DE19507039A1 - Elektrische Verbindungsanordnung - Google Patents
Elektrische VerbindungsanordnungInfo
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Description
Die Beschreibung bezieht sich auf elektrische Verbindungsanordnungen nach dem
Oberbegriff des Anspruchs 1.
Bei Anordnungen mit einer Stromversorgung und daran angeschlossenen elektrischen
Verbrauchern ist es oft notwendig, den Betrieb der Anordnung zu überwachen, bei
spielsweise den Energieverbrauch, um eine Fehlfunktion feststellen zu können.
Bei
herkömmlichen Anordnungen kann die Stromversorgung eine Verteilereinheit aufwei
sen, welche die Überwachungsmonitore enthält, wobei dann Stromkabel zwischen
dieser Verteilereinheit und den elektrischen Verbrauchern verlaufen. Bei derarti
gen Anordnungen werden zum Anschluß der Verbraucher an die Verteilereinheit ge
trennte Kabel benötigt, falls die Verbraucher einzeln überwacht werden sollen. Auch
wenn einzelne Verbraucher isoliert werden sollen, beispielsweise nach Feststellung ei
nes Fehlers oder zum Abtrennen der Last muß jeder einzelne Verbraucher über ein
getrenntes Kabel mit der Verteilereinheit verbunden werden. Derartige Anordnun
gen weisen einen hohen Verdrahtungsaufwand auf, was zu komplexen Installationen
und hohen Gewichten führt.
Im Gegensatz hierzu sind Energiebussysteme bekannt, bei denen sich die elektri
schen Verbraucher einen gemeinsamen Energiebus teilen, wobei diese Anordnungen
erheblich leichter zu installieren und gegenüber den beschriebenen Anordnungen
auch leichter und kleiner sind. In Energiebussystemen ist jedoch die Überwachung,
Steuerung und Isolierung einzelner Verbraucher bislang nicht möglich gewesen.
Es besteht daher die Aufgabe, eine elektrische Verbindungsanordnung mit einem
Energiebus so weiterzubilden, daß auch auf einzelne Verbraucher zugegriffen werden
kann.
Gelöst wird diese Aufgabe mit den kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1.
Vorteilhafte Ausgestaltungen sind den Unteransprüchen entnehmbar.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden unter Bezugnahme auf
die begleitenden Zeichnungen näher beschrieben, welche zeigen:
Fig. 1 eine schematische Darstellung der Anordnung; und
Fig. 2 einen Teil der Anordnung gemäß Fig. 1 in vergrößerter Darstellung.
Die elektrische Anordnung kann in einem Fahrzeug, beispielsweise in einem Auto,
einem Flugzeug, einem Panzer oder einem Schiff installiert sein oder aber in einer
Fabrik oder einem Gebäude. Sie umfaßt ein Energieversorgungssystem 1 mit einer
Energiequelle 2, eine Energieversorgungsleitung 3 und einer Rückführleitung 4, wel
che beide an die Energiequelle 2 angeschlossen sind. Die elektrischen Leitungen 3
und 4 ziehen sich durch die Anordnung und bilden einen Energiebus, parallel zu
welchem ein Schnittstellenbus 5 zur Steuerung verläuft. Der Schnittstellenbus 5 ist
an eine gemeinsame Steuerungseinheit 6 angeschlossen.
An den Energiebus 3, 4 und an den Schnittstellenbus 5 sind verschiedene elektrische
Verbraucher angeschlossen, von denen nur drei dargestellt und mit den Bezugszahlen
10, 20 und 30 versehen sind. In einem Flugzeug ist beispielsweise der Verbraucher
10 die Kombüse, der Verbraucher 20 die Kabinenbeleuchtung und der Verbrau
cher 30 der Flugüberwachungscomputer. Die Verbraucher 10, 20 und 30 sind über
entsprechende Verbinderanordnungen 11, 21 und 31 mit dem Energie- und Schnitt
stellenbus verbunden. Die Verbinderanordnungen 11, 21 und 31 weisen jeweils ein
Kabel 40 und Verbinder 41 und 42 an gegenüberliegenden Enden des Kabels 40
auf. Das Kabel 40 hat drei Leitungen 43 bis 45, welche an die Energieleitung 3, die
Rückführungsleitung 4 bzw. den Schnittstellenbus 5 für die Energiesteuerung über
den Verbinder 41 angeschlossen sind, der von herkömmlicher Bauart sein kann. Der
Verbinder 42 am Verbraucherende der Anordnungen 11, 21 und 31 ist eine neuartige
Konstruktion. Bei der vorliegenden Ausführungsform ist es ein buchsenartiger Ver
binder mit einem äußeren Metallgehäuse 46 mit drei Buchsen 47, 48 und 49 an einem
Ende. Die Buchsen 47 bis 49 nehmen entsprechende Stifte 50 bis 52 in einem stecker
artigen Verbinder 54 an den Verbrauchern 10, 20 und 30 auf. Das Gehäuse 46 des
buchsenartigen Verbinders 41 weist herkömmliche (nicht dargestellte) Verriegelungs
mittel auf, beispielsweise einen Verriegelungsring, um es fest mit dem steckerartigen
Verbinder 54 zu verriegeln.
Innerhalb des Gehäuses 46 des Verbinders 42 ist die Buchse 48 unmittelbar mit dem
Draht 44 verbunden, der zum Energierückführungsbus 4 verläuft. Die Buchse 47
ist mit der Energieversorgungsleitung 43 über einen Leistungsschalter 60 innerhalb
des Gehäuses 46 verbunden. Der Leistungsschalter 60 kann ein elektromagnetisches
Relais oder ein Halbleiterschalter sein, welcher von außen steuerbar ist, wodurch
die Energiezuführung zur Buchse 47 geschaltet werden kann. Das Gehäuse 46 be
inhaltet eine Energieversorgungseinheit 61 zwischen der Energieversorgungsleitung
43 und der Rückführungsleitung 44, welche sich auf der dem Verbraucher abge
wandten Seite des Leistungsschalters 60 befindet. Die Energieversorgungseinheit 61
nimmt Energie für die Versorgung der Vorrichtung innerhalb der Steckverbindung
ab. Das Gehäuse 46 des Verbinders 42 weist auch eine Steuerungs- und Schnitt
stelleneinheit 62 auf, welche über eine Leitung 63 an den Leistungsschalter 60 an
geschlossen ist. Eine Überwachungseinheit 64 innerhalb des Gehäuses 46 erhält ein
Ausgangssignal von dem Leistungsschalter 60. Das Ausgangssignal indiziert sowohl
den Schaltzustand des Leistungsschalters 60 (AN oder AUS) und die Größe des von
dem angeschlossenen Verbraucher gezogenen Stroms, wie sie aus einem Stromsen
sor in dem Leistungsschalter 60 ermittelt werden kann. Das Ausgangssignal zur
Überwachungseinheit 64 kann auch ein die Temperatur im Bereich des Leistungs
schalters 60 angebendes Signal enthalten, so daß die Überwachungseinheit 64 auf
eine Überhitzung des Schalters ansprechen kann. Das Ausgangssignal der Überwa
chungseinheit 64 wird über eine Leitung 65 der Schnittstelleneinheit 62 zugeführt.
Die Schnittstelleneinheit 62 ist auch an die dritte Buchse 49 des Verbinders ange
schlossen.
Obwohl die dritte Buchse 49 als Einzelbuchse dargestellt ist, kann sie mehrere Buch
sen in einem einzigen Gehäuse aufweisen. Die dritte Buchse 49 paßt zu einem Stecker
42 in dem an die Verbraucher angeschlossenen Verbinder 54, welcher zu einem Kon
figurationscodegeber 55 führt. Dieser Konfigurationscodegeber 55 kann verschieden
ausgebildet sein, beispielsweise als elektronischer Speicher, fest verdrahtete Verbin
dung verschiedener Pins oder als Widerstand bestimmten Werts. Der Zweck des
Konfigurationscodegebers 55 besteht darin, Information über die Art des Verbrau
chers zu liefern, beispielsweise dessen Energie und Leistungsanforderungen und
seine Priorität bei der Energieversorgung. Die Konfigurationsdaten werden von der
Schnittstelleneinheit 62 gelesen. Im vorliegenden Beispiel indiziert der Geber 55 im
Verbraucher 10, daß dieser 2000 VA benötigt und, weil es sich um die Kombüse han
delt, eine geringe Versorgungspriorität aufweist. Der Geber 55 im Verbraucher 20,
also bei der Kabinenbeleuchtung, indiziert, daß diese 300 VA benötigt. Der Geber
55 des Verbrauchers 30, also des Flugsteuerungscomputers indiziert eine benötigte
Leistung von 100 VA und eine hohe Versorgungspriorität. Der Konfigurationscode
geber 55 kann in dem Verbinder 54 des Verbrauchers eingebaut sein oder in jedem
anderen Bereich der Verbraucher 10, 20 bzw. 30.
Während des normalen Betriebs verbinden die Verbinderanordnungen 11, 21 und
31 die Verbraucher 10, 20 und 30 mit der Energiequelle 2 und der Kontrolleinheit
6. Die Kontrolleinheit 6 überwacht ständig die Verbraucher 10, 20 und 30 sowie
die jedem Verbraucher zugeordneten Leistungsschalter 60 auf Fehlfunktionen. Falls
eine Fehlfunktion auftritt, beispielsweise falls zuviel Strom von einem Verbraucher
gezogen wird, der Leistungsschalter fehlerhaft geöffnet wird oder der Leistungsschal
ter überhitzt ist, erzeugt die Überwachungseinheit 64 ein Signal, welches über die
Schnittstelleneinheit 62 und den Schnittstellenbus 5 der Kontrolleinheit 6 zugeführt
wird. Die Kontrolleinheit 6 kann darauf reagieren. Falls beispielsweise der Ver
braucher 20 zuviel Strom zieht, kann ein Signal auf den Schnittstellenbus 5 gegeben
werden, welches die Öffnung des Leistungsschalters 60 im Verbinder 42 bewirkt,
der an den fehlerhaften Verbraucher angeschlossen ist. Dieses Signal empfängt die
Schnittstelleneinheit 62 in allen drei Verbindern, jedoch wird nur die Einheit in der
korrekten Konfiguration darauf reagieren.
Ein Fehler in der Energiequelle 2 kann zu einer Abnahme der erhältlichen Leistung
auf einen Wert führen, der nicht mehr ausreichend ist, alle drei Verbraucher zu ver
sorgen. Unter diesen Umständen identifiziert die Kontrolleinheit 6 den Verbraucher
mit der geringsten Versorgungspriorität, nämlich den Verbraucher 10 und weist den
ihr zugeordneten Leistungsschalter 60 an, sich zu öffnen, so daß die Energieversor
gung zu diesem Verbraucher unterbrochen und die gesamte Leistung des elektrischen
Systems reduziert ist.
Die Überwachungseinheit 64 kann den Leistungsschalter 60 auch unmittelbar öff
nen, wenn eine Fehlfunktion erkannt wird, ohne daß die Kontrolleinheit 6 eingreift.
Die Überwachungseinheit 64 und der Leistungsschalter 60 müssen keine getrennten
Einheiten sein, wie es dargestellt ist, sondern können innerhalb einer gemeinsamen
Baugruppe untergebracht sein.
Anstelle der Unterbringung des Leistungsschalters 60, der Überwachungseinheit 64,
der Schnittstelleneinheit 62 und der Versorgungseinheit 61 innerhalb des Verbinders
42, der zu dem Verbraucher gehört, können diese Bausteine auch innerhalb des
Verbinders 41 am anderen Ende der Anordnung 11, 21, 31 untergebracht sein.
Der Schnittstellenbus 5 weist Signaleinrichtungen zwischen der Kontrolleinheit 6
und dem Leistungsschalter 60 sowie der Überwachungseinheit 64 auf. Diese müssen
nicht als getrennte Leitung ausgebildet sein, wie es oben beschrieben ist, sondern
sie können auch auf einer der Energieversorgungsleitungen 3 oder 4 aufgekoppelt
sein, und zwar als Signale, deren Frequenz sich von der Energieversorgungsfrequenz
unterscheidet. Bei einer derartigen Anordnung würden die Schnittstellensignale zur
Energiesteuerung der Kontrolleinheit 6 und der Schnittstelleneinheit 62 zugeführt,
indem die Signale auf den Energieversorgungsleitungen geeignet gefiltert würden.
Anstelle der Verwendung einer elektrischen Leitung für die Schnittstellensignale zur
Energiesteuerung kann auch eine Glasfaserleitung verwendet werden. Alternativ
hierzu können drahtlose Methoden eingesetzt werden, beispielsweise Infrarot- oder
Funkverbindungen.
Die vorliegende Erfindung ermöglicht eine erhebliche Flexibilität im elektrischen Sy
stem, weil die Verbraucher an jedem Punkt mit dem Bus verbunden werden können.
Weil die Verbraucher nicht über besondere Kabel an die Energieversorgung ange
schlossen werden müssen, erleichtert die Erfindung die Installation erheblich und
vermindert die Anzahl der benötigten Kabel, wodurch auch weniger Raum benötigt
wird und die Gesamtanordnung leichter ist.
Claims (9)
1. Elektrische Verbindungsanordnung mit einem Energieversorgungssystem, wel
ches einen Energiebus (3, 4) aufweist, und einer Vielzahl elektrischer Verbrau
cher (10, 20, 30), welchen Verbinder (11, 21, 31) zur Verbindung mit dem
Energiebus (3, 4) zugeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß das En
ergieversorgungssystem eine Kontrolleinheit (6) aufweist und jeder Verbinder
(11, 21, 31) einen Leistungsschalter (60) aufweist, der die Energieversorgung zu
dem zugeordneten Verbraucher (10, 20, 30) steuert sowie eine Überwachungs
einheit (64), welche den Betrieb des zugeordneten Verbrauchers überwacht
und eine Signalisierungsanordnung (5, 45, 62), welche die Kontrolleinheit (6)
sowohl mit dem Leistungsschalter (60) als auch mit der Überwachungseinheit
(64) verbindet, wodurch der Leistungsschalter (60) durch die Kontrolleinheit
entsprechend der von der Überwachungseinheit (64) gegebenen Ausgangssig
nale gesteuert werden kann.
2. Elektrische Verbindungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich
net, daß die Überwachungseinheit (64) die von dem zugeordneten Verbraucher
(10, 20, 30) entnommene Leistung überwacht.
3. Elektrische Verbindungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge
kennzeichnet, daß die Signalisierungsanordnung einen elektrisch leitfähigen
Schnittstellenbus (5) aufweist, der an die Kontrolleinheit (6) angeschlossen ist.
4. Elektrische Verbindungsanordnung nach einem der voranstehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß sie eine Vorrichtung (62) zum Lesen der
Konfigurationsdaten der zugeordneten Verbraucher (10, 20, 30) aufweist und
daß die Signalisierungsanordnung (5, 54, 62) die Konfigurationsdaten der Kon
trolleinheit (6) zuführt.
5. Elektrische Verbindungsanordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeich
net, daß die Konfigurationsdaten die Energieanforderungen der zugeordneten
Verbraucher (10, 20, 30) indizieren.
6. Elektrische Verbindungsanordnung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch ge
kennzeichnet, daß die Konfigurationsdaten durch einen festverdrahteten Kon
figurationscodegeber (55) bereitgestellt werden.
7. Elektrische Verbindungsanordnung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch ge
kennzeichnet, daß die Konfigurationsdaten durch einen als Widerstand aus
gebildeten Konfigurationscodegeber (55) bereitgestellt werden.
8. Elektrische Verbindungsanordnung nach einem der voranstehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß die Überwachungseinheit (64) die Tempera
tur im Bereich des Leistungsschalters (60) überwacht.
9. Elektrische Verbindungsanordnung nach einem der voranstehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß die Verbinderanordnung (11, 21, 31) ein Ka
bel (40) aufweist, welches an jedem Ende einen Verbinder (41, 42) aufweist und
der Leistungsschalter (60), die Überwachungseinheit (64) und ein Teil der Sig
nalisierungsanordnung (62) innerhalb eines dieser Verbinder (42) angeordnet
sind.
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