DE Patent 2900808 - VORRICHTUNG ZUR VERKNUEPFUNG ELEKTRISCHER KREISE, INSBESONDERE IM UNTERTAGEBERGBAU

Description

Vorriditungzur Verkn�pfung elektrischer Kreise, insbesondere

im Untertagebergbau Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Verkn�pfung elektrischer Kreise, insbesondere im Untertagebergbau, mit einem Sender, einem Empf�nger und einer Anschlusseinrichtung zwischen Sender und Empf�nger.

Im untert�gigen Bergbau fahren Gewinnungsmaschinen l�ngs eines Stosses hin und her und gewinnen bei jedem Durchgang Kohle herein. Eine elektrische Steuerung f�r die Gewinnungsmaschine befindet sich auf der Maschine selbst und an den Enden des Strebs.

Die Arbeitsbedingungen untertage sind gef�hrlich und es ist w�nschenswert, dass Bauteile oder Module der Steuerung so aneinander angeschlossen sind, dass beim Auftreten eines Fehlers in einem der Module dieser Fehler wegen der Leistungs�bertragung zwischen den Modulen keine Funken in einem anderen Modul ausl�sen kann. Funkenbildung ist deswegen unerw�nscht und gef�hrlich, weil dadurch brennbare Gase des untert�gigen Bergbaus entz�ndet werden k�nnen.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Anschlusseinrichtung zwischen Modulen anzugeben, die sich insbesondere f�r den Einsatz im untert�gigen Bergbau eignen.

Diese Aufgabe wird dadurch gel�st, dass die Anschlusseinrichtung zwei �ber Kabel miteinander verbundene Transformatoren als galvanische Unterbrechung zwischen Sender und Empf�nger aufweist.

Vorzugsweise sind die Transformatoren untereinander durch ein Paar miteinander verdrillter Leitungen verbunden. Der erste Transformator kann eine Sekund�rwicklung aufweisen, die mit der Prim�rwicklung des zweiten Transformators verbunden ist.

Der Sender kann insbesondere einen Speicher bzw. eine Speicherzelle aufweisen. Ferner kann der Sender eine Einrichtung zum Setzen oder zum L�schen der Speicherzelle besitzen.

Die Erfindung betrifft auch ein Bauelement in eins Vorrichtung zur Verkn�pfung elektrischer Kreise mit einem Transformator, der einen im wesentlichen toroidf�rmigen Kern besitzt und eine Prim�rwicklung aus elektrisch isoliertem Draht, der auf einen ersten Teil des Kerns gewickelt ist, sowie eine Sekund�rwicklung aus elektrisch isoliertem Draht besitzt, der auf einen zweiten Teil des Kerns gewickelt ist. Der Transformator kann eine Isolation zur elektrischen Isolierung der Prim�rwicklung und der Sekund�rwicklung gegen�ber dem Kern aufweisen. Ferner kann der Transformator eingekapselt in ein transparentes Bauelement, das auch explosionsgesch�tzt sein kann, eingetopft sein.

Im folgenden wird ein in der Zeichnung dargestelltes Ausf�hrungsbeispiel der ErfindungerlSutert; es zeigen:

Fig. 1 das Schaltbild einer Vorrichtung zur Verkn�pfung elektrischer Kreise mit einem Sender, einem

Empf�nger und einer Anschlusseinrichtung zwischen

Sender und Empf�nger,

Fig. 2 Signalformen an verschiedenen Stellen der Vorrichtung,

Fig. 3 eine Draufsicht auf ein Bauteil der Vorrichtung nach

Fig. 1,

Fig. 4 eine Seitenansicht des Gegenstandes nach Fig. 3.

Die in Fig. 1 dargestellte Vorrichtung weist einen Sender 1, einen Empf�nger 2 sowie eine den Sender 1 und den Empf�nger 2 verbindende Anschlusseinrichtung 3 auf.

Der Sender 1 besitzt einen npn-Transistor 10 und zwei Widerst�nde 11 bzw. 12. Der Kollektor des Transistors 10 ist an eine Versorgungsleitung 14 angeschlossen, w�hrend der Emitter �ber die in Reihe geschalteten Widerst�nde 11, 12 mit einer Masseleitung 15 verbunden ist. �ber eine an die Basis des Transistors 10 angeschlossene Eingangsleitung 16 erh�lt der Transistor ein oder mehrere Informationsbits.

Der Empf�nger 2 weist eine Speicherzelle f�r jeweils ein Bit auf, die aus zwei NAND-Gattern 20 bzw. 21 besteht. Ausserdem besitzt der Empf�nger 2 eine Einrichtung zum Setzen oder L�schen der Speicherzelle mit zwei npn-Transistoren 22 bzw. 23. Die Kollektoren der Transistoren 22 und 23 sind mit dem Eingang der NAND-Gatter 20 bzw. 21 verbunden und ausserdem �ber WiderstAnde 25 bzw. 26 mit einer Versorgungsleitung 24. Die Emitter der Transistoren 22 und 23 liegen beide an einer Masseleitung 27. Die Basen der Transistoren 22 und 23 liegen an der Anschlusseinrichtung 3, die sie in Abh�ngigkeit von den vom Sender 1 abgegebenen Signalen steuert, wie das weiter unten beschrieben wird. Eine externeR�cstell-Leitung 28 ist an den Eingang des NAND-Gatters 20 angeschlossen.Der Empf�nger 2 besitzt als Informationsausgang eine an den Ausgang der Speicherzelle angeschlossene Leitung 29.

Die Anschlusseinrichtung 3 besteht aus zwei Transformatoren 30 und 31 mit ihren zugeordneten Bauteilen und einem Paar verdrillter Kabel 32 zwischen den Transformatoren. Die Prim�rwicklung des Transformators 30 liegt �ber den. Widerstand 12 am Sender 1 an. Die Sekund�rwicklung des Transformators 30 ist �ber Steckverbindungen 33 an die Kabel 32 angeschlossen. DerMittenpunkt der Sekund�rwicklung liegt �bereieSteckverbindung 34 an Masse. Die Prim�rwicklung des Transformators 31 ist an die Sekund�rwicklung des Transformators 30 �ber eine weitere Steckverbindung 35 angeschlossen. Die Sekund�rwicklung des Transformators 31 liegt mit ihrem Mittenpunkt an Masse und ist an beiden Enden an die Basen der Transistoren 22 und 23 im Empf�nger 2 jeweils �ber Widerst�nde 36 bzw. 37 herangef�hrt.Dioden 38 und 39 sch�tzen die Zusammenf�hrung von Basis und Emitter jeweils der Transistoren 22 bzw.

23.

In Fig. 2 gibt die obere Kurve einen typischen Spannungsverlauf eines Eingangssignals der Eingangsleitung 16 wieder.

Die untere Kurve zeigt das Signal in der Sekund�rwicklung des Transformators 31. Die Spannung ist als Ordinate und die Zeit als Abszisse aufgetragen.

In den Fig. 3 und 4 ist der Aufbau des Transformators 30, der �hnlich wie der Transformator 31au gebaut iZ mitweiteren Einzelheiten dargestellt. Der Transformator 30 weist einen im wesentlichen toroidf�rmigen Kern 50 auf, der miteinem Isolier@ material 51 abgedecktist" Die bereits fr�her erw�hnte Prim�rwicklung tr�gt das Bezugszeichen 52 und ist �ber das Isoliermaterial 51 auf den Kern 50 gewickelt. Die Sekund�rwicklung, die nunmehr das Bezugszeichen 53 tr�gt, ist ebenfalls �ber das Isoliermaterial 51 auf den Kern 50 gewickelt, jedoch auf einen anderen Teil des Kerns und im wesentlichen diametral gegen�ber der Prim�rwicklung. Die Prim�rwicklung endet in Anschlussklemmen 54 und 55.F�r die Sekund�rwicklung sind Anschlussklemmen 56, 58 und 59 vorgesehen. Der gesamte Transformator ist eingekapselt bzw. in einexplosionsgesch�tztes Bauelement 57 eingetopft. Das Bauelement 57 ist transparent, so dass es auf einfache Weise m�glich ist, die Windungsabst�nde zu kontrollieren.

Die beschriebene Vorrichtung arbeitet wie folgt: Die Eingangsleitung 16 des Senders 1 erh�lt ein Eingangssignal, das entweder eine logische 1 oder eine logische 0 sein kann (oberer Teil der Fig. 2). Beim Auftreten einer logischen 1 wird der Transistor 10 ges�ttigt und leitend. Eine logische 0 unterbricht die Leitung des Transistors 10. Beim An- und Ausschalten des Transistors 10 wird ein elektromagnetisches Feld in der Prim�rwicklung des Transformators 30 entweder aufgebaut oder es bricht zusammen. In der Sekund�rwicklung des Transformators 30 wird ein Feld induziert, das �ber die Steckverbindungen 33 und 35 sowie das Paar verdrillter Kabel 32 zur Prim�rspule des Transformators 31Ubertragen wird.

Hier wird in der Sekund�rwicklung des Transformators 31 wiederum ein Feld induziert. Dadurch wird im Ergebnis in Abh�ngigkeit vom Eingangssignal der Eingangsleitung 16 auch in der Sekund�rwicklung des Transformators 31 eine ver�nderliche Spannung induziert, und zwar in Form von Spitzen, deren Polarit�t von der Schaltrichtung desEingangssignals bestimmt ist. Die Spannungsspitzen sind im unteren Teil der Fig. 2 dargestellt.

Wie man erkennt, wird dadurch eine galvanische Unterbrechung zwischen dem Sender 1 und dem Ausgang des Transformators 31 erreicht.

Ein Wechsel von einer logischen 0 zu einer logischen 1 in der Eingangsleitung 16, entsprechend der Richtung der Spannungsspitzen, verursacht ein positives Signal an der Basis des Transistors 22 und ein gegenpoliges Signal an der Basis des Transistors 23, dessen Basis von der Diode 39 im Bereich der Nullspannung gehalten wird.

Ein Wechsel von einer logischen 1 zu einer logischen 0 in der Eingangsleitung 16 verursacht an der Basis des Transistors 23 �ber den Widerstand 37 ein positives Signalund. gleich- zeitig erscheint ein gegenpoliges Signal an der Basis des Transistors 22, dessen Basis von der Diode 38 nahe Nullspannung gehalten wird.

Die Transistoren 22 und 23 funktionieren wie Inverter, weil ein an ihre jeweilige Basis angelegtes positives Signal eine S�ttigung herbeif�hrt und gleichzeitig zul�sst, dass ihre jeweiligenKoliktoren und die daran anschliessenden Leitungen zu den NAND-Gattern an Masse liegen (logische 0).

Wenn in der Eingangsleitung 16 eine logische 1 auftritt, entsteht dadurch ein positiver Impuls an der Basis des Transistors 22 und ein gegenpoliges Signal an der Basis des Transistors 23. Infolgedessen liegt am Eingang des NAND Gatters 20 vom Kollektor des Transistors 22 eine logische 0 an und vom Kollektor des Transistors 23 gelangt eine logische 1 an den Eingang des NAND-Gatters 21. Wenn am Ausgang des NAND Gatters 20 eine logische 1 anliegt, so dass auch die Ausgangsleitung 29 des Empf�ngers 2 eine logische 1 f�hrt, dann liegt an beiden Eing�ngen des NAND-Gatters 21 eine logische 1 an, so dass am Ausgang dieses Gatters eine logische 0 ansteht.Ohne Ber�cksichtigung der R�ckstell-Leitung 28 wird infolgedessen am Ausgang des NAND-Gatters 20 eine logische 1 anstehen, wenn beide Eing�nge dieses Gatters an einer logischen 0 anliegen, vorausgesetzt, dass der Ausgang des NAND-Gatters eine logische 1 aufwies.

Wenn andererseits eine logische 0 in der Eingangsleitung 16 auftritt, erscheint an der Basis des Transistors 22 ein gegenpoliges Signal und an der Basis des Transistors 23 ein positiver Impuls. Folglich wird eine logische 1 vom Kollektor des Transistors 22 zum Eingang des NAND-Gatters 20 gef�hrt und eine logische 0 vom Kollektor des Transistors 23 zum Eingang des NAND-Gatters 21. Wenn am Ausgang des NAND-Gatters 20 eine logische 0 anliegt, wobei auch die Ausgangsleitung 29 des Empf�ngers 2 eine logische 0 f�hrt, dann liegen beide Eing�nge des NAND-Gatters 21 an einer logischen 0, so dass der Ausgang dieses Gatters eine logische 1 f�hrt. Ohne Ber�cksichtigung der R�ckstell-Leitung 28 erh�lt man deshalb eine logische Q am Ausgang des NAND-Gatters 20, wenn dessen beide Eing�nge eine logische 1 f�hren und vorausgesetzt, dass der Ausgang dieses NAND-Gatters eine logische 0 aufwies.

DieR�ckstell-Leitung 29 liegt normalerweise an einer logischen 1, so dass sie die Arbeitsweise der Speicherzelle nicht beeinflusst. Sie kann jedoch umgeschaltetwerden um den Ausgang des NAND-Gatters 20und mit die Ausgangsleitung 29 zur�ckzustellen.

Aus der obigen Beschreibung ergibt sich, dass bei der erfindungsgem�ssen Vorrichtung eine logische 1 in der Eingangsleitung 16 zu einer logischen 1 in der Ausgangsleitung 29 f�hrt, dass eine logische 0 in der Eingangslcitung 16 eine logische 0 in der Ausgangs leitung 29 erzeugt und dass einegalvanis che Unterbrechungzwischen der Eingangs leitung 16 und der Ausgangsleitung 29 existiert. Mit der galvanischen Unterbrechung werden Probleme beseitigt, die sich bisher bei der Verkn�pfung von elektrischen Schaltkreisen ergaben, bei denen gef�hrliche Spannungen zwischen elektrischen Modulen zu �bertragen waren.

Es versteht sich, dass die Erfindung nicht nur im untert�gigen Bergbau Anwendung finden kann, sondern auch in Bereichen mitgef�hrlieher Umgebung, wo es w�nschenswert ist, dass eine Daten�bertragung galvanisch unterbrochen ist.