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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Sicherheitsgerät nach dem Oberbegriff von Anspruch 1.
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Sicherheitsgeräte testen die Abschaltfähigkeit des Schaltausgangs bzw. eines Output Safety Switching Device (Abkürzung: OSSD) periodisch in einem Ein-Zustand durch kurzzeitiges Abschalten des Schaltausgangs bzw. des OSSD. Es wird überprüft, ob während der Abschaltphase, auch Testlücke genannt, die Schaltausgangsspannung unter eine definierte Spannung sinkt. Die Dauer dieser Testlücke ist so kurz, dass die angeschlossene Last nicht in den Aus-Zustand wechselt. Es wird daher angestrebt, die Testlückendauer möglichst kurz zu halten, damit die Interoperabilität mit möglichst vielen Lasten, beispielsweise Steuerungen, Schaltschützen oder Relais sichergestellt ist.
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Bei Sicherheitslichtgittern werden beispielsweise Testlücken mit einer festen Dauer verwendet, die beispielsweise typischerweise eine Länge von ca. 300 µs aufweisen.
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Da die Testlücken sehr kurz sind, werden diese Testlücken, je nach angeschlossener Last, in ihrem Signalverlauf verändert. Beispielsweise führt eine kapazitive Last zu einem langsam abklingenden Spannungsverlauf der Testlücke. Die Abklingdauer hängt primär von der Größe der Kapazität, der Stromaufnahme der Last und dem Schaltausgangswiderstand gegen Masse ab.
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Die
DE 10 2005 050 979 B4 offenbart ein Verfahren zur Funktionsprüfung einer Sicherheitsausgangsschaltung eines optischen Sensors. Der Grundgedanke der
DE 10 2005 050 979 B4 besteht darin, in der Rechnereinheit Testsignale zu generieren und an die zu überprüfende Sicherheitsausgangsschaltung auszugeben, welche charakteristische Testmuster enthalten, auf welche in der Sicherheitsausgangsschaltung in Form der Messsignale eine Antwort generiert wird, die für jegliche an den Schaltausgang des optischen Sensors angeschlossene Last eindeutig ist. Gemäß der
DE 10 2005 050 979 B4 wird ein Kurvenverlauf ausgewertet, was sehr aufwändig ist.
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Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Sicherheitsausgangsschaltung für ein Sicherheitsgerät derart auszubilden, dass die Sicherheitsausgangsschaltung und ein Testsignal an einem Schaltausgang robust gegenüber verschiedenen anschließbaren Lasten sind. Eine weitere Aufgabe besteht darin, die Sicherheitsausgangsschaltung derart auszubilden, dass keine Konfiguration durch einen Anwender notwendig wird.
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Die Aufgabe wird gelöst mit einem Sicherheitsgerät, mit einer Auswerteeinheit zur Erzeugung eines binären Objektfeststellungssignals und einer Sicherheitsausgangsschaltung zur Erzeugung eines Schaltsignals an einem Schaltausgang aufgrund des Objektfeststellungssignals, wobei das Schaltsignal einen Pegel aufweist, wobei der Pegel mindestens einen Ein-Pegel oder einen Aus-Pegel annimmt, wobei an dem Schaltausgang eine ohmsche, eine induktive und/oder eine kapazitive Last anschließbar ist, wobei die Auswerteeinheit dazu ausgebildet ist Testsignale mit einer Testdauer zu generieren, um die Sicherheitsausgangsschaltung anzusteuern, wobei die Testsignale dem Schaltsignal überlagert sind, wobei die Auswerteeinheit dazu ausgebildet ist, den Pegel des Schaltsignals auszuwerten, wobei die Auswerteeinheit dazu ausgebildet ist, die Testdauer zu verlängern, wenn der Pegel des Schaltsignals am Ende der Testdauer oberhalb eines Schwellwertes liegt und dazu ausgebildet ist, die Testdauer nicht zu verlängern, wenn der Pegel am Ende der Testdauer unterhalb eines Schwellwertes liegt.
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Gemäß der Erfindung ist die Auswerteeinheit dazu ausgebildet, den Pegel des Schaltsignals bzw. der Pegel des Testsignals auszuwerten, da die Pegel identisch sind.
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Gemäß der Erfindung beträgt die Testdauer beispielsweise ca. 300 µs. Gemäß der Erfindung ist die Testdauer abhängig von der angeschlossenen Last an dem Schaltausgang anpassbar.
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Gemäß der Erfindung ist es vorgesehen, die Testdauer der Testsignale möglichst kurz einzustellen. Daher werden zunächst kurze Testsignale verwendet. Beim Anschluss einer ohmschen Last bleiben die Testimpulse nahezu unverändert, weshalb die eingestellte Testdauer der Testsignale beibehalten werden kann.
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Ist jedoch am Ausgang eine kapazitive Last angeschlossen, so klingt der Pegel des Schaltsignals von einem Ein-Pegel zum Aus-Pegel nur langsam ab. Im Extremfall wird der Aus-Pegel während der Testdauer des Testsignals gar nicht erreicht, so dass das Testsignal gar nicht wirksam ist, bzw. eine Fehldetektion des Testsignals zu einem Fehler führt.
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Daher überprüft die Auswerteeinheit am Ende der Testdauer, ob der Pegel des Schaltsignals über einem bestimmten Schwellwert liegt. Der Schwellwert ist beispielsweise etwas größer als der vorgesehene Aus-Pegel. Beispielsweise beträgt der Schwellwert ca. 1 bis 3 Einheiten, bzw. Volt, wobei der Aus-Pegel beispielsweise ca. null Einheiten oder Volt beträgt und der Ein-Pegel beispielsweise ca. 24 Einheiten oder Volt beträgt.
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Ist der Pegel des Schaltsignals bzw. des Testsignals am Ende der Testdauer noch über dem Schwellwert, so wird die Testdauer durch die Auswerteeinheit verlängert.
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Durch die Verlängerung der Testdauer verlängert sich die Abklingzeit des Pegels, wodurch ein Abtastpunkt nach hinten geschoben wird, so dass der Pegel am Ende des Testsignals wieder unter den Schwellwert fällt. Dadurch ist das Testsignal wieder wirksam.
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Sicherheitsgeräte gemäß einem Safety Integrity Level 3 (Abkürzung: SIL 3), gemäß der Norm EN61508, verfügen üblicherweise über zwei redundante Schaltausgänge, nämlich einem ersten Schaltausgang, bzw. OSSD1 und einem zweiten Schaltausgang, bzw. OSSD2. Die vorliegende Erfindung umfasst dabei auch Sicherheitsgeräte mit zwei Schaltausgängen, wobei jeder der Schaltausgänge ein Testsignal mit einer Testdauer aufweist. Die Testsignale der zwei Schaltausgänge sind dabei gegenseitig zeitlich versetzt.
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In Weiterbildung der Erfindung ist das Sicherheitsgerät ein Sicherheitslichtgitter, ein Sicherheitslaserscanner, eine Sicherheitssteuerung oder ein Sicherheitsschaltgerät.
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Sicherheitslichtgitter weisen zwei Leisten auf, in denen eine Vielzahl von Lichtsendern und/oder Lichtempfängern angeordnet sind, die sich paarweise gegenüberliegen und dadurch ein Schutzfeld zwischen den Leisten bilden.
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Sicherheitslaserscanner arbeiten nach dem Prinzip der Lichtlaufzeit. Dabei wird ein Sendelichtimpuls winkelveränderlich, beispielsweise über einen Drehspiegel ausgesendet. Ein von einem Objekt reflektierter oder remittierter Lichtimpuls wird über den Drehspiegel auf einen Lichtempfänger gelenkt und von einer Auswerteeinheit wird die Lichtlaufzeit ausgewertet, woraufhin die Objektentfernung und/oder eine Objektkontur und/oder eine Umgebungskontur durch ein gebildetes Schutzfeld des Sicherheitslaserscanner erfasst wird. Bei einem unerlaubten Eintritt in das Schutzfeld wird das Schaltsignal ausgegeben.
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Sicherheitssteuerungen oder Sicherheitsschaltgeräte weisen eine Vielzahl von Eingängen auf, an welchen Sicherheitsgeräte angeschlossen werden können. Die Sicherheitssteuerungen bilden ein logisches Verknüpfungsergebnis aus den Eingängen und können daraufhin mindestens ein Schaltsignal ausgeben. Üblicherweise weist eine Sicherheitssteuerung auch eine Vielzahl von Ausgängen auf.
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Sicherheitsgeräte, wie Sicherheitslichtgitter, Sicherheitslaserscanner, Sicherheitssteuerungen oder Sicherheitsschaltgeräte werden in unterschiedlichsten Anwendungen in der Industrie, insbesondere in der Fabrikautomation oder der Prozessautomation eingesetzt, um eine höchst unterschiedliche Art von Aktoren, beispielsweise Relais, Steuerungen, Schaltschütze usw. anzusteuern. Dabei führt die Erfindung zu einer noch besseren Kompatibilität, bzw. Interoperabilität mit den Aktoren, aufgrund der anpassbaren Testdauer der Testsignale an dem Schaltausgang.
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In einer bevorzugten Ausführung der Erfindung ist die Auswerteeinheit dazu ausgebildet, den Pegel des Schaltsignals bzw. den Pegel des Testsignals nach dem Einschalten des Sicherheitsgeräts zu prüfen und die Testdauer einmalig anzupassen.
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Da eine Last an dem Schaltausgang meist einmalig und dauerhaft angeschlossen wird, ist es gemäß der Erfindung ausreichend, eine Anpassung der Testdauer einmalig und zunächst dauerhaft anzupassen. Hierzu wird der Pegel des Schaltsignals, bzw. der Pegel des Testsignals während der Testdauer einfach nach dem Einschalten des Sicherheitsgeräts mindestens einmal geprüft und daraufhin die Testdauer angepasst. Wird an dem Sensor eine neue Last angeschlossen, so wird der Sensor meist ausgeschaltet und nach dem Anschließen der Last wieder eingeschaltet. Dadurch wird eine neue Last dann wiederum geprüft und die Testdauer des Testsignals an dem Schaltausgang wieder angepasst.
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In Weiterbildung der Erfindung ist die Auswerteeinheit dazu ausgebildet, den Pegel des Schaltsignals bzw. den Pegel des Testsignals zyklisch zu prüfen und die Testdauer zyklisch anzupassen.
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Gemäß dieser Ausbildung ist eine Anpassung der Testdauer des Testsignals gewährleistet, wenn sich die Last während des Betriebes des Sicherheitsgeräts ändert. Dies ist beispielsweise bei kapazitiven Lasten gegeben, aufgrund einer Veränderung der Kapazität, aufgrund von Alterungsprozessen oder beispielsweise auch aufgrund unterschiedlicher Temperatureinflüsse, bei denen sich im einfachsten Fall auch der Widerstandswert einer ohmschen Last ändert. Da eine reale Last meist eine Kombination mit verschiedenen Anteilen einer ohmschen –, einer induktiven –, und/oder einer kapazitiven Last ist, ist mit der Zeit die Möglichkeit einer Lastveränderung nicht ausgeschlossen.
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In Weiterbildung der Erfindung ist die Auswerteeinheit dazu ausgebildet, den Pegel des Schaltsignals mehrfach zu prüfen und die Testdauer nach der Mehrfachprüfung anzupassen.
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Gemäß dieser Ausbildung der Erfindung werden Fehlmessungen vermieden, wodurch eine sichere Einstellung der Testdauer des Testsignals eingestellt wird.
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In Weiterbildung der Erfindung ist die Auswerteeinheit redundant ausgelegt, wobei ein erster Kanal der Auswerteeinheit dazu ausgebildet ist, den Pegel des Schaltsignals zu prüfen und ein zweiter Kanal der Auswerteeinheit dazu ausgelegt ist, den Pegel desselben Schaltsignals zu prüfen und die Dauer des Schaltsignals nur angepasst, bzw. verlängert wird, wenn beide Kanäle bei der Prüfung des Pegels zu demselben Ergebnis kommen.
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Gemäß dieser Ausbildung der Erfindung wird eine sichere Einstellung der Testdauer des Testsignals vorgenommen. Sind zwei redundante Schaltausgänge vorhanden, so wird jeder der zwei redundanten Schaltausgänge mit jeweils einem Kanal der Auswerteeinheit geprüft, wodurch eine besonders hohe Sicherheit erreicht wird.
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Gemäß einer besonderen Weiterbildung ist die Auswerteeinheit dazu ausgebildet, die Testdauer in einem einzigen Schritt von ca. 300 µs auf ca. 700 µs zu verlängern. Gemäß dieser Ausführung sind lediglich zwei verschiedene Testdauern vorgesehen, wobei die Testdauer von ca. 300 µs voreingestellt ist. Wird der Pegel des Schaltsignals am Ende der Testdauer nicht unterschritten, so wird die Testdauer auf 700 µs verlängert. Dadurch ist die Auswerteeinheit erfindungsgemäß sehr einfach aufgebaut.
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In Weiterbildung der Erfindung ist die Auswerteeinheit dazu ausgebildet, die Testdauer in Schritten von ca. 100 µs, 150 µs oder insbesondere ca. 200 µs zu verlängern. Dadurch kann die Testdauer einfach schrittweise angepasst werden. Wird nach einer Verlängerung der Testdauer um 100 µs, 150µs bzw. 200 µs der Pegel des Schaltsignals am Ende der Testdauer nicht unterschritten, so wird die Testdauer um weitere 100 µs, 150 µs bzw. 200 µs verlängert. Durch die Schrittdauer von 100 µs, 150µs bzw. 200 µs kann die Testdauer individuell sehr genau an die vorliegende Last angepasst werden.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführung weist die Auswerteeinheit einen Zähler auf und die Auswerteeinheit ist dazu ausgebildet, mit dem Beginn der Testdauer den Zähler zu starten und mit dem Stopp des Zählers die Testdauer zu beenden. Ein Zähler ist in einer digitalen Auswerteeinheit, beispielsweise in einem Mikrocontroller sehr einfach zu realisieren. Mit einer entsprechenden Zeitbasis je Zählerwert kann durch den Ablauf des Zählers die Testdauer einfach beendet werden. Weiter lässt sich ein solcher Zähler durch Software sehr einfach realisieren. Jedoch ist es bevorzugt, wenn ein bereits vorhandener Peripheriezähler einer digitalen Auswerteeinheit, beispielsweise eines Mikrocontrollers, verwendet wird.
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In Weiterbildung der Erfindung ist die Auswerteeinheit dazu ausgebildet, aufgrund eines Zählerstandes des Zählers zu bewerten, ob die Testdauer zulässig ist. Hierzu wird die ermittelte Testdauer bzw. der Zählerstand von der Auswerteeinheit mit zulässigen gespeicherten Werten verglichen. Weicht die ermittelte Testdauer von einer zulässigen Testdauer ab, so wird die Testdauer nicht verändert, sondern bleibt auf dem ursprünglichen Wert eingestellt.
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In Weiterbildung der Erfindung ist die Auswerteeinheit dazu ausgebildet, aufgrund der Testdauer oder des Zählerstandes des Zählers ein Diagnosesignal zu generieren.
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Die Testdauer des Testsignals wird also nicht beliebig verlängert, sondern ab einer eingestellten Maximallänge wird ein Diagnosesignal ausgegeben. Das Diagnosesignal weist den Anwender darauf hin, dass die angeschlossene Last ungeeignet ist für den Anschluss an den Schaltausgang oder ein Fehler vorliegt. Die angeschlossene Last kann daraufhin vom Anwender modifiziert, bzw. die Ursache des Fehlers beseitigt werden.
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Die Erfindung wird nachstehend auch hinsichtlich weiterer Vorteile und Merkmale unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung anhand von Ausführungsbeispielen erläutert. Die Figuren der Zeichnung zeigen in:
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1 ein Sicherheitsgerät;
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2 ein Sicherheitslichtgitter;
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3 ein Schaltsignal mit Testsignalen;
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4 ein Schaltsignal mit geänderten Testdauern der Testsignale:
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In den nachfolgenden Figuren sind identische Teile mit identischen Bezugszeichen versehen.
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1 zeigt ein Sicherheitsgerät 1 mit einer Auswerteeinheit 2 zur Erzeugung eines binären Objektfeststellungsignals 4 und einer Sicherheitsausgangsschaltung 6 zur Erzeugung eines Schaltsignals 8 an einem Schaltausgang 10 aufgrund des Objektfeststellungssignals 4, wobei das Schaltsignal 8 einen Pegel aufweist, wobei der Pegel mindestens einen Ein-Pegel oder einen Aus-Pegel annimmt, wobei an dem Schaltausgang 10 eine ohmsche, eine induktive und/oder eine kapazitive Last 24 anschließbar ist, wobei die Auswerteeinheit 2 dazu ausgebildet ist, Testsignale mit einer Testdauer zu generieren, um die Sicherheitsausgangsschaltung 6 anzusteuern, wobei die Testsignale dem Schaltsignal 8 überlagert sind, wobei die Auswerteeinheit 2 dazu ausgebildet ist, den Pegel des Schaltsignals 8 auszuwerten, wobei die Auswerteeinheit 2 dazu ausgebildet ist, die Testdauer zu verlängern, wenn der Pegel des Schaltsignals 8 am Ende der Testdauer oberhalb eines Schwellwertes liegt und dazu ausgebildet ist, die Testdauer nicht zu verlängern wenn der Pegel am Ende der Testdauer unterhalb eines Schwellwertes liegt.
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Gemäß 1 ist das Sicherheitsgerät 1 als Sicherheitslichtschranke ausgebildet. Dabei sind in einem ersten Gehäuse 32 ein Lichtsender 28 und eine Steuereinheit 30 angeordnet. Gegenüberliegend ist ein zweites Gehäuse 34 mit einem Lichtempfänger 26 und der Auswerteeinheit 2, sowie der Sicherheitsausgangsschaltung 6 und dem Schaltausgang 10 angeordnet.
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Gemäß 2 ist das Sicherheitsgerät 1 als Sicherheitslichtgitter ausgebildet. Dabei sind in einem ersten Gehäuse 32 eine Vielzahl Lichtsender 28 und eine Steuereinheit 30 angeordnet. Gegenüberliegend ist ein zweites Gehäuse 34 mit einer Vielzahl Lichtempfänger 26 und der Auswerteeinheit 2, sowie der Sicherheitsausgangsschaltung 6 und dem Schaltausgang 10 angeordnet. Von den Lichtsendern 28 werden Lichtstrahlen 36 ausgesendet die auf die Lichtempfänger treffen, wodurch ein Schutzfeld zwischen dem ersten Gehäuse 32 und dem zweiten Gehäuse 34 gebildet wird.
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Das Sicherheitsgerät kann ebenfalls als Sicherheitslaserscanner, als Sicherheitssteuerung oder als Sicherheitsschaltgerät ausgebildet sein.
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3 zeigt ein Schaltsignal 8 das einen Pegel 11 aufweist. Der Pegel ist auf einer Y-Achse mit den Einheiten E eingezeichnet. Auf der X-Achse ist die Zeit t aufgetragen.
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Der Pegel 11 nimmt mindestens einen Ein-Pegel 12 und mindestens einen Aus-Pegel 14 an. Im vorliegenden Fall gemäß 3 ist an dem Schaltausgang eine kapazitive Last 24 angeschlossen, da das Schaltsignal beim überlagerten Testsignal 16 mit der Testdauer 18 im ersten Drittel der Testdauer eine Entladungskurve aufweist.
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Die Auswerteeinheit ist dazu ausgebildet, den Pegel des Schaltsignals 8 auszuwerten. Hierzu wird das Schaltsignal am Ende des Testsignals zum Abtastzeitpunkt 38 abgetastet und mit einem Schwellwert 20 verglichen. Gemäß 3 liegt der Pegel des Schaltsignals am Ende der Testdauer unterhalb des Schwellwertes, weshalb die Testdauer nicht verlängert wird.
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4 zeigt analog zu 3 ein Schaltsignal 8, das einen Pegel 11 aufweist. Der Pegel ist auf einer Y-Achse mit den Einheiten E eingezeichnet. Auf der X-Achse ist die Zeit t aufgetragen.
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Das Schaltsignal mit dem Pegel 11 nimmt mindestens einen Ein-Pegel 12 und mindestens einen nicht dargestellten Aus-Pegel an. Im vorliegenden Fall gemäß 4 ist an dem Schaltausgang eine höhere kapazitive Last 24 gegenüber 3 angeschlossen, da das Schaltsignal beim überlagerten ersten Testsignal 16 mit der Testdauer 18 während der gesamten Testdauer eine Entladungskurve aufweist.
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Die Auswerteeinheit ist dazu ausgebildet, den Pegel des Schaltsignals 8 auszuwerten. Hierzu wird das Schaltsignal am Ende des ersten Testsignals 16 zum Abtastzeitpunkt 38 abgetastet und mit einem Schwellwert 20 verglichen. Gemäß 4 liegt der Pegel des Schaltsignals am Ende der Testdauer des ersten Testsignals oberhalb des Schwellwertes, weshalb die Testdauer verlängert wird.
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Die Auswerteeinheit ist dazu ausgebildet die Testdauer zu verlängern, wenn der Pegel des Schaltsignals 8 am Ende der Testdauer oberhalb eines Schwellwertes liegt, dargestellt in 4 anhand des zweiten Testsignals 16. Die Testdauer ist soweit verlängert, dass der Pegel des Schaltsignals am Ende der Testdauer wieder unterhalb des Schwellwertes 20 liegt. Dies wird von der Auswerteeinheit zum Abtastzeitpunkt 38 festgestellt.
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Die Auswerteeinheit 2 gemäß 1 und 2 ist weiter dazu ausgebildet den Pegel 11 des Schaltsignals 8 nach dem Einschalten des Sicherheitsgeräts 1 zu prüfen und die Testdauer 18 einmalig anzupassen.
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Die Auswerteeinheit 2 ist weiter dazu ausgebildet den Pegel des Schaltsignals 8 zyklisch zu prüfen und die Testdauer 18 zyklisch anzupassen. Weiter ist es vorgesehen den Pegel 11 des Schaltsignals 8 mehrfach zu prüfen und die Testdauer 18 nach der Mehrfachprüfung anzupassen. Die Testdauer 18 kann in einem einzigen Schritt von ca. 300 µs auf ca. 700 µs zu verlängert werden. Jedoch ist es auch vorgesehen, die Testdauer 18 in Schritten von 100 µs bzw. ca. 200 µs zu verlängern.
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Die Auswerteeinheit 2 weist gemäß 1 und 2 einen Zähler 22 auf und die Auswerteeinheit 2 ist dazu ausgebildet mit dem Beginn der Testdauer 18 den Zähler 22 zu starten und mit dem Stopp des Zählers 22 die Testdauer 18 zu beenden. Weiter ist die Auswerteeinheit 2 dazu ausgebildet, aufgrund eines Zählerstandes des Zählers 22 zu bewerten, ob die Testdauer 18 zulässig ist. Aufgrund der Testdauer 18 oder des Zählerstandes des Zählers 22 kann ein Diagnosesignal generiert werden.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Sicherheitsgerät
- 2
- Auswerteeinheit
- 4
- Objektfeststellungssignal
- 6
- Sicherheitsausgangsschaltung
- 8
- Schaltsignal
- 10
- Schaltausgang
- 11
- Pegel
- 12
- Ein-Pegel
- 14
- Aus-Pegel
- 16
- Testsignale
- 18
- Testdauer
- 20
- Schwellwert
- 22
- Zähler
- 24
- Last
- 26
- Lichtempfänger
- 28
- Lichtsender
- 30
- Steuereinheit
- 32
- erstes Gehäuse
- 34
- zweites Gehäuse
- 36
- Lichtstrahlen
- 38
- Abtastzeitpunkt
- t
- Zeit
- E
- Einheiten
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102005050979 B4 [0005, 0005, 0005]
