter

11 erster Eingangsanschluss

12 zweiter Eingangsanschluss

13 erster Ausgangsanschluss

14 zweiter Ausgangsanschluss

15 Leitung

16 Transistor 20 Serienschaltung 21 Sicherung 22 Thyristor

23 Abgreifknoten

24 erste Diode 26 erster Widerstand

27 Steueranschluss

28 zweiter Widerstand 29 zweite Diode

32 Zenerdiode

33 parasitäre Diode

34 Steueranschluss

39 weiterer Widerstand

40 Spannungsteiler

41, 42 Spannungsteilerwiderstand

43 SpannungsmessSchaltung

44 Knoten

50 Messwiderstand

51 StrommessSchaltung

55 Optokoppler

56 erste Seite

57 zweite Seite

58 Hilfsversorgung

59 Phototransistor

60 Leuchtdiode

70 Vorrichtung

71 elektrische Last

72, 73 Anschluss

74 Primärseite

75 Sekundärseite 76 streckenseitiges Gerät 80 Schienenfahrzeug 85 EingangsSicherung IR, IV Strom ST Steuersignal UA AusgangsSpannung UE EingangsSpannung UG SteuerSpannung UK Knotenspannung