DE102022001818A1 - Method for reducing the transmission resistance on contacts in bidirectional bus systems - Google Patents
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Abstract
Verfahren und Schaltungsanordnung zur Reduzierung der Übertragungswiderstände an Kontakten in bidirektionalen Bussystemen durch Fritting, wobei:Daten von einem Teilnehmer über die trennbaren Kontakte an den Leitungsenden an einen weiteren ab- und/oder ankoppelbaren Teilnehmer übertragen werden,unabhängig von der Zusammenschaltung der Kontakte der miteinander verbundenen Teilnehmer immer an diesen Kontakten eine von jeweils in einem Teilnehmer vorgesehenen Spannungsquelle generierte Frittspannung anliegt und ein Stromfluss des Frittstromes an den Kontakten an den Leitungsenden eines Teilnehmers gewährleistet ist unddie Spannungsquellen so ausgebildet und mit jeweils einem Serienwiderstand belastet sind, dass sich beim Zusammenfügen der Kontakte die Spannungen durch eine bidirektionale Leistungsübertragung addieren.Method and circuit arrangement for reducing the transmission resistance on contacts in bidirectional bus systems by fritting, whereby: data from one participant is transmitted via the separable contacts at the line ends to another participant that can be disconnected and/or coupled, regardless of the interconnection of the contacts of the connected ones Participants always have a frit voltage generated by the voltage source provided in each participant present at these contacts and a current flow of the frit current is ensured at the contacts at the line ends of a participant and the voltage sources are designed and each loaded with a series resistance in such a way that when the contacts are joined together Add voltages through bidirectional power transfer.
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Reduzierung der Übertragungswiderstände an trennbaren Kontakten an Leitungen in bidirektionalen Bussystemen durch Fritting, wobei Daten von einem Teilnehmer über die trennbaren Kontakte an den Leitungsenden an einen weiteren ab- und/oder ankoppelbaren Teilnehmer übertragen werden.The invention relates to a method for reducing the transmission resistance on separable contacts on lines in bidirectional bus systems by fritting, with data from one participant being transmitted via the separable contacts at the line ends to another participant that can be disconnected and/or coupled.
Als Frittspannung bezeichnet man eine elektrische Spannung, die einen Fremdschichtwiderstand durchschlägt. Der dabei fließende Strom wird als Frittstrom bezeichnet. Fremdschichten können z. B. elektrisch nicht leitende Oxide, Korrosion, Verschmutzung etc. an elektrischen Kontakten oder Kabelverbindungsstellen darstellen. Z. B. ist aus der
Bussysteme wie Ethernet oder Single Pair Ethernet erlauben, neben der Datenübertragung, auch die Übertragung von Leistung. In diesem Fall spricht man von Power over DataLine (PoOL). Allerdings ist diese Leistungsübertragung stets unidirektional ausgerichtet, d. h. ein Physical Node dient als Leistungsquelle (Power Supply) und der andere als Leistungssenke (Last).Bus systems such as Ethernet or Single Pair Ethernet allow, in addition to data transmission, also the transmission of power. In this case we speak of Power over DataLine (PoOL). However, this power transmission is always unidirectional, i.e. H. one physical node serves as a power source (power supply) and the other as a power sink (load).
Für die allermeisten Anwendungen ist diese Art der Leistungsübertragung voll ausreichend, zumal normalerweise ein „Slave“ von einem „Master“ mit elektrischer Energie versorgt wird. Allerdings gibt es Anwendungsbereiche, in denen eine bidirektionale Leistungsübertragung von Vorteil ist. Im Hinblick auf die Modernisierung von Güterwagen im Eisenbahnbereich wird die Entwicklung und Standardisierung einer Digitalen Automatischen Kupplung (DAK) angestrebt. Neben einer mechanischen Kupplung werden die Wagen auch elektrisch miteinander gekuppelt, sodass neben einer Stromverbindung von der Lokomotive bis hin zum letzten Wagen, auch eine Datenverbindung vorhanden ist. Im Falle einer derartigen separaten Datenleitung besteht die Problematik, dass, bedingt durch Abnutzung, Verschmutzung etc. die Kontaktoberflächen schnell korrodieren oder sich sonstige Übergangswiderstände einstellen. Um diesen Korrosionseffekt zu vermeiden oder zumindest zu reduzieren, wird das oben beschrieben sogenannte Fritten (engl. Wetting) auch angewandt.For the vast majority of applications, this type of power transmission is completely sufficient, especially since a “slave” is normally supplied with electrical energy by a “master”. However, there are areas of application in which bidirectional power transmission is advantageous. With a view to modernizing freight wagons in the railway sector, the aim is to develop and standardize a digital automatic coupling (DAK). In addition to a mechanical coupling, the cars are also electrically coupled to each other, so that in addition to a power connection from the locomotive to the last car, there is also a data connection. In the case of such a separate data line, the problem is that, due to wear, contamination, etc., the contact surfaces quickly corrode or other contact resistance arises. In order to avoid or at least reduce this corrosion effect, the so-called fritting described above is also used.
Im besagten Eisenbahnsektor ergibt sich die Problematik, dass die Bahnwagen in beiden Richtungen miteinander gekoppelt sein können, wie dies in
Anders sieht es jedoch aus, wenn die Bahnwagen derart gekoppelt sind, dass Power Supply mit Power Supply oder Load mit Load verbunden ist. In diesen Fällen ist keine Leistungsübertragung möglich, siehe
Eine Abhilfe dieser Problematik läge darin, das gesamte Datenbusequipment pro Wagen vierfach zu installieren, siehe
Ausgehend vom dargestellten Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Schaltungsanordnung anzugeben mit denen auch bei bidirektionaler Stromübertragung ein Frittstrom permanent zur Verfügung steht und eine gesicherte Datenübertragung gewährleistet ist.Based on the prior art presented, the invention is based on the object of specifying a method and a circuit arrangement with which a frit current is permanently available even with bidirectional power transmission and secure data transmission is guaranteed.
Erfindungsgemäß wird ein Verfahren zur Reduzierung der Übertragungswiderstände an trennbaren Kontakten an Leitungen in bidirektionalen Bussystemen durch Fritting angegeben, das sich durch folgende Verfahrensschritte auszeichnet:
- Die Daten werden von einem Teilnehmer über die trennbaren Kontakte an den Leitungsenden an einen weiteren ab- und/oder ankoppelbaren Teilnehmer übertragen,
- unabhängig von der Zusammenschaltung der Kontakte der miteinander verbundenen Teilnehmer liegt immer an diesen Kontakten eine von jeweils in einem Teilnehmer vorgesehenen Spannungsquelle generierte Frittspannung an und es ist ein Stromfluss des Frittstromes an den Kontakten an den Leitungsenden eines Teilnehmers gewährleistet,
- ferner sind die Spannungsquellen so ausgebildet und mit jeweils einem Serienwiderstand belastet, dass sich beim Zusammenfügen der Kontakte die Spannungen durch eine bidirektionale Leistungsübertragung addieren.
- The data is transmitted from one participant to another participant who can be disconnected and/or coupled via the separable contacts at the line ends,
- regardless of the interconnection of the contacts of the connected participants A frit voltage generated by the voltage source provided in each participant is always present at these contacts and a current flow of the frit current is ensured at the contacts at the line ends of a participant,
- Furthermore, the voltage sources are designed and each loaded with a series resistance so that when the contacts are joined together, the voltages add up through a bidirectional power transmission.
Weitere vorteilhafte Verfahrensschritte und Ausgestaltungen derselben sind unter Einbeziehung mess- und schaltungstechnischer Details in den Unteransprüchen 2 bis 9 angegeben. In den Ansprüchen 10 und 11 sind Bauliche Anordnungen und eine Schaltung angegeben, mit der das Verfahren realisiert werden kann. Im Anspruch 12 sind zweckmäßige Einsatzgebiete des Verfahrens angegeben, wobei die Anwendung darauf nicht beschränkt ist.Further advantageous process steps and refinements thereof are specified in subclaims 2 to 9, including measurement and circuit details.
Bei der Realisierung des Verfahrens kann grundsätzlich Gleichstrom oder auch Wechselstrom zur Generierung der Frittspannung bzw. des Frittstromes verwendet werden. Die Auswahl der Art der Spannungsquelle sollte unter Berücksichtigung der Erfordernisse an den Frittstrom unter Beachtung der Erfordernisse an die Datenübertragung erfolgen.When implementing the method, direct current or alternating current can in principle be used to generate the frit voltage or the frit current. The selection of the type of voltage source should be made taking into account the requirements for the frit current and the requirements for data transmission.
Es ist ferner zweckmäßig, dass der Frittstrom und/oder die Frittspannung permanent oder in Intervallen gemessen und die Messwerte zur Bestimmung der Kontaktqualität ausgewertet werden. Hierzu müssen mit der Spannungsquelle die entsprechenden bekannten Messeinrichtungen kontaktiert werden.It is also expedient for the frit current and/or the frit voltage to be measured permanently or at intervals and for the measured values to be evaluated to determine the contact quality. For this purpose, the corresponding known measuring devices must be contacted with the voltage source.
Der Frittstrom und/oder die Frittspannung sollten mit bekannten Schaltungsmitteln so eingestellt oder geregelt werden, dass eine optimale Reinigung und/oder Reduzierung der Kontakte von Oxiden, Korrosion und Verschmutzungen gegeben ist. Im Falle eines gemessenen höheren Kontaktwiderstands sollte die Frittspannung an den Kontakten der miteinander gekoppelten Teilnehmer erhöht werden, um einen stärkeren Fritteffekt zu erzielen. Zweckmäßig ist es dabei, dass nach entsprechender Kontaktreinigung der vorherige Frittstrom wieder eingestellt wird.The frit current and/or the frit voltage should be adjusted or regulated using known circuit means in such a way that optimal cleaning and/or reduction of oxides, corrosion and contamination of the contacts is achieved. In the case of a measured higher contact resistance, the frit voltage on the contacts of the coupled participants should be increased in order to achieve a stronger frit effect. It is advisable that the previous frit flow is reset after appropriate contact cleaning.
Kontaktunterbrechungen oder überhöhte Übergangswiderstandswerte sollten über den Frittstrom mittels eines Analog-Digitalwandlers gemessen und aufgezeichnet werden,
Besonders geeignet ist das Verfahren einsetzbar in Verbindung mit miteinander mechanisch und elektrisch gekuppelten Eisenbahnwagen zum Transport von Gütern oder Personen mit oder ohne mindestens einer Lokomotive oder in Verbindung mit einem aus mehreren Triebwagen bestehenden Triebfahrzeug oder Modelleisenbahnwagen. Die Kontakte können im Kupplungsteil vorgesehen sein, wobei der Kupplungsteil eines jeden Waggons (Teilnehmer) mit dem am nächsten Waggon manuell oder automatisch verbindbar ausgelegt sein kann. Die Kontakte können somit auch in einer digitalen automatischen Kupplung an den Teilnehmern vorgesehen sein.The method is particularly suitable for use in conjunction with mechanically and electrically coupled railway carriages for the transport of goods or people with or without at least one locomotive or in conjunction with a locomotive or model railway carriage consisting of several railcars. The contacts can be provided in the coupling part, whereby the coupling part of each wagon (participant) can be designed to be manually or automatically connectable to the next wagon. The contacts can therefore also be provided in a digital automatic coupling on the participants.
In schaltungstechnischer Hinsicht sollte in jedem Teilnehmer mindestens eine Spannungsquelle mit einem in Serie verbundenen Widerstand vorgesehen sein, die mit den jeweiligen eingangs- und/oder ausgangsseitigen Kontakten an den Datenleitungen verbunden ist,
Die vorgeschlagene Erfindung sieht vor, anstelle der Leistungsquelle sowie Leistungssenke in jedem Wagen eine Spannungsquelle mit einem in Serie verbundenen Widerstand zu verwenden. Wie aus
Mit dieser Anordnung ist sichergestellt, dass unabhängig von der Wagenreihung stets ein Frittstrom über die Datenkontakte fließt.This arrangement ensures that a frit current always flows over the data contacts, regardless of the train arrangement.
Der Frittstrom berechnet sich zu: .
Der gleiche Stromlaufplan ist in
Wie in
Eine weitere Möglichkeit der erfindungsmäßigen Ausgestaltung liegt darin, mittels der Strommessung die Kontaktqualität zu bestimmen, Sofern sich aus der Widerstandsmessung der Kontakte ein höherer Übergangswiderstand ergibt, so kann der Frittstrom adaptiv angepasst werden, um ein stärkeres „Freibrennen“ der Kontakte zu erzielen. Auch dieser Effekt kann in der Kontaktstatistik berücksichtigt werden.Another possible embodiment of the invention is to determine the contact quality by means of the current measurement. If the resistance measurement of the contacts results in a higher contact resistance, the frit current can be adjusted adaptively in order to achieve a stronger “burning free” of the contacts. This effect can also be taken into account in the contact statistics.
Aus den
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