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Title:
SAFETY SWITCHING MODULE AND METHOD FOR TESTING THE SWITCHING-OFF ABILITY OF A SWITCHING ELEMENT IN A SAFETY SWITCHING MODULE
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2002/095282
Kind Code:
A2
Abstract:
The invention relates to a safety switching module for reliably switching off an electrical load (43) comprising a first and a second switching control device (20A, 20B) and a first switching element (24.1) and a second switching element (24.2) that is series-connected thereto. Said switching elements form a first current path (26.1) for supplying the load, whereby the first switching element (24.1) can be controlled by the first switching control device (20A), and the second switching element (24.2) can be controlled by the second switching control device (20B). The inventive safety switching module also comprises an evaluation and control device (12) for testing the switching-off ability of at least one switching element. A third and a fourth switching element (24.3, 24.4) are provided, which are connected to one another in series, are connected in parallel to the series connection consisting of the first and second switching elements (24.1, 24.2), and form a second current path (26.2). The third switching element (24.3) can be controlled by the first switching control device (20A), and the fourth switching element (24.4) can be controlled by the second switching control device (20B). The evaluation and control device (12) tests the switching elements (24) in one of the two current paths (26.1, 26.2) while alternating between the two whereby providing the load to the other current path (26.2, 26.1).

Inventors:
VEIL RICHARD (DE)
FLEINER JUERGEN (DE)
Application Number:
PCT/EP2002/002840
Publication Date:
November 28, 2002
Filing Date:
March 14, 2002
Export Citation:
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Assignee:
PILZ GMBH & CO (DE)
VEIL RICHARD (DE)
FLEINER JUERGEN (DE)
International Classes:
F16P7/02; F16P3/00; H01H9/54; H01H47/00; H03K17/18; (IPC1-7): F16P3/00
Foreign References:
DE10011211A12001-09-20
Attorney, Agent or Firm:
Lindner, Michael (Weller & Partner Postfach 105462, Stuttgart, DE)
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Claims:
Patentansprüche
1. Sicherheitsschaltmodul zum sicheren Abschalten einer elek trischen Last (43), mit einer ersten und einer zweiten Schaltsteuereinrichtung (20A, 20B), einem ersten und einem in Reihe dazu angeordneten zweiten Schaltelement (24.1, 24.2), die einen ersten Strompfad (26.1) zur Versorgung der Last bilden, wobei das erste Schaltelement (24.1) von der ersten Schaltsteuereinrichtung (20A) und das zweite Schaltelement (24.2) von der zweiten Schaltsteuereinrich tung (20B) steuerbar ist, und mit einer Auswerteund Steuereinrichtung (12) zur Prüfung des Abschaltvermögens von zumindest einem Schaltelement, dadurch gekennzeichnet, daß ein drittes und ein viertes Schaltelement (24.3,24.4) vorgesehen sind, die in Reihe zueinander und parallel zu der Reihenschaltung aus erstem und zweitem Schaltelement (24.1,24.2) angeordnet sind und einen zweiten Strompfad (26.2) bilden, wobei das dritte Schaltelement (24.3) von der ersten Schaltsteuereinrichtung (20A) und das vierte Schaltelement (24.4) von der zweiten Schaltsteuereinrich tung (20B) steuerbar ist, und daß die Auswerteund Steu ereinrichtung (12) die Prüfung der Schaltelemente (24) in abwechselnd einem der beiden Strompfade (26.1,26.2) durchführt, so daß der andere der beiden Strompfade (26.2, 26.1) die Last (43) versorgt.
2. Sicherheitsschaltmodul nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, daß das erste und das dritte Schaltelement (24.1,24.3) als HalbleiterSchaltelemente (71) ausgebil det sind.
3. Sicherheitsschaltmodul nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge kennzeichnet, daß das zweite und das vierte Schaltelement (24.2,24.4) als elektromechanisches Schaltelement (73), vorzugsweise als Relais ausgebildet sind.
4. Sicherheitsschaltmodul nach einem der vorhergehenden An sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltsteuerein richtungen (20A, 20B, 61,62) zweikanalig ausgebildet sind.
5. Sicherheitsschaltmodul nach einem der vorhergehenden An sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Strompfade auf einer Seite mit einer Versorgungsspannung und auf der an deren Seite mit der Last verbunden sind.
6. Sicherheitsschaltmodul nach einem der vorhergehenden An sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Auswerteund Steuereinrichtung (12,83) mit jedem der beiden Strompfade (26.1,26.2) zwischen dem ersten und dem zweiten (24.1, 24.2) bzw. dem dritten und dem vierten Schaltelement (24.3,24.4) verbunden ist.
7. Sicherheitsmodul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Auswerteund Steuerein richtung einen kurzen Ausschaltimpuls erzeugt und entweder dem ersten und dem zweiten Schaltelement (24.1,24.2) oder dem dritten und vierten Schaltelement (24.3,24.4) zu führt, um diese kurz auszuschalten.
8. Sicherheitsmodul nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausschaltimpuls dem Signal der Schaltsteuerein richtung aufmoduliert wird.
9. Sicherheitsmodul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltelemente (24.1 24.4) elektromechanische Schaltelemente, vorzugsweise Re lais, sind.
10. Sicherheitsmodul nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltelemente (24.124.4) Halb leiterSchaltelemente sind.
11. Verfahren zur Prüfung des Abschaltvermögens eines Schalt elements in einem Sicherheitsschaltmodul, das dem sicheren Abschalten einer elektrischen Last dient, mit den Schrit ten : Bereitstellen eines ersten Strompfades (26.1) zur Ver sorgung der Last, in dem zumindest ein Schaltelement (24.1,24.2) zur sicheren Abschaltung vorgesehen ist ; Bereitstellen eines zweiten Strompfades (26.2) parallel zu dem ersten Strompfad zur Versorgung der Last, wobei in dem zweiten Strompfad zumindest ein Schaltelement (24.3,24.4) vorgesehen ist ; und abwechselndes Prüfen des Abschaltvermögens eines der beiden Strompfade (26.1,26.2), wobei in dieser Prüfpha se der andere nicht geprüfte Strompfad (26.2,26.1) die Versorgung der Last alleine übernimmt.
Description:
Sicherheitsschaltmodul und Verfahren zur Prüfung des Abschalt- vermöqens eines Schaltelements in einem Sicherheitsschaltmodul Die vorliegende Erfindung betrifft ein Sicherheitsschaltmodul zum sicheren Abschalten einer elektrischen Last, mit einer er- sten und einer zweiten Schaltsteuereinrichtung, einem ersten und einem in Reihe dazu angeordneten zweiten Schaltelement, die einen ersten Strompfad zur Versorgung der Last bilden, wobei das erste Schaltelement von der ersten Schaltsteuereinrichtung und das zweite Schaltelement von der zweiten Schaltsteuerein- richtung steuerbar ist, und einer Auswerte-und Steuereinheit zur Prüfung des Abschaltvermögens von zumindest einem Schalt- element. Die Erfindung betrifft darüber hinaus ein Verfahren zur Prüfung des Abschaltvermögens eines Schaltelements in einem solchen Sicherheitsschaltmodul.

Solche Sicherheitsschaltmodule bzw. Sicherheitsschaltgeräte sind allgemein bekannt. So bietet die Anmelderin bspw. Sicher- heitsschaltgeräte in unterschiedlichen Varianten unter dem Na- men"PNOZ"an. In der Patentanmeldung DE 100 11 211 der Anmel- derin ist bspw. ein solches Sicherheitsschaltgerät offenbart.

Allgemein werden derartige Sicherheitsschaltgeräte vor allem im industriellen Bereich verwendet, um elektrisch angetriebene Ma- schinen, wie bspw. eine Presse oder ein Fräswerkzeug, eine Ven- tilinsel für Pneumatik-oder Hydrauliksteuerungen oder Aus- gangsmodule einer SPS, ein-und sicher auszuschalten. Sie die- nen insbesondere in Verbindung mit einem mechanisch betätigba- ren Not-Aus-Taster dazu, die Maschine in einer Notfallsituation schnell und sicher abzuschalten. Hierzu wird die Stromversor- gung der abzuschaltenden Maschine über zwei in Reihe geschalte- te Schaltelemente geführt. Sobald auch nur eines der beiden Schaltelemente öffnet, wird die Stromzuführung der Maschine un- terbrochen.

Um im Betrieb eines solchen Sicherheitsschaltgeräts eine Über- prüfung des Schaltvermögens der Schaltelemente durchzuführen, ist eine Auswerte-und Steuereinheit vorgesehen, die die Schal- telemente kurzzeitig einzeln abschaltet und dabei das Ausgangs-- signal (Rücklesesignal) der Schaltelemente erfaßt und auswer- tet. Anhand dieser Auswertung kann die Auswerte-und Steuerein- heit feststellen, ob jedes Schaltelement in der Lage ist, die elektrische Versorgung der Maschine, d. h. allgemein der elek- trischen Last in einer Notfallsituation zu unterbrechen. Um die elektrische Last durch diesen Prüfvorgang nicht zu beeinflus- sen, wird das Schaltelement nur für eine sehr kurze Zeitdauer abgeschaltet, die für die Last nicht"sichtbar"ist.

Aufgrund der Trägheit von elektromechanischen Schaltelementen ist dieser Prüfvorgang nur bei elektronischen Schaltelementen auf der Basis von Halbleiterbauelementen möglich. Übersteigt der von dem Schaltelement zu schaltende Strom jedoch einen be- stimmten Wert (typischerweise etwa 8 Ampere) und handelt es sich bei der elektrischen Last nicht um einen reinen Ohmschen Verbraucher (kapazitive oder induktive Bestandteile), so ist der vorgenannte Prüfvorgang durch kurzes Abschalten der Schalt- elemente nur mit großem zusätzlichen Bauteilaufwand möglich.

Zum Auswerten des Ausgangssignals des Schaltelements müßte näm- lich dann zunächst die Last entladen werden, um den Abschaltim- puls klein zu halten. Das kurzzeitige Entladen eines größeren Kondensators würde einen sehr großen Entladestrom erfordern. Um bspw. einen lmF-Kondensator in 200 ps um 25 V zu entladen, ist ein Entladestrom von 125 A erforderlich Vor diesem Hintergrund besteht die Aufgabe der vorliegenden Er- findung darin, ein Sicherheitsschaltmodul der vorgenannten Art vorzusehen, das auf einfache Weise eine Prüfung des Abschalt- vermögens der Schaltelemente auch bei großen zu schaltenden Strömen und/oder kapazitiven oder induktiven Lasten ermöglicht.

Diese Aufgabe wird bei dem Sicherheitsschaltmodul der vorge- nannten Art dadurch gelöst, daß ein drittes und ein viertes Schaltelement vorgesehen sind, die in Reihe zueinander und par- allel zu der Reihenschaltung aus erstem und zweitem Schaltele- ment angeordnet sind und einen zweiten Strompfad bilden, wobei das dritte Schaltelement von der ersten Schaltsteuereinrichtung und das vierte Schaltelement von der zweiten Schaltsteuerein- richtung steuerbar ist, und daß die Auswerte-und Steuereinheit die Prüfung beider Schaltelemente in abwechselnd einem der bei- den Strompfade durchführt, so daß dann der andere der beiden Strompfade die Last versorgt.

Das heißt mit anderen Worten, daß zusätzlich zu dem bisherigen Strompfad, der durch die beiden Schaltelemente stromlos ge- schaltet werden kann, ein weiterer Strompfad mit zwei weiteren Schaltelementen parallel geschaltet wird. Im normalen Betrieb wird die Last über beide Strompfade mit elektrischer Energie versorgt. Während eines Prüfzyklus wird einer der beiden Strompfade auf sein Abschaltvermögen hin geprüft, während dann der andere Strompfad die elektrische Versorgung alleine über- nimmt. Somit ist es möglich, weiterhin durch kurzes Abschalten der Schaltelemente eine Prüfung des Abschaltvermögens durch Rücklesen von Ausgangssignalen dieser Schaltelemente durchzu- führen, ohne daß dies die Versorgung der elektrischen Last be- hindern würde. Folglich läßt sich mit einfachen Mitteln ein Si- cherheitsschaltmodul zum sicheren Abschalten auch von großen Strömen aufbauen.

Da der Abschaltimpuls an der Last nicht anliegt, sind längere Abschaltimpulse möglich. Das bedeutet, daß mit dem erfindungs- gemäßen Aufbau neben Halbleiterbauelementen auch elektromecha- nische Schaltelemente getestet werden können, während die Last eingeschaltet ist.

Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Aufbaus ist auch darin zu sehen, daß die Versorgungssicherheit erhöht wird, da bei Ausfall eines Strompfads, bspw. aufgrund eines durchlegier- ten Halbleiter-Schaltelements bei entsprechender Ansteuerung, weiterhin eine sichere Versorgung der Last möglich ist.

In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist das er- ste und das dritte Schaltelement als Halbleiter-Schaltelement ausgebildet. Vorzugsweise ist das zweite und das vierte Schalt- element als elektromechanisches Schaltelement, vorzugsweise als Relais ausgebildet.

Diese Maßnahmen haben den Vorteil, daß bspw. die Relaiskontakte den Strom im Normalbetrieb nicht zu schalten brauchen, da das Halbleiter-Schaltelement schneller schaltet und den Strom be- reits abgeschaltet hat. Damit werden die Relaiskontakte ge- schont und die Lebensdauer wesentlich erhöht. Aufgrund der Ver- wendung diversitärer Schaltelemente (Halbleiter und Relais) lassen sich Fehler in beiden Schaltelementen durch gleiche Ur- sachen, bspw. durch einen energiereichen Störimpuls, ausschlie- ßen. Selbstverständlich ist es auch denkbar, alle vier Schalt- elemente gleich als Halbleiter-Schaltelemente, als wechsel- stromschaltende Halbleiter-Schaltelemente, vorzugsweise Photo- MOS-Relais, oder als Relais auszubilden In einer vorteilhaften Weiterbildung ist die Schaltsteuerein- richtung zweikanalig ausgebildet.

Diese Maßnahme hat den Vorteil, daß die Sicherheit des Sicher- heitsschaltmoduls weiter erhöht wird.

In einer vorteilhaften Weiterbildung ist die Auswerte-und Steuereinheit mit jedem der beiden Strompfade derart verbunden, daß sie ein Signal zwischen dem ersten und dem zweiten bzw. dem dritten und dem vierten Schaltelement auslesen kann.

Diese Maßnahme hat den Vorteil, daß die Auswerte-und Steuer- einheit das Abschaltvermögen beider Schaltelemente in dem je- weiligen Strompfad erfassen kann.

In einer vorteilhaften Weiterbildung ist die Auswerte-und Steuereinheit derart ausgebildet, daß sie einen kurzen Aus- schaltimpuls erzeugen und entweder dem ersten oder dem dritten Schaltelement zuführen kann, um dieses kurz auszuschalten. Vor- zugsweise wird dieser Ausschaltimpuls dem von der Schaltsteuer- einrichtung erzeugten Steuersignal aufmoduliert.

Diese Maßnahmen haben den Vorteil, daß ein sehr einfacher Auf- bau zur Prüfung des Abschaltvermögens möglich wird.

Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird auch von einem Verfahren zur Prüfung des Abschaltvermögens eines Schaltele- ments in einem Sicherheitsschaltmodul gelöst, das dem sicheren Abschalten einer elektrischen Last dient, und die Schritte um- faßt : Bereitstellen eines ersten Strompfads zur Versorgung der Last, wobei in dem Strompfad zumindest ein Schaltelement zum sicheren Abschalten vorgesehen ist, Bereitstellen eines zweiten Strompfads parallel zu dem ersten Strompfad zur Versorgung der Last, wobei in dem zweiten Strompfad zumindest ein Schaltele- ment vorgesehen ist, und abwechselndes Prüfen des Abschaltver- mögens einer der beiden Strompfade, wobei in dieser Prüfphase der andere nicht geprüfte Strompfad diese Versorgung der Last alleine übernimmt.

Dieses Verfahren zur Prüfung des Abschaltvermögens hat eben- falls die vorgenannten Vorteile, so daß darauf nicht nochmals eingegangen werden muß.

Es versteht sich, daß die vorstehend genannten und die nach- stehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen : Fig. 1A eine schematische Darstellung eines Sicherheits- schaltgeräts gemäß einer ersten Ausführungsform ; Fig. 1B eine schematische Darstellung eines Sicherheits- schaltgeräts gemäß einer zweiten Ausführungsform ; Fig. 2 ein schematisches Schaltungsdiagramm des erfindungs- gemäßen Sicherheitsschaltmoduls in einer einpoligen Ausführung ; und Fig. 3 ein schematisches Schaltungsdiagramm des erfindungs- gemäßen Sicherheitsschaltmoduls in einer zweipoligen Ausführung.

In Fig. 1A ist in schematischer Darstellung ein Sicherheits- schaltgerät gezeigt und mit dem Bezugszeichen 10 gekennzeich- net. Das Sicherheitsschaltgerät 10 umfaßt eine schematisch an- gedeutete sichere Auswert-und Steuereinheit 12. Diese Auswert- und Steuereinheit 12 ist aus bekannten Bauelementen aufgebaut, wie sie auch in dem vorgenannten Sicherheitsschaltgerät"PNOZ" der Anmelderin verwendet werden. Die Aufgabe dieser Auswerte- und Steuereinheit besteht darin, zugeführte Schaltsignale, bspw. von einem Not-Aus-Schalter 14, sicher auszuwerten und entsprechende Ausgangssignale zu erzeugen.

Die Auswerte-und Steuereinheit 12 ist im gezeigten Ausfüh- rungsbeispiel zweikanalig aufgebaut, wobei die beiden Kanäle mit dem Bezugszeichen 16a und 16b gekennzeichnet sind. Selbst- verständlich sind auch andere Ausgestaltungen der Auswerte-und Steuereinheit 12 möglich. Zur näheren Erläuterung einer solchen Auswerte-und Steuereinheit 12 wird bspw. auf das Buch "Maschinensicherheit", Winfried Gräf, Hüthig-Verlag, 1997, Be- zug genommen.

Das Sicherheitsschaltgerät 10 umfaßt ferner pro Kanal eine An- steuereinrichtung (Schaltsteuereinrichtung) 20A bzw. 20B, die jeweils ein Steuersignal von der entsprechenden Auswerte-und Steuereinheit 16a bzw. 16b über Leitungen 22 empfangen. Ob- gleich in Fig. 1A für die Leitungen 22 jeweils nur eine Linie dargestellt ist, kann es sich bei den Leitungen 22 auch um mehradrige Busleitungen handeln.

Die Ansteuereinrichtung 20 erzeugt abhängig von den zugeführten Steuersignalen von der Auswerte-und Steuereinheit 12 Ansteuer- signale, die Schaltelementen 24.1 bis 24.4 zugeführt werden.

Die Fig. 1A läßt erkennen, daß die Ansteuereinrichtung 20A zwei Ansteuersignale erzeugt, die den beiden Schaltelementen 24.1 und 24.3 zugeführt werden. Die Ansteuereinrichtung 20B erzeugt ebenfalls zwei Ansteuersignale, die jedoch den beiden Schalt- elementen 24.2 und 24.4 zugeführt werden. Die beiden von der Ansteuereinrichtung 20A bzw. 20B erzeugten Ansteuersignale sind jeweils gleich, so daß im normalen Betrieb des Sicherheits- schaltgeräts 10 die Schaltelementpaare 24.1 und 24.3 bzw. 24.2 und 24.4 den gleichen Schaltzustand haben.

Erfindungsgemäß sind die insgesamt vier Schaltelemente 24.1 bis 24.4 so angeordnet, daß zwei identische Strompfade 26.1 und 26.2 gebildet werden. Insbesondere sind die beiden Schaltele- mente 24.1 und 24.2 in Reihe geschaltet, so daß sie den ersten Strompfad 26.1 bilden, während die anderen beiden Schaltelemen- te 24.3 und 24.4 ebenfalls in Reihe geschaltet sind und den zweiten Strompfad 26.2 bilden. Aus der Darstellung in Fig. 1A ergibt sich deutlich, daß die beiden Strompfade 26.1,26.2 par- allel zueinander liegen. Die beiden Strompfade 26.1,26.2 ver- binden einen Eingangsanschluß 30 des Sicherheitsschaltgeräts 10 mit einem Ausgangsanschluß 33. Bei eingeschalteten Schaltele- menten 24 wird somit eine ohmsche Verbindung zwischen dem Ein- gangsanschluß 30 und dem Ausgangsanschluß 33 geschaffen, wobei ein entsprechender Strom über beide Strompfade 26 fließen kann.

Neben dem Ausgangsanschluß 33 weist das Sicherheitsschaltgerät 10 einen weiteren Ausgangsanschluß 35 und einen weiteren Ein- gangsanschluß 37 auf. Aus der Fig. 1A ist ersichtlich, daß zwi- schen dem Eingangsanschluß 37 und dem Ausgangsanschluß 35 eine elektrische Verbindung besteht.

Im Betrieb wird an die beiden Eingangsanschlüsse 30,37 eine Gleichspannungsquelle 41 angeschlossen, die bspw. eine Spannung von 24 Volt zwischen den beiden Anschlüssen 30,37 bereit- stellt, wobei der Eingangsanschluß 30 auf einem positiven Po- tential und der Eingangsanschluß 37 auf einem Bezugspotential, bspw. 0 Volt liegt.

Die von dem Sicherheitsschaltgerät 10 zu schaltende Last ist in Fig. 1A schematisch dargestellt und mit dem Bezugszeichen 43 gekennzeichnet. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel handelt es sich um eine Last hoher Leistung, bspw. Ventilinseln für Pneu- matik-oder Hydrauliksteuerungen, oder Ausgangsmodule einer SPS-Steuerung, die einen Strom > 8 Ampere benötigt. Die Last 43 ist zwischen den Ausgangsanschlüssen 33 und 35 angeschlossen.

Daraus ergibt sich, daß sich bei eingeschalteten Schaltelemen- ten 24 ein Stromfluß von der Gleichspannungsquelle 41 über den Eingangsanschluß 30, die beiden Strompfade 26.1,26.2, den Aus- gangsanschluß 33, die Last 43, den Ausgangsanschluß 35, und den Eingangsanschluß 37 zurück zur Gleichspannungsquelle 41 ergibt.

Wird nun bspw. der Not-Aus-Schalter 14 betätigt, erzeugt die Auswerte-und Steuereinheit 12 Steuersignale, die von den bei- den Ansteuereinrichtungen 20A, 20B in entsprechende Ansteuersi- gnale umgewandelt werden. Diese Ansteuersignale verursachen ein Ausschalten der Schaltelemente 24, um die beiden Strompfade 26.1,26.2 stromlos zu schalten. Damit wird die Last 43 von der Gleichspannungsquelle 41 getrennt.

Bei derartigen Sicherheitsschaltgeräten 10 ist es erforderlich, das Abschaltvermögen der Schaltelemente 24 in regelmäßigen Ab- ständen zu testen. Hierfür wird zwischen den beiden Schaltele- menten 24.1 und 24.2 des ersten Strompfads 26.1 sowie zwischen den beiden Schaltelementen 24.3 und 24.4 des zweiten Strompfads 26.2 ein Signal abgegriffen und der Auswerte-und Steuereinheit 12 zugeführt. Dies ist in Fig. 1A durch die beiden mit dem Be- zugszeichen 45 gekennzeichneten Pfeile angedeutet.

Das Abschaltvermögen der Schaltelemente wird nun dadurch gete- stet, daß die beiden Schaltelemente in einem Strompfad für eine kurze Zeitdauer abgeschaltet werden, während die Schaltelemente in dem anderen Strompfad ihren Schaltzustand beibehalten. Das kurze Abschalten der Schaltelemente in einem Strompfad führt dazu, daß sich das Potential zwischen den beiden getesteten Schaltelementen verändert, sofern die Schaltelemente in Ordnung sind. Diese Potentialveränderung kann die Auswerte-und Steuer- einheit 12 erkennen und entsprechend auswerten. Sollte sich bspw. das Schaltelement 24.1 im ersten Strompfad 26.1 nicht mehr öffnen lassen, so verändert sich das Potential während der kurzen Testphase nicht, was von der Auswerte-und Steuereinheit 12 als Fehler erkannt wird. Eine sofortige Abschaltung des ge- samten Sicherheitsschaltgeräts und damit auch der Last 43 wäre die Folge.

Dadurch, daß zwei Strompfade 26.1,26.2 vorgesehen sind, von denen jeweils nur einer einem Test unterzogen wird, wird eine gleichbleibende Energieversorgung der Last 43 auch während der Testphase garantiert. Somit ist es mit diesem Sicherheits- schaltgerät 10 möglich, das Abschaltvermögen von Schaltelemen- ten zu testen, obgleich sehr große Ströme fließen. Darüber hin- aus spielt es keine Rolle, ob die Last 43 eine rein ohmsche Last oder bspw. eine kapazitive Last ist.

Fig. 1A läßt noch gestrichelt dargestellte Verbindungen erken- nen, die von den beiden Auswerte-und Steuereinheiten 16A, B zu den Ansteuereinrichtungen 20A, B verlaufen und von den Rücklese- leitungen zu den Auswerte-und Steuereinheiten 16A, B. Diese Verbindungen dienen dazu, die zweikanalige Struktur des Sicher- heitsschaltgeräts fortzusetzen ; diese Verbindungen ermöglichen es jeder Auswerte-und Steuereinheit 16A, B, alle vier Schalte- lemente 24.1-24.4 anzusteuern und zu überprüfen.

In Fig. 1B ist ein Sicherheitsschaltgerät 10'gezeigt, das hin- sichtlich der Funktion dem bereits mit Bezug auf die Fig. 1A gezeigten Sicherheitsschaltgerät 10 entspricht. Auf eine noch- malige ausführliche Beschreibung soll deshalb an dieser Stelle verzichtet werden. Auch der konstruktive Aufbau des Sicher- heitsschaltgeräts 10'unterscheidet sich nicht von dem des Si- cherheitsschaltgeräts 10. Der einzige Unterschied besteht dar- in, daß das Sicherheitsschaltgerät 10'in zwei Module 50,51 aufgeteilt wurde. Das Modul 50, das nachfolgend als Sicher- heitsschaltmodul bezeichnet wird, umfaßt die Ansteuereinrich- tungen 20A, 20B sowie die Schaltelemente 24, die in den beiden Strompfaden 26.1,26.2 angeordnet sind. Das Modul 51, das nach- folgend als Auswerte-und Steuermodul bezeichnet wird, umfaßt die Auswerte-und Steuereinheit 12, deren Steuersignale Ein- gangsanschlüssen 53 des Sicherheitsschaltmoduls 50 zuführbar sind. Durch die Aufgliederung des Sicherheitsschaltgeräts 10' in zwei einzelne Module 50,51 läßt sich die Flexibilität stei- gern. Insbesondere kann das Sicherheitsschaltmodul 50 als Zu- satzmodul zum Schalten großer Ströme an bereits existierende Sicherheitsschaltgeräte angeschlossen werden.

Mit Bezug auf die Fig. 2 soll nun nachfolgend eine konkrete be- vorzugte Ausgestaltung des Sicherheitsschaltmoduls 50 gezeigt werden, wobei an dieser Stelle jedoch anzumerken ist, daß es sich hierbei um eine rein beispielhafte Schaltungsanordnung handelt. Zur Erzielung der mit Bezug auf die Fig. 1A beschrie- benen Funktionsweise sind selbstverständlich auch andere Schal- tungsanordnungen denkbar.

Zur Vereinfachung sind in Fig. 2 für die gleichen Bauelemente gleiche Bezugszeichen angegeben, so daß auf eine nochmalige Be- schreibung dieser Bauelemente verzichtet werden kann.

Mit gestrichelten Linien sind die einzelnen Funktionsblöcke, nämlich die beiden Ansteuereinrichtungen 20A, 20B sowie die Schaltelemente 24.1 bis 24.4 dargestellt. Die Ansteuereinrichtung 20A umfaßt im vorliegenden Ausführungs- beispiel zwei Ansteuereinheiten 61,62, die abhängig von ent- sprechenden Eingangssignalen jeweils ein Ausgangssignal erzeu- gen, das jeweils einem Optokoppler 63 bzw. 64 zugeführt wird.

Die Ausgänge der beiden Optokoppler 63,64 sind in Reihe ge- schaltet und dienen dazu, das Schaltelement 24.1 anzusteuern.

Hierzu wird der Steuereingang des Schaltelements 24.1 über die Ausgänge der Optokoppler 63,64 an ein positives Potential ge- legt. Liegen entsprechende Steuersignale an den Eingängen der beiden Optokoppler 63,64 an, werden die Ausgänge der beiden Optokoppler miteinander verbunden, so daß dann das Schaltele- ment 24.1 ein Ansteuersignal mit positivem Potential empfängt und aufgrund dessen schließt. Dies ist der normale Betriebsmo- dus des Sicherheitsschaltmoduls 50, um die Last 43 mit Energie zu versorgen.

Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist das Schaltelement 24.1 als Halbleiter-Schaltelement, vorzugsweise als Feldeffekttran- sistor 71 ausgebildet.

Im Gegensatz dazu ist das zweite Schaltelement 24.2 im gleichen Strompfad 26.1 als elektromechanisches Schaltelement, vorzugs- weise als Relais 73 ausgebildet. Dieses Relais 73 wird über entsprechende Ansteuereinheiten 61,62 gesteuert. Da das Relais 73 selbst eine galvanische Trennung zu der Ansteuereinrichtung 20B schafft, kann auf den Einsatz von Optokopplern 63,64 ver- zichtet werden.

In beiden Fällen ist jedoch anzumerken, daß die Ansteuerung des Feldeffekttransistors 71 bzw. des Relais 73 zweikanalig er- folgt. Nur wenn beide Ansteuereinheiten 61,62 ein entsprechen- des Ansteuersignal erzeugen, wird das Schaltelement 24.1,24.2 geschlossen.

Die Auswerte-und Steuereinheit 12 prüft das Abschaltvermögen der Schaltelemente 24 durch kurzzeitiges Abschalten der Schalt- elemente eines Strompfades Zur Prüfung des Abschaltvermögens des FET 71 und des Kontakts 73 wird über die Leitung 45 ein Signal zwischen den beiden Schaltelementen 24.1,24.2 abgegriffen und einem Optokoppler 83 zugeführt. Dieser Optokoppler 83 erzeugt ein Rücklesesignal, das der Auswerte-und Steuereinheit 12 zugeführt wird. Dieses Rücklesesignal gibt Aufschluß darüber, ob während der Testphase der FET 71 und der Kontakt 73 abschaltet. Tun dies beide Schaltelemente 71 und 73, ist die Sicherheit gewährleistet ; tun sie dies jedoch nicht, ist der FET 71 oder der Kontakt 73 feh- lerhaft mit der Folge, daß das gesamte Sicherheitsschaltmodul 50 abgeschaltet werden muß, so daß die Last 43 in den sicheren Zustand gebracht wird.

Der Aufbau des zweiten Strompfads 26.2 entspricht exakt demje- nigen des Strompfads 26.1, so daß auf eine nochmalige Beschrei- bung an dieser Stelle verzichtet werden kann. Der Übersicht- lichkeit wegen sind einige Elemente zu einem Funktionsblock zu- sammengefaßt worden, bspw. die beiden Ansteuereinheiten 61,62 und der Taktgenerator 81. Auch im zweiten Strompfad 26.2 wird das Abschaltvermögen des FET 71 und des Kontakts 24.4 durch Aufmodulieren eines kurzen Abschaltimpulses auf das Ansteuersi- gnal durchgeführt. Über einen Optokoppler 83 wird dann ein ent- sprechendes Rücklesesignal erzeugt.

Wesentlich an der Durchführung der Tests der Schaltelemente ist, daß immer nur ein Strompfad getestet wird, so daß der je- weils andere Strompfad eine entsprechende ununterbrochene Ener- gieversorgung der Last 43 auch während der Testphase garantie- ren kann.

In dem in Fig. 2 gezeigten Ausführungsbeispiel sind die Schalt- elemente eines Strompfads diversitär ausgebildet. Damit sind Fehler in einem Strompfad aufgrund gleicher Ursachen aus- schließbar. Selbstverständlich können neben dieser bevorzugten Ausführungsform in einem Strompfad auch gleiche Schaltelemente, insbesondere Halbleiter-Schaltelemente oder elektromechanische Schaltelemente eingesetzt werden.

Ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Sicherheitsschaltmoduls ist in Fig. 3 gezeigt und mit dem Bezugszeichen 50'gekenn- zeichnet. Der Unterschied zu dem in Fig. 2 gezeigten Sicher- heitsschaltmodul 50 besteht darin, daß es sich um eine zweipo- lige Ausführung eines Sicherheitsschaltmoduls handelt. D. h., daß die Last 43 zwischen zwei Sicherheitsschaltmodulen 50, wie in Fig. 2 dargestellt, liegt. Die Verbindung zwischen dem An- schluß 35 und dem Anschluß 37 erfolgt somit nicht direkt, son- dern ebenfalls über zwei Strompfade 26.3 und 26.4, die in ver- tauschter Anordnung zu den beiden Strompfaden 26.1 und 26.2 aufgebaut sind. Die Funktionsweise entspricht jedoch dem Si- cherheitsschaltmodul 50, wie es in Fig. 2 gezeigt und beschrie- ben wurde, so daß auf eine nochmalige Beschreibung verzichtet werden kann.

Der Vorteil ist, daß die Last auch bei einem 24V-Kurzschluß noch sicher abgeschaltet werden kann.

Zusammenfassend ist also festzustellen, daß das erfindungsgemä- ße Vorsehen zweier Strompfade, die abwechselnd getestet werden, auch ein Schalten hoher Ströme zuläßt, ohne auf eine Prüfung des Abschaltvermögens der Schaltelemente verzichten zu müssen oder hierfür komplizierte Prüfschaltungen schaffen zu müssen, die eventuell auf die jeweilige Last angepaßt werden müssen.

Durch die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung sind Unterbre- chungen der Schaltelemente möglich, die länger dauern als die Abschaltreaktionszeit der Last. Damit ist auch der Test von Re- lais während des Betriebs möglich.