DE3744873C2 - Fail-safe error-protected load circuit - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Schalteinrichtung für das Schalten einer Last in einem Lastkreis gemäß Oberbegriff des Anspruchs 1.

Eine derartige gattungsgemäße Schalteinrichtung ist aus der DE-OS 35 41 338 bekannt. Diese bekannte Schalteinrichtung stellt eine selbstüberwachende Relaisschaltung dar, die sozusagen "fehler­ sicher" ist, da bei einem ersten, zweiten oder nachfolgenden Feh­ ler eine Stellung eingenommen wird, die eine Zuschaltung der Last verhindert. Bei dieser bekannten Schaltung wird es jedoch als nachteilig angesehen, daß die beiden Relais Umschaltkontakte be­ nötigen, so daß eine höhere Störanfälligkeit gegeben ist. Insbe­ sondere aber werden im Fehlerfall die Last- und die Steuerspan­ nung der Relais galvanisch verbunden, wodurch weitere Fehler in­ duziert werden können, aber auch ungewollt im Relaiskreis hohe Spannungs- und Stromwerte auftreten können, die Sicherheitsproble­ me hervorrufen.

Eine andere Schalteinrichtung, in der die Schaltelemente im Hin­ blick auf ein fehlerhaftes Verhalten überwacht werden, ist in der DE-PS 24 00 723 beschrieben. Diese letztgenannte Schalteinrichtung arbeitet im sogenannten Taktbetrieb, d. h. die Bauelemente der Schalteinrichtung werden ständig über einen hochfrequenten Takt auf einwandfreie Funktion abgefragt. Bei Versagen eines dieser Bauelemente wird der Taktbetrieb sofort unterbrochen und die Last kann nicht mehr zugeschaltet werden oder wird abgeschaltet. Bei dieser letztgenannten Schalteinrichtung kann es als nachteilig angesehen werden, daß der Laststrom von der Sekundärwicklung eines Übertragers abgeleitet wird. Dies bedeutet bei einem gro­ ßen Leistungsbedarf an der Last, den Übertrager relativ volumi­ nös auslegen zu müssen, so daß dieser in einem relativ kleinen Gehäuse nicht mehr angeordnet werden kann.

Im Hinblick auf derartige Schalteinrichtungen ist auch die Richtlinie VDE 0660/Teil 209 zu beachten. In dieser Richtlinie wird unter Bezeichnung "Anforderungen im Fehlerfall" definiert, daß die sichere Funktion der Schalteinrichtung auch beim Auftreten eines weiteren (zweiten) Fehlers aufrechterhalten bleiben muß. Ent­ sprechend dieser Richtlinie ist jedoch die Fehlerbetrachtung nach dem zweiten Fehler abzubrechen.

Insgesamt gesehen ist man daher bemüht, Schalteinrichtungen zu konzipieren, in denen die Bauelemente auf fehlerhaftes Verhalten hin überwacht werden. Speziell ist die Überwachung darauf ge­ richtet, bei Auftreten eines belieigen Fehlers oder von zwei beliebigen Fehlern ein ungewolltes Einschalten einer Last zu verhindern. Erst bei Auftreten von mindestens drei beliebigen Fehlern kann dementsprechend bei einer derartigen Schalteinrich­ tung ein ungewolltes Zuschalten der Last möglich sein. Aus die­ sem Grund bezeichnet man Schalteinrichtungen dieser Art als "zweifach-fehlersichere" Einrichtungen, da in derartigen Fällen alleim beim Auftreten von mehr als zwei Fehlern in einem Last­ kreis die Last ungewollt geschaltet werden kann. Im Hinblick auf den Begriff "zweifach-fehlersicher" geht man dazu über, derarti­ ge Schaltungen als "mit einem vorbestimmten Fehlerverhalten" zu bezeichnen, was beinhaltet, daß auch beim Auftreten von zwei Fehlern Sicherheit gegen ein Zuschalten der Last besteht.

Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der Erfindung daher die Aufgabe zugrunde, eine gattungsgemäße Schalteinrich­ tung mit einem vom Grundprinzip her einfachen Überwachungskreis so auszulegen, daß bei einem fehlerfreien unterschiedlichen Schaltzustand der Schaltelemente eine zweifach-fehlersichere Steuerung der Last möglich sein soll und eine Anpassung an Wech­ selstrom oder Gleichstrom einfach erreichbar ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß bei einer Schalteinrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 durch die Merkmale des kennzeichnenden Teils des Anspruchs 1 gelöst.

Ein grundlegender Gedanke der Erfindung kann darin gesehen wer­ den, den Überwachungskreis, der die zu überwachenden und betätig­ baren Schaltelemente sowie die Überwachungseinrichtung aufweist, als einfache Brückenschaltung auszulegen, in der die Überwa­ chungseinrichtung eine Verstimmung bzw. Veränderung des Brücken­ abgleichs detektiert und davon ausgehend eine entsprechende Mel­ dung bzw. Schaltung zur Einhaltung der zweifachen Fehlersicher­ heit veranlaßt.

Definitionsgemäß müssen dabei die beiden, die Last schaltenden und von einem Schaltbefehl steuerbaren Schaltelemente, die etwa gleichzeitig geschaltet werden, bei fehlerfreiem Betrieb stets einen definierten, aber unterschiedlichen Schaltzustand haben. Dieser definierte Schaltzustand bedeutet, daß ein Schaltelement geöffnet und das andere Schaltelement geschlossen ist.

In einfachster Ausführungsform handelt es sich dementsprechend um zwei einpolige Schaltelemente, z. B. mechanische Kontakte. Die steuerbaren Schaltelemente können auch steuerbare Halbleiter, wie z. B. Transistoren oder Thyristoren oder auch Oszillatoren sein bzw. sogar als Kombination derartiger Schaltelemente ausgebildet sein, wobei es jedoch wesentlich ist, daß diese Bauelemente von einem hochohmigen in einen niederohmigen Zustand und umgekehrt steuerbar sind.

Ein weiterer wesentlicher Gedanke der Erfindung besteht darin, daß die Überwachungseinrichtung, die die Verstimmung der ent­ sprechenden Brückenschaltung detektiert, von der Spannungs- bzw. Stromversorgung der Last mitversorgt wird, wobei dies üblicher­ weise durch entsprechende Spannungsteilung bzw. Stromteilung er­ folgt, so daß nur eine relativ geringfügige Energieaufnahme durch die Überwachungseinrichtung vorhanden ist. Außerdem wird eine galvanische Kopplung zwischen der Lastspannung und der Steuerspannung für die Schaltelemente vermieden.

Sofern die Überwachungseinrichtung in der Brückenschaltung eine Veränderung des im fehlerfreien Zustand vorhandenen Brückenab­ gleichs feststellt, wird über ein entsprechendes Ausgangssignal der Überwachungseinrichtung die Schalteinrichtung direkt oder indirekt in einen entsprechenden Zustand versetzt, der die Zu­ schaltung der Last, also ein Versorgen der Last mit Arbeitsspan­ nung verhindert.

Ein vorteilhaftes Prinzip der Erfindung kann darin gesehen wer­ den, die zu überwachenden und zu schaltenden Schaltelemente in Reihe in einem Brückenzweig der Brückenschaltung anzuordnen und die Last in Reihe zu einem Schaltelement vorzusehen bzw. parallel zum geschlossenen Schaltelement anzuordnen.

Die zusammen mit den zwei Schaltelementen in der Brückenschaltung weiterhin vorgesehenen Bauelemente können im einfachsten Fall zwei Widerstände, vorzugsweise hochohmige Widerstände, sein, wo­ bei die Überwachungseinrichtung bei in Reihe liegenden Schalt­ elementen zwischen den Verbindungspunkten der Schaltelemente und der Widerstände geschaltet werden kann und hiermit den Überwa­ chungspfad bildet.

Die Überwachungseinrichtung selbst ist so ausgelegt, daß ein De­ fekt in der Überwachungseinrichtung ein Zuschalten der Last ver­ hindert. Ein besonderer Vorteil des erfindungsgemäßen Prinzips mit einer Brückenschaltung besteht darin, daß hierdurch sowohl eine gleichstrommäßig sowie wechselstrommäßig geschaltete Last überwacht werden kann. Zweckmäßigerweise ist eine Entkopplung zwischen dem Last- und Überwachungskreis einerseits und dem die Schaltelemente betätigenden, insbesondere diese mit einem fehler­ sicheren Signal ansteuernden Schaltkreis vorgesehen. Diese Ent­ kopplung kann sowohl induktiv als auch opto-elektronisch oder in einer Kombination dieser Funktionsweisen erfolgen.

In einer einfachen Ausführungsform weist aus diesem Grunde die Überwachungseinrichtung mindestens eine Fotodiode auf, deren Signal sowohl visuell aufnehmbar ist als auch opto-elektronisch z. B. im Rahmen eines Optokopplers eine Betätigung oder Steuerung der Schaltelemente realisieren kann.

Ein Optokoppler in dieser Art könnte z. B. aus einer oder zwei antiparallel geschalteten Fotodioden in der Überwachungseinrich­ tung bestehen, die optisch z. B. einen Fototransistor in einem die Schaltelemente betätigenden elektronischen Schalter ansteuert. Hierdurch ist eine optimale Entkopplung zwischen dem Lastkreis und dem Steuerkreis der Schaltelemente realisiert.

Zweckmäßigerweise wird der Überwachungskreis, der die Überwa­ chungseinrichtung mit der Brückenschaltung umfaßt, nicht ständig mit Spannung versorgt, sondern erst dann zugeschaltet, wenn ein Einschaltbefehl für die zu überwachenden Schaltelemente ansteht.

Für den Fall einer Wechselstromversorgung der Last wird zweck­ mäßigerweise in der Brückendiagonale selbst eine Gleichrichter­ brücke, z. B. mit vier Dioden, vorgesehen und die Überwachungs­ einrichtung in den Gleichstrompfad dieser Gleichrichterbrücke gelegt. Eine andere Möglichkeit besteht in der antiparallelen Anordnung von z. B. zwei Fotodioden.

Um bei fehlerhaft geschlossenen beiden Schalteelementen einen per­ manenten Kurzschlußstrom des Generators zu verhindern, wird zweckmäßigerweise zwischen Generator und der Brückenschaltung ein strombegrenzendes oder stromabschaltendes Element, z. B. eine Sicherung, zwischengeschaltet. Hierdurch wird ein Abschalten der Brückenschaltung des Lastkreises im Kurzschlußfall herbeige­ führt.

Bei der Anordnung der Überwachungseinrichtung in der Brücken­ diagonale wird bevorzugterweise zwischen dem im fehlerfreien Be­ triebszustand offenen Schaltelement und der Brückendiagonale eine Diode angeordnet, damit bei fehlerhaftem, geöffnetem zwei­ ten Schaltelement ein Reststrom durch die Überwachungseinrich­ tung und die Last verhindert wird.

Im Hinblick auf die hohen Anforderungen an ein fehlersicheres Schalten einer Last kann die Überwachungseinichtung mit einer Selbsthalteeinrichtung ausgelegt werden, die nach dem Anspre­ chen bzw. der Fehlererkennen durch die Überwachungseinrichtung in Funktion tritt. Die Aufhebung dieser Selbsthaltung sollte dabei nur über ein spezielles, die Überwachungseinrichtung an­ steuerndes Signal erfolgen, so daß Fehlschaltungen vermieden werden können.

Bevorzugterweise eignet sich die Schalteinrichtung zur Verwen­ dung in einem elektronischen Schalter, speziell einem indukti­ ven Näherungsschalter, mit dem das Schalten einer Ausgangslast zweifach-fehlersicher durchgeführt wird.

Geeigneterweise kann bei der Verwendung einer Wechselspannung als Arbeitsspannung für die Last die Überwachungseinrichtung als Übertrager ausgelegt sein, dessen Primärwicklung im Überwachungs­ kreis liegt und dessen Sekundärwicklung bzw. -wicklungen zur Abschaltung der Schaltelemente benutzt wird bzw. werden.

Einzelheiten und verschiedene Ausführungsformen werden nachstehend anhand schematischer Schaltbeispiele noch näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 ein vereinfachtes Ausführungsbeispiel eines Überwachungs­ kreises in Brückenschaltung zur Erläuterung der prinzi­ piellen Funktionsweise;

Fig. 2 eine vereinfachte Darstellung der Überwachungseinrich­ tung gemäß dem Beispiel nach Fig. 1;

Fig. 3 eine weitere Ausführungsform der Überwachungseinrichtung in einer Brückenschaltung nach Fig. 1;

Fig. 4 eine erweiterte Ausführungsform des Beispiels nach Fig. 1 mit der Ansteuerung der zu überwachenden Schaltelemente über einen in einem elektronischen Schalter vorgesehenen Optokoppler;

Fig. 5 ein prinzipielles Ausführungsbeispiel der Erfindung mit unterschiedlichen Schaltzustand der Schaltelemente im fehlerfreien Betrieb, wobei die Last parallel zu einem Schaltelement liegt und

Fig. 6 eine Abänderung des Beispiels nach Fig. 5, mit der ein verzögertes Schalten der Schaltelemente erreichbar ist.

Ein Grundprinzip zur Erläuterung eines Überwachungskreises ist in Fig. 1 dargestellt. Eine Schalteinrichtung 30 weist einerseits eine Brückenschaltung 29 auf, die in Serie mit einer Last 6 ge­ schaltet ist. Die Brückenschaltung 29 und die Last 6 werden zu­ sammen von einem Generator 7 mit Spannung bzw. mit Strom versorgt.

In der Brückenschaltung 29 sind in einem Brückenzweig zu überwachende und gleichzeitig betätigbare Schaltelemente 1 und 2 vorgesehen. Im anderen Brückenzweig liegen im Beispiel nach Fig. 1 zwei Widerstände 3 und 4, die zweckmäßigerweise hochohmig gewählt werden. Die Schaltelemente 1 und 2 sowie die Widerstände 3 und 4 bilden zusammen die Brückenschaltung 29, in deren Brückenzweig bzw. zwischen den Verbindungspunkten der Schalt­ elemente 1 und 2 und dem Verbindungspunkt der Widerstände 3 und 4 eine Überwachungseinrichtung 5 geschaltet ist.

Die Überwachungseinrichtung 5 hat dabei die Funktion, eine Ver­ stimmung oder eine Veränderung des Brückenabgleichs festzustel­ len und ein entsprechendes Ausgangssignal an eine nachgeschalte­ te, hier nicht dargestellte Schaltung, zu geben.

Der Generator 7 kann prinzipiell eine Gleichspannung oder eine Wechselspannung erzeugen. Funktionell betrachtet sei zunächst angenommen, daß die Schaltelemente 1 und 2 fehlerfrei arbeiten, d. h. beide Schaltelemente 1 und 2 sind entweder offen oder gleichzeitig geschlossen.

Im Falle, daß beide Schaltelemente 1 und 2 offen sind, fließt ein Reststrom über die hochohmigen Widerstände 3 und 4 zur Last. Über die Überwachungseinrichtung 5 fällt keine Spannung ab, so daß funktionell der Brückenabgleich im Sinne von "fehlerfrei" be­ stätigt wird.

Für den Fall, daß beide Schaltelemente 1 und 2 geschlossen sind, wird die Last 6 über den kurzgeschlossenen Brückenzweig der Brückenschaltung 29 direkt an den Generator 7 gelegt. Auch in diesem Fall fällt keine Spannung über die Überwachungseinrich­ tung 5 ab.

Schaltungstechnisch wird vorausgesetzt, daß die Schaltelemente 1 und 2 unabhängig voneinander von separaten Bauelementen ange­ steuert werden. Da als Fehler definiert ist, daß eines der Schaltelemente 1 und 2 bei Betätigung einen anderen Schaltzustand als das andere einnimmt, wird z. B. der Fall betrachtet, daß das eine Schaltelement 1 geschlossen und das andere Schaltelement 2 offen ist. Für diesen Fall fließt über das geschlossene Schalt­ element 1, die Überwachungseinrichtung 5 und den Widerstand 4 ein Strom zur Last 6. Dies bedeutet, daß die Überwachungseinrich­ tung 5 eine Veränderung des ursprünglichen Brückenabgleichs fest­ stellt, so daß dies als "Fehler" detektiert wird. Die Weiterschal­ tung eines entsprechenden Ausgangssignals zur Überwachungsein­ richtung 5 wird anhand des Beispiels nach Fig. 4 noch erläutert.

Mit anderen Worten wird beim Versagen eines der beiden Schalt­ elemente 1 oder 2 die Überwachungseinrichtung 5 mit Spannung ver­ sorgt, so daß als Reaktion darauf ein oder beide Schaltelemente 1, 2 abgeschaltet werden.

Prinzipiell gesehen kann die Brückenschaltung 29 auch so ausgelegt sein, daß in der Phase des normalerweise bestehenden Brückenab­ gleichs als Indiz für die Fehlerfreiheit ein Ausgangssignal erzeugt wird, wohingegen bei einem Fehler ein Ausgangssignal eines unterschiedlichenPegels vorhanden ist.

Im Beispiel nach Fig. 1 ist die zweifache Fehlersicherheit der Schalteinrichtung dadurch gegeben, daß beispielsweise sowohl die Überwachungseinrichtung 5 als auch eines der Schaltelemente 1 oder 2 versagen kann, ohne daß die Last 6 an die Arbeitspannung des Generators 7 geschaltet wird. Erst bei mindestens drei Feh­ lern würde die Last 6 unzulässigerweise mit Spannung versorgt wer­ den.

Das Beispiel nach Fig. 2 entspricht im wesentlichen dem Bei­ spiel nach Fig. 1, wobei jedoch die Überwachungseinrichtung 5 antiparallel geschaltete Fotodioden 31 und 32 aufweist. Diese Fotodioden 31 und 32 können entweder direkt oder indirekt über Verstärkerelemente beim Ansprechen der Überwachungseinrichtung 5, also bei einer Fehlererkennung, angesteuert werden. Die entspre­ chende Fotodiode 31 bzw. 32 kann dann, wie später zu Fig. 4 aus­ geführt wird, einen Fototransistor 23 ansteuern. Das Ausgangssi­ gnal des Fototransistors 23 kann dazu benutzt werden, die Schaltelemente 1 bzw. 2 entsprechend anzusteuern und insbesonde­ re abzuschalten. Je nachdem, welche Fotodiode 31 oder 32 an­ spricht, kann bei Gleichspannungsbetrieb zusätzlich festgestellt werden, welches der beiden Schaltelemente 1 oder 2 fehlerhaft ist.

Im Hinblick auf vorzugsweise einen Wechselspannungsbetrieb ist das Beispiel nach Fig. 3 geeignet. Um eine unterschiedliche Polaritätsansteuerung der Überwachungseinrichtung 5 zu ermei­ den, ist die Einschaltung eines Brückengleichrichters 33 in den Überwachungszweig zweckmäßig. Dieser Brückengleichrichter 33 besteht in bekannter Weise aus vier gegeneinander geschalteten Dioden. Zwischenden Anschlußpunkten 35 und 36 des Brückengleich­ richters 33 ist dann z. B. eine Fotodiode 34 als Kern der eigent­ lichen Überwachungseinrichtung 5 vorgesehen. Diese Fotodiode 34 wird daher im Gleichstrombetrieb betrieben.

In Fig. 4 ist beispielhaft dargestellt, wie ein fehlersicherer elektronischer Schalter 19 in Verbindung mit der Schalteinrichtung 30 arbeitet. Der elektronische Schal­ ter 19 entspricht im Prinzip in seinem Aufbau dem Schalter nach der DE-PS 24 00 723. Im Beispiel nach Fig. 4 steuern die Sekun­ därwicklungen 21 und 22 eines Übertragers des elek­ tronischen Schalters 19 zwei Schaltelemente 15 und 16. Der als Schaltelement 15 verwendete PNP-Transistor liegt mit seiner Basis an der Anode einer Diode 28, die kathodenseitig über einen Widerstand 27 an die Sekundärwicklung 22 gelegt ist. Die Sekundärwicklung 22 liegt mit dem anderen Anschlußpunkt am Emitter des Transistors 15.

Das Schaltelement 16 ist als NPN-Transistor ausgelegt, dessen Emitter gegen die Last 6 und gegen einen Anschlußpunkt der Sekun­ därwicklung 21 liegt. Der andere Anschlußpunkt der Sekundärwick­ lung 21 ist über einen Widerstand 27 aus die Anode einer Diode 28 geführt, deren Kathode an der Basis des Transistors 16 liegt.

Sofern ein Versagen eines der Schaltelemente 15 oder 16 vorliegt, steuert die Überwachungseinrichtung 5 den Fototransistor 23 im elektronischen Schalter 19 an und schließt die Primärwicklung 20 des Übertragers kurz. Dadurch wird der Schaltbefehl für die beiden Schaltelemente 15 und 16 aufgehoben. Im Beispiel nach Fig. 4 wird der elektronische Schalter 19 über eine separate Versorgungsspannung 24 versorgt. Hiervon kann jedoch abgesehen werden, so daß die Arbeitsspannung des Generators 7 auch zur Spannungsversorgung des elektronischen Schalters 19 herangezogen wird.

In einer anderen - nicht dargestellten - Ausführungsform kann es im Hinblick auf einen Wechselspannungsbetrieb zweckmäßig sein, die Überwachungseinrichtung prinzipiell als einen Übertrager aus­ zubilden. Hierbei würde die Primärwicklung des Übertragers im Überwachungszweig liegen und dessen Sekundärwicklung(en) zur Ab­ schaltung der entsprechenden Schaltelemente herangezogen werden.

Bei Verwendung von Widerständen 3 und 4 in der Brückenschaltung 29 sind diese zweckmäßigerweise gegenüber der zulässigen Last 6 hochohmig ausgebildet. Dies hat den Vorteil, daß die Ver­ lustleistung gering gehalten wird und im Falle keiner besonderen Maßnahme zur Vermeidung eines Reststroms in der Last 6 der Reststrom durch die Last 6 gering ist. Wie vorausgehend aufge­ zeigt, können auch anstelle der Widerstände 3 und 4 andere ge­ eigenete Bauelemente, z. B. Kondensatoren, Drosseln, Halbleiter, Halbleiter-Kombinationen z. B. in Form von Stromkonstantern, ver­ wendet werden.

In den Schaltungen nach den Fig. 1 bis 4 wurde zur Verdeutli­ chung der Funktionsweise ein "gleichsinniges" Arbeiten der bei­ den Schaltelemente zugrundegelegt. Beide Schaltelemente sind da­ her im fehlerfreien Betrieb der Schalteinrichtung entweder gleichzeitig geöffnet oder gleichzeitig geschlossen.

Das Grundprinzip der Schalteinrichtung 30 gemäß der Erfindung ist nunmehr in Fig. 5 dargestellt. Im Gegensatz zu den Beispielen nach den Fig. 1 bis 4 arbeiten die Schaltelemente 1, 2 gegen­ sinnig, d. h. im fehlerfreien Betrieb ist jeweils das eine Schalt­ element 1, 2 offen und das andere Schaltelement 2, 1 ge­ schlossen. Die Last 6 wird dabei parallel zu dem Schaltelement 2, 1 geschaltet, das im Zustand, in dem die Last 6 abgeschaltet oder kurzgeschlossen ist, geschlossen ist. Die Schalteinrichtung 30 bzw. die Brückenschaltung 29 ist direkt an die Arbeitsspannung (von 7) angeschaltet.

Die Wirkungsweise der Schalteinrichtung 30 nach Fig. 5 ist folgende:
Ist im an sich abgeschalteten Zustand der Last 6 das eine Schaltele­ ment 1 offen und das andere Schaltelement 2 geschlossen, kann durch die Last 6 kein Strom fließen. Über den Widerstand 3 und das andere Schaltelement 2 fließt in diesem Zustand in die Überwachungsein­ richtung 5, die in der Brückendiagonale angeordnet ist, Strom aus dem Generator 7. Damit detektiert die Überwachungseinrichtung 5, die beispielsweise ausgebildet ist wie in Fig. 2 dargestellt, daß das andere Schaltelement 2 geschlossen ist und somit kein Fehler an diesem Schaltelement 2 vorliegt.

Zum Zuschalten der Last 6 wird das eine Schaltelement 1 geschlossen und gleichzeitig das andere Schaltelement 2 geöffnet. Die Last 6 wird nunmehr direkt über das eine Schaltelement 1 an die Arbeitsspannung (von 7) geschaltet. Die Überwachungseinrichtung 5 wird weiterhin über das eine Schaltelement 1 und den Widerstand 4 mit Strom versorgt, so daß der ordnungsgemäße Zustand detektiert werden kann.

Wird durch einen Fehler z. B. das andere Schaltelement 2 bei an sich ab­ geschalteter Last 6 (Fig. 5) geöffnet, so fließt durch die Über­ wachungseinrichtung 5 ein geringerer Strom, der abhängig ist von der Größe des Widerstandes der Last 6. Die Überwachungseinrich­ tung 5 detektiert diese Abweichung und führt den ihr zugeordneten Befehl aus. Durch Einschalten einer Diode 41 in die Verbindungs­ leitung zwischen den Schaltelementen 1 und 2 in der Form, daß die Last 6 parallel zur Reihenschaltung von Diode 41 und Schaltelement 2 und an der Anode der Diode 41 liegt, kann das Verhalten der Schalteinrichtung 30 verbessert werden. Im vorher an­ genommenen Fehlerfall wird nunmehr die Überwachungseinrichtung 5 nicht mehr mit Strom versorgt und durch die Last 6 fließt auch im Fehlerfall kein Reststrom.

Wird das eine Schaltelement 1 fehlerhaft geschlossen, ohne daß das andere Schaltelement 2 öffnet, so fließt durch die Last 6 kein Strom, da die Arbeitsspannung vom Generator 7 über die beiden Schalt­ elemente 1 und 2 kurzgeschlossen ist. Die Überwachungseinrich­ tung 5 wird in diesem Zustand ebenfalls nicht mit Strom versorgt und detektiert den Fehler.

Um zu verhindern, daß in diesem Fehlerfall der mögliche Kurz­ schlußstrom des Generators 7 dauernd durch die Schaltelemente 1 und 2 fließt, wird zweckmäßigerweise in Reihe mit dem Generator 7 ein strombegrenzendes oder stromabschaltendes Element 40 vorgesehen. Dieses Element 40 kann dabei beispielsweise eine Sicherung, ein Widerstand, ein temperaturabhängiger Widerstand, vorzugsweise ein Kaltleiter, oder eine elektronische Strombegrenzungsschal­ tung sein, das innerhalb oder außerhalb der Schalteinrichtung 30 angeordnet sein kann.

Das gemäß Fig. 5 realisierte Prinzip bietet mehrere Vorteile. Einerseits fließt durch die Last 6 im Fehlerfall kein Reststrom. Andererseits fließt der Laststrom nur durch ein Schaltelement 1, 2. Des weiteren ist die Last 6 im abgeschalteten Zustand kurzgeschlos­ sen, was eine erhöhte Sicherheit gegen eventuell eingestreute Spannungen in die Lastzuleitungen bedeutet. Ein weiterer Vorteil kann darin gesehen werden, daß die Last 6 im Prinzip jedem der bei­ den Schaltelemente 1 und 2 parallel geschaltet werden kann, was eine Um­ kehr der Wirkungsrichtung mit sich bringt, ohne daß ein Eingriff in die Schalteinrichtung 30 vorgenommen werden muß.

Selbstverständlich ist es auch möglich, bei dem Schaltungsprin­ zip nach Fig. 5 die Brückendiagonale kurzzuschließen und dann die Überwachungseinrichtung 5 bei entsprechender Ausbildung parallel zu einem Brückenelement 3 oder 4 zu schalten.

Ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung nach Fig. 5 ist in Fig. 6 dargestellt. Durch eine Diode 42, die in Reihe mit der Schalteinrichtung 30 liegt, und einen zweckmäßigerweise parallel zur Schalteinrichtung 30 vorgesehenen Kondensator 43 wird erreicht, daß die Schalteinrichtung 30 bzw. die Brücken­ schaltung 29 nur mit Gleichspannung betrieben wird, auch wenn die Spannung am Generator 7 eine Wechselspannung ist. Dabei fließt durch die Last 6 im angeschalteten Zustand jedoch der Wechselstrom. Mit einem Transistor (npn-Transistor) 44, dessen Basis-Emitter- Strecke in Reihe mit der Überwachungseinrichtung 5 in die Brückendiagonale eingeschaltet ist, kann folgende Wirkung erreicht werden.

Im abgeschalteten Zustand der Last 6 ist der Transistor 44 auf­ gesteuert, da ein Basisstrom fließt. Der Kollektor des Transi­ stors 44 ist so geschaltet, daß hierüber in diesem Zustand ein Schließen des einen Schaltelements 1 verhindert wird. Wird nunmehr an die beiden Schaltelemente 1 und 2 der Befehl gegeben, die Last 6 einzuschalten, wofür das Schaltelement 2 geöffnet und das Schaltelement 1 ge­ schlossen werden muß, so kann dieser Befehl zunächst nur vom anderen Schaltelement 2 ausgeführt werden. Sobald das andere Schaltelement 2 geöffnet hat, wird die Basis des Transistors 44 stromlos und der Transistor 44 hebt den Sperrbefehl für das eine Schaltelement 1 auf. Damit in dieser kurzen Übergangszeit die Überwachungsein­ richtung 5 nicht wirksam werden kann, wird zweckmäßigerweise das Ansprechen der Überwachungseinrichtung 5 etwas verzögert. Der Vorteil dieser Anordnung liegt darin, daß auch in der kurzen Übergangszeit - bei nicht gleichzeitigem Arbeiten der Schalt­ elemente 1 und 2 - die Spannung des Generators 7 nicht kurzge­ schlossen wird.

Claims (12)

1. Schalteinrichtung
für das Schalten einer Last in einem Lastkreis
mit einer Überwachungseinrichtung und
mit mindestens zwei im wesentlichen gleichzeitig von einem Schaltbefehl steuerbaren Schaltelementen, die bei fehler­ freiem Betrieb jeweils einen definierten Schaltzustand zum Schalten der Last einnehmen,
dadurch gekennzeichnet,
daß die mindestens zwei steuerbaren Schaltelemente (1, 2) zusammen mit minestens zwei weiteren Bauelementen (3, 4) eine Brückenschaltung (29) bilden,
daß die Last (6) in Reihe zu einem Schaltelement (1) vorgesehen ist,
daß die Überwachungseinrichtung (5) die Brückenschaltung (29) auf eine Veränderung des Brückenabgleichs überwacht und in Abhängigkeit von der Arbeitsspannung (von 7) für die Last (6) betrieben ist, und
daß bei einem vorliegenden Fehler an einem Schaltelement (1, 2) die Überwachungseinrichtung (5) das noch funk­ tionsfähige andere Schaltelement (2, 1) so steuert, daß ein Zuschalten der Last (6) verhindert ist.

2. Schalteinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Last (6) in der Brückenschaltung (29) vorgesehen ist.

3. Schalteinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß bei einem definierten Schaltzustand im fehlerfreien Be­ trieb, bei dem das eine Schaltelement (1) geöffnet und das andere Schaltelement (2) geschlossen ist, die Last parallel zum geschlossenen Schaltelement (2) vorgesehen ist.

4. Schalteinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß in Reihe zu einem Generator (7) für die Arbeitsspannung und zur Brückenschaltung (29) ein strombegrenzendes oder strom­ abschaltendes Element (40) vorgesehen ist.

5. Schalteinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß auch bei einer Wechselspan­ nung als Arbeitsspannung (von 7) die Brückenschaltung (29) mit Gleichspannung betrieben ist.

6. Schalteinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Überwachungseinrichtung (5) in der Brückendiagonale angeordnet ist.

7. Schalteinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß in der Überwachungseinrichtung (5) mindestens eine Foto­ diode (31, 32; 34) vorgesehen ist.

8. Schalteinrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die mindestens eine Fotodiode (31, 32; 34) über einen Optokoppler (23, 26) die Schaltelemente steuert.

9. Schalteinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Überwachungseinrichtung (5) eine Gleichrichter­ brücke (33) mit der Fotodiode (34) im Gleichstrompfad (35, 36) dieser Gleichrichterbrücke (33) aufweist.

10. Schalteinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß ein Steuerelement (44) in Reihe zur Überwachungsein­ richtung (5) in der Brückendiagonale zur Blockierung des Schaltens mindestens eines Schaltelementes (1, 2) vorge­ sehen ist.

11. Schalteinrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Steuerelement (44) ein mit seiner Basis-Emitter- Strecke in der Brückendiagonale liegender Transistor ist, über dessen Kollektor die Blockierung oder Freigabe, insbesondere des offenen Schaltelementes (1) erfolgt.

12. Schalteinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß sie in einem elektronischen Schalter zur Schaltung von dessen Ausgangslast verwendet wird.