SCHWEIZER LARS (DE)
BIESE OLAF (DE)
| WO2018024631A1 | 2018-02-08 |
| EP0026838A1 | 1981-04-15 | |||
| EP2159128B1 | 2011-07-20 | |||
| DE3405130A1 | 1985-09-05 | |||
| DE29613185U1 | 1996-11-14 | |||
| DE102016214263A1 | 2018-02-08 | |||
| DE2937539C2 | 1982-09-02 |
| - 56 - Patentansprüche 1. Impulssignalvervielfacher zur rückwirkungsfreien Bereitstellung eines sekundären Impulssignals aus einem primären Impulssignal eines Impulssignalgebers, insbesondere zur Vervielfachung von Drehzahlsensorsignalen zum Einsatz in Zug Sicherung s Systemen, gekennzeichnet durch - eine das primäre Impulssignal über eine geschirmte Abzweig signal- leitung (190) abgreifende Eingangsschaltung (120, 120‘), = deren an den Signaltyp angepasste Eingänge (101, 102) das primäre Impulssignal darauf rückwirkungsfrei als Eingangssignal zur Weiterverarbeitung im Impulssignalvervielfacher aufnehmen, = die das Eingangssignal zur Übertragung über eine galvanisch getrennte Potenzialbarriere aufbereitet, und = die mit einem eigenen elektrischen Schirm (122) zur Optimierung von Gleichtaktunterdrückung und EMV-Eigenschaften versehen ist, - eine das über die Potenzialbarriere übertragene Signal aufnehmende Ausgangsschaltung (181, 181‘), = die das übertragene Signal in ein ein primäres Impulssignal signalgetreu nachbildendes Ausgangssignal aufbereitet, = die das Ausgangssignal an einem dem Signaltyp eines primären Impulssignals entsprechenden Signalausgang (175, 175‘) zur Weitergabe als schein-primäres, sekundäres Impulssignal an ein anschließbares Steuergerät, insbesondere Zugsteuergerät, ausgibt, und - 57 - = die ebenfalls mit einem eigenen elektrischen Schirm (174) zur Optimierung von Gleichtaktunterdrückung und EMV- Eigenschaften versehen ist, sowie - eine die Potenzialbarriere zwischen Eingangsschaltung (120, 120‘) und Ausgangsschaltung (181, 181‘) überbrückende optische Signal- Übertragungsstrecke (382), = die gegen die optische Übertragungsqualität beeinträchtigende Betriebsbedingungen hermetisch abgeschlossen ist, = die eine elektrische Isolationsdistanz zwischen den Schirmen (122, 174) der Eingangs- (120, 120‘) und Ausgangsschaltung (181, 181 ‘ ) überbrückt, und = deren elektronischer Signalsender (316) und/oder -empfänger (350) innerhalb des jeweiligen Schirms (122, 174) von Eingangs- (120, 120‘) bzw. Ausgangsschaltung (181, 181‘) oder innerhalb eines jeweiligen Schirms angeordnet sind, der das gleiche elektrische Potenzial wie das des jeweiligen Schirms (122, 174) von Eingangs- (120, 120‘) und/oder Ausgangsschaltung (181, 181 ‘) aufweist. 2. Impulssignalvervielfacher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein primäres Impulssignal wahlweise durch eine Umschalteinheit (130, 130‘) Signaltyp-getreu oder Signaltyp-wechselnd als schein-primäres, sekundäres Impulssignal am entsprechenden Signalausgang (175, 175 ‘) ausgebbar ist. 3. Impulssignalvervielfacher nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch einen mindestens 2-kanaligen Aufbau, wobei jeder Kanal jeweils eine geschirmte Eingangsschaltung (120, 120‘), geschirmte Ausgangsschaltung (181,0181 ‘) und Signal-Übertragungsstrecke (383) aufweist - 58 - sowie alle Eingangs- (120, 120‘) und Ausgangschaltungen (181, 181‘) Kanal-intern und Kanal-übergreifend galvanisch getrennt sind. 4. Impulssignalvervielfacher nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als primäre Impulssignale Spannungssignale mit einem Low-Pegel und einem High-Pegel übertragbar sind. 5. Impulssignalvervielfacher nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als primäre Impulssignale Stromsignale mit einem Low-Pegel vorzugsweise mit von Null verschiedenem Mindestwert und einem vorzugsweise zwischen zwei Pegelwerten variierbaren High-Pegel übertragbar sind. 6. Impulssignalvervielfacher nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass alle Schirme (122, 174) der Eingangsschaltungen) (120, 120‘) und vorzugsweise Ausgangsschaltung(en) (181, 181‘) galvanisch getrennt von allen anderen Schaltungsteilen des gleichen Kanals oder gegebenenfalls der weiteren Kanäle sind. 7. Impulssignalvervielfacher nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schirme (122) der Eingangsschal- tung(en) (120, 120‘) mit der Schirmung (191) einer Abzweigleitung (190) verbunden sind, die die in einer geschirmten Signalleitung (147) eines primären Signalkreises geführten primären Impulssignale zum Impulssignalvervielfacher führt. 8. Impulssignalvervielfacher mindestens nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Schirme (174) der Ausgangsschaltungen (181, 181‘) der mindestens zwei Kanäle miteinander verbunden oder als ein - 59 - gemeinsamer ausgangsseitiger Schirm ausgebildet sind. Impulssignalvervielfacher nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausgangsschaltung(en) (181, 181 ‘) mit einem Einspeisungsanschluss (180) zur Hilfsenergie-Versorgung versehen ist (sind). Impulssignalvervielfacher nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass zur Hilfsenergie- Versorgung der Eingangsschaltung(en) (120, 120‘) ein galvanisch getrennter Übertrager (372) zwischen der jeweiligen Ausgangs- (181, 181‘) und Eingangsschaltung (120, 120‘) vorgesehen ist. Impulssignalvervielfacher nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Eingangsschaltung(en) (120, 120‘) mit einer Frequenzteiler-Schaltung versehen ist (sind). Impulssignalvervielfacher nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausgangsschaltung(en) (181, 181 ‘) mit einer Schaltung zur Detektion der Drehrichtung eines angeschlossenen Drehzahlsensors versehen ist (sind). |
Die vorliegende Patentanmeldung nimmt die Priorität der deutschen Patentanmeldung DE 10 2021 209 365.5 in Anspruch, deren Inhalt durch Bezugnahme hierin aufgenommen wird.
Die Erfindung betrifft einen Impulssignalvervielfacher zur Bereitstellung eines sekundären Impulssignals aus einem primären Impulssignal eines Impulssignalgebers, insbesondere zur Vervielfachung von Drehzahlsensorsignalen zum Einsatz in Zug Steuerung s Systemen und Zugsicherungssystemen.
Der Hintergrund der Erfindung wird im Folgenden anhand des Einsatzes in Zugsicherungssystemen erläutert, wenngleich erfindungsgemäße Impulssignalvervielfacher natürlich universell auf anderen praktischen Gebieten verwendbar sind, wie beispielsweise industrielle Anwendungen, bei denen hohe Potenzialunterschiede zwischen verschiedenen Anlagenteilen herrschen (z.B. Diesel-Notstromaggregate).
Bei Schienenfahrzeugen sind die Erfassung von Bewegung und Geschwindigkeit, die Wegmessung (Odometrie) und die Lokalisation des Schienenfahrzeuges sicherheitsrelevant und unverzichtbar. Auch die Überwachung der individuellen Rotation einzelner Räder zum Beispiel für die Antriebsund Bremssteuerung hat eine hohe sicherheitstechnische Bedeutung. Ein dabei häufig genutzter Sensortyp sind Drehzahlsensoren. Bei Fehlfunktionen, die zu falschen Ergebnissen bei der Bestimmung der relevanten Größen führen können, besteht die Gefahr von schwerwiegenden Material- und Personenschäden. Daher werden an die Zuverlässigkeit solcher Sensoren und die Weiterverarbeitung von deren Signalen sehr hohe Anforderungen gestellt. Drehzahlsensoren werden auch zur Überwachung von Motorwellen beispielsweise im Bereich des Antriebsstranges bei Schienenfahrzeugen eingesetzt. Auch andere Wellen, beispielsweise von Turbinen, Generatoren, Wellen innerhalb Werkzeugmaschinen, Baumaschinen, Straßenfahrzeugen etc. werden sehr häufig überwacht.
Drehzahlsensoren sind typischerweise Halleffekt-basierte, berührungslose Aufnehmer, deren Sensorfläche in einem sehr geringen Abstand von ca. 1 - 3 mm zu den Zähnen eines ferromagnetischen Messzahnrads montiert ist. Die Impulsfrequenz wird durch die Anzahl der Zähne und die Drehfrequenz des Messzahnrades bestimmt. Ist das Messzahnrad mechanisch an ein Wagenrad eines Schienenfahrzeugs gekoppelt, kann daher die Impulsfrequenz als Maß für die Geschwindigkeit des Fahrzeuges, für die individuelle Rotation des Wagenrades und auch zur Wegstrecken- und relativen Ortsbestimmung eines Fahrzeuges verwendet werden. Im Regelfall sind zwei Drehzahlsensoren in einem Sensorgehäuse gemeinsam verbaut, deren Drehzahlimpulssignale zueinander nominal um 90° oder 120° in der Phase verschoben sind, um eine Drehrichtungserkennung zu ermöglichen. Diese Sensorkanäle eines Drehzahlsensors werden Spuren genannt. Es sind aber auch Drehzahlsensoren mit einer Spur oder mehr als zwei Spuren gebräuchlich. Die Impulssignale dieser Drehzahlsensoren werden üblicherweise von entsprechenden Steuergeräten einer Zugsteuerung verarbeitet.
Drehzahlsensoren und Messzahnräder sind in unmittelbarer Nähe der Räder im Drehgestell verbaut. Bei elektrischen Bahnen wird mittels Schleifringkontakten der Rückstrom des Fahrzeugs über die Achswellen und die Räder in das Gleis eingeleitet. Dabei kommt es aufgrund von Bürstenfeuer und anderen elektrischen Kontaktereignissen nicht selten zu transienten Störspannungen, z.B. zwischen Wagenkasten und Drehgestell. Diese transienten Störspannungen können eine hohe Amplitude und hohe Änderungsgeschwindigkeiten besitzen, über die Sensorleitungen bis zum daran angeschlossenen Steuergerät gelangen und zu Störungen der Drehzahlimpuls- signale oder gar zu einer Schädigung des Steuergerätes führen. Elektrische Kontaktprobleme führen mitunter auch zu unerwünschten hohen Strömen über die Anschlussleitung des Drehzahlsensors, die ebenfalls zu Signalproblemen oder gar einer Schädigung des Sensors, der Anschlussleitung und deren Verbindungsstellen oder sogar des Steuergerätes führen können. Auch Kontaktprobleme bei anderen gleitenden Stromabnehmern, wie zwischen Pantographen und Fahrdrähten oder Gleitkontakten und Stromschienen, können zu Störungen des Drehzahlimpulssignals führen, da diese nahe des Rückstrompfades angeordnet sind. Drehzahlsensoren mit Spannungsausgang für das Drehzahlimpulssignal weisen typischerweise die folgenden Anschlüsse und Signale gemäß Tabelle TI auf.
Tabelle TI: Typische Anschlüsse und Parameter von Drehzahlsensoren mit Spannungsausgang. Ein spannungsgebender Drehzahlsensor ist ein Drehzahlsensor, der sein Drehzahlimpuls signal als Spannungssignal ausgibt. Das Drehzahlimpuls- signal des Sensors kann dabei zwei Pegelwerte annehmen, einen Low-Pe- gel USL und einen High-Pegel USH. USL liegt nahe des Massepotenzials des Sensors GNDSEN (0 Volt-Anschluss), welches als Bezugspunkt sowohl für dessen Hilfsenergiezufuhr (Stromversorgung des Sensors) als auch für dessen Drehzahlimpulssignal dient. USH des Drehzahlimpulssignals liegt auf oder leicht unterhalb des Wertes der Betriebsspannung Ußsen des Drehzahlsensors. Die maximale Amplitude des High Pegels der Drehzahlimpuls signalspannung USH ist also im Wesentlichen proportional zu Ußsen. Drehzahlsensoren mit Stromausgangssignal weisen typischerweise die folgenden Anschlüsse und Signale gemäß Tabelle T2 auf.
Tabelle T2: Typische Anschlüsse und Parameter von Drehzahlsensoren mit Stromausgang
Als Beispiele für die oben erwähnten Steuergeräte werden nachfolgend Drehzahlimpulse verarbeitende Bahnsteuergeräte aus einer der Kategorien TCU (Traction Control Unit), BCU (Brake Control Unit), WSP (Wheel Slide Protection), ATC (Automatic Train Control), JUR (Juridical Recorder), ETCS (European Train Control System) oder weiterer, gegebenenfalls erst in Zukunft verfügbarer Kategorien verstanden. Solche Bahnsteuergeräte führen meist Sicherheitsfunktionen aus, da sie für die Überwachung und Steuerung von für die Fahrsicherheit eines Schienenfahrzeugs relevanten Parametern wie beispielsweise das Verhindern unerwünschten Gleitens von Rädern oder das Steuern der Bremsen und Bremshilfeeinrichtungen verantwortlich sind. Aufgrund der sicherheitstechnischen Bedeutung solcher Funktionen werden fast immer mehrere Drehzahlsensoren zur Bestimmung der Wagenrad-Rotation bzw. andere Sensoren zur Bewegungsbestimmung eines Fahrzeugs mit solchen Steuergeräten verbunden.
Die Sensoren können auch unterschiedliche physikalische Prinzipien verwenden. Neben den beschriebenen Drehzahlsensoren kommen auch Radarsensoren, GPS-basierte Sensoren und andere Sensortypen zum Einsatz. Aus diesem Grund ist der Ausfall eines einzelnen Drehzahlsensors (einer einzelnen Spur oder aller Spuren eines Sensors) bzw. eines Drehzahlsensormesskanals meist unkritisch. Bezogen auf die gesamte Sicherheitsfunktionalität ist der Ausfall eines Messkanals durch andere Sensoren und deren Berücksichtigung durch das Steuergerät erkennbar und bis zu einem gewissen Grade kompensierbar. Im Zweifelsfall muss das Steuergerät jedenfalls die zu kontrollierende technische Einheit oder notfalls das Schienenfahrzeug selbsttätig in einen sicheren Zustand bringen.
Ein Steuergerät besitzt üblicherweise die zu den Drehzahlsensorsignalen passenden Anschlüsse wie Speisespannung, Spannungs- oder Stromeingänge und ggf. auch GND (Masse) und Schirmanschluss. Ist es für Sensoren mit Spannungssignalen ausgelegt, besitzt es einen Hilfsenergieausgang Vs und einen GND-Anschluss. Dieser Hilfsenergieausgang kann bezüglich seines Ausgangsstromes gegebenenfalls überwacht ausgeführt sein.
Bei einer Ausführung des Steuergerätes für Drehzahlsensoren mit Stromausgängen hat das Steuergerät ebenfalls einen Hilfsenergieausgang Vs, jedoch nicht unbedingt einen dazugehörigen GND-(Masse-)Anschluss. Die Stromeingänge für entsprechend ausgeführte Schleifenstrom-gespeiste Drehzahlsensoren nehmen hierbei auch den Speisestrom auf Hier ist fest von einer Überwachung zumindest des minimalen Strompegels (Low-Zu- stand des Drehzahlimpulssignals) auszugehen, um eine Drahtbrucherkennung bzw. Drehzahlsensorfehlererkennung zu ermöglichen.
Im Zuge der Sicherheits Optimierung im europäischen Bahnverkehr sind Bestrebungen im Gange, entsprechende Sicherheitssysteme beim vorhandenen rollenden Material nachzurüsten. Problem dabei ist, dass es im europäischen Schienenverkehr eine Vielzahl unterschiedlicher Zugsicherungssysteme gibt. Dadurch besteht die Notwendigkeit bei international verkehrenden Zügen die verschiedenen Zug Sicherung s Systeme der befahrenen Länder alle zu bedienen, wodurch mehrere verschiedene Sicherungssysteme gleichzeitig auf den betroffenen Schienenfahrzeugen installiert sein müssen. Im Zuge der Harmonisierung und Vereinheitlichung wurde das ETCS-System (European Train Control System) geschaffen. Damit sollen bestehende nationale Zugsicherungssysteme langfristig durch das einheitliche ETCS-System ersetzt werden. Es gibt weltweit noch weitere Zugsicherungssysteme, ETCS sei hier nur als ein Beispiel genannt. Für die Nachrüstung gibt es verschiedenen Strategien. Eine davon ist, dass das bisher auf den Fahrzeugen vorhandene Zug Sicherung s system zunächst bestehen bleibt, um die Kompatibilität mit dem im jeweiligen Land noch vorhande- nen Zug Sicherung s system zu erhalten. Dann werden EPCS-kompatible Sicherung s Systeme zusätzlich installiert. Damit das ETCS entsprechende Sensorsignale beziehen kann, müsste es an vorhandene Sensorsignalleitun- gen parallel bzw. seriell angeschlossen werden. Dies verbietet jedoch die Sicherheitsphilosophie, bei der die Autonomie jedes Zugsicherungssystems unabhängig von einem anderen bestehen bleiben muss. Als Ausweg installieren Zughersteller zum Beispiel zusätzliche Drehzahlsensoren, was aber aufwändig und teuer ist. Zu den Kosten der zusätzlichen Drehzahlsensoren addiert sich der Installationsaufwand für die Anbringung und die Verkabelung im Außen- und Innenbereich des Fahrzeugs.
Zum druckschriftlichen Stand der Technik ist beispielsweise auf die lediglich technologischen Hintergrund darstellende DE 296 13 185 Ul zu verweisen, die einen herkömmlichen Trennver stärker zu Messzwecken bei bahntechnischen Anwendungen offenbart. Dabei werden in einem Analog- Digital- Wandler digitalisierte Messwerte über einen Lichtwellenleiter galvanisch getrennt vom Hochspannungsteil zum Niederspannungsteil des Trennverstärkers übertragen. Eine ähnliche Funktionalität zeigt die DE 10 2016 214 263 Al. Aus der DE 29 37 539 C2 geht die Schirmung zur Funkentstörung von Schaltnetzteilen hervor.
Der Erfindung liegt ausgehend von dieser Problematik die Aufgabe zugrunde, eine unter Sicherheitsaspekten unbedenkliche technische Lösung für die Bereitstellung sekundärer Impulssignale aus primären Impulssignalen eines Impulssignalgebers bereitzustellen, um weitere, insbesondere nachträglich installierte Steuergeräte und Sicherheitssysteme von Zugsteuerungen mit solchen Impulssignalen zu versorgen. Diese Aufgabe wird durch einen Impulssignalvervielfacher mit den im Patentanspruch 1 angegebenen Merkmalen gelöst, der umfasst
- eine das primäre Impulssignal über eine geschirmte Abzweig signal- leitung abgreifende Eingangsschaltung,
= deren an den Signaltyp angepasste Eingänge das primäre Impulssignal darauf rückwirkungsfrei als Eingangssignal zur Weiterverarbeitung im Impulssignalvervielfacher aufnehmen,
= die das Eingangssignal zur Übertragung über eine galvanisch getrennte Potenzialbarriere aufbereitet, und
= die mit einem eigenen elektrischen Schirm zur Optimierung von Gleichtaktunterdrückung und EMV-Eigenschaften versehen ist,
- eine das über die Potenzialbarriere übertragene Signal aufnehmende Ausgangsschaltung,
= die das übertragene Signal in ein ein primäres Impulssignal signalgetreu nachbildendes Ausgangssignal aufbereitet,
= die das Ausgangssignal an einem dem Signaltyp eines primären Impulssignals entsprechenden Signalausgang zur Weitergabe als schein-primäres, sekundäres Impulssignal an ein anschließbares Steuergerät, insbesondere Zugsteuergerät, ausgibt, und
= die ebenfalls mit einem eigenen elektrischen Schirm zur Optimierung von Gleichtaktunterdrückung und EMV-Eigenschaften versehen ist, sowie
- eine die Potenzialbarriere zwischen Eingangsschaltung und Ausgangsschaltung überbrückende optische Signal-Übertragungsstrecke,
= die gegen die optische Übertragungsqualität beeinträchtigende Betriebsbedingungen hermetisch abgeschlossen ist,
= die eine elektrische Isolationsdistanz zwischen den Schirmen der Eingangs- und Ausgangsschaltung überbrückt, und = deren elektronischer Signalsender und -empfänger innerhalb des jeweiligen Schirms von Eingangs- und/oder Ausgangsschaltung oder innerhalb eines jeweiligen Schirms angeordnet sind, der das gleiche elektrische Potenzial wie das des jeweiligen Schirms von Eingangs- und/oder Ausgangsschaltung aufweist.
Der erfindungsgemäße Signal Vervielfacher hat zwei wesentliche Aufgaben, nämlich
- ein rückwirkungsfreies Auskoppeln von Impuls-, insbesondere Drehzahlsensorsignalen aus einem primären Signalkreis und
- ein Übertragen der entkoppelten Signale zu einem sekundären Signalkreis.
Beide Funktionalitäten müssen bei einer beispielsweise zugtechnischen Anwendung des Erfindungsgegenstandes unter sehr harschen Bedingungen realisiert werden:
A) Bahn-SIL Anforderungen nach EN50129
B) Bahnanforderungen nach EN50155 (Allgemein), EN50124 (Isolation), EN50121 (EMV)
C) Lange wartungsfreie Einsatzdauer von 15 Jahren bis zu 40 Jahren
D) Große Signalbandbreite (geringe Laufzeit der binären Signale zwischen Ein- / Ausgang im einstelligen Mikrosekundenbereich)
E) Hohe EMV- und Isolations-Robustheit durch transiente Gleichtaktspannungen an den Signaleingängen mit bis zu mehreren kilo Volt (kV) Amplitude und Anstiegsgeschwindigkeiten von mehreren hundert kiloVolt/Mikrosekunde (kV/ps) bis MegaVolt/Mikrosekunde (MV/ps)
F) Großer Betriebstemperaturbereich von mindestens -40°C bis +85°C Mit dem erfindungsgemäßen Impulssignalvervielfacher wird ein Ausweg aus dem oben beschriebenen Dilemma bei der Nachrüstung von Impulssig- nalgebem geboten, in dem der Impulssignalvervielfacher die rückwirkungsfreie Abzweigung, Verteilung und Konvertierung von bereits vorhandenen Impulssignalen ermöglicht. Solche eingangsseitigen Impulssignale werden signalgetreu, also mit übereinstimmendem Informationsgehalt in ein ausgangsseitiges Impulssignal gewandelt. In diesem Sinne kann der erfindungsgemäße Impulssignalvervielfacher die Signale beispielsweise eines Drehzahlsensors replizieren und weiteren Steuerungen zur Verfügung stellen, ohne dass es eine galvanische Verkopplung der Signalanschlüsse zwischen sekundärem und primärem Steuergerät gibt. So kann es also bei einem Fehler in einem sekundären Steuergerät nicht zu einer Beeinflussung des primären Signalkreises bzw. des Sensors und primären Steuergerätes kommen.
Der Erfindungsgegenstand verwendet dabei folgende grundlegenden technischen Konzepte, um den sicherheitstechnischen Anforderungen insbesondere im Zugbetrieb zu genügen:
Es wird eine optische Signalübertragung über eine genügend große Leiterplattendistanz und durch einen Schirm hindurch vorgenommen, wodurch eine sehr gute elektrische Isolation und sehr geringe Koppelkapazität realisiert werden. Auf eine Langlebigkeit der optischen Signalübertragungsstrecke ist besonderer Wert zu legen, äußere Verschmutzungen und äußere Betauungen sowie Temperaturwechsel dürfen die optische und elektrische Signalübertragung während der Lebensdauer des Produktes nicht unzulässig beeinflussen. Die Alterung des Lichtemitters muss ferner im Schaltungsdesign ausreichend berücksichtigt sein und ist gegebenenfalls durch besondere Maßnahmen zu kompensieren. Bevorzugte Weiterbildungen des Erfindungsgegenstandes sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben. So kann ein primäres Impulssignal wahlweise durch eine Umschalteinheit Signaltyp-getreu oder Signaltyp-wechselnd als schein-primäres, sekundäres Impulssignal am entsprechenden Signalausgang ausgebbar sein. Damit kann der Signalvervielfacher universell eingesetzt werden, da zum Einen an Stelle von Sensoren mit Spannungsausgang auch Sensoren mit Stromausgang anschließbar sind, und zum Anderen ein Spannungs- bzw. Stromsignal für ein sekundäres Steuergerät frei wählbar unabhängig vom Signaltyp des Eingangssignals ausgegeben werden kann.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform besitzt der erfindungsgemäße Impulssignalvervielfacher mindestens zwei Übertragungskanäle, also beispielsweise einen Kanal je Spur eines Drehzahlsensors, zur rückwirkungsfreien Auskopplung von Drehzahlimpulssignalen aus bestehenden Signalkreisen und anschließenden Übertragung vom jeweiligen Eingang zum jeweiligen Ausgang des Vervielfachers und weiter zu einem sekundären Signalkreis. Jeder Übertragungskanal besitzt dabei einen Eingangsteil und einen Ausgangsteil. Diese Teile sind untereinander und zwischen den Kanälen komplett galvanisch getrennt ausgeführt.
Weitere vorteilhafte Ausführungsformen des Impuls signal Vervielfachers betreffen die anschließbaren primären Impulssignale, die Spannungsignale mit einem Low- und einem High-Pegel und/oder Stromsignale vorzugsweise mit von Null verschiedenem Mindestwert und einem vorzugsweise zwischen zwei Pegelwerten variierbaren High-Pegel sein können. Die Eingänge und Ausgänge des Impulssignalvervielfachers können also unabhängig voneinander auf Spannungs- bzw. Stromsignale mittels Auswahl der passenden Anschlussklemme und durch Konfiguration von Bedienelementen, z.B. DlP-Schaltem, konfiguriert werden. Bei einer Konfiguration für Stromsignale kann außerdem beispielsweise per DIP- Schalter gewählt werden, ob der Maximalwert 14 mA oder 20 mA betragen soll. Bei Spannungssignalen liefernden Drehzahlsensoren gibt es Spezialausführungen, die eine mittlere Spannung zwischen Low- und High- Wert bei Stillstand des Messzahnrades liefern. Hier kann optional eine sogenannte Mittenspannungserkennung im Eingangsteil des Impulssignalvervielfachers des jeweiligen Kanals realisiert sein.
Grundsätzlich vorstellbar, hier aber nicht näher ausgeführt, ist auch eine direkte Übertragung eines als Mittenspannung erkannten Signals durch einen weiteren, eigenen Zustand der optischen Übertragungsstrecke. Dies kann beispielsweise eine weitere Lichtintensitäts stufe sein, die zwischen den die High- und Low-Pegel repräsentierenden Lichtintensitätsstufen liegt. Die Mittenspannungserzeugung setzt eine dazu befähigte Spannungsausgangsstufe in der Ausgangssektion des Vervielfachers voraus.
Weitere bevorzugte Ausführungsformen betreffen die Schirme der Eingangs- und Ausgangsschaltung(en) des Impulssignalvervielfachers. So können alle Schirme der Eingangsschaltung(en) und vorzugsweise Aus- gangsschaltung(en) galvanisch getrennt von allen anderen Schaltungsteilen des gleichen Kanals oder gegebenenfalls der weiteren Kanäle sein. Auch der jeweilige Schirm der Eingangsschaltung(en) kann mit der Schirmung einer Abzweigleitung verbunden sein, die die in einer geschirmten Signalleitung eines primären Signalkreises geführten primären Impulssignale zum Impulssignalvervielfacher führt. Als weitere alternative Ausführungsform bei mehrkanaligen Anordnungen können die Schirme der Ausgangsschaltungen der mindestens zwei Kanäle miteinander verbunden oder als ein gemeinsamer ausgangsseitiger Schirm ausgebildet sein.
Alle Eingänge, Ausgänge und Anschlüsse für Schirme des Vervielfachers generell weisen dabei entsprechende Anschlussmittel zum Anschluss von Leitungen auf Bei den Anschlussmitteln kann es sich um in der Mess-, Steuer- und Regeltechnik übliche Schraubklemmen, Push In-Klemmen bzw. Zugfederkraftklemmen handeln, wobei all diese wiederum auch steckbar ausgeführt sein können. Als weitere mögliche Anschlussmittel kommen auch andere Steckverbindertypen in Frage, vor allem bei Anwendung in der Bahntechnik sind dort gebräuchliche, mehrpolige Typen mit Kontaktierungsmöglichkeit für den Leitungsschirm, ggf. auch mit eigener Abschirmung relevant. Weitere Möglichkeiten sind z.B. sogenannte SUB- D- sowie M12-Steckverbinder.
Weitere bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung betreffen Maßnahmen zur Hilfsenergie- Versorgung des Impuls signal Vervielfachers. So kann bei jeder Ausgangsschaltung ein Einspeisungsanschluss zur zusätzlichen Hilfsenergie- Versorgung vorgesehen sein. Dies ermöglicht, dass abhängig vom Energiebedarf des Impulssignalvervielfachers nötigenfalls ein Defizit bei der vom Steuergerät bereitgestellten Hilfsenergie durch ein gesondertes Netzgerät ausgeglichen werden kann. Damit ist auch in diesem Falle gewährleistet, dass jedwedes Steuergerät vom erfindungsgemäßen Impulssignalvervielfacher mit schein-primären sekundären Impuls Signalen versorgt werden kann. Durch die weiterhin vorgesehene Verwendung eines galvanisch getrennten Übertragers zwischen der jeweiligen Ausgangs- und Eingangsschaltung zur Hilfsenergie- Versorgung der Eingangsschaltung(en) ist die Rückwirkungsfreiheit des Vervielfachers also auch in dieser Hinsicht gewährleistet.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist (sind) die Eingangsschaltung(en) mit einer Frequenzteiler-Schaltung versehen. Eine Frequenzteilung kann dann beispielsweise mit den Faktoren 2, 4 oder 8 durch entsprechende DIP- Schalter aktiviert werden. Die Pulsfrequenz am Ausgang des jeweiligen Kanals ist dann um diesen Teilerfaktor niedriger als die Eingangsfrequenz.
Schließlich ist es ferner optional vorgesehen, die Ausgangsschaltungen einer mindestens zwei Kanäle umfassenden Ausführung eines Impulssignalvervielfachers mit einer Schaltung zur Detektion der Drehrichtung eines angeschlossenen Drehzahlsensors auszurüsten. Dies erfolgt unter Verwendung eines sogenannten D-Flip-Flops, wobei dieser Schaltung die Pulssignale aus beiden Kanäle zugeführt und die Masse (GND)potenziale der beiden ausgangsseitigen Elektroniken ebenfalls zusammengeschaltet werden. Damit ist dann die Potenzialtrennung zwischen den beiden Ausgangskanälen allerdings nicht mehr gegeben.
Weitere Merkmale, Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der beigefügten Zeichnungen. Es zeigen: Fig. 1 ein Systemblockschaltbild der Integration eines Impulssignalvervielfachers in einem Zugsteuerungssystem mit einem zwei- kanaligen spannungsgebenden Drehzahlsensor, Fig. 2 ein Systemblockschaltbild der Integration eines Impulssignalvervielfachers in einem Zugsteuerungssystem mit einem zwei- kanaligen stromgebenden Drehzahlsensor, sowie
Fig. 3 und 4 Blockschaltbilder eines einzelnen Kanals eines im Allgemei- nen zweikanaligen Impulssignalvervielfachers in zwei unterschiedlichen Ausführungsformen.
Einleitend werden in den nachfolgenden Tabellen alle Anschlüsse des dargestellten Impulssignalvervielfachers (im Folgenden kurz. „ISVV“) aufge- listet.
Tabelle T3 gibt die Anschlüsse für die Sensorleitung an.
Tabelle T3: Anschlüsse am ISVV für den Sensor, [#]: Konfiguration wählbar z.B. Stromeingang/Spannungseingang, maximaler Stromwert des Highpegels etc. durch Schalter am Gerät und Beschaltung der passenden Anschlussklemme Tabelle T4 gibt die Anschlüsse des ISVV für das sekundäre Steuergerät an.
Tabelle T4: Anschlüsse am ISVV für das sekundäre Steuergerät, [#]: Konfiguration z.B. wählbar durch Schalter am Gerät und Beschaltung des passenden Anschlusses Der ISVV enthält dementsprechend auch Einrichtungen, die den Anschluss von Drehzahlsensoren mit Stromausgang für die Drehzahlimpulssignale ermöglichen. Drehzahlsensoren mit Stromausgang werden nahezu immer aus der Impulsstromschleife selbst gespeist, daher unterschreitet der Stromwert niemals einen Mindestwert, er wird nur zwischen zwei Stromwerten für High und Low hin und her geschaltet. Der Mindestwert wird beispielsweise für den Signalzustand Low erreicht, ein typischer nominaler Wert ist ISL =
7 mA. Dieser Wert kann abhängig von Sensorexemplar und Hersteller jedoch etwas streuen. Es gibt im Wesentlichen zwei Klassen von stromgebenden Drehzahlsensoren, die hinsichtlich der High-Impulsstromwerte un- terschiedlich ausgelegt sind. Der Maximalstromwert wird für den Signalzustand High erreicht, die typischen nominalen Werte sind je nach Klasse ISH = 14 mA oder ISH = 20 mA. Auch diese Werte können abhängig von Sensorexemplar und Hersteller etwas streuen. Eine geringe Streuung dieser Werte stellt jedoch kein Problem dar, solang eine sichere Unterscheidung zwischen den Signalzuständen High und Low bei den daran angeschlossenen Steuergeräten bzw. dem ISVV erfolgen kann. Es gibt in seltenen Fällen auch Drehzahlsensoren als Sonderausführung mit Stromsignalausgang, die nicht Schleifenstrom-gespeist sind. Solche Sondertypen besitzen dann einen GND-Anschluss wie sie auch spannungsgebende Drehzahlsensoren haben. Auch solche Drehzahlsensoren sind an den ISVV problemlos anschließbar. Unabhängig davon ob Drehzahlsensoren Spannungsausgänge oder Stromausgänge haben, verdienen die verschiedenen Möglichkeiten a) bis d) bei der Anbindung des Schirmes der eigenen Sensorleitung innerhalb des Sensorgehäuses besondere Beachtung - siehe dazu die spätere Beschreibung der Fig. 1 zur Integration eines ISVV in ein System mit spannungsgebendem Drehzahlsensor.
Es sei ferner angemerkt, dass der ISVV weder eine Speisespannung noch einen Speisestrom für den Betrieb eines Drehzahlsensors zur Verfügung stellt. Dies erfolgt weiterhin durch das primäre Steuergerät. Weil beim ISVV im Vordergrund steht, dass er zum Auskoppeln und Verteilen von Drehzahlimpulssignalen verwendet wird, wäre daher eine Sensorspeisung wenig sinnvoll. In Weiterentwicklungen des ISVV für Spezialanwendungen kann eine Bereitstellung von Speisespannung und Speisestrom als zusätzliche Funktionalität in den ISVV integriert werden. Diese wird im Folgenden jedoch nicht weiter behandelt.
Im Folgenden wird nun explizit das Systemblockschaltbild gemäß Fig. 1 näher erläutert. Der ISVV greift dabei die Drehzahlimpulssignale aus einem primären Signalkreis ab und verteilt sie an ein sekundäres Steuergerät als Drehzahlstromimpulssignale über die geschirmte Leitung 193. Über diese Leitung 193 wird der Impulssignalvervielfacher auch mit Hilfsen- energie versorgt. Zum prinzipiellen Anschluss des Impulssignalvervielfachers an das sekundäre Steuergerät findet sich in der Beschreibung zu Figur 2 weitere Information.
Ein spannungsgebender Drehzahlsensor 135 mit zwei Spuren ist über die Sensorleitung 145a, 145b, sowie die Anschluss- und Abzweigpunkte 146a, 146b und die Signalleitung 147 mit dem primären Steuergerät 148 verbunden. Das primäre Steuergerät 148 versorgt über seinen Anschluss VSP den Drehzahlsensor 135 mit Hilfsenergie über dessen Anschluss Ußsen. Die Ausgänge des Drehzahlsensors Uoutseni und U ou tsen2 sind über eine Signalleitung 147 mit den Eingängen Ui npi und Ui np 2 des primären Steuergerätes 148 verbunden. Der Masseanschluss des Drehzahlsensors GND sen ist mit dem Masseanschluss GNDp des primären Steuergerätes verbunden. Die Sensorleitung 145a, 145b ist, wie auch alle anderen Signalleitungen 147, 190 und 193, geschirmt ausgeführt. Dies vermindert Störeinflüsse auf die Signalübertragung der Leitung selbst, es vermindert auch die Eintragung leitungsgebundener Störungen in die Elektronik des Drehzahlsensors und der Steuergeräte. Beides könnte bei einer ungeschirmten Leitung durch äußere elektromagnetische Einwirkung und ggf. galvanische Einkopplungen geschehen. Besondere Beachtung verdient die Ankopplung des Schirms der Sensorleitung 145a an ihren Punkten 142' und 142. Der Drehzahlsensor 135 wird im Allgemeinen mit bereits einseitig angeschlossener Sensorleitung vom Sensorhersteller geliefert. Da es unterschiedliche Schirmungskonzepte oder Schirmanschlusskonzepte für die Sensoranbindung in Schienenfahrzeugen gibt, liefern die Sensorhersteller Drehzahlsensoren mit dazu passendem Schirmkonzept / passendem Schirmanschluss. Dies verdeutlichen die vier möglichen „virtuellen“ Verbindungspunkte 137, 138, 139 und 140, wobei ein realer Drehzahlsensor nur gemäß einer dieser Varianten ausgeführt ist und die jeweilige Verbindung des virtuellen Verbindungspunkts 142‘ mit einem Verbindungspunkt aus der Gruppe 137. . . 140 innerhalb des Drehzahlsensorgehäuses fest verdrahtet ist. Der Anwender muss die passende Sensorvariante, also mit passender Schirmung und Schirmanbindung bestellen.
Hierbei bedeutet die virtuelle Verbindung von a) 142‘ mit 137: Schirm der Sensorleitung ist galvanisch mit dem Sensorgehäuse verbunden. b) 142‘ mit 138: Schirm der Sensorleitung im Sensorgehäuse offen, also nicht verbunden. c) 142‘ mit 139: es gibt eine galvanisch vom Sensorgehäuse getrennte innere Schirmhülle 136, die die Sensorelektronik und ggf. das Sensorelement umgibt, und der Schirm der Sensorleitung ist galvanisch mit dieser Schirmhülle verbunden. d) 142‘ mit 140: Schirm der Sensorleitung ist über einen Koppelkondensator 141 mit dem Sensorgehäuse verbunden.
Es kann weitere Arten der Schirmanbindung innerhalb des Sensorgehäuses geben, beispielsweise kann der Schirm auch mit dem Anschluss GND sen innerhalb des Sensorgehäuses verbunden sein. Diese Anbindung ist nicht dargestellt. Dies gilt auch für stromgebende Sensoren, sofern es sich dort um eine entsprechende Sonderausführung mit GND-Anschluss handelt.
Der Drehzahlsensor 135 ist über sein Sensorgehäuse durch die mechanische Befestigung am Drehgestell in unmittelbarer Nähe eines Rades mit dem Erdpotenzial 144 verbunden. Dieses Erdpotenzial wird durch das Potenzial des Gleises bestimmt, auf dem die Wagenräder des Drehgestells des Schienenfahrzeugs rollen bzw. abrollen. Die verschiedenen Abschnitte der Signalführung zwischen Drehzahlsensor und primärem Steuergerät gliedert sich wie folgt: Die direkt am Drehzahlsensor beginnende geschirmte Sensorleitung ist 145a. Mit 145b ist eine geschirmte Signalleitung zwischen den Abzweig-/ Anschlusspunkten 146a und 146b bezeichnet, sie kann bis 50 Meter Länge oder mehr aufweisen.
146a ist ein Abzweig- und Anschlusspunkt, hier z.B. eine Steckverbindung am Eintrittspunkt von 145a in den Wagenkasten eines Schienenfahrzeuges. 146b ist ebenfalls ein Abzweig- und Anschlusspunkt, z.B. eine Klemmstelle nahe der Leitungseinführung in den Schaltschrank, in dem 148 montiert ist.
Je nach verwendetem Schirmkonzept des Sensors und Art des primären Steuergerätes 148 ist auch die weitere Anbindung des Schirms der Sensorleitung 145a an die Signalleitung 147 verschieden. Dies ist durch den Anschlusspunkt 149 in Figur 1 verdeutlicht. Hierzu sei ein Beispiel genannt: Eine seitens einiger Schienenfahrzeughersteller häufiger zu findende Kombination ist die Verwendung eines Drehzahlsensors gemäß a) in Kombination mit einem unterbrochenen Schirm in dem Abzweig- und Anschlusspunkt 146a. Es wird also auf die Verbindung der beiden Leitungsschirme zwischen 142 und 149 verzichtet und zwar insbesondere dann, wenn das primäre Steuergerät keine Potenzialtrennung der Sensorsignaleingänge besitzt. Der Grund hierfür ist, dass vagabundierende Ströme zwischen den beiden Potenzialen 195 (Schaltschrankerde bzw. Erde des Wagenkastens) und 144 (Gleispotenzial) verhindert werden sollen. Solche vagabundierenden Erdströme können entstehen, wenn der Pfad des Rückstromes des Schienenfahrzeuges über Erdungsschleifringkontakte in die Wellen der Radsätze bezogen auf den zu führenden Strom nicht niederohmig genug ist Dann kann es zu unerwünschten Spannungsdifferenzen zwischen Wagenkasten und Drehgestell kommen. Erdungskontakte arbeiten mit Kohle- bzw. Graphit-Gleitkontakten. Solche Übergangswiderstände entstehen z.B. bei abgenutzten Gleitkontakten oder bei Überstromereignissen. Es kann aber auch bei Kontaktproblemen des auf hohem Potenzial liegenden Stromabnehmers (Pantograph oder Stromschienen- Abnehmer, Stromschiene = wird auch als „Dritte Schiene“ bezeichnet) zu erheblichen Spannungsdifferenzen zwischen Wagenkasten und Drehgestell kommen, insbesondere wenn es durch Lichtbogenbildung (Arcing) zu steilflankigen Stromverläufen kommt. Dann bewirkt allein schon die unvermeidliche parasitäre Induktivität der Kabelverbindung zwischen Wagenkasten und Erdungschleifringkontakt einen neimenswerten Spannungsabfall, der zudem hohe Frequenzanteile aufweisen kann. Vagabundierende Erdströme können den Drehzahlsensor selbst, die Leitungen 145a, 145b und 147, die Verbin- dungs- / Abzweigstelle 146a, 146b als auch die angeschlossenen Steuergeräte, wie z.B. das primäre Steuergerät 148 schädigen. Eine Verbindung der Schirm Verbindungspunkte in Falle a) ist nur dann möglich, wenn das primäre Steuergerät 148 eine leistungsfähige Potenzialtrennung des Ports für den Sensoranschluss aufweist, also alle Anschlüsse VSP, Uinpi, Ui np 2, GNDp potenzialgetrennt zu anderen Potenzialen innerhalb des Steuergerätes und vor allem, potenzialgetrennt zur Schaltschrankerde 195 ist. Zur Verdeutlichung dieser Effekte ist in Figur 1 eine Störspannungsquelle 143 eingezeichnet, die zwischen dem Erdpotenzial 144 und der Schaltschrankerde wirken kann. Hierbei können hohe Spannungen im kV-Bereich auftreten, wie bereits beschrieben.
Der steuergeräteseitige Schirmanschluss 197 der Signalleitung 147 ist in Figur 1 ebenfalls keiner eindeutigen Verbindung zu anderen Punkten zugewiesen. Auch diese Verbindung des Leitungsschirms hängt davon ab, was der Hersteller des Steuergerätes vorgibt. Es kann einen speziellen Schirm- anschluss am Steuergerät geben und / oder eine Erdungsschiene im Schaltschrank, in dem das Steuergerät montiert ist. Eine solche Erdungsschiene ist verdeutlicht durch den Verbindungspunkt 194 in der Nähe des primären Steuergerätes, der mit Schaltschrankerde verbunden ist.
Sowohl das primäre Steuergerät 148 als auch das sekundäre Steuergerät können im Allgemeinen mit einem elektrisch abschirmenden Gehäuse ausgestattet sein. Ferner können die Steuergeräte mit auf einen Erdanschluss des Steuergerätes hin ableitenden Überspannungsschutzelementen ausgestattet sein.
Dieser Erdanschluss der Steuergeräte besteht z.B. in Form von deren Metallgehäuse (Chassis), welches bei der Montage im Schaltschrank häufig mit dem Schaltschrank-Erde- Anschluss 194 verbunden wird. Bei dem primären Steuergerät 148 ist daher dessen Erdanschluss mit Chsp (Chassis primäres Steuergerät) und beim sekundären Steuergerät mit Chss (Chassis sekundäres Steuergerät) bezeichnet.
Steuergeräte können auch spezielle Anschlüsse für den Schirm der Signalleitung besitzen, z.B. insbesondere bei mit mehrpoligen geschirmten Steckern für die Sensoreingänge ausgestatteten Steuergeräten ist dies bereits durch die Verwendung geschirmter Stecker der Fall. Es kann jedoch auch spezielle, separat geführte Schirmanschlüsse an Steuergeräten geben und diese können mit internen Trennkondensatoren auf das metallische Gehäuse des Steuergerätes bzw. seinen Erdungsanschluss geführt sein. Die jeweilige exakte Anbindung des Schirmanschlusses ist in der Figur 1 daher nicht genau festlegbar. Ein möglicherweise vorhandener steuergeräteseitiger Anschluss für die Schirme der Signalleitungen ist in Figur 1 mit den Namen Shldp bei dem primären und bei dem sekundären Steuergerät mit Shlds bezeichnet. Sollen nun die Drehzahlsensorsignale an mindestens ein weiteres Steuergerät rückwirkungsfrei verteilt werden, so kommt der ISVV 184 zur Anwendung. Am Abzweigpunkt 146b wird hierzu parallel eine geschirmte Abzweigsignalleitung 190 an den primären Signalkreis sowie Ußsen, wie in Figur 1 dargestellt, angeschlossen. Der Abgriff auch von Ußsen ist unerlässlich, da damit die korrekten Schwellen für die Erkennung der High- und Low-Pegel im ISVV sichergestellt sind. Der ISVV besitzt eine leistungsfähige Potenzialtrennung, die auch höheren Störspannungen, insbesondere transienten Überspannungen widerstehen kann. Der ISVV besitzt vorzugsweise ein elektrisch isolierendes Kunststoffgehäuse, in dem die intern kanalindividuell und Port-individuell geschirmte Elektronik untergebracht ist. Unter individuellem Port wird hierbei jeder Eingang mit den Klemmen 100, 101, 102, 103, 104 und jeder Ausgang mit den Klemmen 175, 176, 177, 178, 179 und 180 verstanden. Die Nummerierung in Figur 1 berücksichtigt nur den Kanal 1 des zweikanaligen ISVV. Die Portdefinition gilt sinngemäß auch für den identisch aufgebauten Kanal 2 des ISVV. Daher ist der zweikanalige ISVV letztlich ein Vierport-Gerät. Jeder Port ist mit einem zugehörigen Elektronikteil verbunden. So sind also alle Eingangsklemmen 100, 101, 102, 103 mit der Elektronik der Eingangsseite 120 verbunden und Klemme 104 ist mit dem Schirm 122 der Elektronik der Eingangsseite 120 verbunden. Dementsprechend sind also alle Ausgangsklemmen 175, 176, 177, 179 mit der Elektronik 181 der Ausgangsseite und Klemme 178 ist mit dem Schirm 174 verbunden. Gleiches gilt sinngemäß für Eingangsteil 120 ‘ und Ausgangsteil 181‘ für den identisch aufgebauten Kanal 2 des IS VV. Mit den Schaltern bzw. Bedienelementen 130 und 131 bzw. 130‘ und 131‘ lassen sich Anpassungen an den jeweils verwendeten Sensortyp bzw. Steuergerätetyp im Sinne einer Konfiguration vornehmen. Die Schirme 122 und 174 sind komplett isoliert von allen anderen Schaltungsteilen des ISVV ausgeführt und sind auf die Klemmen 104 bzw. 178 nach außen geführt. Durch die Auslegung der Schirme Shldini und Shld ou ti (und natürlich der Entsprechungen des Kanals 2) lassen sich flexible Anpassungen an die jeweilige Schirm situation des Drehzahlsensors sowie des primären und sekundären Signalkreises vornehmen. So ist es möglich, den Schirmanschluss 191 der Abzweigleitung an die Anschlüsse Shldini (104) und Shldin2 zu legen. Sollten aufgrund eines ungünstigen Systemdesigns beim Fahrzeughersteller grundsätzlich hohe Überspannungen zwischen den Innenleitem der Sensorleitung und deren Schirm zu erwarten sein, so kann der Anschluss 104, also Shldini sowie dessen Entsprechung des Kanals 2, Shldin2 unbeschaltet bleiben oder mit GNDini und GNDin2 verbunden werden
Anstelle der hier in den Figuren 1 und 2 angedeuteten Schalter als mechanisch betätigbaren Bedienelementen wie z.B. DIP-Schalter oder Drehcodierschalter sind auch andere Möglichkeiten zur Durchführung einer Konfiguration des ISVV denkbar. Das können sein: Lötbrücken, Steckbrücken, Schraubbrücken, Codierstecker, gegebenenfalls auch der Einsatz programmierbarer integrierter Schaltungen, sofern sie der Sicherheitsphilosophie nicht entgegenstehen bzw. entsprechende Vorkehrungen gegen systematische und zufällige Fehler getroffen wurden.
Damit das primäre Drehzahlmesssystem aus Drehzahlsensor und primärem Steuergerät nicht durch den ISVV beeinflusst bzw. gestört wird, darf es keine unzulässigen Rückwirkungen durch den Anschluss des ISVV geben. Dies wird durch zwei Parameter erreicht:
1. Der Mindestisolationswiderstand Risoinn des ISVV zwischen seinen Eingangsports und allen anderen Ports wird niemals unterschritten, die Potenzialtrennung zwischen allen Ports ist also immer ausreichend gut, auch unter hohen transienten Spannungsbelastungen, insbesondere Gleichtakt-Spannungsbelastungen auf dem Sensorsignalstromkreis.
2. Der Eingangswiderstand Rini bzw. Rin2 zwischen Uini und GNDini bzw. Uin2 und GNDin2 des ISVV ist immer groß genug, somit also die Strombelastung Ibrdsi/2 (Bürdenstrom) des Sensors an jedem seiner Spannungsausgänge immer klein genug.
3. Der Eingangswiderstand für die Monitoreingänge Usi und Usi gegen GNDini und GNDin2 muss genügend hoch sein
Die unter 1. und 2. angegebenen Punkte gelten auch hinsichtlich komplexer Widerstände bzw. Impedanzen. Das bedeutet, dass hinsichtlich Isolation aller Ports gegeneinander unter 1. eine möglichst geringe parasitäre Koppelkapazität zwischen allen Ports herrschen soll und dass im Sinne der Eingangswiderstände unter 2. ausreichend hohe Eingangsimpedanzen zu realisieren sind, insbesondere Eingangskapazitäten die parallel zu Rini / Rin2 auftreten, müssen daher ausreichend gering sein.
Die Punkte 1. und 2. gelten auch für die gesamte Installation mit ihren Leitungen, Klemmstellen bzw. Verbindungsstellen.
Eine einfache Integrierbarkeit in bestehende Steuerungssysteme erfordert auch gute Kontaktierung s- bzw. Verbindungsmöglichkeiten. So können alle Klemmen 192 und 192‘ des ISVV in vorteilhafter Weise jeweils als Mehrfachklemme, z.B. als Doppelklemme pro Anschluss (pro Pol) ausgeführt sein, um eine einfache Installation ohne zusätzliche Klemmenblöcke zu ermöglichen. Dies spart Installationsaufwand und Kosten beim Anwender und vereinfacht die Installation und erhöht die Zuverlässigkeit.
Tabelle T5 gibt diese Bedingungen für die Rückwirkungsfreiheit des ISVV auf den primären Signalkreis exakt an.
Tabelle T5: Bedingungen für die Rückwirkungsfreiheit des ISVV (n = Kanal-Nr.)
Dabei gilt
Igesenl (Ibrdpl T Ibrdsl),
Igesen2 — (Ibrdp2 + Ibrds2), also der Gesamtstrombelastung am jeweiligen Ausgang des Drehzahlsensors.
Mit Imxsi und Imxs2 = maximal zulässige Strombelastung am jeweiligen Ausgang des Drehzahlsensors bei U ou tseni/2 = Uhi h, gemäß Herstellerangabe, unter der Voraussetzung, dass genügend Spanungspegel an den Signaleingängen des primären Steuergerätes verbleibt. Der Spannungsabfall Uitgi/2 auf den Leitungen ist zu berücksichtigen. Uitgi/2 = Spannungsabfall des gesamten Leitungsweges Spur 1/2 aufgrund des ohmschen Widerstands bzw. aufgrund der Leitungsdämpfung insgesamt
Uhigh = tatsächliche Ausgangsspannung des Drehzahlsensors bei High-Pegel
Die Bedingungen für die Rückwirkungsfreiheit des IS VV auf den primären Signalkreis (n = Kanal-Nr.) für die Monitoreingänge Usi und Us2 gibt die folgende Tabelle T6 an.
Tabelle T6: Bedingungen für die Rückwirkungsfreiheit bzgl. Monitoreingänge (n = Kanal-Nr.)
Dabei gelten:
2 Isnsl2 Lnsl + Lns2 (Summe der Monitor-Eingangsströme, da die Monitoreingänge Usi und Us2 hier anwendungsgemäß parallel geschaltet sind.
- Imxshe = maximal zulässige Strombelastung am Hilfsenergieversorgungsausgang VSP des primären Steuergerätes gemäß Herstellerangabe, unter der Voraussetzung, dass genügend Spanungspegel an dem Hilfsenergieanschluss Ußsen des Drehzahlsensors verbleibt (Spannungsabfall auf Leitungen berücksichtigen), ein ggf. vorhandener Überwachungsbereich für den entnommenen Strom am Hilfsenergieversorgungsausgang VSP ist zu berücksichtigen.
Außerdem bezeichnet Ißsen den Versorgungsstrom des Drehzahlsensors.
Aufgrund der herausragenden Eigenschaften des ISVV eignet er sich grundsätzlich auch für den Schutz von Steuergeräten primärer Signalkreise. In diesem Sinne geht seine Anwendbarkeit auch über die Aufgabe der Verteilung an sekundäre Steuergeräte deutlich hinaus.
Im Folgenden wird nun das in Fig. 2 dargestellte Systemblockschaltbild der Integration des ISVV in ein Zugsteuerungssystem mit einem 2-kanaligen stromgebenden Drehzahlsensor 235 beschrieben. Für die Signalführung bei diesem Drehzahlsensor gilt nun in Figur 2 (äquivalent zu Figur 1): Die direkt am Drehzahlsensor beginnende geschirmte Sensorleitung ist 245a. Mit 245b ist eine geschirmte Signalleitung zwischen den Abzweig-/ Anschlusspunkten 246a und 246b bezeichnet, sie kann bis 50 Meter Länge oder mehr aufweisen.
246a ist ein Abzweig- und Anschlusspunkt, hier z.B. eine Steckverbindung am Eintrittspunkt von 245a in den Wagenkasten eines Schienenfahrzeuges. 246b ist ebenfalls ein Abzweig- und Anschlusspunkt, z.B. Klemmstelle nahe der Leitungseinführung in den Schaltschrank, in dem 248 montiert ist. Der ISVV greift die Drehzahlimpulssignale aus einem primären Signalkreis ab und verteilt sie an ein sekundäres Steuergerät als Drehzahlspannungsimpuls Signale. Im Unterschied zur Anwendung nach Figur 1 erfolgt hier der Abgriff der Drehzahlimpulssignale seriell, da es sich um Stromsignale handelt. Die kombinierten Spannungs-ZStromausgänge 175 und dessen Entsprechung in Kanal 2 des ISVV in Figur 2 sind mit Hilfe der Schalter 131 und 131‘ als Stromausgänge konfiguriert. Über die geschirmte Signalleitung 293 ist der ISVV mit dem sekundären Steuergerät 296 verbunden. Der Ausgang V ss des sekundären Steuergeräts versorgt den ISVV mit Hilfsenergie, wobei der Versorgungsstrom des ISVV über den Anschluss GNDs des Steuergeräts 296 wieder zurückfließt. Das sekundäre Steuergerät muss neben einem Vss-Anschluss einen GNDs- Anschluss besitzen, damit die Hilfsenergie für den ISVV geliefert werden kann. Die Drehzahlimpulssignale der Ausgangsseite des ISVV fließen über die Klemme 175 I ou ti in den Eingang linsi des Steuergerätes und von I ou t2 des ISVV in den Eingang Ii nS 2 des Steuergerätes.
Weil der Drehzahlsensor 235 anstelle von Spannungsausgängen nun Stromausgänge hat, so ergeben sich etwas andere Verhältnisse. Besondere Beachtung hinsichtlich Beeinflussung durch elektromagnetische Störungen verdient die Konfiguration gemäß Figur 2, bei der die Eingänge des ISVV in die Stromschleifen für die Drehzahlstromimpulssignale eingeschleift sind und damit seriell zu den Stromeingängen des primären Steuergerätes 248 liegen. Bezogen auf die gesamte Stromschleife sind dadurch GNDini und GNDin2 nicht auf einem ruhenden Massepotenzial „hängend“ zwischen der Drehzahlsensorbetriebsspannung Ußsen. Weil der ISVV dann in eine Stromschleife seriell eingefügt ist - es besteht also für die Signalkreise nun eine Reihenschaltung mit dem primären Steuergerät - so werden die Stromausgänge loutseni und I ou tsen2 an die Eingänge Imi (202) bzw. Iin2 des Kanals 2 des ISVV angeschlossen. Die in diese beiden Eingänge fließenden Ströme fließen über die Klemmen GNDini (203) und GNDin2 weiter über die Abzweigleitung und die Signalleitung 247 in das primäre Steuergerät 248 zurück. Das bedeutet gleichzeitig, dass GNDini und GNDin2 nicht mehr auf „Ground“ liegen sondern auf dem Potenzial der Eingänge Ui npi und Ui np 2 des Steuergerätes 248 mit dem sie jeweils verbunden sind. Aus diesem Grunde verbietet sich in den meisten Fällen die Verbindung der Schirme Shldini und Shldin2 mit Gndini und Gndin2 aus EMV-Sicht. Stattdesen wird der Leitungsschirm der Abzweigleitung 290 mit Shldini und Shldin2 verbunden. Sofern nicht anders angegeben ist, beziehen sich die Spannungsangaben immer auf das GND-Potenzial des jeweiligen Eingangs bzw. Ausgangs. (Die folgenden Aussagen gelten sinngemäß auch für den Anschluss des ISVV an das sekundäre Steuergerät gemäß Figur 1.)
UBI/2 ist die Betri ebsspannung (Hilfsenergieversorgung) nur der jeweiligen Ausgangsstufe des Kanals Nr. 1 bzw. Kanals Nr. 2 des ISVV. Dieser Hilfsenergieanteil wird normalerweise immer vom sekundären Steuergerät bereitgestellt. Über die zusätzlichen Klemmen Vsi/2 werden die restliche Elektronik des jeweiligen Ausgangs und der jeweilige galvanisch getrennte Eingangskanal mit Hilfsenergie gespeist. An das sekundäre Steuergerät wird normalerweise ein Drehzahlsensor angeschlossen. Der nun stattdessen angeschlossene ISVV-Ausgang samt dessen Hilfsenergiebedarf soll sich gegenüber dem sekundären Steuergerät wie ein Drehzahlsensor verhalten. Bei sekundären Steuergeräten, die die Stromaufnahme angeschlossener Drehzahlsensoren überwachen, kann es zu Fehlermeldungen kommen, wenn der Gesamteigenstrombedarf eines ISVV höher liegt als der des seitens des Steuergerätes erwarteten Drehzahlsensors. Daher hat der ISVV je Ausgangskanal diese zwei verschiedenen Hilfsenergieklemmen. Die Höhe der Spannung an den Klemmen UBI/2 bestimmt die maximal mögliche Ausgangsspannung der Ausgänge I ou ti/2 / U ou ti/2 des IS W. Genauso verhält sich auch ein Drehzahlsensor bzgl. Ußsen. Sollte also die Gesamtstromauf- nahme des ISVV nicht zum Überwachungsbereich des sekundären Steuergerätes passen, so kann an die Klemmen Vsi/2 ein zusätzliches Hilfsenergiespeisegerät angeschlossen werden. Dieses speist den restlichen zum Betrieb des ISVV erforderlichen Strom ein und entlastet damit die Stromversorgung des Steuergerätes. Überwacht das sekundäre Steuergerät den entnommenen Hilfsenergiestrom nicht bzw. sind die Grenzen des Überwa- chungsbereiches passend zur Gesamtstromaufnahme eines ISVV und ist die Stromaufnahme des ISVV zulässig, dann werden die Klemmen UBI und Vsi sowie UB2 und Vs2 miteinander verbunden und vom sekundären Steuergerät gespeist.
Damit das primäre Drehzahlmesssystem aus stromgebendem, Schleifen- strom-gespeistem Drehzahlsensor und primärem Steuergerät nicht durch den ISVV beeinflusst bzw. gestört wird, darf es keine unzulässigen Rückwirkungen durch den Anschluss des ISVV geben. Dies wird durch zwei Parameter erreicht:
1. Der Mindestisolationswiderstand Risoinn des ISVV zwischen seinen Eingangsports und allen anderen Ports wird niemals unterschritten, die Potenzialtrennung zwischen allen Ports ist also immer ausreichend gut, auch unter hohen transienten, insbesondere Gleichtakt- Spannungsbelastungen auf dem Sensorsignalstromkreis.
2. Der Eingangswiderstand Rini / Rin2 zwischen L ni und GNDini bzw. Iin2 und GNDin2 des ISVV ist immer klein genug, somit also der Spannungsabfall Ubrdsi/2 (Bürdenspannnung) an jedem seiner Stromeingänge immer klein genug. Zu dem Spannungsabfall der Stromeingänge kommt noch der Spannungsabfall der Installation selbst, also der Leitungen und Klemmstellen bzw. Verbindungsstellen mit hinzu.
Die unter 1. und 2. angegebenen Punkte gelten auch hinsichtlich komplexer Widerstände bzw. Impedanzen. Das bedeutet, dass hinsichtlich Isolation aller Ports gegeneinander unter 1. eine möglichst geringe parasitäre Koppelkapazität zwischen allen Ports herrschen soll und dass im Sinne der Eingangswiderstände unter 2. ausreichend niedrige Eingangsimpedanzen zu realisieren sind, insbesondere Induktivitäten, die seriell zu Rini / Rin2 auftreten, müssen daher ausreichend gering sein.
Die Punkte 1. und 2. gelten auch für die gesamte Installation mit ihren Leitungen, Klemmstellen bzw. Verbindungsstellen.
Tabelle T7 gibt die Bedingungen für die Rückwirkungsfreiheit des ISVV00 auf den primären Signalkreis exakt an.
Tabelle T7: Bedingungen für Rückwirkungsfreiheit (n= Kanal-Nr.)
Hierbei sind die Größen wie folgt:
Umxpi/2 = maximal zulässige Bürdenspannung an den speisenden Eingängen 1/2 des primären Steuergerätes gemäß Hersteller,
Ubrdseni/2 = maximal auftretender Spannungsabfall an den Strom-senkenden Ausgängen des Drehzahlsensors gemäß Hersteller Uitgi/2 = Spannungsabfall des gesamten Weges eines Sensorstromkreises also inkl. Hin- und Rückweg sowie Verbindungsstellen für die Kanäle 1 und 2 zwischen Sensor, ISVV und primärem Steuergerät aufgrund deren ohmschen Widerstands
Ihigh = tatsächlicher Strom wert bei High-Pegel (nominal 14 mA oder nominal 20 mA)
Damit die Rückwirkungsfreiheit auch im Falle von Kontaktproblemen zwischen zum Beispiel doppelstöckigen Anschlusssteckklemmen und den ISVV Stromeingängen Iini / Iin2 gegeben ist, oder im Falle einer Schädigung der internen Schaltung des ISVV, können die doppelstöckigen Anschlussklemmen zwischen den Anschlüssen Iini (102) und GNDini (103) sowie zwischen den entsprechenden Klemmen des zweiten Kanals Iin2 und GNDin2 in Durchlassrichtung gepolt montierte Diodenblöcke (diese sind nicht eingezeichnet) aufweisen. Sofern die Durchlassspannung der Diodenblöcke immer größer ist als die Bürdenspannungen Ubrdsi bzw. Ubrds2 wird dadurch die einwandfreie Funktion der Stromeingänge Iini und Iin2 nicht beeinträchtigt, da die Dioden nicht in Eingriff kommen. Die Diodenblöcke beinhalten jeweils mindestens eine oder mehrere parallel geschaltete Dioden und sorgen durch ihren nahezu konstanten Spannungsabfall für ein Weiterfunktionieren der Stromschleife, falls sich die Bürdenspannungen doch einmal unzulässigerweise im Falle eines Fehlers erhöhen sollten. Natürlich muss der mögliche höhere Spanungsabfall der Dioden dann bei dem Spannungsabfall der Gesamtinstallation berücksichtigt sein, damit es zu keiner sogenannten Ausbürdung kommt, also die erforderlichen Stromschwellen für den High Pegel nicht mehr erreicht werden.
Im Folgenden wird nun anhand der Fig. 3 der detailliertere Aufbau eines der beiden Kanäle des ISVV gemäß den Fig.1 bzw. 2 näher erläutert: Das Drehzahlimpulssignal des spannungsgebenden Drehzahlsensors 135 wird dem Eingang 101 des ISVV zugeführt werden. Die am Drehzahlsensor 135 anliegende Speisespannung Ußsen des Sensors 135 wird ebenfalls abgegriffen werden und dem Eingang 100 des ISVV zugeführt. Der Ground- Anschluss GND sen des Drehzahlsensors 135 wird mit Anschluss 103 verbunden. Auf die vielfältigen Möglichkeiten der Anschlussweise des Kabelschirms des Drehzahlsensors an den ISVV wurde an anderer Stelle in dieser Beschreibung bereits eingegangen.
Die an den beiden Eingängen 100, 101 des ISVV anliegenden Spannungen werden über jeweils eine separate Spannungsteilereinheit 305 bzw. 306 an die beiden Eingänge einer Vergleichereinheit 310 geführt. Beide Spannungsteilereinheiten 305 bzw. 306 können jeweils Frequenzbandbreite-be- grenzende Maßnahmen, wie Kondensatoren sowie Überspannungsschutzmaßnahmen enthalten. Als Überspannungsschutzmaßnahmen können z.B. zwei Dioden zum Einsatz kommen, die auf zwei unterschiedliche Potenziale, wie z.B. eine interne, gegenüber GND1 positive Betriebsspannung sowie auf GND1 selbst führen können und damit das hinter dem Spannungsteiler entstehende Signal auf einen Bereich um diese beiden Potenziale, zuzüglich der Durchlassspannung der Dioden, begrenzen.
Jeder der in den Spannungsteilereinheiten 305, 306 enthaltenen Spannungsteiler kann vorteilhafterweise so ausgeführt sein, dass sie dessen Eingangssignal über mindestens zwei in Reihe liegende Widerstände auf einen Fußpunktwiderstand führen. Diese Serienschaltung verhindert, dass beispielsweise bei einem Fehler, wie einem Kurzschluss eines Einzelwiderstands, der Eingangswiderstand am Eingang 100 oder 101 unzulässig niedrig wird, wodurch die Rückwirkungsfreiheit des ISVV auf das primäre System nicht mehr gewährleistet wäre.
Die am Eingang 101 anliegende Impulsspannung Uoutseni ist nun wie folgt zu bewerten:
Es wird angenommen, dass das Ausgangssignal der Vergleichereinheit 310 dem ISVV-intemen (Low-) Wert „VL“ entspricht. Wird nun die Spannung am Eingang 101 und damit auch am nicht-invertierendem- Eingang der Vergleichereinheit 310 erhöht, bis sie dort die Spannung am invertierenden Eingang der Vergleichereinheit zzgl. eines Hysteresewertes überschreitet, so kippt das Ausgangssignal der Vergleichereinheit 310 auf den (High-) Wert „VH“. Wird nun die Spannung an Eingang 101 und damit am nichtinvertierenden Eingang der Vergleichereinheit 310 wieder soweit verringert, bis sie kleiner als die Spannung am invertierenden Eingang abzüglich eines Hysteresewertes wird, so kippt das Ausgangssignal der Vergleichereinheit 310 wieder auf „VL“. Die Vergleichereinheit 310 ist hierbei intern so konstruiert, dass die Hysterese ratiometrisch betrachtet (bezogen auf die Spannung am Monitoreingang Usi) immer gleich bleibt. In diesem Sinne verdeutlicht das Komparatorsymbol in 310 nur die grundlegende Funktion und nicht die vollständige Schaltung.
Als Zahlenbeispiel sei der Drehzahlsensor mit Ußsen = 12 Volt versorgt. Durch die Erfassung von Ußsen am Eingang 100 ist gewährleistet, dass die Impulsspannung des Sensors im ISVV sicher auf „High“ erkannt wird, wenn die Spannung am Eingang 101 den Wert von UH; = 0,7 * Ußsen = 8,4 V überschreitet. Wenn die Spannung am Eingang 101 den Wert von 0,3 * Ußsen = 3,6 V unterschreitet, wird sicher auf Low erkannt. Dies funktioniert für alle zulässigen Werte von Ußsen , also z.B. auch für Ußsen = 24 Volt. Hier ergeben sich dann als Schaltschwellen am Eingang 101 16,8 V für High bzw. 7,2 V für Low.
Durch die Spannungsteilereinheiten 305 und 306 und den speziellen Aufbau der Vergleichereinheit 310 liegen die Schaltschwellen für Low und High immer bei den gleichen Anteilen der Speisespannung des Sensors und somit wird also eine konstante „ratiometrische“ Hysterese erreicht, die unabhängig von der absoluten Höhe der tatsächlichen Speisespannung des Sensors ist.
Stromgebende Sensoren müssen am Eingang 102 mit 103 als GND angeschlossen werden. Der Eingang 102 führt auf die Shuntwiderstandseinheit 307, die auch mindestens ein Überstromschutzelement in Form zweier antiparallel geschalteter Diodenstrecken enthält. Die Flussspannung der Dioden liegt dabei oberhalb der im Normalbetrieb über der Parallelschaltung der Shunts abfallenden Spannung, sodass eine einwandfreie Detektion der durch die Shunts fließenden Signalströme möglich ist.
Aus Gründen der möglichst sicheren Rückwirkungsfreiheit weist die Einheit 307 vorzugsweise zwei Shuntwider stände in Parallelschaltung auf. Dies ist wichtig, sofern weitere Signalsenken neben dem ISVV in Serie verschaltet sind. Falls also ein einzelner Shuntwiderstand im Falle seines Versagens beispielsweise hochohmig wird, so wirkt der zweite parallel liegende Shuntwiderstand weiterhin als Strompfad und verhindert, dass es zu einer Unterbrechung des Stromflusses im Sensorsignalkreis kommt.
Als weitere, räumlich außerhalb des ISVV liegende Maßnahme zur Verhinderung einer Unterbrechung dieses Stromflusses kann ein bipolar wirken- der Diodenblock in einer entsprechend ausgestalteten, pro Kontakt mehrpoligen Steckklemme angeschlossen werden. Für die Flussspannung auch dieses Diodenblocks gilt das bereits vorstehend Beschriebene. Ein solcher externer Diodenblock ist insbesondere dann anwendbar, falls der ISVV mit steckbaren Klemmen ausgestattet ist. Dies verhindert selbst beim versehentlichen oder absichtlichen Entfernen der Steckklemme aus dem ISVV, dass der Signalstromfluss zu den anderen Signalsenken unterbrochen wird.
Es ist zu bemerken, dass an Stelle von Diodenstrecken auch andere, komplexere elektronische Anordnungen verwendet werden können. Es ist abzuwägen, ob für komplexere Schaltungen die Vorteile, wie etwa kleinere Spannungsverluste gegenüber den Nachteilen wie ggf. geringere Zuverlässigkeit und höhere Bauteilkosten in einem sinnvollen Verhältnis zueinander stehen. Die in der Shuntwiderstandeinheit 307 gewonnene, zum Impulsstrom proportionale Drehzahlimpuls signalspannung wird dann der Komparatoreinheit 311 zugeführt. Diese vergleicht die Drehzahlimpulssignalspannung mit einer in ihrem Wert umschaltbaren Spannungsreferenz 308. Die Umschaltung kann per Schalter 309 erfolgen. Im Gegensatz zu spannungsgebenden Drehzahlsensoren gibt es bei stromgebenden Sensoren hier keine Betriebsspannung des Sensors, die erfasst werden müsste.
Für die Detektorschwellen gelten beispielsweise typische Werte, wie in Tabelle T8 angegeben.
Tabelle T8: Detektionsschwellen für 14 mA-Sensoren (*) bzw. 20 mA-Sensoren (**)
Es sei angenommen, dass das Ausgangssignal der Vergleichereinheit 311 den ISVV-intemen (Low-) Wert „VL“ hat. Wird nun der Strom im Eingang 102 und damit auch am nicht-invertierenden Eingang der Vergleichereinheit soweit erhöht, bis sie die Spannung am invertierenden Eingang der Vergleichereinheit 311 zzgl. eines Hysteresewertes überschreitet, so kippt das Ausgangssignal der Vergleichereinheit 311 auf den (High-)Wert „VH“. Wird nun der Strom im Eingang 102 und damit am nicht-invertierenden Eingang der Vergleichereinheit 311 wieder soweit verringert, bis sie dann kleiner als die Spannung am invertierenden Eingang abzüglich eines Hysteresewertes wird, so kippt das Ausgangssignal der Vergleichereinheit 311 wieder auf „VL“. Die Spannung am invertierenden Eingang der Vergleichereinheit 311 wird bestimmt durch die Spannungsreferenz 308, die zwischen zwei Werten umschaltbar ist. Dadurch ist der ISVV umschaltbar anpassbar für Drehzahlsensoren mit entweder nominal ISH = 14mA oder Sensoren mit nominal ISH = 20 mA. Die Schwellen liegen typischerweise bei den in der Tabelle T3 angegebenen Werten Die Vergleichereinheit 311 kann hier mit geringerer Komplexität als bei der Vergleichereinheit 310 realisiert sein, weil es nur ein einziges Signal am Eingang 102 zu bewerten gibt. Ein Umschalter 312a, 312b dient der Auswahl zwischen dem Signalpfad für spannungsgebende oder dem Signalpfad für stromgebende Drehzahlsensoren. Umschalter 312b ist vorzugsweise elektronisch realisiert, der von einem einfachen mechanisch betätigbaren Schalter 312a gesteuert wird. Gegebenenfalls kann 312b aber auch direkt als manuell betätigbarer, mechanischer Umschalter realisiert sein. Die Verwendung elektronischer Schalter für 312b hat den Vorteil, dass sie geringere Signalweglängen auf der Leiterplatte ermöglichen und eine größere Zuverlässigkeit besitzen. Dies gilt für alle beim ISVV verwendeten Schalter bzw. konfigurierbaren Schaltfunktionen. Die mechanischen Schalter sind dann an anderer, unkritischer Stelle auf der Leiterplatte platziert sowie gegen EMV-Einflüsse gesichert und erzeugen lediglich Steuersignale. Der elektronische Schalter 312b kann auch indirekt realisiert sein, indem die Vergleichereinheiten 310 und 311 elektronisch deaktivierbare Ausgangstufen besitzen. Die Ausgänge von 310 und 311 sind dann direkt miteinander verbunden. Die nicht benötigte Ausgangsstufe wird dann in einen hochohmigen Zustand versetzt, ist damit deaktviert und beeinflusst nicht das Ausgangssignal der aktiven Vergleichereinheit. Auch andere elektronische Möglichkeiten zur Realisierung dieser Umschaltfunktion sind anwendbar, beispielsweise ein Ausblenden des nicht erwünschten Signals.
Am Ausgang des Schalters 312b wird das selektierte Signal auf einen mittels Schalter 314 konfigurierbaren Frequenzteiler 313 geleitet. Der Frequenzteiler ist bei den meisten Anwendungsfällen nicht aktiv bzw. er hat gleichbedeutend einen Teilerfaktor von 1. Für besondere Anpassungen von Drehzahlsensoren mit aufgrund eines Polrades mit zu großer Anzahl von Zähnen an Steuerungen, die kleinere Impulsfrequenzen erwarten, kann jedoch mit dem Schalter 314 ein passender, vorzugsweise ganzzahliger Teilerfaktor ausgewählt werden, die Ausgangsfrequenz des ISVV ist dann entsprechend niedriger als dessen Eingangsfrequenz. Schalter 314 kann beispielsweise aus einer Reihe von DIP-Schaltem bestehen oder aus einem Drehcodierschalter. Für besonders hohe Anforderungen an die Zuverlässigkeit können auch einzelne Schalter komplett entfallen und durch eine Bestückungsoption realisiert sein, beispielsweise mit niederohmigen Widerständen oder Lötbrücken. Das Ausgangssignal des Frequenzteilers 313 gelangt auf eine steuerbare Stromquelle 315a, deren Ausgangsstrom einen Lichtemitter 316 speist, der bevorzugt aus mindestens einer LED besteht, wodurch diese in der Intensität moduliertes Licht 383 aussendet. Vorzugsweise werden Low und High Pegel des zu übertragenden Pulssignals direkt in unterschiedliche Stromwerte abgebildet, dies entspricht der direkten Amplitudentastung des Lichtstromes und damit der Helligkeit des ausgesendeten Lichts. Beispielsweise kann der Low Amplitude des Pulssignals ein niedriger Stromwert durch den Lichtemitter zugeordnet sein, und dem High Pegel ein höherer Stromwert. Damit würde die Lichtemission bei High Pegel größer sein als bei Low Pegel. In einer anderen Ausführungsform kann der Low Amplitude des Pulssignals ein höherer Stromwert durch den Lichtemitter zugeordnet sein, und dem High Pegel ein niedrigerer Strom wert. Damit würde die Lichtemission bei High Pegel geringer sein als bei Low Pegel. In jedem der beiden Ausführungsformen muss die Detektion auf der Ausgangsseite des ISVV dann die hierzu zu passenden Detektionsschwellen in deren Vergleichereinheiten besitzen und die dazu passende logische Übertragungsfunktion, damit die Phasenlage zwischen den Drehzahlimpulssignalen am Eingang zu denen am Ausgang wie gewünscht ist, beispielweise also eine unerwünschte Phasenumkehr ausgeschlossen ist. In beiden Ausführungsformen ist die steuerbare Stromquelle 315a so ausgelegt, dass stets ein Minimalstrom durch den Lichtemitter fließt und so stets ein minimaler optischer Lichtstrom emittiert wird. Dieser Minimalstrom wird im fehlerfreien Fall niemals unterschritten.
Um erforderlichenfalls Alterungseffekte insbesondere des Lichtemitters 316 mindestens teilweise zu kompensieren, kann die Stromquelle 315a einen Steuereingang 315b zur langsamen Nachführung des Stromes durch den Lichtemitter 316 gemäß einem Referenzsignal besitzen. Dieses Referenzsignal wird durch einen Funktionsblock 315c bereitgestellt, der einen Referenz-Lichtemitter und einen Referenz Lichtempfänger enthält, dessen Signal über eine Ausgangsstufe ein Steuersignal generiert. Vorzugsweise wird als Referenz-Lichtemitter und Referenz-Lichtempfänger jeweils der gleiche Typ wie für den Lichtemitter 316 und Lichtempfänger 350 verwendet. Durch den Referenz-Lichtemitter fließt durch eine entsprechende Stromquelle realisiert im Mittel der gleiche Strom wie durch 316. Diese Lösung wird gegenüber einer komplexeren Lösung bevorzugt. Die komplexere Lösung könnte das direkte Monitoring des vom Lichtemitter 316 ausgesendeten Lichts durch einen Monitor-Lichtempfänger sein. Diese Lösung wird jedoch wegen der Ankopplung an den optischen Pfad des Emitters 316 nicht bevorzugt. Eine andere komplexere Lösung könnte die Rückübertragung von Signalen des Lichtempfängers 350 wieder zur Eingangsseite 120 sein, was wiederum über einen zweiten optischen Pfad möglich wäre. Auch diese Lösung wird als zu aufwändig und kostenintensiv eingeschätzt.
Das Licht 383 des Emitters 316 wird über einen elektrisch isolierenden Lichtkanal 382 zur Lichtempfängereinheit 350 übertragen und dort detek- tiert. Als lichtempfangendes Bauteil in dieser Einheit 350 kommen z.B. insbesondere Phototransistoren infrage. Dadurch, dass stets ein Minimalstrom durch den Lichtemitter 316 fließt, kann auf der Ausgangsseite des ISVV, wie nachfolgend beschrieben, die Überwachung eines minimalen Lichtstromes erfolgen. Dies ermöglicht eine Erkennung, ob die optische Übertragungsstrecke ordnungsgemäß funktioniert.
Anstelle von LED und Phototransistor können auch andere, gut modulierbare Lichtemitter auf Halbleiterbasis und andere genügend schnelle Lichtempfänger verwendet werden, wie beispielsweise auch eine Laserdiode als Lichtemitter und eine Photodiode als Lichtempfänger.
Der Lichtkanal besteht vorzugsweise aus einem Lichtwellenleiter, der aus einem Material mit möglichst nur geringer bzw. vemachlässigbarer Alterung gefertigt ist, beispielsweise aus Glas. Auch aus Polymeren gefertigte Lichtwellenleiter sind einsetzbar, sofern die Alterungsbeständigkeit passend ist. Zu beachten ist, dass der Lichtwellenleiter bzw. der Lichtkanal elektrisch hoch isolierend sein muss. Der Lichtkanal durchdringt die elektrischen und magnetisch wirkenden Schirme der Eingangsseite und der Ausgangsseite. Insgesamt ist anzumerken, dass die gesamte optische Übertragungsstrecke so ausgelegt sein muss, dass die zu erwartenden Alterungseffekte möglichst gering und insgesamt in der Auslegung der Strecke berücksichtigt sind. Insbesondere der Lichtemitter verliert im Laufe der Zeit an Lichtemission. Die Ankopplung von Lichtemitter und Lichtempfänger an den Lichtwellenleiter sollte so ausgeführt sein, dass sie bzgl. Verschmutzung und anderen Umwelteinflüssen wie Betauung etc. entweder generell unempfindlich ist oder solche Einflüsse mit anderen Methoden beherrschbar sind, z.B. durch eine entsprechende Kapselung. Anstelle eines Lichtwellenleiters kann der Lichtkanal auch in Form einer Freistrahlstrecke realisiert sein. Nachteilig bei der Freistrahlmethode ist der geringere Transmissionsgrad durch die Strahldivergenz. Die optische Übertragungsstrecke muss vor Fremdlicht geschützt sein, damit die Lichtübertragung nicht beeinflusst wird.
Grundsätzlich eignen sich alle Bauteilkombinationen aus modulierbarem Sender und passendem Empfänger, die eine bezüglich EMV und elektrischer Gleichtakteinwirkungen robuste und potenzialgetrennte Signalübertragung mit genügend geringer Übertragungszeit und genügend hoher Gleichtaktfestigkeit und Gleichtaktunterdrückung bieten. Das können sein: Transformatoren, Piezoübertrager, kapazitive Koppler, Funk, mit ggf. passenden Modulator- / Demodulator- Schaltungen. Es sei hierzu angemerkt, dass hinsichtlich Gleichtaktunterdrückung und EMV-Robustheit die vorstehend genannten Alternativen zur hier beschriebenen optischen Übertragung durch elektrische Schirme hindurch klar unterlegen sind.
Die Energieversorgung der eingangsseitigen Elektronik erfolgt über den Transformator 372, auf dessen Sekundärseite die elektrische Energie an die Gleichrichter und Filterschaltung 318 geliefert wird. An deren Ausgang wiederum ist die Spannungsstabilisierung und weitere Filterung 317 angeschlossen. Es können hierbei mehrere Versorgungsspannungen auf der Eingangsseite zur Verfügung gestellt werden. Dies verdeutlicht zusammenfassend das Schaltungssymbol 319, welches die Energieversorgung der einzelnen Baugruppen bzw. Funktionsblöcke der eingangsseitigen Elektronik in 120 symbolisiert. Der Transformator 372 ist so ausgeführt, dass er die hohen Anforderungen bezüglich hoher Isolationsfestigkeit und möglichst geringer Koppelkapazität bei großer Zuverlässigkeit und langer Lebenserwartung erfüllen kann. Gleichzeitig besteht die Anforderung, dass er einfach und zu niedrigen Kosten zu fertigen und auf einer Leiterplatte bestückbar oder in ihr integrierbar sein und möglichst wenig Volumen bzw. möglichst wenig Leiterplattenfläche beanspruchen soll.
Die Stromversorgung des ISVV erfolgt über die Anschlüsse 179 und 180 und 177 als gemeinsames Massepotenzial GNDouti. Die Stromversorgung ist innerhalb der Ausgangsseite standardmäßig nicht potenzialgetrennt von den anderen Anschlüssen der Ausgangsseite 181 ausgeführt, da es nicht erforderlich ist. In einer Weiterbildung des ISVV kann dies jedoch für Spezialanwendungen so ausgeführt sein. Die bedeutet einen erhöhten Aufwand, der für den Großteil von Anwendungen nicht erforderlich ist, weil das sekundäre Steuergerät 196 bzw. 296 die Speisung des ISVV übernimmt. Gegebenenfalls kann ein zugelassenes separates Spannungsversorgungsgerät, welches dann eine Potenzialtrennung besitzt, mit verwendet werden, wie im Folgenden noch ausgeführt wird. Über die Klemme 180 und 177 kann bereits eine Versorgung des gesamten ISVV, also aller Bereiche in 181 und 120, erfolgen. Klemme 179 muss hierzu nicht beschältet werden. Von Klemme 180 gelangt die Versorgungsspannung bzw. Hilfsenergie über das Schutz-/ Filtemetzwerk mit elektronischer Schutzschaltung 367 auf den Funktionsblock 368, einer Spannungsstabilisierung und Filterung. Filtermittel, wie Kondensatoren, sind nicht eingezeichnet. Der Ausgang von Block 368 versorgt dann über die Entkopplungsdiode 369 auch den Block 364 mit Hilfsenergie sowie, durch den Hilfsenergiepfad 370 verdeutlicht, alle Funktionsblöcke, auf die dieses Symbol 370 zeigt. Der Hilfsenergiepfad 370 kann genauso wie die Hilfsenergiepfade 366 und 319 mehrere Betriebsspannungen enthalten. Über den Block 364 werden dann all die Blöcke des Ausgangsbereichs 181, die durch den Hilfsenergiepfad 370 nicht versorgt werden, mit Hilfsenergie versorgt, nämlich alle direkt auf die Ausgangsklemmen wirkenden Stufen, wie 358, 359 und 361b. Sofern das sekundäre Steuergerät 196 bzw. 296 einen passenden Versorgungsanschluss Vss hat und genug Leistung liefern kann, können die Anschlussklemmen 179 und 180 miteinander und mit dem Versorgungsanschluss Vss für den Drehzahlsensor des sekundären Steuergerätes 196 oder 296 verbunden werden.
Speziell für den Fall, dass das sekundäre Steuergerät 196 oder 296 nicht die erforderliche Leistung liefern kann, bietet sich die Möglichkeit, nur die Klemme 179 vom Steuergerät mit Hilfsenergie versorgen zu lassen. Dadurch reduziert sich die zu liefernde Leistung, weil über 179 lediglich die Ausgangsstufen 358, 359 sowie Umschalter 361b der Ausgangsseite 181 des ISVV versorgt werden. Insbesondere wenn das sekundäre Steuergerät eine Überwachung des an Vss gelieferten Stromes implementiert hat, ist diese Lösung von großem Vorteil. Denn der Strom in die Klemme 179 entspricht in etwa auch dem, den ein Drehzahlsensor aufnimmt, der normalerweise an dem sekundären Steuergerät angeschlossen wird. Der ISVV soll sich also gegenüber dem sekundären Steuergerät so verhalten, wie ein üblicher Drehzahlsensor. Die Anschlussklemme 180 kann in diesem Fall wahlweise von einem separaten Stromversorgungsgerät gespeist werden. Die Entkopplungsdiode 365 verhindert einen möglichen Rückstrom aus der Klemme 179. Der Vorteil einer kompletten Versorgung ausschließlich über die Klemme 180 ist, dass dies die Leistungsaufnahme ebenfalls reduzieren kann, sofern im Block 368 ein effizienter Schaltwandler (Step Down Wandler) implementiert ist, der dann über die Entkopplungsdiode 369 und Block 364 (Schutz- und Filtemetzwerk mit elektronischer Sicherung) die Versorgungsspannung im Pfad 366 verringert. Dies wäre dann gegenüber dem Fall einer direkten Durchverbindung von 179 und 180 ein Vorteil.
Die Lichtempfängereinheit 350 wandelt das modulierte Licht vorzugsweise in eine entsprechende elektrische Signalspannung an deren Ausgang um, in der die Low- und High-Zustände des Signals und das Minimal-Licht durch drei Spannungsamplitudenbereiche abgebildet werden. Auch eine Abbildung des Signals am Ausgang von 350 statt durch eine Signalspannung durch einen Signalstrom ist denkbar. Eine erste Komparatoreinheit 353 vergleicht die von der Lichtempfängereinheit 350 gelieferte Signalspannung mit einem Referenzwert REF2 der Referenzspannungsquelle 352. Die Komparatoreinheit 353 besitzt dabei eine passend bemessene Hysterese, die geeignet ist, die Low- und High-Zustände zu rekonstruieren. Am Ausgang der Komparatoreinheit 353 steht somit das rekonstruierte Pulssignal zur Verfügung und kann mittels eines Inverters 355 zusätzlich invertiert werden. Mit dem Schalter 356a (Bedienelement) kann durch den Anwender für die Weiterverarbeitung des Pulssignals, im Sinne einer Installationskonfiguration, zwischen invertiertem und nicht-invertiertem Signal gewählt werden.
Es sei hervorgehoben, dass die beiden Kanäle des IS VV bezüglich ihrer Spannungs- bzw. Stromeingänge auch parallel bzw. seriell zusammengeschaltet werden können und dann nur mit dem Signal einer einzelnen Spur eines Drehzahlsensors beaufschlagt werden. Wird nun für nur einen der beiden Kanäle des ISVV die Signalinvertierungsfunktion aktiviert, so stehen an den beiden Ausgängen des ISVV gleichzeitig das invertierte und nicht-invertierte Impulssignal einer Spur des Drehzahlsensors zur Verfügung. Für die Bearbeitung beider Spuren eines Drehzahlsensors in dieser Weise sind dann zwei ISVV erforderlich. Es können mehrere ISVV auch in einem gemeinsamen Gehäuse gemeinsam integriert werden. Genauso ist es möglich, hier aber nicht näher betrachtet, ist, dass auch zwei oder mehr Ausgänge für einen Kanal des ISVV vorhanden sein können, wobei einer dieser Ausgänge dabei gleichzeitig auch ein invertiertes Signal bereitstellen kann. In diesem Falle entfiele die Notwendigkeit der Verwendung zweier ISVV, um beide Spuren eines Drehzahlsensors mit dem ISVV unter Erhalt von gleichzeitig invertierenden und nicht-invertierenden ISVV-Ausgängen zu bearbeiten.
Der Schalter 356a wirkt elektrisch auf den elektronischen Umschalter 356b. Es sei hervorgehoben, dass die hier dargestellte Methode zur Auswahl zwischen invertiertem Signal und nicht-invertiertem Signal nur als prinzipielle Funktion des ISVV dargestellt ist. Eine wählbare Umschaltfunktion kann auch auf andere Weise erreicht werden. So kann beispielsweise auch die Komparatoreinheit 353 selbst so ausgelegt sein, dass sie in ihrem Phasen- Verhalten umschaltbar ist. Sie könnte auch doppelt vorhanden sein, mit dann bzgl. deren Eingängen inverser Anschaltung. In beiden Fällen würde dann der Inverter 355 entfallen. Gemäß der Figur 3 gelangt das Pulssignal vom Umschalter 356b zu dem Eingang des Spannungsausgangsstufe 358 und zu der Stromausgangsstufe 359. Deren jeweiliger Ausgang ist mit je einem Eingang eines Umschalters 361 verbunden. Mit dem elektronischen Umschalter 361b kann entweder das Spannungsausgangssignal oder das Stromausgangssignal auf das Schutz- und Filtemetzwerk 362 und damit dann auf den kombinierten U/I-Ausgang 175 gelangen. Der Stromausgangsstufe 359 ist dafür eingerichtet, entsprechend ihrem Eingangssignal am Ausgang zwei Stromausgangssignalpegel I 0U tH und I 0U tL erzeugen zu können. Mit Hilfe des Schalters 360 (Bedienelement) kann der Anwender im Sinne einer Installationskonfiguration des ISVV dabei den maximalen Stromwert I 0U tH festlegen, beispielsweise zwischen I 0U tH = 14 mA und I 0U tH = 20 mA umschalten.
Der minimale Ausgangsstrom ist bei einer Standardausführung eines ISVV nicht konfigurierbar und beträgt I 0U tL = 7 mA. Im regulären Betrieb des IS VV wird die Konfiguration dann nicht mehr verändert. Die Stromausgangsstufe 359 kann also ein Drehzahlimpulssignal liefern, welches abhängig von Schalter 360 die beiden Zustände 7mA / 14mA oder 7mA / 20 mA einnehmen kann. Für die beiden Ausgangsspannungspegel, die Low und High repräsentieren, also U 0U tL und U 0U tH , wird auf die vorstehende Tabelle T4 verwiesen.
Zum Zwecke der Überwachung der grundsätzlichen Funktion der optischen Signalübertragungsstrecke wird der sogenannten Dunkelstrom bzw. der minimale Lichtstrom am Empfänger 350 überwacht. Die Komparatoreinheit 354 vergleicht hierzu die Ausgangsspannung der Lichtempfängereinheit 350 mit der Referenzspannungsquelle 351 (REF3) und gibt bei Unter- schreitung um einen Hysteresewert ein Steuersignal auf den elektrisch steuerbaren elektronischen Schalter 357, der vorzugsweise durch einen MOSFET realisiert ist. Der elektronische Schalter öffnet in diesem Fall. Sofern die Signalspannung am Eingang der Komparatoreinheit 354 immer oberhalb der durch 351 bestimmten Schwelle zzgl. eines Hysteresewerts liegt, ist der steuerbare Schalter 357 immer geschlossen. Eine am Schaltausgang 176 anliegende Spannung erzeugt dann über das Filter- und Schutznetzwerk 363 einen Stromfluss gegen GNDouti, der z.B. ein externes Relais schalten kann. Das Filter und Schutznetzwerk 363 schützt den elektrisch steuerbaren Schalter 357 vor elektrischer Überlastung und Fehlfunktionen, auch gegenüber EMV-Einwirkungen.
Figur 4 stellt nun ein Blockschaltbild analog der Figur 3 dar, jedoch erweitert um die vorstehend erwähnte optionale Einrichtung einer Drehrichtungserkennung bzw. Fahrtrichtung serkennung (DOT, direction of travel). Daher wird nachfolgend nur die Änderung der erfindungsgemäßen Ausführungsform der Figur 4 gegenüber derjenigen der Figur 3 beschrieben. Vom Umschalter 356b gelangt das Impulssignal auf die Clock-Eingangsleitung 374a des D-Flipflops 374c. Der Clock-Eingang des D-Flipflops ist mit dem Buchstaben C gekennzeichnet. Die Daten-Eingangsleitung 374b des D- Flipflops 374c ist mit der äquivalenten Stelle im Kanal 2 verbunden (die äquivalente Stelle ist der Ausgang des dortigen Umschalters des Kanals 2, wobei der dortige Umschalter dem Umschalter 356b des Kanals 1 entspricht). Der Daten-Eingang des D-Flipflops ist mit dem Buchstaben D gekennzeichnet. Das Ausgangssignal des D-Flipflops 374c gelangt über dessen Ausgangsleitung 374d wieder auf die Spannungsausgangsstufe 358 und die Stromausgangsstufe 359. Der Ausgang des D-Flipflops ist mit dem Buchstaben Q gekennzeichnet. Das D-Flipflop 374c arbeitet als Phasenvergleicher wie folgt: Der Signalwert (Low/High) am Dateneingang (über Leitung 374b) wird nur dann am Ausgang 374d übernommen, wenn eine steigende Flanke am Clock-Eingang (Leitung 374a) anliegt. Dadurch entsteht eine Bewertung der zeitlichen Lage der aufsteigenden Flanke auf Leitung 374a zu dem Signal bzw. Signalwechsel auf der Datenleitung 374b. Die Ausgangsleitung enthält dann die Information, welcher Signalwechsel zuerst erfolgte. Damit ist dann eine Drehrichtungserkennung bzw. Fahrtrichtungserkennung möglich. Auf eine Wahrheitstabelle bzw. ein Zustandsdiagramm eines üblichen D-Flipflops wird hier verzichtet, da dies allgemein bekannt ist.
Es können auch andere Schaltungen oder Logikgattertypen als ein D-Flip- flop zum Einsatz kommen, wichtig ist nur, dass eine eineindeutige, flankengesteuerte Bewertung des Datensignals stattfindet und eine Signalbeeinflussung des Ausgangssignals nur während einer Flanke (entweder nur steigende oder nur fallende Flanken) auf nur einem der beiden Eingänge der Logikschaltung oder Logikfunktion möglich ist. Am Ausgang 175a steht nun somit das DOT-Signal zur Verfügung. Somit ist also lediglich der Signalpfad zwischen dem Umschalter 356b und den Spaimungs-ZStromausgangsstufen um das D-Flipflop 374c erweitert worden. Dies lässt sich beispielsweise als Bestückungs Variante der Leiterplatte des ISVV implementieren, bei der wahlweise das D-Flipflop oder eine entsprechende Brücke bestückt wird, und dadurch die Ausprägung eines Systems entweder nach Blockschaltbild gemäß Figur 3 oder nach Blockschaltbild gemäß Figur 4 erreicht wird. Es sei nochmals hervorgehoben, dass im Falle DOT-Funktionalität (also Figur 4) die GND-Potenziale der Ausgangssektionen GNDouti und GND 0U t2 dann miteinander ebenfalls z.B. durch optionale Bestückung einer Brücke zwischen diesen Potenzialen, miteinander verbunden werden müssen. Bei einer Realisierung der DOT- Funktion gemäß Figur 4 besteht also keine Potenzialtrennung zwischen den beiden Ausgangssektionen der Kanäle 1 und 2. Eine Erhaltung der Potenzialtrennung ist jedoch dann möglich, wenn die Leitung 374b nicht galvanisch mit dem Kanal 2 verbunden wird, sondern ihr Signal aus einer weiteren potenzialtrennende Signalübertragungsstrecke vom Kanal 2 erhält.
Dann entfällt auch die Notwendigkeit der Verbindung des Massepotenziale GNDouti mit GND O ut2. Dieser Fall ist aber nicht explizit in Figur 4 dargestellt.
Abschließend sollen die wesentlichen Eigenschaften eines erfindungsgemäßen ISVV im Zusammenhang mit der Vervielfachung von Drehzahlsensor-Signalen zusammengefasst werden:
Verzweigung der Signale aus einem primären Signalkreis zu einem sekundären Signalkreis o korrekte Übertragung ■ Genügende hohe Frequenzbandreite und genügend kleine T90- Zeit
■ Einhaltung der korrekten Detektionsschwellen für die Low / High-Erkennung der Sensorsignale
■ Sehr gute Immunität gegenüber äußeren elektromagnetischen Störungen und hervorragende Gleichtaktunterdrückung Rückwirkungsfreiheit
■ Keine unzulässige (Impedanz-) Belastung innerhalb des primären Signalkreises
■ genügend hohe Eingangsimpedanz bei Drehzahlsensor mit Spannung sausgang
■ genügend niedrige Eingangsimpedanz bei Drehzahlsensor mit Stromausgang
■ genügend hohe Impedanz zwischen primärem Signalkreis und sekundären Signalkreis und anderen Stromkreisen sowie Erde / Masse
■ keine Abgabe eigenerzeugter Störungen des ISVV, die den primären Signalkreis oder andere Einrichtungen stören können Anpassbarkeit an verschiedene Drehzahlsensoren und Steuergeräte
/ Steuerungssysteme
■ Flexible Spannungsversorgung des ISVV
■ Umschaltbarkeit der Eingänge des ISVV zwischen Strom / Spannung
■ Umschaltbarkeit der Ausgänge des ISVV zwischen Strom / Spannung
■ Interner, konfigurierbarer Frequenzteiler
■ DOT-Funktion optional
■ Anpassbarkeit an unterschiedliche Schirmkonzepte des Signalisierungssystems icherheit
■ zertifizierte (Bahn-)SIL-Eigenschaften für Rückwirkungsfreiheit
■ zertifizierte (Bahn-)SIL-Eigenschaften für korrekte Übertra- gung
■ hohe Verfügbarkeit durch geringe Fehlerraten o Robustheit
■ Auslegung für einen sehr weiten Betriebstemperaturbereich - 40°C ...+85°C ■ Geringe Eigenerwärmung
■ Hohe Vibrationsfestigkeit
■ Schutz gegen Überspannungen
■ Lange Lebensdauer von 15 - 40 Jahren