Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung sowie ein Verfahren zum Erfassen eines Schaltzustandes eines Schaltelementes, insbesondere innerhalb eines Stromversorgungspfades.

Schaltelemente im Rahmen der Erfindung werden bekanntermaßen eingesetzt, um zwischen zwei elektrisch leitenden Anschlüssen oder Kontakten eine elektrisch leitende Verbindung mittels eines zwischen diesen verlaufenden Schaltpfades je nach Schaltzustand herzustellen oder zu trennen. Schaltelemente können hierbei herkömmlicherweise grundsätzlich als gewöhnlicher Ein/Aus-Schalter, als Öffner, Schließer oder Wechselschalter eingerichtet sein. Ein gewöhnlicher Ein-/Aus-Schalter bedarf nur für das Umschalten selbst, d.h. zum Herzustellen oder Trennen einer elektrisch leitenden Verbindung zwischen den zwei elektrisch leitenden Anschlüssen oder Kontakten der Einwirkung einer externen Kraft bzw. Ansteuerung. Öffner und Schließer definieren sich durch eine jeweilige Ruhestellung und Arbeitsstellung. Bei Ruhestellung des Öffners befindet sich dieser in seinem schließenden Schaltzustand (im engl. „normally closed“ - „NC“), d.h. zwischen den zwei Anschlüssen oder Kontakten ist die elektrisch leitende Verbindung hergestellt, und er muss zum Einnehmen des unterbrechenden Schaltzustands, d.h. zum Öffnen der elektrisch leitenden Verbindung zwischen den Anschlüssen oder Kontakten, entsprechend dauerhaft kraftbeaufschlagt, d.h. angesteuert, werden. Der Schließer hingegen befindet sich in seiner Ruhestellung in seinem unterbrechenden Schaltzustand (im engl. „normally o- pen“ - „NO“), d.h. die elektrisch leitende Verbindung zwischen den zwei Anschlüssen oder Kontakten ist getrennt, und muss zum Einnehmen des schließenden Schaltzustands, d.h. zum Schließen der elektrisch leitenden Verbindung zwischen den Anschlüssen oder Kontakten, entsprechend dauerhaft kraftbeaufschlagt, d.h. angesteuert, werden. Der schließende Schaltzustand eines Schließers ist somit dessen Arbeitsstellung. Ein Wechselschalter, auch als Umschalter oder Wechsel- bzw. Umschaltkontakt bezeichnet, hat zusätzlich zu den zwei vorbeschriebenen Anschlüssen oder Kontakten zumindest einen weiteren dritten, sodass eine elektrisch leitende Verbindung geöffnet und gleichzeitig eine andere geschlossen wird. Ein Wechselschalter stellt somit in jeder Position eine elektrisch leitende Verbindung zwischen zwei Anschlüssen oder Kontakten her. Einer der Anschlüsse oder Kontakte wird hierbei als gemeinsamer Mittelanschluss (im engl. „common“ - „COM“) beim Umschalten entweder mit dem einen weiteren oder mit einem anderen weiteren Kontakt verbunden.

Öffner und Schließer schalten somit ohne besondere weitere Vorkehrungen im Normalfall monostabil, d.h. dass von zwei oder mehr möglichen Zuständen ist nur einer stabil (Ruhestellung). Der andere Zustand (Arbeitsstellung) wird nur so lange beibehalten, wie eine externe Kraft auf das diese einwirkt, die diese daran hindert, in deren Ruhestellung zurückzukehren. Die Rückkehr eines monostabilen Schaltelements in den Ruhezustand kann auch durch eine Zeitkonstante verzögert erfolgen. Ein Wechselschalter hingegen kann als monostabiles Schaltelement ausgebildet sein oder als stabiles Schaltelement, bei dem es die Einwirkung der externen Kraft nur für das Umschalten selbst bedarf. Wird der dritte oder jeder weitere Anschluss im letzteren Fall nicht benutzt, kann der Wechselschalter auch als gewöhnlicher Ein-/Aus-Schalter verwendet werden. Monostabile Schaltelemente können z.B. als Tastschalter ausgebildet sein, d.h. als Schalter, die durch Drücken betätigt werden und nach dem Loslassen selbsttätig, oftmals unter Einsatz einer mechanischen Feder, in die Ausgangslage zurückkehren. Als weitere Beispiele können Schütze und Relais genannt werden, wobei als Schütze herkömmlicherweise elektrisch oder elektromagnetisch betätigte Schalter für große elektrische Leistungen bezeichnet werden und als Relais durch elektrischen Strom betriebene, fernbetätigte Schalter mit in der Regel zwei Schaltstellungen, welcher über einen Steuerstromkreis aktiviert werden und weitere Stromkreise schalten können. Im Gegensatz zu Schütze, die nur einen oder auch mehrere Öffner und Schließer besitzen, können Relais dagegen auch Wechselkontakte (Umschalter) besitzen.

Schaltelemente können auch zwangsgeführt sein, wobei hierbei jeweils ein Öffner und ein Schließer mechanisch so miteinander verbunden sind, dass Schließer und Öffner niemals gemeinsam geschlossen sein können. Das bedeutet z. B., dass ein durch Überlastung verschweißter, das heißt bei stromloser Spule nicht öffnender Schließer dazu führt, dass kein Öffner schließt. In diesem Fall kann folglich ein Öffner auch dazu benutzt werden, den Zustand des Schließers zu diagnostizieren bzw. zu überwachen. Dieser Umstand macht zwangsgeführte Schaltelemente zu einer idealen Standardkomponente im Rahmen von sicherheitskritischen Applikationen, insbesondere z.B. zum idealen Grundbaustein eines Sicherheitsschaltgeräts. Mit einer integrierten Diagnose kann eine solche Diagnose bzw. Überwachung auch im laufenden Betrieb geschehen.

Für den Einsatz von in der Regel kostengünstigeren und weniger komplexen nicht zwangsgeführten Schaltelementen im Rahmen von sicherheitskritischen Applikationen, insbesondere z.B. innerhalb eines Sicherheitsschaltgeräts, sind hingegen weitere Maßnahmen notwendig.

Bekannt ist z.B. durch die Verwendung von Wechselschaltern "einfache" Schaltelemente, z.B. auch einfache Relais, anstelle von zwangsgeführten Schaltelementen im Umfeld der Sicherheitstechnik einzusetzen, wobei die Überwachung solcher nicht zwangsgeführten Schaltelemente z.B. auf Mikrocontrollerbasis erfolgen kann.

Als Beispiele können hier die EP 1 869687 B1 und die EP 3 575 900 B1 gekannt werden.

So ist gemäß EP 1 869687 B1 bei einer Sicherheitsschaltvorrichtung zum sicheren Abschalten eines elektrischen Verbrauchers mit zumindest einem Eingang zum Anschließen eines Meldegerätes vorgesehen, mit einer Auswerte- und Steuereinheit ein Schaltelement anzusteuern, um einen Stromversorgungspfad zu dem Verbraucher zu unterbrechen. Die Auswerte- und Steuereinheit ist ferner dazu ausgebildet, zu definierten Zeitpunkten Funktionstests durchzuführen, um eine Schaltfunktion des Schaltelements zu überprüfen, wobei der Eingang zum Anschließen des Meldegerätes außerdem als Eingang zum Zuführen einer Versorgungsspannung ausgebildet ist, die für den Betrieb des Schaltelements erforderlich ist.

Gemäß EP 3 575 900 B1 ist in einer sehr speziellen Ausführungsform ein intelligentes Sicherheitsrelais mit zwei Verarbeitungschips vorgesehen, die jeweils eine Mehrzahl von Anschlüssen umfassen, um nach Empfangen eines Abtastsignals das Sicherheitsrelais zum Verbleiben in einem Ausgangsbereitschaftszustand zu steuern, und mit zwei Relaisspulen, die jeweils einen Öffnerkontakt besitzen, von denen jeder mit einer Diagnosesignalerzeugungsschaltung verbunden ist, jeweils einen Schließerkontakt besitzen, von denen jeder mit einem Relaisausgangsende verbunden ist, und jeweils einen gemeinsamen Kontakt besitzen, wobei beide gemeinsamen Kontakt miteinander und mit einer gemeinsamen Diagnosesignalerfassungsschaltung verbunden sind, wobei jede Relaisspule jeweils mittels einer Logikschaltung angesteuert wird, um ein- oder ausgeschaltet zu werden, so dass der jeweilige gemeinsame Kontakt elektrisch mit dem entsprechenden Öffner- oder Schließerkontakt verbunden ist; wobei die elektrischen Verbindungen zwischen jedem gemeinsamen Kontakt und entsprechendem Schließerkontakt die Relaisausgangsenden miteinander verbinden.

Zusammenfassend wird folglich gemäß beiden vorgenannten Dokumenten eine Diagnose von Wechselrelais mittels deren NC-Kontakte (NC: „normally closed“, Ruhekontakte) verwirklicht. Insbesondere wird hierbei diagnostiziert, ob ein über die NC-Kontakte den Wechselrelais zugeführtes Testsignal wieder zurückgelesen werden kann oder nicht, wobei jedes Schaltelement eines jeden Wechselschalters des Wechselrelais nacheinander angesteuert wird. Die spätere Auswertung kann dann durch einen Microcontroller erfolgen. Zur Kontaktüberwachung wird folglich der NC-Pfad eines Wechselrelais und zur Steuerung und Auswertung ein Microcontroller verwendet.

Auch der DE 10 2010 060 323 A1 ist eine Schaltanordnung zur Überwachung der Funktion einer Sicherheitsschaltung zu entnehmen, wobei die Schaltanordnung ausschließlich Relais mit nicht zwangsgeführten Kontakten und eine Über- wachungseinheit in Gestalt eines Mikrokontrollers aufweist.

Die US 9,989,594 B2 hingegen beschreibt einen Überwachungsschaltkreis zur Überwachung des Schaltungszustands eines elektrischen Schaltkontaktes, der eine Überwachungseinheit und einen Transformator besitzt, wobei die die Sekundärwindungen des Transformators zusammen mit dem Schaltkontakt einen Überwachungsstromkreis bilden. Vor dem Hintergrund des genannten Standes der Technik ist eine Aufgabe der Erfindung darin zu sehen, eine neue Lösung zur Überwachung des Schaltzustandes von Schaltelementen zu verwirklichen, die insbesondere mit diskreten Bauelementen, d.h. mit einzelnen, in einem eigenen Gehäuse anordenbaren elektrischen Schaltungselementen mit eigenen äußeren Anschlüssen und mit nur einer Funktionseinheit anstelle von integrierten Schaltkreisen (IC), welche mehrere elektronische Bauelemente in einem Gehäuse vereinigen, umsetzbar ist. Insbesondere soll mit der Erfindung eine solche Überwachung auch bei nicht zwangsgeführten Schaltelementen, vorzugsweise einfachen Schließer-Kontakten ermöglicht werden können, wobei diese zweckmäßig auch für den Einsatz im Rahmen von sicherheitskritischen Applikationen, insbesondere in sicherheitsgerichteten Schaltgeräten geeignet sein soll. Ferner ist es auch wünschenswert, dass ein Load-Monitoring angewendet werden kann.

Die Lösung nach der Erfindung ist durch die Gegenstände mit den Merkmalen gemäß den anhängenden unabhängigen Ansprüchen gegeben. Zweckmäßige Ausführungen sind jeweils Gegenstand der anhängigen Ansprüche.

Demgemäß schlägt die Erfindung zum Erfassen eines Schaltzustandes eines Schaltelementes innerhalb eines Stromversorgungspfades ein Verfahren vor, bei welchem ein Schaltelement, welches zwischen zwei Anschlussenden eines Stromversorgungspfades angeordnet ist und zwei Anschlüsse besitzt, von denen jeder mit jeweils einem Anschlussende des Stromversorgungspfades elektrisch verbunden, angesteuert werden kann bzw. wird, und zwar zum wahlweisen Einnehmen eines ersten Schaltzustandes, in welchem ein zwischen den beiden Anschlüssen verlaufender Schaltpfad zum Schließen des Stromversorgungspfades zwischen den beiden Anschlussenden geschlossen ist, oder zum Einnehmen eines zweiten Schaltzustandes, in welchem der zwischen den beiden Anschlüssen verlaufende Schaltpfad zum Unterbrechen des Stromversorgungspfades geöffnet ist. Das Schaltelement kann somit einen Widerstandswert zwischen diesen beiden Anschlussenden bewirken, der je nach Schaltzustand entweder hochohmiger oder niederohmiger ist.

Ferner ist vorgesehen, unter Einbeziehung des zumindest zwischen den Anschlussenden verlaufenden Stromversorgungspfads mit dazwischen angeordne- tem Schaltelement einen Hilfsstromkreis auszubilden und diesen mit einer Hilfsspannung zu versorgen, Erfindungsgemäß wird dann eine zwischen den beiden Anschlussenden am Schaltelement anliegende Spannung abgegriffen und ein zu der abgegriffenen Spannung korrespondierenden Ausgangsignals ausgegeben, welches schließlich in Bezug auf den eingenommenen vorliegenden Schaltzustand ausgewertet wird.

Das Verfahren bietet folglich den Vorteil, dass grundsätzlich eine im Wesentlichen umfassende Erfassung des jeweiligen Schaltzustandes auch von nicht zwangsgeführten Schaltelementen und also auch deren Prüfung auf Funktionstauglichkeit gewährleistet werden kann. Da in der Regel ferner im geöffneten Schaltzustand ein höheres Spannungssignal und also auch korrespondierendes Ausgangssignal als im ungeöffneten Schaltzustand vorliegt, kann überdies auch bei Verwendung eines Schließer-Kontakts auf einfache Weise überprüft werden, ob in dessen abgeschalteten Zustand, d.h. in dessen NO-Status, der somit zwischen den beiden Anschlüssen zu bildende „NO-Pfad“ auch tatsächlich hochohmig ist. Auch ermöglicht es die Hilfsspannung eine Vielzahl von Tests durchzuführen, welches den Einsatz des Verfahrens auch für sicherheitskritische Applikationen, insbesondere in sicherheitsgerichteten Schaltgeräten prädestiniert.

In bevorzugter Weiterbildung weist das Verfahren ferner als einen weiteren Schritt auf, den Hilfsstromkreis zweckmäßig in Reihe zu dem Schaltelement wahlweise zu öffnen oder zu trennen und das daraufhin zu der abgegriffenen Spannung korrespondierende Ausgangsignal in Bezug auf eine Pegeländerung auszuwerten. Mit einer solchen Vorgehensweise kann insbesondere ein Test in Bezug auf die Überprüfung des Vorliegens eines tatsächlich geöffneten Schaltzustandes durchgeführt werden, denn in diesem Fall muss sich das Öffnen und Trennen des Hilfsstromkreises in einer entsprechenden Änderung des korrespondierenden Ausgangsignals niederschlagen.

Zum wahlweise Öffnen oder Schließen des Hilfsstromkreises kann folglich z.B. die Primärseite eines Optokopplers, dessen Sekundärseite als Bestandteil des Hilfsstromkreises in Reihe zum Schaltelement angeordnet ist, von einer Logikeinrichtung angesteuert und das daraufhin zu der abgegriffenen Spannung korrespondierende Ausgangsignal in Bezug auf eine Pegeländerung von der Logikeinrichtung ausgewertet werden. In jeweiliger Abhängigkeit der Auswertung ist somit erfindungsgemäß vorgesehen, das zu überprüfende Schaltelement auf Funktionstüchtigkeit oder einen Fehler zu überprüfen. In Folge kann somit auf ein funktionstüchtiges Schaltelement oder auf einen Fehler erkannt werden.

Demgemäß ist gemäß Erfindung ferner eine Schaltungsanordnung zum Erfassen eines Schaltzustandes eines Schaltelementes innerhalb eines Stromversorgungspfades vorgesehen, mit welcher insbesondere auch das voraufgezeigte Verfahren zweckmäßig umsetzbar ist. Die Schaltungsanordnung umfasst hierbei das Schaltelement und den Stromversorgungspfad, wobei der Stromversorgungspfad, insbesondere zur Laststromversorgung, zwischen zwei Potential- klemmen angeordnet ist, und das Schaltelement zwei Anschlüsse besitzt und in dem Stromversorgungspfad zwischen zwei Anschlussenden des Stromversorgungspfades angeordnet ist, wobei jeder der Anschlüsse jeweils mit einem der Anschlussenden elektrisch verbunden ist. Das Schaltelement ist ferner eingerichtet zum Einnehmen, insbesondere durch Ansteuerung mittels einer von außerhalb der Schaltungsanordnung zuzuführenden Spannung, eines wahlweise entweder schließenden oder unterbrechenden Schaltzustands, wobei im schließenden Schaltzustand ein zwischen den beiden Anschlüssen verlaufender Schaltpfad zum Schließen des Stromversorgungspfads zwischen den Anschlussenden geschlossen ist und im unterbrechenden Schaltzustand der zwischen den beiden Anschlüssen verlaufende Schaltpfad zum Unterbrechen des Stromversorgungspfads zwischen den Anschlussenden geöffnet ist, Erfindungsgemäß zeichnet sich die Schaltungsanordnung ferner durch eine Diagnoseschaltung aus, welche einen unter Einbeziehung des zumindest zwischen den Anschlussenden verlaufenden Stromversorgungspfads mit dazwischen angeordnetem Schaltelement ausgebildeten Hilfsstromkreis umfasst, wobei die Diagnoseschaltung zumindest eingerichtet ist, zum Versorgen des Hilfsstromkreises mit einer Hilfsspannung, zum Abgreifen einer zwischen den beiden Anschlussenden am Schaltelement anliegenden Spannung, zum Ausgeben eines zu der abgegriffenen Spannung korrespondierenden Ausgangsignals und zum Auswerten des Ausgangssignals in Bezug auf den jeweils vorliegenden Schaltzustand.

Die Schaltungsanordnung bietet zusätzlich zu den in Bezug auf das Verfahren aufgezeigten Vorteilen somit ferner den Vorteil, dass diese grundsätzlich bereits mit diskreten Bauelementen aufgebaut werden kann. In zweckmäßiger Ausgestaltung beinhaltet der Hilfsstromkreis der Diagnoseschaltung ferner einen in Reihe zum Schaltelement angeordneten Widerstand, insbesondere ein Widerstand, dessen Widerstandwert um ein Vielfaches geringer ist, als ein durch das Schaltelement im unterbrechenden Schaltzustand zwischen den beiden Anschlüssen bewirkter Widerstandswert. Hierdurch kann einerseits die Erfassung und insbesondere eine damit einhergehende Prüfung auch bereits auf einfachste Weise im geschlossenen Schaltzustand erfolgen, da in einem solchen Diagnosefall die Hilfsspannung auch an diesem Widerstand abfallen kann. Ferner kann mittels eines solchen Widerstandes auf einfache Weise auch ein gewünschter oder erforderlicher Pegelabstand zwischen den Spannungssignalen im geöffneten und im ungeöffneten Schaltzustand beeinflusst werden.

In zweckmäßiger Ausgestaltung kann alternativ oder ergänzend vorgesehen sein, dass die Diagnoseschaltung zum Ausgeben des zu der abgegriffenen Spannung korrespondierenden Ausgangsignals einen Operationsverstärker, insbesondere einen als Differenzverstärker eingesetzten Operationsverstärker, mit einem nicht invertierenden und einem invertierenden Eingang beinhaltet, wobei jeder der Eingänge mit jeweils einem der beiden Anschlussenden elektrisch verbunden ist. Hierbei ist ferner in bevorzugter praktischer Ausbildung vorgesehen, dass jeder der Eingänge des Operationsverstärkers jeweils über einen Widerstand mit dem jeweiligen Anschlussende elektrisch verbunden ist. Hierdurch kann folglich eine hochohmige Entkopplung bewirkt werden

Insbesondere zur Durchführung einer Vielzahl von Tests, beinhaltet die Diagnoseschaltung zweckmäßig eine Logikeinrichtung, die zum Bereitstellen der Hilfsspannung zum Versorgen des Hilfsstromkreises und zum Auswerten des korrespondierenden Ausgangsignals galvanisch entkoppelt angeschaltet ist.

Für eine galvanisch entkoppelte Anschaltung zum Auswerten des korrespondierenden Ausgangsignals kann bevorzugt ein erster Optokoppler und zum Bereitstellen des elektrischen Hilfspotentials ein Übertrager umfasst sein.

Ergänzend oder alternativ kann die Diagnoseschaltung in besonders bevorzugter Ausgestaltung ferner einen zweiten Optokoppler umfassen, dessen Primärseite von der Logikeinrichtung ansteuerbar ist und dessen Sekundärseite als Bestandteil des Hilfsstromkreises in Reihe zum Schaltelement angeordnet ist. Insbesondere mittels eines solchen Bauelements kann die Hilfsspannung somit äußerst flexibel aktiviert und auch abgeschaltet werden, und dynamisch und je nach durchzuführender Diagnose eine entsprechende Dynamisierung des Auswertesignals provoziert werden.

Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels anhand der beigefügten Zeichnung, in welcher zeigen:

Fig. 1 einen vereinfachten Schaltplan einer bevorzugten Ausführungsform einer Schaltungsanordnung nach der Erfindung, und

Fig. 2 zwei beispielhafte Signalverläufe zur Auswertung in Bezug auf einen eingenommenen; wie bei Fig. 1 dargestellten vorliegenden Schaltzustand.

Dargestellt bei Fig. 1 ist ein vereinfachter Schaltplan einer erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung zum Erfassen eines Schaltzustandes eines Schaltelementes SW3 innerhalb eines Stromversorgungspfades. Demgemäß umfasst die Schaltungsanordnung das Schaltelement SW3 und den Stromversorgungspfad, der, wie dargestellt zwischen zwei Potentialklemmen 13, 14 angeordnet ist. Der Stromversorgungspfad kann somit insbesondere zur Laststromversorgung vorgesehen sein, sodass beispielsweise an der Potentialklemme 14 eine Arbeitsspannung anliegt oder angelegt werden kann und an die Potentialklemme 13 ein oder auch mehrere Verbraucher angeschlossen sind oder angeschlossen werden können. Solche Verbraucher sind aus Gründen der Übersichtlichkeit in der Figur jedoch nicht gezeigt.

Die Schaltungsanordnung ist bei Fig. 1 mit einem Schaltelement SW3 dargestellt, welches zwei Anschlüsse 11 , 12 besitzt und ist in dem Stromversorgungspfad zwischen zwei Anschlussenden 1 T, 12‘ des Stromversorgungspfades angeordnet, wobei jeder der Anschlüsse 11 , 12 jeweils mit einem der Anschlussenden 11 ‘, 12‘ elektrisch verbunden ist. Bei Fig. 1 ist das Schaltelement SW3 bevorzugt als Schießer ausgebildet, kann jedoch alternativ auch als Öffner oder Wechselschalter ausgebildet sein. Die Ansteuerung des Schaltelements SW3 kann auf an sich bekannte Weise erfolgen. Insbesondere kann die Ansteuerung jedoch im Rahmen der Erfindung mittels einer von außerhalb der Schaltungsanordnung zuzuführenden Spannung. Erfolgen. Da die Art der Ansteuerung und/oder ein hierzu vorgesehener Ansteuerkreis nicht Gegenstand der Erfindung ist, ist die Ansteuerung des bei Fig. 1 aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht gezeigt.

Das Schaltelement SW3 ist somit zum Einnehmen eines wahlweise entweder schließenden oder unterbrechenden Schaltzustands eingerichtet, wobei im schließenden Schaltzustand ein zwischen den beiden Anschlüssen 11 , 12 verlaufender Schaltpfad zum Schließen des Stromversorgungspfads zwischen den Anschlussenden 11 ‘, 12‘ geschlossen ist und im unterbrechenden Schaltzustand der zwischen den beiden Anschlüssen 11 , 12 verlaufende Schaltpfad zum Unterbrechen des Stromversorgungspfads zwischen den Anschlussenden 1 T, 12‘ geöffnet ist. Dies kann folglich auf an und für sich bekannte Weise erfolgen. Wesentlich für die Erfindung ist, dass die Schaltungsanordnung eine Diagnoseschaltung besitzt, welche einen unter Einbeziehung des zumindest zwischen den Anschlussenden 1 T, 12‘ verlaufenden Stromversorgungspfads mit dazwischen angeordnetem Schaltelement SW3 ausgebildeten Hilfsstromkreis umfasst und die Diagnoseschaltung zum Versorgen des Hilfsstromkreises mit einer Hilfsspannung, zum Abgreifen einer zwischen den beiden Anschlussenden 1 T, 12‘ am Schaltelement SW3 anliegenden Spannung, zum Ausgeben eines zu der abgegriffenen Spannung korrespondierenden Ausgangsignals und zum Auswerten des Ausgangssignals AS in Bezug auf den jeweils vorliegenden Schaltzustand eingerichtet ist. Die Diagnoseschaltung ist hierbei somit insbesondere unabhängig von der Ansteuerung.

Ist das Schaltelement SW3 somit als Schießer ausgebildet, kann mit dieser Schaltungsanordnung, d.h. insbesondere mittels der Diagnoseschaltung überprüft werden, ob im abgeschalteten Zustand des Schaltelements der hierbei über den Schaltpfad gebildete „NO-Pfad“ zwischen den Anschlüssen 11 , 12 bzw. den Anschlussenden 1 T, 12‘ hochohmig ist und also der Stromversorgungspfad unterbrochen ist.

Das Schaltelement SW3 bewirkt somit einen Widerstandswert zwischen diesen beiden Anschlussenden 11 ‘, 12‘, der je nach Schaltzustand entweder hochohmiger oder niederohmiger ist. Wird nun der unter Einbeziehung des zumindest zwischen den Anschlussenden 1 T, 12‘ verlaufenden Stromversorgungspfads mit dazwischen angeordnetem Schaltelement SW3 ausgebildete Hilfsstromkreis mit einer Hilfsspannung versorgt und die zwischen den beiden Anschlussenden 1 T, 12‘ am Schaltelement SW3 anliegende Spannung abgegriffen, kann folglich das zu der abgegriffenen Spannung ausgegebene, korrespondierende Ausgangsignal AS in Bezug auf den eingenommenen vorliegenden Schaltzustand ausgewertet und somit der Schaltzustand des Schaltelementes SW3 innerhalb des Stromversorgungspfades erfasst werden.

Fig. 2 zeigt hierzu beispielhaft einen grob skizzierten Verlauf eines zur Überprüfung der Diagnoseschaltung erzeugten Stimuli-Signals und den Verlauf eines hierzu zur Auswertung empfangenen korrespondierenden Ausgangsignal AS (Diag. -Input) im Falle eines wie Schaltelements SW3 im bei wie bei Fig. 1 dargestellten, d.h. geöffneten Zustandes. Ist kein Stimulisignal angelegt (Stimuli auf OFF) ist auch das korrespondierende Ausgangsignal AS auf Null oder nahezu auf Null (Diag. -Input auf OFF). Ist das Stimulisignal eingeschaltet und das Schaltelement SW3 geöffnet und somit hochohmig (Stimuli auf ON) liegt auch ein korrespondierendes Ausgangsignal AS an (Diag. -Input auf ON). Mittels eines solchen Stimuli-Signals kann somit insbesondere auch eine entsprechende Dynamisierung des Auswertesignals provoziert werden.

Hierzu ist der Hilfsstromkreis der Diagnoseschaltung bevorzugt, wie bei Fig. 1 gezeigt mit einem in Reihe zum Schaltelement SW3 angeordneten Widerstand R7 aufgebaut, insbesondere einem Widerstand R7, dessen Widerstandwert um ein Vielfaches geringer ist, als ein durch das Schaltelement SW3 im unterbrechenden Schaltzustand zwischen den beiden Anschlüssen 11 , 12 bewirkter Widerstandswert. Im geöffneten Schaltzustand des Schaltelements kann mittels der Diagnoseschaltung folglich eine Reihenschaltung aus Widerstand R7 und dem hochohmigen Schaltkontakt SW3 gebildet werden, sodass die Überprüfung, ob der Schaltpfad im geöffneten Zustand, d.h. gemäß Fig. 1 insbesondere der „NO- Pfad“ im abgeschalteten Zustand des Schaltelements, hochohmig ist. In diesem Fall ist folglich insbesondere auch eine entsprechende, am Schaltelement SW3 anliegenden Spannung abgreifbar. In Folge kann somit der Schaltzustand des Schaltelementes SW3 innerhalb des Stromversorgungspfades erfasst werden. Von Vorteil ist, dass ein solcher Spannungsteiler insbesondere bezugspotential- frei gebildet werden kann, d.h. unabhängig von an den Potentialklemmen 13, 14 anliegender Arbeitsspannung und angeschlossenen Verbrauchern. Zum Ausgeben des zu der abgegriffenen Spannung korrespondierenden Ausgangsignals kann bevorzugt, wie bei Fig. 1 dargestellt, einen Operationsverstärker A3, insbesondere ein als Differenzverstärker eingesetzter Operationsverstärker, mit einem nicht invertierenden und einem invertierenden Eingang Teil der Diagnoseschaltung sein, wobei jeder der Eingänge, insbesondere jeweils über einen Widerstand R8, R9, mit jeweils einem der beiden Anschlussenden 1 T, 12‘ elektrisch verbunden ist. Über die Widerstände R8, R9 kann folglich eine Entkopplung, insbesondere auch eine hochohmige Entkopplung bewirkt werden und sind ferner, wie auch nachfolgend noch ersichtlich, bei der bevorzugten Durchführung von verschiedenen Funktionstests einen Fehlerausschluss relevant. Die Widerstände R8, R9 sollten daher bevorzugt im Bereich von 1MOhm liegen oder auch größer sein.

Mit anderen Worten kann in bevorzugter Ausführung nicht nur der Schaltzustand des Schaltelementes SW3, insbesondere auch im Falle eines nicht zwangsgeführten Schaltelements, innerhalb des Stromversorgungspfades erfasst werden. Vielmehr kann das zu überprüfende Schaltelement auch auf Funktionstüchtigkeit oder einen Fehler überprüfen werden. Somit kann insbesondere auch in Abhängigkeit der Auswertung auf ein funktionstüchtiges Schaltelement SW3, insbesondere auch im Falle eines nicht zwangsgeführten Schaltelements, d.h. insbesondere bei der Kontaktüberwachung eines nicht zwangsgeführten Relais, oder auf einen Fehler erkannt werden. Die Erfindung eignet sich in Folge somit insbesondere auch für den Einsatz im Rahmen von sicherheitskritischen Applikationen, insbesondere in sicherheitsgerichteten Schaltgeräten.

Zum Bereitstellen der Hilfsspannung zum Versorgen des Hilfsstromkreises und zum Auswerten des korrespondierenden Ausgangsignals kann, wie bei Fig. 1 zu sehen insbesondere eine galvanisch entkoppelte Logikeinrichtung Logik Teil der Diagnoseschaltung sein.

Hierbei hat es sich als zweckmäßig gezeigt, für die galvanisch entkoppelte Anschaltung zum Auswerten des korrespondierenden Ausgangsignals einen Optokoppler, bei Fig. 1 mit OC4 bezeichnet, und zum Bereitstellen der elektrischen Hilfsspannung einen Übertrager, bei Fig. 1 mit T3 bezeichnet, vorzusehen. Ergänzend oder alternativ, kann die Diagnoseschaltung ferner auch Optokoppler, bei Fig. 1 mit OC3 bezeichnet, umfassen, dessen Primärseite von der Logikeinrichtung Logik ansteuerbar ist, und dessen Sekundärseite als Bestandteil des Hilfsstromkreises in Reihe zum Schaltelement SW3 angeordnet ist. Mittels des Optokopplers OC3 kann z.B. durch Abschaltens der Hilfsspannung (z.B. wie auch bei Fig. 2 gezeigt) in Richtung des Schaltelements SW3 auch eine Fehlfunktion des Operationsverstärkers A3 detektiert werden, indem eine Zustandsänderung an dessen Eingängen provoziert wird. Diese Art der Dynamisierung des Auswertesignals kann insbesondere auch genutzt werden, um einen Stuck- At Fehler (insbesondere eine Fehlfunktion des Operationsverstärkers A3) in der Diagnosekette auszuschließen bzw. detektieren zu können.

Bevorzugte Vorgehensweisen den Hilfsstromkreis in Reihe zu dem Schaltelement SW3 im weiteren Verlauf zum Erfassen des Schaltzustandes wahlweise zu öffnen oder trennen und das daraufhin zu der abgegriffenen Spannung korrespondierende Ausgangsignal in Bezug auf eine Pegeländerung auszuwerten werden nachfolgend beschrieben.

Wie aus diesen Vorgehensweisen ersichtlich, wird hierbei zum wahlweise Öffnen oder Schließen des Hilfsstromkreises bevorzugt die Primärseite des Optokopplers OC3 von der Logikeinrichtung Logik angesteuert und das daraufhin zu der abgegriffenen Spannung korrespondierende Ausgangsignal in Bezug auf eine Pegeländerung auch von der Logikeinrichtung Logik ausgewertet.

Unter Bezugnahme auf Fig. 1 sei hierbei angenommen, der Hilfsstromkreis der Diagnoseschaltung wird über den Übertrager T3 und das Schaltungsteil U3 mit einer Hilfsspannung versorgt, wobei diese Hilfsspannung unabhängig von an den Potentialklemmen 13, 14 angeschlossenen Potentialen ist und nur die Diagnoseschaltung für deren Funktion bedient.

Für die Widerstande R7, R8, R9 werden in besonders zweckmäßiger Ausbildung sogenannte MELF Widerstande („MELF“ - Metal Electrode Leadless Faces) verwendet. MELF (insbesondere Mini-/Micro-MELF) Widerstände bieten bekanntermaßen den Vorteil, dass spezifische Kenngrößen wie Impulsbelastbarkeit, Temperaturstabilität, Langzeitstabilität und Spannungsfestigkeit sowie genau spezifiziertes Verhalten im Fehlerfall (Sicherungs-Widerstand) besser erreicht werden. Mit MELF Widerstanden kann somit auch ein Kurzschluss des Bauteils im Fehlerfall im Wesentlichen ausgeschlossen werden.

Um die Spannung, welche im hochohmigen Zustand des Schaltkontaktes SW3 an diesem, d.h. zwischen den Anschlüssen 11 , 12 anliegt, korrekt zu erfassen, wird ein Operationsverstärker als Differenzverstärker A3 verwendet.

Zur Dynamisierung des Diagnoseergebnisses ist es ferner, wie vorstehend aufgezeigt, vorgesehen, die Hilfsspannung in Richtung des Schaltkontaktes SW3 abzuschalten. Die Abschaltung wird hierbei bevorzugt mit den Optokoppler OC3, z.B. ein Opto-FET, realisiert, der über die Logikeinrichtung Logik angesteuert wird.

Die Erfassung des Schaltzustandes des Schaltelementes SW3, insbesondere einschließlich damit einhergehender Diagnose des Schaltkontaktes SW3 kann dann zweckmäßig stets nach dem gleichen Ablauf erfolgen.

Kennt die Logikeinrichtung Logik in zweckmäßiger Ausbildung den Ansteuerungszustand wird die Diagnose des Schaltelementes SW3 bevorzugt im geöffneten Zustand des Schaltelements SW3 durchgeführt, d.h. bei einem gemäß Fig. 1 dargestellten Schließer-Kontakt, im nicht angesteuerten Zustand.

Im nicht angesteuerten Zustand bewirkt der Schließer somit einen hochohmigen Widerstand zwischen den beiden Anschlüssen 11 und 12 bzw. zwischen den Anschlussenden 11‘ und 12‘ des Stromversorgungspfades. Die Hilfsspannung wird durch Logikeinrichtung Logik, galvanisch getrennt durch OC3, freigeschaltet und liegt nun an der hierdurch gebildeten Reihenschaltung aus dem Widerstand R7 und dem hochohmigen Schaltkontakt SW3 an. Wie zuvor beschrieben, ist hierbei ist der Widerstandswert des Widerstandes R7 zweckmäßig um ein Vielfaches geringer ist, als der durch das Schaltelement SW3 im unterbrechenden Schaltzustand bewirkte Widerstandswert, d.h. Rsw3_offen » R7. Mittels Abgreifen der hierbei zwischen den beiden Anschlussenden 11 ‘, 12‘ am Schaltelement SW3 anliegenden Spannung, kann der Operationsverstärker A3 die Hilfsspannung über dem Schaltkontakt SW3 messen und ein korrespondierenden Aus- gangsignals und zum Auswerten ausgeben. Ist nahezu die gesamte Hilfsspannung über das Schaltelement SW3 messbar, so ist der Schaltelement SW3 hochohmig, d-.h. geöffnet.

Das am Ausgang des Differenzverstärkers A3 ausgegebene, korrespondierende Ausgangssignal AS nimmt folglich einen hohen Signalpegel, d.h. HIGH-Pegel, ein. Das Ausgangssignal AS wird dann zweckmäßig durch den OptokopplerOC4 an die Logikeinrichtung Logik zur dortigen Auswertung weitergegeben.

Um einen Stuck-At Fehler des Operationsverstärkers A3 auszuschließen, wird nach diesem Durchlauf bevorzugt der Optokoppler OC3 durch die Logikeinrichtung Logik abgesteuert, wodurch keine Hilfsspannung mehr am Schaltelement SW3 messbar ist. An dem Operationsverstärker A3 stellt sich am Ausgang folglich ein Ausgangssignal AS mit einem niedrigeren Signalpegel, d.h. ein LOW- Pegel ein, welches dann wiederum über den Optokoppler OC4 an die Logikeinrichtung Logik übergeben wird.

Entspricht die hieraus resultierende Signalfolge der Messung einem von der Logikeinrichtung Logik erwarteten Muster (vgl. Fig. 2) ist sichergesteilt, dass der Schaltkontakt geöffnet ist und in diesem Beispielfall auch einen sicheren Zustand eingenommen hat.

Zweckmäßig basierend auf der in Fig. 1 dargestellten Ausführungsform können z.B. folgende weitere Tests durchgeführt werden, d.h. insbesondere bei entsprechend provozierter Dynamisierung des auszuwertenden Ausgangssignals, nachfolgend auch als Auswertesignal bezeichnet.

In Bezug auf das Schaltelement SW3 können insbesondere folgende Fehler und deren Auswirken betrachtet werden.

Ist das Schaltelement SW3 „verschweißt“, d.h. dauerhaft im geschlossen Zustand, und also der bewirkte Widerstandswert unabhängig von der jeweiligen Ansteuerung dauerhaft niederohmig, ist auch keine oder nur eine geringe Hilfsspannung über diesem abgreifbar. Am Operationsverstärker A3 würde sich folglich auch unabhängig von angelegtem oder nicht angelegtem Stimulisignal am Ausgang ein Ausgangssignal AS mit einem niedrigeren Signalpegel, d.h. ein LOW- Pegel einstellen. Unter Zugrundelegung der Schaltungsanordnung gemäß Fig. 1 , würde im Diagnosefall somit im Wesentlichen die gesamte, bevorzugt über den Übertrager T3 und das Schaltungsteil U3 bereitgestellte Hilfsspannung, über OC3 oder R7 abfallen.

Jede vom Operationsverstärker A3 gemessene Spannung würde jedoch dauerhaft zu einem geringen Ausgangssignal AS, d.h. dauerhaft zu einem Signal mit LOW-Pegel, führen. Da dieses Signal dem von der Logik erwartetem Muster widerspricht, d.h. eine entsprechend provozierte Dynamisierung des Auswertesignals ausbleibt, kann eine Fehlerreaktion ausgelöst werden.

Ist das Schaltelement SW3 „gebrochen“, d.h. dauerhaft im geöffneten Zustand, und also der bewirkte Widerstandswert unabhängig von der jeweiligen Ansteuerung dauerhaft hochohmig. Um diesen Fehler zu diagnostizieren, wäre die Diagnose durchzuführen, wenn das Schaltelement SW3 zum Einnehmen des schließenden Schaltzustands angesteuert wird. Würde sich hierbei bei angelegter Hilfsspannung dennoch am Ausgang des Operationsverstärkers A3 ein Ausgangssignal AS mit einem hohem Signalpegel, d.h. ein HIGH-Pegel einstellen, ist davon auszugehen, dass das Schaltelement SW3 nicht entsprechend der Erwartung reagiert. Wird also im Falle eines als Schließer ausgebildeten Schaltelements SW3 die Hilfsspannung am Schaltelement SW3 gemessen, ist davon auszugehen, dass der Schließer entgegen der Erwartung nicht geschlossen ist. Bei einem Stopp-Kategorie 0 Gerät (Safe State OFF) handelt es sich hierbei jedoch um den sicheren Zustand. Trotzdem kann eine Fehlerreaktion/Fehlerruckmel- dung ausgelöst werden.

In Bezug auf eine Veränderung der Kennwerte von R7 können insbesondere folgende Fehler und deren Auswirken betrachtet werden.

Ein Kurzschluss ist durch eine MELF-Bauform im Wesentlichen ausgeschlossen. Eine Erhöhung, z.B. Verdoppelung des Widerstandswertes von R7 hat keine negativen Auswirkungen, zumindest solange der durch das Schaltelement SW3 im unterbrechenden Schaltzustand bewirkte Widerstandswert um ein Vielfaches größer ist als der Widerstandswert von R7, d.h. Rsw3_offen » R7.

Auch eine Verringerung, z.B. Halbierung des Widerstandswertes von R7 hat folglich keine negativen Auswirkungen. Liegt ein Leerlaufverhalten bei R7 vor, würde in keinem Fall eine Hilfsspannung am Schaltelement SW3 messbar sein, sodass das Vorliegen eines solchen Fehlers somit auch erkannt werden kann.

In Bezug auf eine Veränderung der Kennwerte von R8 und R9, welche zur hochohmigen Entkopplung des Operationsverstärkers A3 dienen, können insbesondere folgende Fehler und deren Auswirken betrachtet werden.

Ein Kurzschluss ist durch eine MELF-Bauform wiederum im Wesentlichen ausgeschlossen.

Eine Erhöhung, z.B. Verdoppelung eines der oder beider Widerstandswerte hat grundsätzlich keine negativen Auswirkungen.

Eine Verringerung, z.B. Halbierung eines der oder beider Widerstandswerte hat grundsätzlich keine negativen Auswirkungen

Liegt ein Leerlaufverhalten vor, würde in keinem Fall eine Hilfsspannung am Schaltelement SW3 messbar sein, sodass das Vorliegen eines solchen Fehlers somit auch erkannt werden kann.

In Bezug auf den Optokoppler OC3 können insbesondere folgende Fehler und deren Auswirken betrachtet werden.

Ist dieser dauerhaft leitend, kann die Hilfsspannung in Richtung des Schaltelements SW3 nicht mehr abgeschaltet werden. Über den Operationsverstärker A3 würde im geöffneten Schaltzustand des Schaltelements SW3 permanent eine Spannung an diesem gemessen werden. Dadurch ist ein erwartetes Ausgangsmusterfehlerhaft, welches somit erkannt werden kann, insbesondere von der Logikeinrichtung Logik, und zum Auslösen einer Fehlerreaktion führen kann.

Ist der Optokoppler OC3 dauerhaft hochohmig, d.h. offen, kann keine Hilfsspannung nicht mehr durch den Operationsverstärker A3 am Schaltelement SW3 gemessen werden. Dadurch ist ein erwartetes Ausgangsmuster fehlerhaft. Auch dies kann somit erkannt werden, insbesondere von der Logikeinrichtung Logik, und zum Auslösen einer Fehlerreaktion führen. In Bezug auf den Optokoppler OC4 können insbesondere folgende Fehler und deren Auswirken betrachtet werden.

Ist der Optokoppler OC4 dauerhaft leitend, wird das Ausgangssignal des Operationsverstärkers A3 dauerhaft als ein HIGH-Signal erkannt, wodurch wiederum ein erwartetes Ausgangsmuster fehlerhaft ist. Auch das Vorliegen eines solchen Fehlers kann folglich erkannt werden und in Folge zum Auslösen einer Fehlerreaktion führen.

Ist der Optokoppler OC4 dauerhaft hochohmig, d.h. offen, wird das Ausgangssignal des Operationsverstärkers A3 dauerhaft als ein LOW-Signal erkannt, wodurch wiederum ein erwartetes Ausgangsmuster fehlerhaft ist. Auch das Vorliegen eines solchen Fehlers kann folglich erkannt werden und in Folge zum Auslösen einer Fehlerreaktion führen.

In Bezug auf den Übertrager T3 können insbesondere folgende Fehler und deren Auswirken betrachtet werden.

Liegt ein Drahtbruch in der Primär- und/oder Sekundärwicklung vor, kann keine Spannung übertragen werden. Auch bei Vorliegen eines solchen Fehlers würde das Ausgangssignal des Operationsverstärkers A3 dauerhaft als ein LOW-Signal erkannt werden, wodurch wiederum ein erwartetes Ausgangsmuster fehlerhaft ist und in Folge eine Fehlerreaktion ausgelöst werden kann.

Liegt ein Kurzschluss in der Primär und oder Sekundärwicklung vor, kann auch keine Spannung übertragen werden. Auch bei Vorliegen eines solchen Fehlers würde das Ausgangssignal des Operationsverstärkers A3 dauerhaft als ein LOW-Signal erkannt werden, wodurch wiederum ein erwartetes Ausgangsmuster fehlerhaft ist und in Folge eine Fehlerreaktion ausgelöst werden kann.

Das erfindungsgemäße Vorgehen und die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung sind folglich auch hochgradig geeignet bei der Verwendung von kostengünstigeren und weniger komplexen nicht zwangsgeführten Schaltelementen, d.h. insbesondere bei der Kontaktüberwachung eines nicht zwangsgeführten Relais, in sicherheitsgerichteten Applikationen und es können bei entsprechendem Einsatz durch mannigfaltige Diagnosemaßnahmen die Safe-Failure-Fraction (SFF) erhöht und somit auch eine umzusetzende Hardwarefehlertoleranz (HFT) gesenkt werden. Für eine Quantifizierung der genannten Größen SFF und HFT kann insbesondere auf die IEC EN 61508-2 in der zum Anmeldetag maßgeblichen Fassung, insbesondere dort auf Tabelle 2/3, verwiesen werden.