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Gebiet der Erfindung
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Diese Gebrauchsmusteranmeldung ist eine Abzweigung aus der europäischen Patentanmeldung
EP 22734876.0 und beansprucht die Priorität der deutschen Patentanmeldung Nr.
DE 10 2021 114 870 , die am 9. Juni 2021 eingereicht wurde. Die gesamte Offenbarung der europäischen Patentanmeldung veröffentlicht als
WO 2022 / 258 575 A1 und der deutschen Patentanmeldung Nr.
DE 10 2021 114 870 wird hiermit durch Bezugnahme aufgenommen.
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Die Erfindung betrifft das Gebiet der Steuerungstechnik beziehungsweise der Sicherheitstechnik.
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Stand der Technik
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Sogenannte „Not-Halt-Schalter“ dienen dem zuverlässigen Schutz von Menschen vor Verletzungen und vor Beschädigungen an Maschinen beziehungsweise Anlagen oder Fahrzeugen. Im deutschen Sprachgebrauch werden die beiden Funktionen Not-Aus (= Abschalten, Unterbrechen der Energiezufuhr, Unterbrechen der Stromversorgung eines angeschlossenen Maschinenantriebs) und Not-Halt (= Anhalten, Stillsetzen von beweglichen Maschinenteilen bei Aufrechterhaltung der Stromversorgung eines angeschlossenen Maschinenantriebs) häufig unter dem Begriff „Not-Aus“ subsumiert. Die Bezeichnung „Not-Aus“ wird als deutsches Pendant für den englischen Begriff «emergency switching off» verwendet. Es gab und gibt aber deutsche Normausgaben, die auch den englischen Begriff «emergency stop» fälschlich mit dem Ausdruck „Not-Aus“ wiedergeben. Bis heute verwendet beispielsweise die deutsche Fassung der DIN EN 60947-5-5 fälschlicherweise den Begriff „Not-Aus“ für den englischen Begriff «emergency stop», beschreibt also in Wirklichkeit den Not-Halt.
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Ein Fehlverhalten von Maschinen kann zu einer Gefährdung von Personen führen. Damit bei unmittelbar drohenden oder eintretenden Gefahren die betreffende Maschine sofort und jederzeit stillgesetzt werden kann, fordert die Maschinenrichtlinie 2006/42/EG des Europäischen Parlaments und des Rates, dass jede Maschine mit einem oder mehreren Not-Halt-Schalter ausgerüstet sein muss. Darüber hinaus stellt diese Maschinenrichtlinie konstruktive Anforderungen an diese Komponenten. Eine der Anforderung ist, dass der Not-Halt-Schalter über deutlich erkennbare, gut sichtbare und schnell zugängliche Stellteile verfügen müssen. Bei aktiven Not-Halt-Schaltern, welche über zusätzliche Anzeigeelemente, wie beispielsweise LEDs, verfügen, wird die Funktion des Schalters visuell angezeigt. Sind die Not-Halt-Schalter auf absteckbaren oder kabellosen beziehungsweise mobilen Bedienstationen angebracht, fordert die Norm DINEN ISO 13850 unter anderem, Maßnahmen zu ergreifen, um eine Verwechslung zwischen aktiven, also beleuchteten, und nicht aktiven, also nicht beleuchteten, Not-Halt-Schaltern zu vermeiden.
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Die deutsche Patentanmeldung
DE 19 919 012 A1 lehrt ein Verfahren zum Kennzeichnen von aktivierten, trennbaren Not-Aus-Befehlseinrichtungen. Das Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, dass der Not-Aus-Befehlseinrichtung eine zusätzliche Einrichtung hinzugefügt wird, welche die spezifische Farbe und/oder die spezifischen Farben der Not-Aus-Befehlseinrichtung erst dann aktiviert, wenn diese ordnungsgemäß mit der Anlage und/oder Maschine auf jegliche Art und Weise verbunden ist und an Spannung gelegt wird. Dadurch wird ein visuelles Signal erzeugt, welches eine Betriebsbereitschaft der Not-Aus-Befehlseinrichtung anzeigt.
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Die internationale Patentanmeldung
WO 2017 139 817 A1 offenbart ein Steuerungssystem für elektrisch gesteuerte Anlagen. Das Steuerungssystem umfasst zumindest ein tragbares, mobiles Handbediengerät zur Anzeige von Informationen und zur Eingabe von Steuerungskommandos durch eine Bedienperson. Das Handbediengerät weist mindestens ein manuell betätigbares Sicherheitsschaltelement auf, wobei dem Sicherheitsschaltelement eine Beleuchtungsvorrichtung zugeordnet ist. Das Steuerungssystem umfasst eine Beleuchtungssteuerungsvorrichtung, welche zur elektrisch und/oder elektronisch gesteuerten Anpassung einer visuell wahrnehmbaren Leuchtintensität der Beleuchtungsvorrichtung ausgebildet ist.
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Not-Halt-Schalter mit Anzeigeelementen sind somit bekannt. 1 stellt ein weiteres Beispiel für einen Not-Halt-Schalter dar. Der Not-Halt-Schalter umfasst zwei Schalter S1 und S2, welche über ein Betätigungselement 5 von einer betätigten zu einer nicht-betätigten Position betätigt werden können. Die zwei Schalter S1 und S2 sind mit einer Sicherheitselektronik verbunden. Im Betätigungselement 5 ist ein optisches Anzeigeelement LM, üblicherweise eine LED, bereitgestellt, wobei das optische Anzeigeelement LM zweikanalig angesteuert und mit zweikanaliger Spannungsrückführung dynamisiert überwacht wird. Das optische Anzeigeelement LM kann ein einzelnes Anzeigeelement oder eine Vielzahl von Anzeigeelementen umfassen. Die Überwachung erfolgt mittels eines ersten Messfühlers M1 und eines zweiten Messfühlers M2. Der erste Messfühler M1 misst einen Strom des optischen Anzeigeelements LM. Der zweite Messfühler M2 misst eine Spannung des optischen Anzeigeelements LM. Die Sicherheitselektronik SE überwacht somit die Funktion des optischen Anzeigeelements LM mittels Ansteuerung des optischen Anzeigeelements LM mit Strom beziehungsweise Spannung und Messung des Stroms beziehungsweise Spannung mit dem ersten beziehungsweise zweiten Messfühlers M1, M2. Kommt es zu einer Abweichung zwischen Ansteuerung und Messung, wird von der Sicherheitselektronik SE auf eine Fehlfunktion des Not-Halt-Schalters geschlussfolgert.
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Diese Art der Überwachung birgt aber Risiken hinsichtlich einer zuverlässigen Aussage über die Funktion des optischen Anzeigeelements LM. Es ist bekannt, dass aufgrund unterschiedlicher Faktoren optische Anzeigeelemente, wie beispielsweise LEDs, defekt werden und ein Strom beziehungsweise eine Spannung über die Rückführung beziehungsweise Rückführungssignal erkannt werden, jedoch ohne dass die LED ein optisches Signal emittiert.
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Dies hat eine hohe Auswirkung auf einen für die Anwendung nötigen Sicherheitsgrad. Denn die Anforderungen aus der Risikobewertung einer vorliegenden Gefährdung führen zu einer bestimmten Anforderung des Sicherheitsgrads. Je nach Norm sind Bezeichnungen des Sicherheitsgrades, wie beispielsweise „Performance Level“ PL a - e oder „Safety Integrity Level“ SII,1 - SIL3, bekannt. Basierend auf der Bezeichnung und der damit verbundenen Höhe des Sicherheitsgrads, kann eine falsche Aussage über die Funktion des optischen Anzeigeelements LM zu sicherheitsrelevanten Schwierigkeiten führen. Die hohen Anforderungen an die Ausführung von mobilen Not-Halt-Systemen können durch die falsche Aussage über die Funktion des optischen Anzeigeelements LM nicht eingehalten werden.
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Vor allem bei Not-Halt-Schaltern an mobilen Not-Halt-Systemen ist diese Art der Überwachung besonders risikoreich. Solche mobilen Not-Halt-Systeme sind eher noch selten und müssen besonders hohe sicherheitstechnische Anforderungen erfüllen. Vor allem müssen die mobilen Not-Halt-Systeme neben den hohen sicherheitstechnischen Anforderungen im Vergleich zu stationären Not-Halt-Systemen ferner die besonders hohen Maßnahmen und Richtlinien nach den entsprechend geltenden und bekannten Normen erfüllen. Dabei ist die zuverlässige Funktion des optischen Anzeigeelements ein besonders wichtiges Sicherheitsmerkmal.
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Kurzbeschreibung der Erfindung
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Die vorliegende Anmeldung offenbart ein Überwachungssystem für ein optisches Anzeigeelement eines Not-Halt-Schalters, wobei das Überwachungssystem ein Betätigungselement mit optischen Anzeigeelement und einen optischen Sensor umfasst. Eine Sicherheitselektronik ist mit dem optischen Anzeigeelement und dem optischen Sensor verbunden. Dadurch kann sichergestellt werden, dass das optische Anzeigeelement zuverlässig funktioniert, beziehungsweise nicht fehlerhaft ist, um fatale Folgen für Leib und Leben zu vermeiden. Das optische Anzeigeelement LM kann ein einzelnes Anzeigeelement oder eine Vielzahl von Anzeigeelementen umfassen.
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Nach einem Aspekt umfasst die Sicherheitselektronik einen sicheren Ausgang und einen sicheren Eingang und ist mit dem optischen Anzeigeelement über den sicheren Ausgang verbunden. Der optische Sensor ist über den sicheren Eingang verbunden. Dadurch sind das optische Anzeigeelement und der optische Sensor mit der Sicherheitselektronik mechanisch und elektrisch so miteinander verbunden, dass wenn der sichere Ausgang schaltet, der sichere Eingang diesen Schaltvorgang auf jeden Fall erkennt.
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Sicherer Ausgang bedeutet somit, dass trotz eines Fehlers am Ausgang noch sicher abgeschaltet werden kann und ein Fehler am Ausgang zuverlässig erkannt wird. Dies ist beispielsweise der Fall, wenn einer von den Kanälen der Sicherheitselektronik einen Fehler (von nieder- bis hochohmig) hat und nicht mehr schaltbar ist. Ein Fehler dieser Art wird durch das Rückführungssignals eindeutig erkannt. Trotzdem kann noch sicher mit dem anderen von den Kanälen abgeschaltet werden. Ebenso bedeutet ein sicherer Eingang, dass der Eingang noch eingelesen werden kann und ein Fehler am sicheren Eingang sicher erkannt wird. Als Fehler kann beispielsweise das Nicht-Vorliegen eines Rückführungssignals an der Sicherheitselektronik über mindestens einen Kanal verstanden werden. Der Fehler eines von den sicheren Eingängen der Sicherheitselektronik wird dabei durch abweichende Rückführungssignale zwischen den beiden Kanälen erkannt, wobei der sichere Eingang fortwährend durch Unterbrechung und Messung des Signals sowie durch Vergleich (Dynamisierung) geprüft wird um den Fehler zu erkennen.
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Nach einem Aspekt umfasst das Überwachungssystem ferner einen Lichtwellenleiter, welcher ein optisches Signal des optischen Anzeigeelements zu dem optischen Sensor führt. Dadurch kann eine bestimmte Distanz zwischen optischen Anzeigeelement und optischen Sensor überwunden werden.
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Nach einem weiteren Aspekt umfasst der optische Sensor mindestens einen von einem Fotowiderstand, einer Fotodiode und einem Fototransistor. Der optische Sensor kann somit optimal an einen individuellen Anwendungsfall angepasst werden.
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Nach einem weiteren Aspekt umfasst das optische Anzeigeelement mehrere Anzeigeelemente und der optische Sensor umfasst mehrere optische Sensoren. Somit ist die Anzahl an optischen Anzeigeelementen und optischen Sensoren nicht limitiert. Die Anzahl von optischen Sensoren beziehungsweise optischen Anzeigeelementen hängt von den Sicherheitsanforderungen und Gefahrenpotential eines überwachten Systems (Anlage, Maschine, Motor usw.) ab. Die Gefährdungsbeurteilung bestimmt den erforderlichen PL (Performance Level) oder SIL (Safety Integrity Level). Diese werden durch die Struktur der Sicherheitselektronik, Bauteil-Zuverlässigkeit, Fehlererkennung usw. festgelegt.
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Nach einem weiteren Aspekt umfasst der sichere Ausgang mindestens einen ersten Ausgangskontakt und mindestens einen zweiten Ausgangskontakt. Der sichere Eingang umfasst mindestens einen ersten Eingangskontakt und mindestens einen zweiten Eingangskontakt. Dadurch ist es möglich, mehrere Komponenten mit der Sicherheitselektronik zu verbinden.
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Kurzbeschreibung der Zeichnungen
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Ein vollständigeres Verständnis der Erfindung und vieler damit verbundener Vorteile wird leicht erreicht, wenn diese durch Bezugnahme auf die folgende detaillierte Beschreibung in Verbindung mit den beigefügten Figuren betrachtet wird.
- 1 stellt eine schematische Darstellung eines Not-Halt-Schalters nach dem Stand der Technik dar.
- 2 stellt eine schematische Darstellung eines Überwachungssystems für einen Not-Halt-Schalter nach einem ersten Aspekt dar.
- 3A bis 3D stellen erste Aspekte einer Sicherheitselektronik dar.
- 4A und 4B stellen zweite Aspekte der Sicherheitselektronik dar.
- 5 stellt eine schematische Darstellung eines Überwachungssystems für einen Not-Halt-Schalter nach einem zweiten Aspekt dar.
- 6 zeigt Beispiele von optischen Sensoren.
- 7 stellt ein Flussdiagramm für ein Verfahren für ein Überwachungssystem für den Not-Halt-Schalter nach 2 und 5 dar.
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Detaillierte Beschreibung der Erfindung
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Die Erfindung wird nun anhand der Figuren beschrieben. Es versteht sich, dass die hier beschriebenen Aspekte der Erfindung nur Beispiele sind und den Schutzbereich der Ansprüche in keiner Weise einschränken. Die Erfindung wird durch die Ansprüche und ihre Äquivalente definiert. Es versteht sich, dass Merkmale eines Aspekts der Erfindung mit einem Merkmal eines anderen Aspekts oder anderer Aspekte der Erfindung kombiniert werden können, sofern sie sich nicht gegenseitig ausschließen.
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2 ist eine schematische Darstellung eines Überwachungssystems 100 für einen Not-Halt-Schalter nach einem ersten Aspekt. Das Überwachungssystem 100 umfasst ein Betätigungselement 5 und eine Sicherheitselektronik SE. Das Betätigungselement 5 umfasst einen ersten Schalter S1, einen zweiten Schalter S2, ein optisches Anzeigeelement LM und einen optischen Sensor OS. Das Betätigungselement 5 ist mindestens eines von einem Schalter, Hebel, Knopf oder Taster zum Drehen, (Um-)Schalten, Drücken oder Ziehen.
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Der erste Schalter S1 und der zweite Schalter S2 sind mit der Sicherheitselektronik SE verbunden. Der erste Schalter S1 und der zweite Schalter S2 sind von der Ausgestaltung des Betätigungselements 5 abhängig. Der erste Schalter S1 und der zweite Schalter S2 von den oben angeführten Arten des Betätigungselements 5 sind bekannt und werden daher hier nicht weiter im Detail beschrieben.
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Das optische Anzeigeelement LM ist in der Lage, ein optisches Signal basierend auf einem elektrischen Signal, wie beispielsweise einem Strom und/oder einer Spannung, zu generieren beziehungsweise zu wandeln. Das optische Anzeigeelement LM ist in einem nichteinschränkenden Beispiel eine LED (leuchtemittierenden Diode) oder eine Glühbirne. Dabei umfasst das optische Anzeigeelement LM mindestens ein einzelnes optisches Anzeigeelement. Das optische Anzeigeelement LM kann auch eine Vielzahl von einzelnen Anzeigeelementen LM umfassen. Das Frequenzspektrum des optischen Signals reicht vom sichtbaren Licht bis in das nahe und mittlere Infrarot und kann durch die Sicherheitselektronik SE moduliert werden.
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Das optische Anzeigeelement LM ist einkanalig oder mehrkanalig mit den ein- oder mehrkanaligen sicheren Ausgängen der Sicherheitselektronik SE verbunden. Die Sicherheitselektronik SE steuert das optische Anzeigeelement LM mit dem elektrischen Signal an und kann das elektrische Signal beeinflussen beziehungsweise modulieren. Durch die Beeinflussung des elektrischen Signals, können ein oder mehrere Parameter des optischen Signals eingestellt werden. Die einstellbaren Parameter des optischen Signals sind mindestens eines von einem Lichtspektrum, Lichtstrom, Beleuchtungsstärke oder besondere Modulation. Dadurch wird die Sicherheit des Not-Halt-Schalters erhöht und eine Anwendung des Not-Halt-Schalters kann individuell angepasst werden.
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Ein beispielhafter Aufbau der Sicherheitselektronik SE wird nun unter Bezug auf die 3A bis 4B beschrieben.
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3A bis 3D stellen ausgewählte, die Erfindung nicht einschränkende Beispiele und Möglichkeiten dar, wie die Sicherheitselektronik SE zwei- beziehungsweise mehrkanalig am sicheren Ausgang A hinsichtlich einer Abschaltung der Anlage beziehungsweise Maschine eingerichtet werden kann. Wenn die Sicherheitselektronik SE mehrere sichere Eingänge E und mehrere sichere Ausgänge A umfasst, können diese Eingänge E und Ausgänge A als Kanäle K bezeichnet werden. Man spricht dann von mehrkanaliger beziehungsweise n-kanaliger Ausführung. Bei einem Ausfall der Abschaltung von mehreren, beispielsweise n-1 Kanälen, kann die Anlage noch immer zuverlässig über den verbleibenden Kanal abgeschaltet werden. Beispielsweise kann die Anlage bei einem Ausfall von vier von fünf Kanälen noch immer zuverlässig abgeschaltet werden. Demnach ist die Sicherheit bei mehrkanaliger Ausführung umso höher, umso mehr Kanäle eingerichtet sind/werden. Umfasst die Sicherheitselektronik SE nur einen sicheren Eingang E und einen sicheren Ausgang A, bildend einen Kanal, so spricht man von einer externen Einkanaligkeit, bestehend aus dem Anzeigeelement LM und/oder dem optischen Sensor OS. Intern kann trotzdem eine beliebige Mehrkanaligkeit vorliegen.
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An oder nach jedem der Kanäle K wird ein Rückführungssignal RÜCK abgegriffen und an die Sicherheitselektronik SE zurückgeführt, um das Schalten der Kanäle K in Bezug auf die Sicherheit beziehungsweise den Sicherheitsgrad zu überwachen. In einem Aspekt stellt das Rückführungssignal RÜCK eine prinzipielle Realisierung des sicheren Ausgangs A dar. In einem weiteren Aspekt ist das Rückführungssignal RÜCK für die prinzipielle Realisierung des sicheren Ausgangs A erforderlich. Über das Rückführungssignal RÜCK können Fehler zuverlässig durch die Sicherheitselektronik SE erkannt werden und bilden so den sicheren Ausgang A.
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Wie in 3A dargestellt, wird die Sicherheitselektronik SE zweikanalig mit dem ersten Kanal K1 und einem zweiten Kanal K2 ausgeführt. Der erste sichere Ausgang A umfasst den ersten Kanal K1 und den zweiten Kanal K2. Das Anzeigeelement LM wird über beide Kanäle K1 und K2 an einem Ausgangskontakt A1+ angeschlossen und andererseits an einem zweiten Ausgangskontakt A1- mit der Sicherheitselektronik SE verbunden.
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3B stellt einen zweiten Aspekt der Anordnung aus 3A dar, jedoch mit dem Unterschied, dass der zweite Kanal K2 am zweiten Ausgangskontakt A1- des sicheren Ausgangs A angeordnet ist.
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3C stellt einen weiteren Aspekt dar, wenn ein erstes Anzeigeelement LM1 und ein zweites Anzeigeelement LM2 an die Sicherheitselektronik SE zur Überwachung verbunden werden. Die dargestellte Konfiguration entspricht dabei der Konfiguration aus 3A jedoch in zweikanaliger Form. Das erste Anzeigeelement LM1 wird separat über beide Kanäle K1 und K2 an dem Ausgangskontakt A1+ angeschlossen und andererseits an dem zweiten Ausgangskontakt A1- mit der Sicherheitselektronik SE verbunden. Das zweite Anzeigeelement LM2 wird separat über beide Kanäle K1 und K2 an einem Ausgangskontakt A2+ angeschlossen und andererseits an einem zweiten Ausgangskontakt A2- mit der Sicherheitselektronik SE verbunden. Dieses Beispiel zeigt wie eine Vielzahl von Anzeigeelementen LM separat an einem sicheren Ausgang der Sicherheitselektronik SE verbunden und überwacht werden können.
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3D stellt einen zweiten Aspekt der Anordnung aus 3B dar, jedoch mit dem Unterschied, dass das erste Anzeigeelement LM1 und das zweite Anzeigeelement LM2 in Serie geschaltet sind und über den ersten und zweiten Ausgangskontakt A1+, A1- mit der Sicherheitselektronik verbunden sind. Dabei wird der erste Kanal K1 am ersten Ausgangskontakt A1+ bereitgestellt und der zweite Kanal K2 wird am zweiten Ausgangskontakt A1- bereitgestellt.
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4A und 4B stellen ausgewählte, die Erfindung nicht einschränkende Beispiele und Möglichkeiten dar, wie die Sicherheitselektronik SE ein- beziehungsweise n-kanalig am sicheren Eingang E eingerichtet werden kann. Über den Schalter und die Rückführung kann der Eingang E überwacht werden. Bei einem Ausfall von n-1 Kanälen wird immer noch ein gültiges Eingangssignal erkannt. Beispielsweise kann die Sicherheitselektronik SE bei einem Ausfall von zwei von drei Kanälen noch immer zuverlässig das Eingangssignal über das Rückführungssignal RÜCK erkennen.
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4A stellt die Sicherheitselektronik SE mit einkanaligem Anschluss, umfassend Kanal K1 und Kanal K2, des optischen Sensors OS dar. Der optische Sensor OS ist über einen ersten sicheren Eingang E1 mit den Eingangskontakten E1+ und E1- mit jeweils dem ersten Kanal K1 und dem zweiten Kanal K2 mit der Sicherheitselektronik SE verbunden.
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4B stellt einen weiteren Aspekt dar, wie mehrere optische Sensoren OS mit dem sicheren Eingang E der Sicherheitselektronik SE verbunden werden können. Dabei wird ein erster optischer Sensor OS1 über den ersten Kanal K1 mit der Sicherheitselektronik SE verbunden. Ein zweiter optischer Sensor OS2 wird über den zweiten Kanal K2, separat vom ersten Kanal K1, mit der Sicherheitselektronik SE verbunden. Somit ergibt sich ein komplett zweikanaliges System, bei welchem eine interne und externe Zweikanaligkeit vorliegt.
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Die Beispiele und Möglichkeiten, wie in den 3A bis 4B dargestellt, wie Anzeigeelement LM mit dem/den sicheren Ausgang/Ausgängen A und optische Sensoren OS mit dem/den sicheren Eingang/Eingängen E mit der Sicherheitselektronik SE verbunden werden können, können entsprechend derart miteinander kombiniert werden, wenn die Kombination sinnvoll und gewünscht ist beziehungsweise sich nicht gegenseitig ausschließt.
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5 zeigt eine schematische Darstellung des Überwachungssystems 100 für einen Not-Halt-Schalter nach einem zweiten Aspekt. Dabei unterscheidet sich das Überwachungssystem 100 nach dem zweiten Aspekt vom Überwachungssystem 100 nach dem ersten Aspekt dadurch, dass der optische Sensor OS nicht im Betätigungselement 5 untergebracht ist. Der optische Sensor OS des Überwachungssystems 100 nach dem zweiten Aspekt ist an der Sicherheitselektronik SE bereitgestellt. Das optische Signal des optischen Anzeigeelements LM wird von dem optischen Anzeigeelement LM über einen Lichtwellenleiter LWL zu dem optischen Sensor OS geführt. Der Aufbau der restlichen Bauteile entspricht jenem des Überwachungssystems 100 nach dem ersten Aspekt. Aus diesem Grunde werden die gleichen Bauteile mit gleichen Bezugszeichen versehen und an dieser Stelle nicht wiederholt.
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6 zeigt unterschiedliche Beispiele des optischen Sensors OS des Überwachungssystems 100 nach dem ersten und zweiten Aspekt. Der optische Sensor OS umfasst mindestens einen von einem Fotowiderstand OSa, Fotodiode OSb und Fototransistor OSc.
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Je mehr Licht auf den Fotowiderstand OSa fällt, desto kleiner wird sein elektrischer Widerstand. Die Ursache für diese Funktion ist der innere fotoelektrische Effekt in einer Schicht, die aus einem amorphen Halbleiter besteht. Im Vergleich zu anderen Lichtsensoren reagieren Fotowiderstände sehr langsam.
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Die Fotodiode OSb ist eine Halbleiter-Diode, die Licht im sichtbaren, infrarot-, oder ultravioletten Bereich, an einem p-n-Übergang oder pin-Übergang durch den inneren fotoelektrischen Effekt in einen elektrischen Strom oder eine elektrische Spannung umwandelt, um die mit dem optischen Signal übertragene Informationen zu empfangen.
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Der Fototransistor OSc umfasst eine lichtempfindliche Fotodiode mit angeschlossenem Verstärkertransistor. Die lichtempfindliche Fotodiode liegt schaltungstechnisch parallel zu den Kollektor-Basis-Anschlüssen des Transistors. Auftreffendes Licht lässt durch den inneren fotoelektrischen Effekt einen geringen Strom fließen. Dieser Strom wird im Transistor um den Stromverstärkungsfaktor zu dem Kollektorstrom verstärkt.
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An dieser Stelle wird hinsichtlich des bekannten fotoelektrischen Effekts auf die Literatur verwiesen.
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7 stellt ein Flussdiagramm für ein Verfahren für ein Überwachungssystem 100 für den Not-Halt-Schalter nach dem ersten und zweiten Aspekt dar. In Schritt S 1 wird mittels der Sicherheitselektronik SE durch die Ansteuerung des optischen Anzeigeelements LM mittels elektrischen Signals das optische Signal erzeugt. Gleichzeitig wird an oder nach jedem der Kanäle K das elektrische Signal als Rückführungssignal RÜCK abgegriffen und an die Sicherheitselektronik SE zurückgeführt, um das Schalten der Kanäle K in Bezug auf die Sicherheit beziehungsweise den Sicherheitsgrad zu überwachen. In Schritt S2 wird mit dem optischen Sensor OS das optische Signal gemessen. In Schritt S2 wird mindestens eines von dem Parameter des optischen Signals oder ein Vorhandensein des optischen Signals gemessen. Hierbei wird mindestens eines von einem Lichtspektrum, Lichtstrom, Beleuchtungsstärke oder besondere Modulation des optischen Signals gemessen. In Schritt S3 wird über die Sicherheitselektronik SE die Ansteuerung des optischen Anzeigeelements LM mittels elektrischen Signals für eine Zeitdauer tD unterbrochen. Bei einkanaliger Verbindung zwischen Sicherheitselektronik SE und optischen Anzeigeelements LM kann die Unterbrechung zeitlich nacheinander wiederholt werden. Bei mehrkanaliger Verbindung zwischen Sicherheitselektronik SE und optischen Anzeigeelements LM (siehe 3A, 3B) kann die Unterbrechung gleichzeitig oder zeitlich versetzt wiederholt werden. Durch die zeitlich versetzten Unterbrechungen können Querschlüsse zwischen den sicheren Ausgängen A, den sicheren Eingängen E sowie zwischen den sicheren Ausgängen A und den sicheren Eingängen E untereinander erkannt werden. Diese Unterbrechung/en wird/werden mit dem mindestens einem optischen Sensor OS gemessen. In Schritt S4 werden das erzeugte elektrische Signal mit dem gemessenen optischen Signal durch die Sicherheitselektronik SE verglichen. Die Unterbrechung und Messung des elektrischen Signals sowie der Vergleich werden als „Dynamisierung“ bezeichnet. Durch die Dynamisierung können somit der/die sichere/n Eingang/Eingänge E und sichere/n Ausgang/Ausgänge A laufend auf Funktion überwacht werden. Alle eventuell auftretenden Fehler können somit spätestens beim nächsten Zeitintervall der Dynamisierung erkannt werden. Der Grad der Dynamisierung, also wie oft und wann ein Zeitintervall wiederholt wird, ist proportional zur Sicherheitsanforderung von Systemen. Die Sicherheitsanforderung hängt von jeweiligen Gefahrenpotentialen beziehungsweise Gefahrensituationen ab. So wird beispielsweise die Sicherheitselektronik und dessen Funktionen bei Kernkraftwerken nahezu fortwährend dynamisiert überwacht. Die Dynamisierung kann daher auch als Art Funktionstest angesehen werden. Wird technisch sichergestellt, dass das System als redundantes System in getrennter isolierter Ausführung aufgebaut ist, so dass beispielsweise mechanisch keine Querschlüsse oder Masseschlüsse auftreten können, kann auf eine Dynamisierung auch komplett verzichtet werden.
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In Schritt S5 wird ein Warnsignal ausgegeben, wenn das erzeugte optische Signal, abhängig von dem elektrischen Signal, von dem gemessenen optischen Signal abweicht. Die Ausgabe des Warnsignals erfolgt drahtlos oder drahtgebunden an eine Empfangsstelle. Das Warnsignal kann ein analoges oder digitales Signal sein. Die Empfangsstelle kann aus dem Warnsignal einen Steuerbefehl und/oder ein akustisches beziehungsweise optisches Signal generieren. Beispielsweise ist der Steuerbefehl ein Stillsetzen der Maschine.
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Bezugszeichen
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- 100
- Überwachungssystem
- 5
- Betätigungselement
- LMx
- Anzeigeelement
- OSx
- optischer Sensor
- SE
- Sicherheitselektronik
- A
- sicherer Ausgang
- Ax+, Ax-
- Ausgangskontakt
- E
- sicherer Eingang
- Ex+, Ex-
- Eingangskontakt
- LWL
- Lichtwellenleiter
- Sx
- Schalter
- Mx
- Messfühler
- OSa
- Fotowiderstand
- OSb
- Fotodiode
- OSc
- Fototransistor
- tD
- Zeitdauer
- PL
- Performance Level
- SIL
- Safety Integrity Level
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- EP 22734876 [0001]
- DE 102021114870 [0001]
- WO 2022258575 A1 [0001]
- DE 19919012 A1 [0005]
- WO 2017139817 A1 [0006]
