DE102005062259A1

DE102005062259A1 - Schutzschalter

Info

Publication number: DE102005062259A1
Application number: DE200510062259
Authority: DE
Inventors: Mathias Bindzus
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2005-12-24
Filing date: 2005-12-24
Publication date: 2007-07-05

Abstract

Anschließbares Schaltelement (9) eines elektrischen Schaltkreises (4b) einer Schalteinrichtung (3) zur Erhöhung einer Sicherheit beim Betrieb desselbigen, wobei das Schaltelement (9) wenigstens einen schaltbaren Kontakt (8) umfasst, der zumindest eine erste und eine zweite Stellung aufweist, über die der elektrische Schaltkreis (4b) unterschiedlich beeinflussbar ist, weiter umfassend eine im Schaltelement (9) angeordnete Prüfschaltung (4), die eine Fehlfunktionsüberwachung wenigstens einer Zuleitung (10a; 11a) des Schaltelementes (9) gewährleistet, wobei bei Detektierung einer Fehlfunktion ein Schalten der Schalteinrichtung (3) auslösbar ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Schaltelement eines elektrischen Schaltkreises einer Schalteinrichtung, insbesondere einer Trenneinrichtung umfassend einen Trennschaltverstärker, einer elektrischen Schaltkreisinstallation.
Schalteinrichtungen, insbesondere Niederspannungsschaltgeräte, sind in vielfältigen Ausgestaltungen weit verbreitet. Diese Schalteinrichtungen werden insbesondere eingesetzt, um eine Gefahr zu verringern, welche von einer zum Betrieb der Schalteinrichtung selbst verwendeten elektrischen Spannung oder einer elektrische Spannung bzw. elektrischen Energie eines abzuschaltenden Stromkreises bzw. Gerätes ausgeht. Aufgrund eines hohen Gefahrenpotentials elektrischer Spannungen ist ein zuverlässiges Abschalten der Spannung selbst bzw. eines damit betriebenen Gerätes auch bei auftretenden Schaltungsfehlern wünschenswert.

Aufgabe der Erfindung ist es, die Sicherheit beim Betrieb einer Schalteinrichtung und eines daran angeschlossenen Niederspannungsgerätes gegenüber Störeinflüssen zu verbessern und insbesondere dabei einen möglichst einfachen Aufbau zu ermöglichen.

Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Schaltelement mit den Merkmalen des Anspruches 1 sowie durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruches 27. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen sind in den jeweiligen abhängigen Ansprüchen angegeben.

Ein erfindungsgemäßes anschließbares Schaltelement eines elektrischen Schaltkreises einer Schalteinrichtung, insbesondere eines Trennschaltverstärkers, einer elektrischen Schaltkreisinstallation umfasst wenigstens einen schaltbaren Kontakt, der zumindest eine erste und eine zweite Stellung aufweist, über die der elektrische Schaltkreis unterschiedlich beeinflussbar ist, und umfasst weiter eine im Schaltelement angeordnete Prüfschaltung, die eine Fehlfunktionsüberwachung wenigstens einer Zuleitung des Schaltelementes gewährleistet, wobei bei Detektierung einer Fehlfunktion ein Schalten der Schalteinrichtung auslösbar ist. Insbesondere ist zumindest der Schaltkreis in einen für einen Bediener des Schaltelementes und/oder der Schalteinrichtung ungefährlichen Zustand versetzbar. Vorzugsweise ist ein an die Schalteinrichtung angeschlossener Schaltkreis, welcher beispielsweise eine elektrisch betriebene Vorrichtung umfasst, in einen ungefährlichen Zustand versetzbar.

Beispielsweise kann das Schaltelement die Sicherheit in Schaltschränken, insbesondere des chemischen Anlagenbaus oder eines Kraftwerkes, in Schaustelleranlagen wie beispielsweise Karussells oder in elektrischen Schaltkreisen in Flugzeugen erhöhen, wo eine hohe Sicherheit und eine gute Fehlerüberwachung wünschenswert ist. Insbesondere kann das Schaltelement an einem Meldekontakt einer elektrischen Installation angebracht werden. Des Weiteren kann es vorzugsweise in der Signaltechnik eingesetzt werden. Beispielsweise können mit dem Schaltelement lange, insbesondere mehr als 100 m lange, Verbindungsleitungen zwischen dem Schaltelement und der Schalteinrichtung überwacht werden. Das Schaltelement kann auch als Kontaktgeber jeweils für verschiedene physikalische Größen wie z.B. Lage, Füllstand, Druck, Temperatur etc. in einem Gerät vorgesehen sein.

Die Schalteinrichtung ermöglicht vorzugsweise ein Schalten eines an die Schalteinrichtung angeschlossenen elektrischen Schaltkreises. Insbesondere handelt es sich bei der Schalteinrichtung um einen Trennschaltverstärker, beispielsweise gemäß der Norm EN 50647-5-6.

Ein Schalten der Schalteinrichtung ist beispielsweise dadurch auslösbar, dass eine elektrische Kenngröße der Prüfschaltung, wie beispielsweise ein durch sie bei gegebener Prüfstellung sowie Prüfspannung hindurchfließender Strom, als Abschaltindikator für die Schalteinrichtung dient. Des Weiteren kann ein Schalten der Schalteinrichtung beispielsweise auch durch einen Schaltimpuls ausgelöst werden, welcher die Schalteinrichtung ansteuert.

Als ungefährlicher Zustand ist beispielsweise die Schaltung in einen spannungslosen Zustand am Ausgang des elektrischen Schaltkreises der Schalteinrichtung, insbesondere eines Trennschaltverstärkers vorgesehen. In Verbindung mit einer an den Trennschaltverstärker angeschlossenen Antriebseinrichtung kann auch vorgesehen sein, eine Drehzahl des Antriebes zu reduzieren bzw. einen Antrieb zu unterbinden. Entsprechend kann auch eine andere Funktion von der Schalteinrichtung unterbunden werden. Im Falle einer an die Schalteinrichtung angeschlossenen Vorrichtung ist vorzugsweise vorgesehen, dass diese bei Detektierung einer Fehlfunktion beispielsweise deaktiviert oder/und insbesondere schaltungstechnisch getrennt wird, respektive in einen Sicherheitszustand übergeht. Eine angeschlossene Vorrichtung umfasst beispielsweise ein Schütz für einen Elektromotor eines Antriebes, ein Laborgerät, ein Haushaltsgerät, ein Sicherheitsventil oder dergleichen. Insbesondere kann eine angeschlossene Vorrichtung eine Klimaanlage, ein Ther mostat, ein Regler, ein Stellglied oder dergleichen umfassen. Des Weiteren kann eine angeschlossene Vorrichtung eine SPS-Steuerung eines oder mehrerer Geräte sein.

Die Schalteinrichtung schaltet vorzugsweise mit Spannung bis maximal 230 V. Insbesondere kann es sich um eine SPS-Steuerung handeln, welche vorzugsweise mit einer Spannung von 24 V arbeitet. Beispielsweise schaltet die Schalteinrichtung einen Elektromotor für einen Antrieb oder dergleichen. Des Weiteren schaltet diese beispielsweise ein Laborgerät, ein Haushaltsgerät, eine Lüftungs- oder Klimaanlage, eine industrielle Steuerung oder dergleichen. Insbesondere schaltet diese ein Steuergerät für beispielsweise eine Karussellanlage oder eine Industrieanlage. Als Schalteinrichtung wird beispielsweise ein handelsüblicher Trennschaltverstärker nach EN 50647-5-6 eingesetzt. Daran wird ein Kontaktgeber und/oder der abzuschaltende Verbraucher angeschlossen.

Das Schaltelement ist in einer ersten Ausgestaltung ein binäres Schaltelement. Das heißt, dieses weist genau eine erste und eine zweite Schaltstellung auf. In einer anderen Ausgestaltung kann auch ein Schaltelement mit mehr als zwei Schaltstellungen vorgesehen sein. Insbesondere kann das Schaltelement kontinuierlich oder quasi kontinuierlich zwischen einer ersten und einer zweiten Schaltstellung geschaltet werden, wobei bevorzugt anhand von Schaltpunkten eine erste und eine zweite Schaltstellung festgelegt ist. Beispielsweise ist als Schaltelement ein Dimmer oder Potentiometer vorgesehen, um beispielsweise die Drehzahl eines Motors oder die Leistung eines Heizelementes, einer Beleuchtungsvorrichtung oder dergleichen einzustellen. In einer Variante erfolgt eine Abtastung der kontinuierlichen Schaltelementverstellung mittels Lichtabtastung. Hierbei erfolgt vorzugsweise eine Verknüpfung mit einer ersten und einer zweiten Schaltstellung anhand von Schwellwerten.

Der schaltbare Kontakt ist insbesondere aus der Gruppe umfassend Taster, Schalter und Kontaktgeber gewählt. Ein schaltbarer Kontakt kann dabei insbesondere auch kontinuierlich schaltend ausgestaltet sein. Beispielsweise ist der schaltbare Kontakt als Potentiometer ausgestaltet.

Die Prüfschaltung ist gemäß einer Ausgestaltung eine Bruch- oder/und Schlussüberwachungs-Schaltung. Insbesondere ermöglicht die Prüfschaltung eine Detektion einer Unterbrechung oder/und eines Kurzschlusses des elektrischen Schaltkreises der Schalteinrichtung. Des Weiteren ermöglicht die Prüfschaltung vorzugsweise eine Überprüfung eines korrekten Anschlusses des elektrischen Schaltkreises.

Gemäß einer Weiterbildung ist eine Verknüpfung der ersten Stellung des Schaltelementes mit einer ersten Prüfstellung der Prüfschaltung sowie wenigstens der zweiten Stellung des Schaltelementes mit einer zweiten Prüfstellung der Prüfschaltung vorgesehen. Die Stellung des Schaltelementes wird insbesondere durch den schaltbaren Kontakt eingestellt. Beispielsweise ermöglicht die Verknüpfung eine galvanische Trennung des schaltbaren Kontaktes von der Prüfschaltung. Im Falle eines Schaltelementes mit mehr als zwei Schaltstellungen kann entsprechend eine Verknüpfung mit weiteren Stellungen der Prüfschaltung vorgesehen sein. Bei einem Schaltelement mit einem kontinuierlichen Verfahrweg sind die erste und die zweite Prüfstellung insbesondere als Schaltpunkte auf diesem kontinuierlichen Verfahrweg definiert. Diese Schaltpunkte können an Endlagen des Verfahrweges jedoch auch innerhalb des Verfahrweges positioniert sein. Insbesondere wird mit Schalten des Schaltelementes von der ersten Stellung in die zweite Stellung die Prüfschaltung von der ersten Prüfstellung in die zweite Prüfstellung umgeschaltet.

Vorzugsweise umfasst die Prüfschaltung wenigstens eine Widerstandskombination, welche ein in der Norm EN 60947-5-6: 2000 definiertes Stromfenster eines Namur-Initiators für ein Niederspannungsgerät simuliert, welches in der ersten Stellung der Prüfschaltung zu einem höheren und in der zweiten Stellung der Prüfschaltung zu einem niedrigeren Strom führt. Bezüglich einer Definition eines Namur-Initiators bzw. eines Signals eines Namur-Initiators wird im Rahmen der Offenbarung auf die Norm EN 60947-5-6: 2000 bzw. IEC 60947-5-6: 1999 verwiesen. Der Namur-Initiator ist beispielsweise als Näherungssensor ausgestaltet, welcher auf eine Bewegung eines Bedämpfungselementes anspricht. Vorzugsweise ermöglicht eine integrierte Bauweise des Namur-Initiators eine hohe Sicherheitszertifizierung.

Die Verknüpfung der ersten Stellung des Schaltelementes mit einer ersten Prüfstellung der Prüfschaltung sowie wenigstens der zweiten Stellung des Schaltelementes mit einer zweiten Prüfstellung der Prüfschaltung kann unterschiedlich dargestellt werden. In einer ersten Variante umfasst die Verknüpfung wenigstens einen mechanischen Antrieb. Dabei handelt es sich beispielsweise um eine Schubstange oder dergleichen, welche insbesondere eine Schaltzunge des schaltbaren Kontaktes mit einem Element zur Bedämpfung eines Namur-Initiators verbindet. Des Weiteren kann auch eine andere mechanisch ausgestaltete Verknüpfung vorgesehen sein. Ebenso kann der mechanische Antrieb mit einem elektromagnetischen Antrieb kombiniert werden.

In einer weiteren Variante umfasst die Verknüpfung wenigstens eine Lichtschranke. Beispielsweise unterbricht ein Element des Schaltelementes des elektrischen Schaltkreises zumindest teilweise einen Lichtstrahl der Lichtschranke, wodurch insbesondere ein Schaltsignal nach EN 60947-5-6 ausgelöst wird. Eine Unterbrechung des Lichtstrahles kann auch graduell erfolgen, wobei ein Schaltsignal vorzugsweise an einem oder mehreren definierbaren Schaltpunkten ausgelöst wird.

In einer anderen Variante kann die Verknüpfung wenigstens einen Phototransistor umfassen. Dieser ist beispielsweise in einer Lichtschranke vorgesehen. Als Lichtquelle in einer Lichtschranke wird insbesondere ein Leuchtmittel wie zum Beispiel eine Leuchtdiode verwendet. In einer anderen Ausgestaltung kann jedoch auch vorgesehen sein, Umgebungslicht zum Schalten zu verwenden. Beispielsweise erfolgt ein Schaltvorgang, indem auf den Phototransistor fallendes Umgebungslicht durch Abschattung reduziert wird. Eine Abschattung erfolgt z.B. durch Annäherung eines Fingers an eine mit dem Phototransistor versehene Sensorfläche. Vorzugsweise kann dabei auf einen mechanischen Stößel bzw. eine mechanische Verknüpfung ganz verzichtet werden.

In einer ähnlichen Variante kann die Verknüpfung wenigstens einen Nährungsschalter umfassen. Der Nährungsschalter ist dabei beispielsweise kapazitiv oder induktiv ausgestaltet, so dass eine Nährung beispielsweise eines Elementes eines mechanischen Schaltantriebes des elektrischen Schaltkreises eine Änderung einer Kapazität bzw. einer Induktivität hervorruft. Insbesondere wird ein Schaltsignal nach EN 60947-5-6 ausgelöst.

Gemäß einer weiteren Variante umfasst die Verknüpfung wenigstens einen Halbleiterschalter, insbesondere einen Transistor. Beispielsweise ist der Transistor so beschaltet, dass ein Schalten des elektrischen Schaltkreises ein Durchschalten der Prüfschaltung von einer ersten Prüfstellung in eine zweite Prüfstellung bewirkt. Als Halbleiterschalter ist beispielsweise ein Phototransistor oder ein Hallwiderstand vorgesehen. Des Weiteren können auch andere Halbleitersensoren verwendet werden, welche beispielsweise auf Strahlung, elektrische oder magnetische Felder reagieren. Insbesondere kann die Verknüpfung wenigstens einen Hall-Generator (47) umfassen.

In einer anderen Variante ist die Verknüpfung kapazitiv oder/und induktiv ausgestaltet. Beispielsweise umfasst die Verknüpfung ein Relais.

Für eine Anordnung von schaltbarem Kontakt und Prüfschaltung im Schaltelement können verschiedene Varianten vorgesehen sein. In einer ersten Variante ist die Prüfschaltung dem schaltbaren Kontakt aufgesetzt. Beispielsweise ist die Prüfschaltung auf den schaltbaren Kontakt aufsteckbar. Insbesondere werden durch eine direkte Steckverbindung lose Kabelverbindungen vermieden. Bevorzugt werden dadurch mechanische Beeinträchtigungen der Verbindung weitestgehend verhindert.

In einer weiteren Variante ist vorgesehen, dass die Prüfschaltung im schaltbaren Kontakt integriert ist. Gerade in dieser Variante wird vorzugsweise eine möglichst beeinträchtigungsfreie Verbindung zwischen Schalter und Prüfschaltung ermöglicht. Bevorzugt ist diese Variante für Schalter mit einer erhöhten Safety-Integrity-Level (SIL) – Einstufung nutzbar.

Für die Prüfschaltung ist gemäß einer Ausgestaltung vorgesehen, dass diese dem schaltbaren Kontakt parallel geschaltet ist. Insbesondere ermöglicht die Parallelschaltung ein Aufstecken bzw. Aufsetzen der Prüfschaltung auf den schaltbaren Kontakt. Vorzugsweise kann ein gewöhnlicher Schalter eines elektrischen Schaltkreises einer Schalteinrichtung durch ein Schaltelement gemäß einer der vorstehend beschriebenen Ausgestaltungen mit einer Prüfschaltung ersetzt werden.

Insbesondere ist für die Prüfschaltung vorgesehen, dass diese wenigstens zwei Widerstände umfasst, wobei wenigstens einem der Widerstände zumindest ein Leitungszweig parallel geschaltet ist, der den schaltbaren Kontakt umfasst. In einem ersten Beispiel sind ein erster Widerstand R1 von 4,7 KΩ und ein zweiter Widerstand R2 von 1,0 KΩ in Reihe geschaltet, wobei dem Widerstand R2 der schaltbare Kontakt parallel geschaltet ist. Eine Schaltstromdifferenz beträgt beispielsweise 0,2 mA. In einem zweiten Beispiel sind beispielsweise ein Widerstand R3 von 3,9 KΩ und ein Widerstand R4 von 3,0 KΩ in Reihe geschaltet, wobei dem Widerstand R4 ein schaltbarer Kontakt parallel geschaltet ist. Eine Schaltstromdifferenz beträgt in diesem Fall 0,9 mA. Insbesondere kann bei Verwendung entsprechend angepasster Widerstände eine Schaltstromdifferenz auch zwischen 1,2 und 2,1 mA gemäß IEC 60947-5-6: 1999 vorgesehen sein. Die Angaben der beiden Beispiele beziehen sich dabei auf eine Spannung von vorzugsweise 8,2 V. Die Spannung wird dabei an Polen der Prüfschaltung aufgeprägt. Eine Spannungsversorgung wird beispielsweise der Spannungsversorgung eines Schaltschrankes entnommen. Insbesondere sind diese Schaltstromdifferenzen konform mit der Norm IEC 60947-5-6: 1999. Entsprechend können andere Widerstandswerte zur Erzielung anderer Schaltstromdifferenzen bei einer anderen Spannung verwendet werden. Als Spannungsbereich wird beispielsweise ein Bereich von 7,0 bis 8,5 V vorgesehen. Entsprechend wird beispielsweise ein Strombereich zwischen 0,9 und 2,5 mA vorgesehen.

Gemäß einer Weiterbildung umfasst der Leitungszweig wenigstens einen Widerstand. Beispielsweise sind in dem Leitungszweig ein Widerstand von 1,0 KΩ und dazu parallel geschaltet ein Widerstand von 4,7 KΩ vorgesehen. Bei einer vorgesehenen Spannung von 8,2 V ergibt sich eine Schaltstromdifferenz von 0,2 mA. In einem weiteren Beispiel ist dem Leitungszweig ein Widerstand von 3,0 KΩ und parallel dazu ein Widerstand von 3,9 KΩ vorgesehen. Entsprechend ergibt sich bei einer Spannung von 8,2 V eine Schaltstromdifterenz von 0,9 mA.

In einer Ausführungsvariante ist wenigstens ein Widerstand im schaltbaren Kontakt integriert und beispielsweise eine Schaltzunge aus einem Widerstandsmaterial gefertigt. Insbesondere ermöglicht dies eine platzsparende Bauweise. Beide Widerstände können in einer anderen Ausgestaltungsvariante in den Zuleitungen des schaltbaren Kontaktes oder in den Anschlusskontakten des schaltbaren Kontaktes untergebracht sein.

Die Widerstände sind vorzugsweise in SMD-Technik ausgeführt. Beispielsweise sind die Widerstände mittels einer Platine im Schaltelement untergebracht.

Gemäß einem Gedanken umfasst die Prüfschaltung, vorzugsweise wenn die Schaltung mit Wechselstrom betrieben wird, wenigstens ein stromrichtungsabhängiges Element. Dabei handelt es sich beispielsweise um eine Diode, einen Transistor oder einen Thyristor. In einer ersten Ausgestaltung wird ein stromrichtungsabhängiges Element beispielsweise zum Verpolungsschutz eingesetzt. Des Weiteren kann insbesondere bei einem von der Stromrichtung unabhängigen Signal der Schutzschaltung auf einen Kurzschluss geschlossen werden.

In einer Ausführungsform umfasst das Schaltelement einen Schaltverstärker. Beispielsweise werden von der Prüfschaltung erhaltene Signale im Schaltverstärker verstärkt. Ein verstärktes Signal kann vorzugsweise dazu verwendet werden, eine Schaltung oder Steuerung eines an die Schalteinrichtung angeschlossenen elektrischen Schaltkreises oder eines weiteren Gerätes zu bewirken. Insbesondere kann der Schaltverstärker einen dazu erforderlichen Schaltstrom oder/und eine Schaltspannung bereitstellen. Vorzugsweise handelt es sich bei dem Schaltverstärker um einen Trennschaltverstärker. Dies heißt, dass die Prüfschaltung galvanisch von dem elektrischen Schaltkreis, insbesondere dem Schaltkreis eines Niederspannungsgerätes, getrennt ist.

In einer weiteren Ausführungsform umfasst das Schaftelement eine durch die Prüfschaltung aktivierbare Zwangsunterbrechung eines an die Schalteinrichtung angeschlossenen elektrischen Schaltkreises. Beispielsweise wird bei Erkennung einer Fehlfunktion der angeschlossene elektrische Schaltkreis unterbrochen. Dazu wird insbesondere durch die Prüfschaltung ein Schalter des angeschlossenen elektrischen Schaltkreises aktiviert. Ein derartiger Schalter kann insbesondere als Relais- oder Halbleiterschalter ausgestaltet sein. Bevorzugt wird ein Trennschaltverstärker verwendet, der so ausgelegt ist, dass dieser bei Anliegen eines Fehlersignals der Prüfschaltung den elektrischen Schaltkreis deaktiviert. Insbesondere kann der angeschlossene elektrische Schaltkreis nur dann aktiviert werden, wenn keine Fehlfunktion der Zuleitung des Schaltelementes vorliegt.

Gemäß einer Weiterbildung ist ein optisches Anzeigeelement zur Ausgabe eines Zustandes der Prüfschaltung vorgesehen. Beispielsweise wird mittels des Anzeigeelementes eine Fehlfunktion des elektrischen Schaltkreises der Schalteinrichtung angezeigt. Als optisches Anzeigeelement kann insbesondere eine Leuchtdiode, ein Display oder dergleichen verwendet werden.

In einer weiteren Ausführung ist zur Ausgabe eines Zustandes der Prüfschaltung ein akustisches Anzeigeelement vorgesehen. Als akustisches Anzeigeelement kann insbesondere ein Summer, eine Sprachausgabe oder dergleichen verwendet werden. Vorzugsweise wird bei Detektion einer Fehlfunktion ein Warnton ausgegeben.

In einer Ausgestaltung weist das Schaltelement eine eigene Spannungsversorgung auf. Dazu kann insbesondere eine Batterie oder ein Akkumulator vorgesehen sein. Eine Spannungsversorgung kann somit unabhängig von einer externen Spannungsversorgung, beispielsweise einem Schaltschrank erfolgen.

Bevorzugt hat das Schaltelement eine höhere Safety-Integrity-Level (SIL) – Einstufung von wenigstens 2, bezogen auf eine Betriebsart mit einer niedrigen Anforderungsrate. Insbesondere erreicht das Schaltelement eine SIL-Einstufung von 3, bevorzugt eine von 4. Bezüglich einer Definition einer SIL-Einstufung wird im Rahmen der Offenbarung auf die Norm IEC/EN 61508 verwiesen. Insbesondere wird eine höhere SIL-Einstufung durch geringere Störanfälligkeit bei Integration der Prüfschaltung in den schaltbaren Kontakt erreicht.

Gemäß einer Weiterbildung erreicht das Schaltelement eine Safety-Integrity-Level (SIL) – Einstufung von wenigstens 2, vorzugsweise wenigstens 3, bezogen auf eine Betriebsart mit einer hohen oder kontinuierlichen Anforderungsrate. Bezüglich einer Definition einer SIL-Einstufung wird im Rahmen der Offenbarung ebenfalls auf die Norm IEC/EN 61508 verwiesen. Insbesondere wird eine SIL-Einstufung mit einer Ausfallrate unterhalb von 10^–7 pro Std. erreicht.

Eine weitere Ausgestaltung betrifft außerdem ein Schaltelement gemäß einer der vorstehend beschriebenen Ausgestaltungen mit einem Einbaugerät. Ein Einbaugerät ist beispielsweise ein autarkes Gerät, kann aber auch ein Einbaumodul in einer Anlage, im Feld oder dergleichen sein. Insbesondere kann es sich um ein Einbaugerät für einen Schaltschrank handeln. Vorteilhafterweise kann die Prüfschaltung bei Anlagen oder Aggregaten eingesetzt werden, welche Schwingungen ausgesetzt sind. Vorzugsweise können Leitungsbrüche in Zuführungskabeln detektiert werden, welche aufgrund von Schwingungen entstehen können. Beispielsweise kommt die Prüfschaltung bei Lüftern zum Einsatz, welche in Umgebungen mit hohen Betriebssicherheitsanforderungen, wie z. B. in der Petrochemie, eingesetzt werden.

Weiterhin betrifft eine andere Ausgestaltung ein Schaltelement gemäß einer der vorstehend beschriebenen Ausgestaltungen mit einer Schutzschaltung zur Nachrüstung eines Schaltelementes. Beispielsweise kann eine Schutzschaltung an bzw. in einem insbesondere bereits vorhandenen Schalter angeschlossen werden oder diesen ersetzen. Vorzugsweise kann die Schutzschaltung an bzw. in einem bestehenden Schalter ohne eine Modifikation des zugehörigen elektrischen Schaltkreises angebracht werden.

Schließlich betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Erkennung einer Fehlfunktion wenigstens einer Zuleitung eines elektrischen Schaltelementes einer Schalteinrichtung einer elektrischen Schaltkreisinstallation, wobei durch wenigstens einen schaltbaren Kontakt des elektrischen Schaltkreises, insbesondere durch einen schaltbaren Kontakt eines Schaltelementes gemäß einer der vorstehend beschriebenen Ausgestaltungen, derselbige geschaltet wird und eine im Schaltelement angeordnete Prüfschaltung zwischen einer ersten Prüfstellung und wenigstens einer zweiten Prüfstellung umgeschaltet wird und anhand einer Veränderung eines in einem Leitungszweig der Prüfschaltung fließenden Stromes ein Prüfergebnis abgeleitet wird.

Zur Ermittlung eines Prüfergebnisses wird gemäß einer Ausgestaltung eine Differenz zwischen einem ersten in der ersten Prüfstellung fließenden Strom und einem zweiten in der zweiten Prüfstellung fließenden Strom bestimmt. Beispielsweise sind in einer Prüfschaltung ein erster Widerstand mit 4,7 KΩ und ein zweiter Widerstand mit 1,0 KΩ in Reihe geschaltet, wobei dem zweiten Widerstand ein schaltbarer Kontakt parallel geschaltet ist. In diesem Fall kann ein durch den ersten Widerstand fließender Strom bei geöffnetem schaltbaren Kontakt und bei geschlossenem schaltbaren Kontakt bestimmt werden. Eine Schaltstromdifferenz beträgt in diesem Beispiel 0,2 mA bei einer Spannung von 8,2 V.

Bevorzugt wird anhand des Prüfergebnisses die Schalteinrichtung ausgelöst. Vorzugsweise wird ein daran angeschlossener elektrischer Schaltkreis unterbrochen. Beispielsweise erfolgt eine Unterbrechung, wenn der in der Prüfschaltung fließende Strom einen Schwellwert über- oder unterschreitet. Insbesondere ist vorgesehen, dass der unterbrochene angeschlossene elektrische Schaltkreis bei Aufhebung der Fehlfunktion nicht automatisch wieder geschlossen wird.

Für eine Detektion einer Fehlfunktion bildet die Prüfschaltung vorzugsweise ein Namur-Signal nach. Bezüglich eines Namur-Signals wird im Rahmen der Offenbarung wiederum auf die Norm IEC 60947-5-6: 1999 bzw. EN 60947-5-6: 2000 verwiesen.

Im Folgenden wird die Erfindung anhand der Zeichnung erläutert. Die dort dargestellten Merkmale sind jeweils jedoch nicht auf die einzelnen Ausgestaltungen beschränkt. Vielmehr sind jeweils in der Beschreibung einschließlich der Figurenbeschreibung und der Zeichnung enthaltene Merkmale miteinander zu Weiterbildungen kombinierbar.
Es zeigen:
1 eine erste Schaltungsanordnung mit einer ersten Prüfschaltung,
2 eine erste Prüfschaltung mit einer zweiten Prüfschaltung,
3 eine dritte Prüfschaltung,
4 eine vierte Prüfschaltung,
5 eine Kennlinie eines Nährungssensors,
6 einen Strom-Spannungsbereich eines Steuereingangs eines Schaltverstärkers,
7 ein Platinenlayout,
8 einen Bestückungsplan,
9 eine fünfte Prüfschaltung, und
10 eine sechste Prüfschaltung.
1 zeigt beispielhaft eine schematische erste Schaltungsanordnung 1. Diese umfasst einen ersten elektrischen Schaltkreis 2 eines nicht dargestellten Niederspannungsgerätes. Der elektrische Schaltkreis 2 ist stark vereinfacht dargestellt und kann weitere, nicht dargestellte Schaltungselemente umfassen. An den ersten elektrischen Schaltkreis 2 des Niederspannungsgerätes ist über einen Trennschaltverstärker 3, welcher als Schalteinrichtung eingesetzt ist, eine erste Prüfschaltung 4 angeschlossen. Trennschaltverstärker 3 und Prüfschaltung 4 sind in einem zweiten elektrischen Schaltkreis 4b angeordnet, welcher als Sensorschaltkreis aufgefasst werden kann. Die Prüfschaltung 4 umfasst einen ersten Widerstand 5 und einen zweiten Widerstand 6. Letzterem ist ein erster Leitungszweig 7 mit einem schaltbaren Kontakt 8 parallel geschaltet. Durch Schatten des schaltbaren Kontaktes 8 von einer Öffnungsstellung (gezeigt ist die Öffnungsstellung) in eine Schließstellung wird die erste Prüfschaltung 4 von einer ersten Prüfstellung in eine zweite Prüfstellung geschaltet. Die fest miteinander verbundenen Elemente der Prüfschaltung 4 bilden ein Schaltelement 9, welches anstelle eines einfachen Schalters, der im wesentlichen dem schaltbaren Kontakt 8 entspricht, eingesetzt werden kann.
Die erste Prüfschaltung 4 und der erste elektrische Schaltkreis 2 sind durch den Trennschaltverstärkter 3 galvanisch voneinander getrennt. Ein Öffnen bzw. Schließen des schaltbaren Kontaktes 8 bewirkt vorbehaltlich einer Blockierung aufgrund einer detektierten Fehlfunktion ein Öffnen bzw. Schließen des ersten elektrischen Schaltkreises 2 mittels des Trennschaltverstärkers 3.
Bei dem schaltbaren Kontakt 8 handelt es sich um einen binären schaltbaren Kontakt. In einer nicht dargestellten Ausgestaltung kann auch ein Taster, ein Kontaktgeber oder ein kontinuierlich schaltender Schalter verwendet werden.
Ein erster Pol 10 und ein zweiter Pol 11 sind mittels Leitungen 10a, 11a mit dem Trennschaltverstärker 3 verbunden. Die Leitungen 10a, 11a, welche je nach Ausgestaltung eine Länge von mehreren Metern, insbesondere mehr als 100 m, aufweisen können, sind an einen nicht im einzelnen dargestellten Steuereingang des Trennschaltverstärkers 3 angeschlossen. Insbesondere können die Leitungen 10a, 11a aufgrund einer großen Länge und/oder einer Verlegung in einem Bereich mit erhöhten Störeinflüssen einem erhöhten Risiko eines Bruches oder Schlusses ausgesetzt sein. Die erste Prüfschaltung überwacht die Leitungen 10a, 11a zwischen dem Trennschaltverstärker 3 und dem Schaltelement 9 auf Bruch und/oder Schluss.
Der erste Widerstand 5 beträgt 4,7 kΩ und der zweite Widerstand 6 beträgt 1,0 kΩ. Bei einer zwischen dem ersten Pol 10 und dem zweiten Pol 11 der ersten Prüfschaltung 4 anliegenden Spannung von 8,2 V ergibt sich eine Schaltstromdifferenz von 0,2 mA zwischen einer geöffneten Stellung des schaltbaren Kontakts 8 und einer geschlossenen Stellung dieses schaltbaren Kontaktes. Als Strom wird dabei insbesondere ein Strom durch den ersten Widerstand 5 herangezogen. Die Spannung von 8,2 V wird einem nicht dargestellten Schaltschrank entnommen. In einer ebenfalls nicht dargestellten Variante kann die Spannungsversorgung auch autark von einer elektrischen Installation bzw. von einem Schaltschrank erfolgen. Beispielsweise kann eine Spannungsversorgung mittels einer Batterie- oder einer Akkumulatoranordnung erfolgen. Des Weiteren kann für eine Spannungsversorgung eine Spannungsstufe in einem Trennschaltverstärker vorgesehen sein.
Insbesondere ist die Prüfschaltung 4 so ausgestaltet, dass die Prüfschaltung 4 auf den schaltbaren Kontakt 8 aufgesteckt oder aufgeschraubt oder im schaltbaren Kontakt 8 integriert werden kann. Bevorzugt wird eine lose Verdrahtung vermieden.
Im Falle eines Leitungsbruches in den Leitungen 10a, 11a außerhalb der ersten Prüfschaltung 4 fließt bei einer vorgegebenen Spannung von 8,2V zwischen dem ersten Pol 10 und dem zweiten Pol 11 über diese Pole gar kein Strom, oder – je nach Lage des Leitungsbruches ein von einem Strom bei einer nicht unterbrochenen ersten Prüfschaltung 4 verschiedener Strom.
Im Falle eines Kurzschlusses zwischen den Leitungen 10a, 11a außerhalb der ersten Prüfschaltung 4 fließt ein von einem Strom bei einer nicht unterbrochenen ersten Prüfschaltung 4 verschiedener Strom bzw. die Spannung bricht zusammen. Somit liegt eine Abweichung von den Strom-Spannungswerten einer einwandfreien ersten Prüfschaltung 4 vor, welche als Fehlerindikator vom Trennschaltverstärker 3 herangezogen wird.
Im Folgenden werden gleichwirkende Elemente mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
2 zeigt eine zweite Schaltungsanordnung 12. Die zweite Schaltungsanordnung 12 umfasst einen dritten elektrischen Schaltkreis 13 und eine zweite Prüfschaltung 14, welche in einem vierten elektrischen Schaltkreis 4b angeordnet ist. Die zweite Schaltungsanordnung 12 entspricht im Wesentlichen der ersten Schaltungsanordnung 1 aus 1. Die zweite Schaltungsanordnung 12 umfasst des Weiteren eine erste Spannungsquelle 15 sowie beispielhaft einen Elektromotor 16.
Des Weiteren umfasst die zweite Prüfschaltung 14 einen Näherungssensor 17, welcher einen Namur-Initiator darstellt. Gesteuert wird der Näherungssensor 17 durch ein Dämpfungselement 18. Dieses Dämpfungselement 18 ist über eine Verknüpfung 19 mit einem schaltbaren Kontakt 8 verbunden. Dieser ist ein beispielsweise mechanisch schaltbarer Kontakt bzw. ein mechanischer Schaltantrieb. Die Verknüpfung 19 ist hier lediglich schematisch dargestellt. Im Einzelnen handelt es sich dabei um eine Schubstange aus einem elektrisch isolierenden Material. In sofern wird bei einem Öffnen bzw. Schließen schaltbaren Kontaktes 8 der Näherungssensor 17 bzw. der Namur-Initiator nicht bedämpft oder bedämpft, indem das Dämpfungselement 18 neben den Näherungssensor 17 geführt wird oder davon entfernt wird. Der Näherungssensor 17 umfasst somit einen nicht dargestellten schaltbaren Kontakt. In einer nicht dargestellten Variante können die Stellung des schaltbaren Kontaktes und die Bedämpfung auch entgegengerichtet ausgestaltet sein. Des Weiteren kann anstelle einer Schubstange auch ein anders gearteter Antrieb, insbesondere ein mechatronischer, ein elektronischer oder allgemein ein nicht-mechanischer Antrieb verwendet werden. Anstelle des Näherungssensors 17 kann auch eine Lichtschranke, ein Nährungsschalter oder ein Halbleiterschalter verwendet werden.
Ein Öffnen bzw. Schließen des schaltbaren Kontaktes 8 bewirkt vorbehaltlich einer Blockierung bei einer detektierten Fehlfunktion ein Öffnen bzw. Schließen des zweiten elektrischen Schaltkreises 13 mittels des Trennschaltverstärkers 3.
Als prüfschaltunsseitiges Eingangssignal wird dem Trennschaltverstärker 3 ein Strom des Näherungssensors 17 sowie eine Spannung zwischen einem ersten Pol 10 und einem zweiten Pol 11 eingespeist. Trennschaltverstärker 3 und zweite Prüfschaltung 14 sind im zweiten elektrischen Schaltkreis 4b angeordnet. Der Trennschaltverstärker 3 ist dabei insbesondere so eingestellt, dass dieser lediglich in einem engem Strom-Spannungsbereich der zweiten Prüfschaltung 14 den dritten elektrischen Schaltkreis 13 schließen kann. Außerhalb dieses Strom-Spannungsbereiches wird der dritte elektrische Schaltkreis 13 mittels des Trennschaltverstärkers 3 zwangsgeöffnet und in einen eigensicheren Zustand versetzt. Durch die Zwangsunterbrechung wird der dritte elektrische Schaltkreis 13 deaktiviert und der Motor 16 somit in einen für einen Benutzer ungefährlichen Zustand versetzt.
Im Falle eines Leitungsbruches innerhalb oder vor der zweiten Prüfschaltung 14 fließt bei einer vorgegebenen Spannung von 8,2V zwischen dem ersten Pol 10 und dem zweiten Pol 11 über diese Pole gar kein Strom, oder – je nach Lage des Leitungsbruches ein von einem Strom bei einer nicht unterbrochenen zweiten Prüfschaltung 14 verschiedener Strom. Im Falle eines Kurzschlusses innerhalb der zweiten Prüfschaltung 14 fließt ein von einem Strom bei einer nicht unterbrochenen zweiten Prüfschaltung 14 verschiedener Strom bzw. die Spannung bricht zusammen. Somit liegt jeweils eine Abweichung von den Strom-Spannungswerten einer einwandfreien zweiten Prüfschaltung 14 vor, welche als Fehlerindikator vom Trennschaltverstärker 3 herangezogen wird.
3 zeigt eine dritte Prüfschaltung 20. In dieser sind Teile eines schaltbaren Kontaktes 8 als Widerstandsmaterial ausgestaltet. Die dritte Prüfschaltung 20 umfasst einen ersten Widerstand 5, einen zweiten Widerstand 6 und einen dritten Widerstand 21. Des Weiteren umfasst die dritte Prüfschaltung einen schaltbaren Kontakt 8, in den der zweite Widerstand 6 und der dritte Widerstand 21 jeweils an Enden des schaltbaren Kontaktes 8 integriert sind. Die Summe der Widerstände von erstem Widerstand 5 und drittem Widerstand 21 beträgt 40,0 KΩ. Der zweite Widerstand 6 beträgt 5,3 KΩ. Entsprechend resultiert eine Schaltstromdifterenz bei einer Spannung von 8,2 V zwischen dem ersten Pol 10 und dem zweiten Pol 11 der dritten Prüfschaltung 20 eine Schaltstromdifferenz von 0,2 mA. Andere Widerstände für eine Schaltstromdifferenz von z.B. 0,9 mA sind möglich.
4 zeigt eine vierte Prüfschaltung 22, in der ein schaltbarer Kontakt 8 teilweise als Widerstand ausgestaltet ist. Die vierte Prüfschaltung entspricht im Wesentlichen der in 3 gezeigten dritten Prüfschaltung 20. Im Unterschied dazu sind der in der 3 gezeigte zweite Widerstand 6 und der dritte Widerstand 21 jedoch zu einem vierten Widerstand 23 zusammengefasst, welcher in einem schaltbaren Kontakt 8 integriert ist. Zur Integration ist der vierte Widerstand 23 beispielsweise in einer Schaltzunge des schaltbaren Kontaktes 8 integriert. In einer Variante ist die Schaltzunge aus Widerstandsmaterial gefertigt.
5 zeigt eine Kennlinie 24 eines Nährungssensors. Auf der Abszisse ist ein Abstand S eines Schaltelementes zum Nährungssensor aufgetragen. Auf der Ordinate ist ein entsprechender Strom I einer Prüfschaltung aufgetragen. Die Kennlinie 24 weist einen stetigen Ansprechbereich ΔI₁ auf, der innerhalb einer Steuerspanne Δs überstrichen wird. Ein bevorzugter Wert der Schaltstromdifferenz beträgt 0,2 mA. Eine bevorzugte Lage der Schaltstromdifferenz ist in der Mitte des Ansprechbereiches ΔI₁. Ein genutzter Bereich des Ansprechbereiches ΔI₁ wird durch einen ersten Schaltpunkt 26 und einen zweiten Schaltpunkt 27 begrenzt. Der Schaltstromdifferenz 25 ist dabei eine Schaltwegdifferenz 28 zugeordnet.
6 zeigt einen Strom-Spannungsbereich eines Steuereingangs eines Trennschaltverstärkers. Dem Steuereingang wird dabei eine Spannung zwischen Polen einer Prüfschaltung aufgeprägt, woraus ein Strom einer Prüfschaltung resultiert. Die Spannung entspricht dabei insbesondere der Spannung zwischen dem ersten Pol 10 und dem zweiten Pol 11 in 2. Entsprechend der Anordnung in den 1 bis 4 sowie 9 und 10 ist der Strom ermittelt. Auf der Abszisse ist der Strom aufgetragen. Auf der zugehörigen Ordinate ist die entsprechende Spannung der Prüfschaltung aufgetragen.
6 zeigt des Weiteren eine beispielhafte Strom-Spannungskennlinie 29 des Steuereinganges. Des Weiteren sind eine erste Grenze 30 und eine zweite Grenze 31 für einen zulässigen Strom-Spannungsbereich dargestellt. Zwischen diesen dargestellten Grenzen darf eine Strom-Spannungskennlinie prinzipiell jeden beliebigen Verlauf annehmen. Von der ersten Grenze 30 und der zweiten Grenze 31 werden verschiedene Bereiche umschlossen. Unter diesen Bereichen ist ein erster Bereich 32, welcher ein Ansprechbereich für eine Änderung eines Schaltzustandes ΔI₁. Die Änderung des Schaltzustandes Δi bewegt sich zwischen 1,2 und 2,1 mA. Des Weiteren ist ein zweiter Bereich 33 dargestellt. Dieser zweite Bereich 33 ist ein Ansprechbereich für eine Unterbrechung in einem zuge hörigen Steuerstromkreis. Der Ansprechbereich ΔI₁ bewegt sich zwischen 0,05 mA und 0,35 mA. Außerdem ist ein dritter Bereich 34 vorgesehen, welcher ein Überwachungsbereich für eine Unterbrechung ist. Ein Strom I liegt hierbei unterhalb von 0,05 mA. Des Weiteren ist ein vierter Bereich 35 umfasst, welcher ein Ansprechbereich für einen Kurzschluss im Steuerstromkreis ist. Dieser Ansprechbereich bewegt sich in einem Widerstandsintervall Δr zwischen 100 und 360 Ω. Schließlich ist ein fünfter Bereich 36 umfasst, welcher einen Überwachungsbereich für einen Kurzschluss darstellt. Ein Widerstand beträgt in diesem Fall weniger als 100 Ω. Der erste Bereich 32 ist dabei der übliche Betriebsbereich. Solange die Strom-Spannungswerte innerhalb dieses ersten Bereiches 32 liegen, liegt weder eine Unterbrechung noch ein Kurzschluss im zu überwachenden elektrischen Schaltkreis vor. Sobald dieser erste Bereich 32 verlassen wird und insbesondere einer der übrigen Bereiche erreicht wird, kann dies zu einer Detektion einer Fehlfunktion herangezogen werden.
7 zeigt ein Platinenlayout 37 einer noch nicht bestückten Platine 38. Dieses weist einen ersten Anschluss A1 sowie einen zweiten Anschluss A2 zu einem nicht dargestellten Schaltkontakt auf. Des Weiteren weist dieses einen dritten Anschluss E1 sowie einen vierten Anschluss E2 zu einem nicht dargestellten Auswertegerät auf. Bei diesem Auswertegerät handelt es sich beispielsweise um einen in den 1 und 2 dargestellten Trennschaltverstärker 3. Die Kontakte E1, E2, A1 und A2 sind als Bohrungen ausgestaltet. Diese sind zur Aufnahme jeweils eines Sockels mit einer Schraubklemme vorgesehen. In anderen Ausgestaltungen können auch Sockel mit Federzugklemme, ein Schraubanschluss insbesondere für Ringösen, Halter für Steckhülsen oder eine Direkteinlötung eines Anschlusselementes vorgesehen sein. Außerdem sind eine erste 39, eine zweite 40, eine dritte 41 und eine vierte Bohrung 42 zur Aufnahme von Widerständen vorgesehen. Für eine Befestigung der Platine 38 sind ein erstes 43 und ein zweites Befestigungsloch 44 vorgesehen. Die Abmessungen der Platine 38 betragen in etwa 25 × 40 mm² im Grundriss bei einer Materialstärke von etwa 0,5 mm. Eine Leiterbahn weist einen Querschnitt vom wenigstens 0,5 mm² auf. In einer anderen Variante kann die Platine 38 jedoch auch stärker miniaturisiert sein, um beispielsweise einen Einbau in einen schaltbaren Kontakt oder ein Tastergehäuse zu ermöglichen.
8 zeigt einen Bestückungsplan 45 für eine in 7 gezeigte Platine 38. Dieser Umfasst einen ersten Widerstand R1 sowie einen zweiten Widerstand R2. Die Widerstände sind für eine Leistung von 0,5 Watt ausgelegt. Diese Widerstände werden entsprechend dem Platinenlayout 37 aus 7 zwischen der ersten 39 und der zweiten Bohrung 40 sowie zwischen der dritten 41 und der vierten Bohrung 42 eingesetzt, insbesondere eingelötet.
Der in 7 und 8 gezeigte Entwurf betrifft konventionelle Bauteile. Insbesondere bei kleineren zulässigen Bauteil-Leistungen, beispielsweise außerhalb z. B. der Explosionsschutzart EExia und EExib gemäß der Norm EN 50014 ff., auf welche im Rahmen der Offenbarung verwiesen wird, können SMD-Bauteile herangezogen werden.
9 zeigt eine prinzipielle Darstellung einer fünften Prüfschaltung 46. Diese umfasst einen Hall-Generator 47 als schaltbaren Kontakt, welcher durch ein Magnetfeld mit exemplarisch dargestellten Feldlinien 48 geschaltet wird. Diese Feldlinien 48 werden beispielsweise durch eine Annäherung eines nicht dargestellten Stößels so verändert, dass der Hall-Generator 47 schaltet. Die fünfte Prüfschaltung 46 ist im Schaltelement 9 untergebracht und umfasst des Weiteren einen ersten 5, einen zweiten 6 und einen dritten Widerstand 21. In einer nicht dargestellten Variante kann anstelle des Hall-Generators 47 auch ein Phototransistor oder ein ähnlicher Sensor als schaltbarer Kontakt verwendet werden.
10 zeigt eine prinzipielle Darstellung einer sechsten Prüfschaltung 49. Diese umfasst eine Lichtschranke 50, welche von einem mechanischen Stößel 18 graduell unterbrochen werden kann. Die Lichtschranke 50 umfasst ihrerseits einen Phototransistor 51 sowie eine Leuchtdiode 52. Des Weiteren umfasst die sechste Prüfschaltung 49 einen ersten 5, einen zweiten 6 sowie einen dritten Widerstand 21. Die Lichtschranke 50 ist so ausgestaltet, dass ein Namur-Signal gemäß der Norm EN 60947-5-6: 2000 simuliert wird. Anstelle der Unterbrechung eines Lichtflusses zwischen Phototransistor 51 und Leuchtdiode 52 mittels des Stößels 18 kann in einer nicht dargestellten Variante beispielsweise mittels eines reflektierenden Stößels auch eine Steuerung einer Umlenkung des Lichtflusses auf den Phototransistor vorgesehen sein.
In einer nicht darstellten Variante kann anstelle des von der Leuchtdiode 52 bereitgestellten Lichtflusses auch Umgebungslicht verwendet werden. In dieser Variante kann des weiteren vorzugsweise auf den mechanischen Stößel 18 verzichtet werden. Bevorzugt kann ganz auf mechanische bewegliche Elemente verzichtet werden. Eine Abschattung des Phototransistors 51 erfolgt beispielsweise dadurch, dass ein Benutzer ein Fenster des Phototransistors mit einer Fingerkuppe abdeckt.

Claims

Anschließbares Schaltelement (9) eines elektrischen Schaltkreises (4b) einer Schalteinrichtung (3) einer elektrischen Schaltkreisinstallation (2; 13), wobei das Schaltelement (9) wenigstens einen schaltbaren Kontakt (8) umfasst, der zumindest eine erste und eine zweite Stellung aufweist, über die der elektrische Schaltkreis (4b) unterschiedlich beeinflussbar ist, weiter umfassend eine im Schaltelement (9) angeordnete Prüfschaltung (4; 14; 20; 46; 49), die eine Fehlfunktionsüberwachung wenigstens einer Zuleitung (10a, 11a) des Schaltelementes (9) gewährleistet, wobei bei Detektierung einer Fehlfunktion ein Schalten der Schalteinrichtung (3) auslösbar ist.
Schaltelement (9) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der schaltbare Kontakt (8) aus der Gruppe umfassend Taster, Schalter und Kontaktgeber gewählt ist.
Schaltelement (9) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Prüfschaltung (4; 14; 20; 46; 49) eine Bruch- oder/und Schlussüberwachungs-Schaltung ist.
Schaltelement (9) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Verknüpfung (19) der ersten Stellung des Schaltelementes (9) mit einer ersten Prüfstellung der Prüfschaltung (4; 14; 20; 46; 49) sowie wenigstens der zweiten Stellung des Schaltelementes mit einer zweiten Prüfstellung der Prüfschaltung (4; 14; 20; 46; 49) vorgesehen ist.
Schaltelement (9) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Prüfschaltung (4; 14; 20; 46; 49) wenigstens einen Namur-Initiator (17) umfasst, der in der ersten Stellung bedämpft und in der zweiten Stellung unbedämpft ist.
Schaltelement (9) nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Verknüpfung (19) wenigstens einen mechanischen Antrieb umfasst.
Schaltelement (9) nach einem der vorhergehenden Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Verknüpfung (19) wenigstens eine Lichtschranke (50) umfasst.
Schaltelement (9) nach einem der vorhergehenden Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Verknüpfung (19) wenigstens einen Phototransistor (51) umfasst.
Schaltelement (9) nach einem der vorhergehenden Ansprüche 4 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Verknüpfung (19) wenigstens einen Näherungsschalter (17) umfasst.
Schaltelement (9) nach einem der vorhergehenden Ansprüche 4 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Verknüpfung (19) wenigstens einen Halbleiterschalter (46), insbesondere einen Transistor (46), umfasst.
Schaltelement (9) nach einem der vorhergehenden Ansprüche 4 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Verknüpfung wenigstens einen Hall-Generator (47) umfasst.
Schaltelement (9) nach einem der vorhergehenden Ansprüche 4 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Verknüpfung (19) kapazitiv oder/und induktiv ausgestaltet ist.
Schaltelement (9) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Prüfschaltung (4; 14; 20; 46; 49) dem schaltbaren Kontakt (8) aufgesetzt ist.
Schaltelement (9) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Prüfschaltung (4; 14; 20; 46; 49) im schaltbaren Kontakt (8) integriert ist.
Schaltelement (9) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Prüfschaltung (4; 14; 20; 46; 49) dem schaltbaren Kontakt (8) parallel geschaltet ist.
Schaltelement (9) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Prüfschaltung (4; 14; 20; 46; 49) wenigstens zwei Widerstände (5; 6; 21; 23) umfasst, wobei wenigstens einem der Widerstände (5; 6; 21) zumindest ein Leitungszweig parallel geschaltet ist, der den schaltbaren Kontakt (8) umfasst.
Schaltelement (9) nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass der Leitungszweig wenigstens einen Widerstand (23) umfasst.
Schaltelement (9) nach Anspruch 16 oder 17, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Widerstand (23) im schaltbaren Kontakt (8) integriert ist.
Schaltelement (9) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Prüfschaltung (4; 14; 20; 46; 49) wenigstens ein stromrichtungsabhängiges Element umfasst.
Schaltelement (9) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es einen Schaltverstärker (3), insbesondere einen Trennschaltverstärker (3), umfasst.
Schaltelement (9) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es eine durch die Prüfschaltung (4; 14; 20; 46; 49) aktivierbare Zwangsunterbrechung eines an die Schalteinrichtung (3) angeschlossenen elektrischen Schaltkreises (2; 13) umfasst.
Schaltelement (9) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein optisches Anzeigeelement zur Ausgabe eines Zustandes der Prüfschaltung (4; 14; 20; 46; 49) vorgesehen ist.
Schaltelement (9) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein akustisches Anzeigeelement zur Ausgabe eines Zustandes der Prüfschaltung (4; 14; 20; 46; 49) vorgesehen ist.
Schaltelement (9) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es eine eigene Spannungsversorgung aufweist.
Schaltelement (9) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es eine SIL-Einstufung von wenigstens 2 erreicht, bezogen auf eine Betriebsart mit einer niedriger Anforderungsrate.
Schaltelement (9) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es eine SIL-Einstufung von wenigstens 2 erreicht, bezogen auf eine Betriebsart mit einer hohen oder kontinuierlichen Anforderungsrate.
Schaltelement (9) nach einem der vorhergehenden Ansprüche mit einem Einbaugerät.
Schaltelement (9) nach einem der Ansprüche 1 bis 25 mit einer Prüfschaltung zur Nachrüstung eines Schaltelementes (9).
Verfahren zur Erkennung einer Fehlfunktion wenigstens einer Zuleitung (10a; 11a) eines Schaltelementes (9) eines elektrischen Schaltkreises (4b) einer Schalteinrichtung (3) einer elektrischen Schaltkreisinstallation (2;13), wobei durch wenigstens einen schaltbaren Kontakt (8) des elektrischen Schaltkreises (4b) derselbige geschaltet wird, wobei eine im Schaltelement angeordnete Prüfschaltung (4; 14; 20; 46; 49) zwischen einer ersten Prüfstellung und wenigstens einer zweiten Prüfstellung umgeschaltet wird, und anhand einer Veränderung eines in einem Lei tungszweig (7) der Prüfschaltung (4; 14; 20; 46; 49) bei einer vorgebbaren Spannung fließenden Stromes ein Prüfergebnis abgeleitet wird.
Verfahren nach Anspruch 29, dadurch gekennzeichnet, dass eine Differenz zwischen einem ersten in der ersten Prüfstellung fließenden Strom und einem zweiten in der zweiten Prüfstellung fließenden Strom bestimmt wird.
Verfahren nach Anspruch 29 oder 30, dadurch gekennzeichnet, dass anhand des Prüfergebnisses die Schalteinrichtung (3) ausgelöst wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 29 bis 31, dadurch gekennzeichnet, dass die Prüfschaltung (4; 14; 20; 46; 49) ein Namur-Signal nachbildet.