DE4438039A1

DE4438039A1 - Elektronisches Schaltgerät für die Erfassung des Betätigungszustandes von taktilen Sensoren

Info

Publication number: DE4438039A1
Application number: DE4438039A
Authority: DE
Original assignee: LEON HELMA CHRISTINA
Current assignee: LEON HELMA CHRISTINA
Priority date: 1994-10-25
Filing date: 1994-10-25
Publication date: 1996-05-02

Description

Die Erfindung betrifft eine Sicherheitseinrichtung, insbesondere zum Schutz von Personen und/oder Objekten nach dem Oberbegriff des Pa tentanspruches 1.

Aus der DE-OS 42 10 848 ist eine Sicherheitseinrichtung, insbesondere zum Schutz von Personen und/oder Objekten, bekannt, die eine mit zu mindest einer einen elektrischen Abschluß zugeordneten Meßstelle, wo bei die Meßstelle als taktiler Sensor ausgebildet ist, versehene Auswer teeinheit aufweist, der ein von der Meßstelle abgebbares Signal zuführbar ist und in Abhängigkeit des Signales eines Schalteinrichtung betätigbar ist. Diese Einrichtung hat den Nachteil, daß das von der Meßstelle ab gebbare Signal nicht zuverlässig auswertbar ist, so daß beispielsweise für den Fall, daß die Meßstelle betätigt ist und das Signal als ein solches für eine Nichtbetätigung erkannt wird, es zu einer Gefahr von Personen oder Objekten kommen kann. Darüberhinaus läßt diese bekannte Sicher heitseinrichtung nur eine Meßstelle zu, die mit einem ohmschen Ab schlußwiderstand abgeschlossen ist. Daher arbeitet diese bekannte Sicherheitseinrichtung nicht zuverlässig, ist für den Fall, daß eine Kompo nente defekt ist, nicht redundant aufgebaut, ist nicht gegen den Ausfall einer Spannungsversorgung gesichert und erfüllt nicht die Vorschriften hinsichtlicher der elektromagnetischen Verträglichkeit.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, die obengenannten Nachteile zu vermeiden und eine Sicherheitseinrichtung bereitzustellen, die einfach aufgebaut ist, kostengünstig realisierbar ist und Vorschriften hinsichtlich der Fehlersicherheit berücksichtigt. Ein weiterer spezieller Aspekt der Aufgabe ist darin zu sehen, daß die Sicherheitseinrichtung und ihre einzelnen Komponenten hinsichtlich einer elektromagnetischen Ein strahlung abgeschirmt ist.

Diese Aufgabe ist durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentan spruches 1 gelöst. Weitere Ausbildungen der erfindungsgemäßen Sicher heitseinrichtung sind in den Unteransprüchen angegeben, in den Fig. 1 bis 6 gezeigt und im folgenden anhand der Figuren beschrieben.

Fig. 1
Die erfindungsgemäße Sicherheitseinrichtung (im folgenden auch als Schaltgerät bezeichnet) kann für eine Wechselspannung sowie für eine Gleichspannung als Versorgungsenergie (Versorgungsspannung) ausge legt sein, wobei die Auswerteeinheit eine vorgebbare elektrische Spannung an die Meßstelle abgibt und die Auswerteeinheit zur kontinuier lichen Auswertung des von der Meßstelle abgegebenen Signales (insbesondere ein Spannungsabfall) im betätigten und unbetätigten Zu stand der Meßstelle sowie derart ausgebildet ist, daß der elektrische Ab schluß automatisch erkennbar ist. Der zweipolige Anschluß der Meßstelle hat den Vorteil, daß sich der Verdrahtungsaufwand und somit die Anzahl der Klemmen verringert. Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Sicherheitseinrichtung ist darin zu sehen, daß die Auswerteeinheit derart ausgebildet ist, daß der elektrische Abschluß automatisch erkannt wird. Daher ist es möglich, die Sicherheitseinrichtung mit verschiedenen und wählbaren elektrischen Abschlüssen (wie zum Beispiel ein ohmscher Widerstand R, eine Diode D oder auch ein komplexer, also frequenz abhängiger Abschlußwiderstand) zu betreiben, wodurch sich ein weites Einsatzgebiet ergibt.

Ein Netzteil 1 besteht bei Schaltgeräten, die mit einer Wechselspannung als Versorgungsspannung arbeiten, aus einem Trenntransformator und einem Gleichrichter. Dem Netzteil 1 nachgeschaltet sind zwei Schaltein richtungen 2.1 und 2.2. Diese bestehen aus den elektromagnetisch ange triebenen Relais K1 und K2, den Ladekondensatoren C1 und C2 und den elektronischen Schaltern S1 und S2.

Weiterhin ist in Fig. 1 gezeigt, daß eine Meßstelle M vorgesehen ist, die mit einer Diode D abgeschlossen ist. Das Ausgangssignal von der Meß stelle M wird an zwei Auswerteeinheiten 4.1 und 4.2 abgegeben, wobei an den Stromkreisen zu den Auswerteeinheiten 4.1 und 4.2 Filtereinrichtun gen 3.1 und 3.2 (beispielsweise Optokoppler oder speziell ausgelegte Massenflächen) vorgesehen sind, die zur Verhinderung einer elektro magnetischen Einstrahlung ausgebildet sind. Diese sind insbesondere derart ausgebildet, daß eine elektromagnetische Einstrahlung mit einer Feldstärke von mehr als 5 V/m (insbesondere mehr als 10 V7m) wirksam vermieden wird. Das Vorhandensein zweier getrennter Auswerteeinheiten 4.1 und 4.2 hat den Vorteil, daß die Sicherheitseinrichtung redundant auf gebaut ist, wobei darüberhinaus die Filtereinrichtungen 3.1 und 3.2 den Vorteil haben, daß eine elektromagnetische Einstrahlung von außen wirk sam vermieden wird, die ansonsten zu einer Beeinträchtigung der Arbeitsweise oder zu Fehlsignalen der Sicherheitseinrichtung führen könnte.

Die Aufgabe der Schalteinrichtungen 2.1 und 2.2 ist es, zum einen einen Arbeitskreis A, an dem üblicher Weise ein Schütz oder ein anderes elektrisches Schaltelement angeschlossen sein kann, über die beiden in Reihe geschalteten Kontakte 1a/1b und 2a/2b im Betätigungsfall der Meßstelle M sicher abzuschalten. Zum anderen wird bei Anlegen der Ver sorgungsspannung über die Wechslerkontakte 1c/1d/1e sowie 2c/2d/2e ein Selbsttest der Sicherheitseinrichtung durchgeführt.

Dies geschieht auf folgende Weise:

Im ersten Moment der Energiezuführung werden die Ladekondensatoren C1 und C2 über die Öffnerkontakte 1c/1d und 2c/2d der Schaltrelais K1 und K2 aufgeladen, wobei an dem Kondensator C1 die Versorgungs spannung für die Auswerteeinheit 4.2 und an dem Kondensator C2 die Versorgungsspannung für die Auswerteeinheit 4.1 erzeugt wird. Nach erfolgreicher Aufladung der beiden Kondensatoren werden in den Auswer teeinheiten 4.1 und 4.2 Schaltsignale erzeugt, die die elektronischen Schalter S1 und S2 ansteuern und die Erregerwicklung der Schaltrelais K1 und K2 an Spannung legen. Die Ladung der Kondensatoren, und damit die Spannungsversorgung der Auswerteeinheiten 4.1 und 4.2, wird nun über die Schließerkontakte 1c/1e und 2c/2e der Schaltrelais aufrechterhalten. Durch diese Schaltungsanordnung ist sichergestellt, daß ein Selbsttest durchgeführt und im Fehlerfall eines Bauteils der Ausgang des Arbeitskreises A mit den in Reihe geschalteten Kontakten 1a/1b und 2a/2b der Relais K1 und K2 die Freigabe eines kraftbetätigten Prozesses nicht eingeschaltet wird. D.h., daß die Schalteinrichtung 2.1 beziehungsweise 2.2 mindestens zwei Kontakte in ihrem Arbeitskreis A und/oder mindestens einen. Kontakt in wenigstens zwei Arbeitskreisen aufweist.

Fehlerbetrachtung:

a) Es ist denkbar, daß einer der Kondensatoren C1 oder C2 seinen Kapazitätswert verliert oder einen Kurzschluß hat. In diesem Fall würde den Auswerteeinheiten 4.1 oder 4.2 nicht genügend oder keine Energie (Spannung) zur Verfügung gestellt, um das Schalt signal für die elektronischen Schalter S1 oder S2, die vorzugsweise Transistoren sind, zu erzeugen oder aufrechtzuerhalten. Das Relais K1 oder K2 könnte in diesem Fall nicht anziehen beziehungsweise würde abfallen und den Arbeitskreis über die Schließkontakte 1a/1b oder 2a/2b nicht einschalten beziehungsweise öffnen.
b) Als weiterer Fehler wäre denkbar, daß einer der elektronischen Schalter S1 oder S2 das Schaltsignal der Auswerteeinheit 4.1 oder 4.2 nicht weiterverarbeitet, oder eine Auswerteeinheit oder beide Auswerteeinheiten selbst kein Signal zur Ansteuerung der Schalter liefert und eines der Schaltrelais nicht erregt wird. In diesem Fall wird der Arbeitskreis ebenfalls nicht geschlossen.

Der umgekehrte Fall, daß einer der Schalter S1 oder S2 einen Kurzschluß aufweist oder der Auswertekreis ein Signal liefert, das die Schalter stetig ansteuert, wodurch eines der Relais ständig er regt ist und die Redundanz des Arbeitskreises verloren wäre, ist genauso denkbar.

In diesen Fall würde bei Betätigung der Meßstelle M das Relais den Arbeitskreis abschalten, dessen Schalter S1 oder S2 noch fehlerfrei arbeitet.

Ein erneutes Einschalten des Arbeitskreise ist jedoch nicht mehr möglich.

Unter der Annahme, der Schalter S1 weise einen Kurzschluß auf, beziehungsweise die Auswerteeinheit 4.1 liefert ein stetiges Aus gangssignal, und damit das Relais K1 bei Betätigung der Meßstelle M nicht abfällt, wird der Kontakt 1c/1d nicht geschlossen. Der Kon densator C1 wird folglich nicht aufgeladen und somit steht der Aus werteeinheit 4.2 keine Spannungsversorgung zur Erzeugung eines erneuten Einschaltsignals für K2 zur Verfügung (oder umgekehrt), wenn der Betätigungszustand der Meßstelle M aufgehoben wird.

d) Denkbar ist auch ein Kurzschluß im Arbeitskreis A, wodurch es zu einem Verschweißen oder Verkleben der Relaiskontakte kommen könnte. Hiervor sind die Relaiskontakte durch eine in der Sicher heitseinrichtung eingebaute Sicherung 11 geschützt. Alternativ dazu sind die Relais mit zwangsgeführten Kontakten ausgestattet, so daß bei einem Verschweißen der Schließkontakte die Öffnerkontakte im entregten Zustand nicht schließen können und die Kondensatoren C1 und C2 nicht aufgeladen werden können.

Den Auswerteeinheiten 4.1 und 4.2 wird die Versorgungsspannung über die Filtereinrichtungen 3.1 und 3.2 zugeführt. Ebenso ist die Meßstelle M über eine weitere Filtereinrichtung 5 an die Auswerteeinheit 4.1 bezie hungsweise 4.2 angeschlossen. Diese Filtereinrichtungen machen das Gerät unempfindlich gegen elektromagnetische Einstrahlungen (insbesondere gemäß VDE 0843, Teil 3).

Das in den Auswerteeinheiten 4.1 und 4.2 erzeugte Schaltsignal wird über die Betriebsspannungs-Detektoreinrichtungen 6.1 und 6.2 den Schaltern S1 und S2 zugeführt. Durch diese Schaltkreise wird sichergestellt, daß der Arbeitskreis A bei betätigter Meßstelle M nicht schließen kann, wenn die Spannungsversorgung langsam herauf- oder heruntergeregelt oder plötzlich ein- und ausgeschaltet wird.

Weiterhin ist eine Einrichtung vorgesehen, die für den Fall, daß eine Ver sorgungsspannung der Sicherheitseinrichtung sich unzulässig ändert, bei Betätigung der Meßstelle M oder schon erfolgter Betätigung der Meßstelle M die zumindest eine Schalteinrichtung 2.1 oder 2.2 einen definierten Zu stand einnimmt beziehungsweise den eingenommenen definierten Zu stand einhält. Eine Einrichtung dieser Art kann beispielsweise als zusätz liches Netzteil oder als Pufferbatterie beziehungsweise Akku ausgestaltet sein, der ausgangsseitig dem Netzteil 1 zugeordnet ist und sowohl die Spannungsversorgung für die einzelnen Komponenten der Sicherheitsein richtung (wie insbesondere die Spannungsversorgung der Auswerteein heiten) übernimmt und zusätzlich dafür sorgt, daß die Schalteinrichtungen nach Betätigung oder bei Betätigung der Meßstelle M ebenfalls betätigt werden oder in einem betätigten Zustand gehalten werden. Damit ist auch für den Fall, daß bei oder nach Betätigung der Meßstelle M die Versor gungsspannung ausfällt, die Schalteinrichtung 2.1 oder 2.2 beziehungs weise die Schalteinrichtungen 2.1 und 2.2 zuverlässig in Betrieb gesetzt werden beziehungsweise gehalten werden.

Die Geräte können optional mit einem Zeitkreis 7 (zeitbestimmende Ein richtung) ausgestattet sein, der bewirkt, daß nach Anlegen der Versor gungsspannung die Meßstelle M innerhalb einer bestimmten voreinstell baren Zeit betätigt werden muß, bevor der Arbeitskreis A geschlossen wird.

Eine Einrichtung 8 (Widerstand) kann optional in Reihe oder parallel mit der Meßstelle M geschaltet werden. Durch Eindringen von Feuchtigkeit in die Meßstelle M kann sich der Übergangswiderstand zwischen Betätigungs- und Kontaktfläche verringern. Die Folge ist, daß der Arbeits kreis A geöffnet wird, obwohl die Meßstelle M nicht betätigt ist und der Antrieb nicht in Bewegung gesetzt werden kann. Mit dieser Einrichtung 8 wird gewährleistet, daß die Sicherheitseinrichtung auch unter diesen Be dingungen fehlerfrei arbeitet.

Bei der in Fig. 1 gezeigten Sicherheitseinrichtung wird die Meßstelle M an eine im Gerät erzeugte Wechselspannung angeschlossen. Diese Wechselspannung kann zum einen in einer zweiten Sekundärwicklung des Netztransformators, zum anderen in einem separat im Gerät aufge bauten Wechselspannungs-Generator 9 erzeugt werden. D.h. also, daß die Spannungsversorgung für die vorgebbare Spannung und die Schalt einrichtung durch das Vorhandensein eines separat im Gerät aufgebauten Wechselspannungs-Generators 9 voneinander getrennt sind.

Sind die Geräte mit dem Wechselspannungs-Generator 9 ausgestattet, kann die Frequenz der Meßspannung variabel sein und von der 50 Hz Netzfrequenz abweichen. Höhere Frequenzen als die Netzfrequenz haben den Vorteil, daß die Betätigung der Meßstelle M schneller erfaßt und aus gewertet wird. An das Ende der Meßstelle M wird bei diesen Geräten als Abschluß eine Diode D geschaltet.

In den Auswerteeinheiten 4.1 und 4.2 wird die an die Meßstelle M ange legte Wechselspannung in je zwei aktiven Gleichrichtern dergestalt gleichgerichtet, daß eine positive und eine negative Gleichspannung gegen Massepotential gewonnen wird. Eines dieser Potentiale wird dazu verwendet, den Leiterbruch zur Meßstelle M zu detektieren. Den Gleich richtern nachgeschaltet sind Komparatoren, deren Schaltschwelle über die Widerstandsnetzwerke 4.11 und 4.12 festgelegt werden kann und das Spannungssignal der betätigten beziehungsweise unbetätigten Meßstelle M auswerten. Über logische Verknüpfung werden die Signale der Kompa ratoren an die Schalteinrichtungen 2.1 und 2.2 und damit den Schaltern S1 und S2 sowie an zumindest eine Anzeigeeinheit 10 geleitet, wobei in einer besonderen Ausgestaltung die Anzeigeeinheit 10 drei verschieden farbige LED′s (Leuchtdioden) aufweist, mit der die verschiedenen Zu stände, wie zum Beispiel "Betätigung" der Meßstelle M, "Nichtbetätigung" der Meßstelle M und "Leiterbruch" anzeigbar sind. Weiterhin ist es denk bar, die Schaltschwelle anstelle in den Widerstandsnetzwerken 4.11 und 4.12 in zumindest einer Speichereinheit, die wenigstens einer Auswerte einheit zugeordnet ist, abzulegen und die verschiedenen Schaltschwellen in Abhängigkeit des von der Meßstelle M abgegebenen Signales abzuru fen. Weiterhin können die Geräte mit einer Testeinrichtung 12 ausge stattet sein, mit der die Auswerteeinheiten auf Funktion überprüft werden können, ohne das die Meßstelle M betätigt wird.

Fig. 2
Die Meßstelle M wird bei der in Fig. 2 gezeigten Sicherheitseinrichtung an eine in den Auswerteeinheiten 4.1 und 4.2 erzeugte Referenzspannung (insbesondere eine Referenz-Gleichspannung) angeschlossen und am Ende mit einem Widerstand R abgeschlossen.

Die Schaltschwelle der Auswerteeinheit ist über ein Widerstandsnetzwerk 4.11 und 4.12 programmierbar. In den Auswerteeinheiten 4.1 und 4.2 wird der Spannungsabfall über der Meßstelle M überwacht. Befindet sich die ser in einem durch die Widerstandsnetzwerke 4.11 und 4.22 vorgegebe nen Fensterbereich, wird das Schaltsignal zur Ansteuerung der Ausgangs relais K1 und K2 erzeugt und die grünen LED′s der Anzeigeeinheiten 10 sind angesteuert. Bei betätigter Meßstelle M sinkt der Spannungsabfall unter den Wert des vorgenannten Fensterbereichs. Von den Auswerteein heiten 4.1 und 4.2 wird das Signal zum Entregen der Ausgangsrelais erzeugt, der Arbeitskreis A geöffnet und die roten LED′s der Anzeigeein heiten 10 leuchten. Bei einer Unterbrechung des Stromkreises zur Meß stelle M steigt der Spannungsabfall über die obere Fenstergrenze, die Auswerteeinheiten 4.1 und 4.2 erzeugen ein Signal zur Entregung der Ausgangsrelais und die "Störung" wird durch die gelben LED′s der Anzei geeinheiten 10 signalisiert.

Die Geräte können optional mit einem Zeitkreis 7 ausgestattet sein, der bewirkt, daß nach Anlegen der Versorgungsspannung die Meßstelle M innerhalb einer bestimmten voreinstellbaren Zeit betätigt werden muß, bevor der Arbeitskreis A geschlossen wird. Eine Einrichtung 8 (Widerstand) kann optional in Reihe mit der Meßstelle M geschaltet wer den. Durch Eindringen von Feuchtigkeit in die Meßstelle M kann sich der Übergangswiderstand zwischen Betätigungs- und Kontaktfläche verrin gern. Die Folge ist, daß der Arbeitskreis A geöffnet wird obwohl die Meß stelle M nicht betätigt ist und der Antrieb nicht in Bewegung gesetzt wer den kann. Mit dieser Einrichtung 8 wird gewährleistet, daß die Sicher heitseinrichtung auch unter diesen Bedingungen fehlerfrei arbeitet. Ebenso können die Geräte mit einer Testeinrichtung 12 ausgestattet sein, mit der die Auswerteeinheiten 4.1 und 4.2 auf Funktion überprüft werden kann, ohne daß die Meßstelle M betätigt wird.

Fig. 3
Die Meßstelle M wird an eine in der Auswerteeinheit 4 erzeugte Referenzspannung (Referenz-Gleichspannung) angeschlossen und am Ende mit einem Widerstand R abgeschlossen. Die Schaltschwelle der Auswerteeinheit 4 ist über ein Widerstandsnetzwerk 4.11 programmier bar. In der Auswerteeinheit 4 wird der Spannungsabfall über der Meß stelle M überwacht. Befindet sich dieser in einem durch das Wider standsnetzwerk 4.11 vorgegebenen Fensterbereich, wird das Schaltsignal zur Ansteuerung der Ausgangsrelais K erzeugt und die grüne LED der An zeigeeinheit 10 ist angesteuert. Bei betätigter Meßstelle M sinkt der Spannungsabfall unter den Wert des vorgenannten Fensterbereichs. Von der Auswerteeinheit 4 wird das Signal zum Entregen des Ausgangsrelais erzeugt, der Arbeitskreis A geöffnet und die rote LED der Anzeigeeinheit 10 leuchtet. Bei einer Unterbrechung des Stromkreises zur Meßstelle M steigt der Spannungsabfall über die obere Fenstergrenze, die Auswerte einheit 4 erzeugt ein Signal zur Entregung des Ausgangsrelais und die "Störung" wird durch die gelbe LED der Anzeigeeinheit 10 signalisiert. Der Auswerteeinheit 4 wird die Versorgungsspannung über die Filtereinrich tung 3 zugeführt. Ebenso ist die Meßstelle M über die Filtereinrichtung 5 an die Auswerteeinheit 4 angeschlossen. Diese Filtereinrichtungen machen das Gerät unempfindlich gegen elektromagnetische Einstrahlun gen (gemäß VDE 0843 Teil 3). Das in der Auswerteeinheit 4 erzeugte Schaltsignal wird über die Betriebsspannungs-Detektoreinrichtung 6 dem Schalter S zugeführt. Durch diesen Schaltkreis wird sichergestellt, daß der Arbeitskreis A bei betätigter Meßstelle M nicht schließen kann, wenn die Spannungsversorgung des Netzteiles 1 langsam herauf- oder heruntergeregelt oder plötzlich ein- und ausgeschaltet wird.

Fig. 4
Bei Geräten für Gleichspannungsversorgung ist das Netzteil 1 aus einer geeigneten Schaltung aufgebaut, die aus der angelegten Gleichspannung eine für die Auswerteeinheit 4 erforderliche Spannung zur Verfügung stellt. Bei der in Fig. 4 gezeigten Sicherheitseinrichtung wird die Meß stelle M an eine im Gerät erzeugte Wechselspannung angeschlossen. Diese Wechselspannung kann zum einen in einer zweiten Sekundärwick lung des Netztransformators, zum anderen in einem separat im Gerät auf gebauten Wechselspannungs-Generator 9 erzeugt werden. An das Ende der Meßstelle M wird bei diesem Gerät als Abschluß eine Diode D ge schaltet. In der Auswerteeinheit 4 wird die an die Meßstelle M angelegte Wechselspannung in je zwei aktiven Gleichrichtern dergestalt gleichge richtet, daß eine positive und eine negative Gleichspannung gegen Massepotential gewonnen wird. Eines dieser Potentiale wird dazu ver wendet, den Leiterbruch zur Meßstelle M zu detektieren. Den Gleich richtern nachgeschaltet sind Komparatoren, deren Schaltschwelle über das Widerstandsnetzwerk 4.11 festgelegt werden kann und das Span nungssignal der betätigten beziehungsweise unbetätigten Meßstelle M auswerten. Über logische Verknüpfungen werden die Signale der Kompa ratoren an die Schalteinrichtung 2 und damit den Schaltern S, sowie an die LED′s der Anzeigeeinheit 10 zur optischen Anzeige geleitet. Der Aus werteeinheit 4 wird die Versorgungsspannung über die Filtereinrichtung 3 zugeführt. Ebenso ist die Meßstelle M über eine Filtereinrichtung 5 an die Auswerteeinheit 4 angeschlossen. Diese Filtereinrichtungen machen das Gerät unempfindlich gegen elektromagnetische Einstrahlungen (insbesondere gemäß VDE 0843, Teil 3). Das in der Auswerteeinheit 4 erzeugte Schaltsignal wird über die Betriebsspannungs-Detektoreinrich tung 6 dem Schalter S zugeführt. Durch diesen Schaltkreis wird sicherge stellt, daß der Arbeitskreis A bei betätigter Meßstelle M nicht schließen kann, wenn die Spannungsversorgung durch das Netzteil 1 langsam herauf- oder heruntergeregelt oder plötzlich ein- und ausgeschaltet wird.

Fig. 5
Die Meßstelle M wird bei der in Fig. 5 gezeigten Sicherheitseinrichtung an einen in der Auswerteeinheit 4 befindlichen Spannungsteiler parallel zu einem Widerstand angeschlossen. Im Betätigungsfall wird dieser Wider stand durch die Meßstelle M kurzgeschlossen beziehungsweise der Ge samtwiderstand der Parallelschaltung verringert sich. Dies wird von der Auswerteeinheit 4 erfaßt und zu einem Signal zum Abschalten des Arbeitskreises 2 verarbeitet. Die Meßstelle M wird nicht mit einem zusätz lichen Widerstand abgeschlossen. Der Schaltzustand des Arbeitskreises wird durch zwei LED′s der Anzeigeeinheit 10 signalisiert: "grüne LED = Arbeitskreis A geschlossen; rote LED = Arbeitskreis A geöffnet".

Fig. 6
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung weist die Auswerteeinheit zumindest einen Mikro-Controller 13 zumindest zur Auswertung des von der Meßstelle M abgegebenen Signales auf. Dies hat den Vorteil, daß die Sicherheitseinrichtung mit wenigen Bauteilen aufgebaut werden kann, was zu einer Verringerung des Produktionsaufwandes und der Herstellungs kosten führt und die Fehleranfälligkeit verringert. Anstelle der in den vorangegangenen Figuren gezeigten Widerstandsnetzwerken ist es wei terhin denkbar, die Schaltschwelle sowie weitere Funktionen oder Werte, Parameter oder sonstige Größen in einer Speichereinheit abzulegen, die dem Mikro-Controller 13 zugeordnet ist. Ebenso kann in erfindungsgemä ßer Weise der Mikro-Controller 13 herangezogen werden, um eine Rich tungserkennung der Polarität der Diode D auszuführen. Auch damit ist eine weitere Vereinfachung des Aufbaus der Sicherheitseinrichtung sowie eine weiterhin geringere Fehleranfälligkeit gegeben.

In Fig. 6 ist ein Mikro-Controller 13 gezeigt, der über eine Eingangsein heit 14 und eine Ausgangseinheit 15 verfügt. Weiterhin sind in dem Mikro- Controller 13 eine Vergleichseinheit 16 sowie ein Watchdog 17 integriert. An die Ausgangseinheit 15 sind die Relais 22 und 23 über eine Treiber stufe 24 sowie jeweils ein Mono-Flop 18 angeschlossen. Die Treiber schaltung 24 wird neben der Ansteuerung der Relais dazu benutzt, in Verbindung mit dem Schließerkontakt 1a/1b des Reilais 22 im Mikro- Controller eine Zustandskontrolle des Arbeitskreises durchzuführen. Die Mono-Flops 18 dienen zur Ansteuerung eines Multiplexers 19, der die An zeigeeinrichtung 10 ansteuert. Dem Mikro-Controller 13 ist noch eine Auswahleinheit 20 zugeordnet, während die Sicherung über eine Über wachungseinheit 21 überwacht wird, wobei im Falle einer defekten Siche rung 11 dieser Fall über die Eingangseinheit 14 an den Mikro-Controller 13 gemeldet wird. Mit "VCC" ist die interne Versorgungsspannung des Gerätes bezeichnet. Über den Schalter S1 und die Diode D wird die Meß spannung an die Meßstelle M1 gelegt. Ist die Abschlußdiode D an der Meßstelle M1 in Durchlaßrichtung geschaltet, baut sich an dem Wider stand R2 eine Spannung auf. Diese wird durch die Eingangseinheit 14 (insbesondere ein A/D-Wandler) des Mikro-Controllers 13 gemessen. Ist die Abschlußdiode D in Sperrichtung an die Meßstelle M1 angeschlossen, kann sich an dem Widerstand R2 keine Spannung einstellen. Vom Mikro- Controller 13 wird dies erkannt und über die Steuereinheit 25 werden die Schalter S1 und S2 so geschaltet, daß die Meßspannung in umgekehrter Polarität an die Meßstelle 1 gelegt wird. Die Abschlußdiode D befindet sich wieder in Durchlaßrichtung und an dem Widerstand R1 baut sich eine Spannung auf, die vom Mikro-Controller 13 erfaßt wird.

Der gemessene Spannungswert wird dazu benutzt, den Widerstand des gesamten Systems zu ermitteln und einen zu erwartenden Querwider stand für den Betätigungsfall der Meßstelle M1 festzulegen. Dies ge schieht dadurch, daß aus einer Wertetabelle, die in Beziehung zum ge messenen Gesamtwiderstand steht und im Mikro-Controller 13 abgelegt ist, ein geeigneter Referenzwert für den Betätigungsfall ausgewählt wird. Der gemessene Wert wird zuvor im Mikro-Controller 13 dahingehend überprüft, ob er logisch vorhanden sein kann.

Beispiel: Die Messung würde einen sehr hohen Meßwert für den Längs widerstand ergeben (theoretisch für eine unendlich lange Schaltleiste). Dieser Wert ist nicht in der abgelegten Tabelle vorhanden, so daß das Gerät eine "Unterbrechung" detektiert.

Nach Festlegung dieses Referenzwertes schaltet der Mikro-Controller 13 die Schalter S1 und S2 so, daß die Abschlußdiode D in Sperrichtung be trieben wird. Für die weitere Beschreibung sei angenommen, daß der Schalter S2 geschlossen ist. Die Spannung ist nun über die dem Schalter S2 zugeordnete Diode an die Meßstelle M1 geschaltet. An dem Wider stand R1 kann sich nur eine Spannung aufbauen, wenn die Meßstelle M1 betätigt oder mittels einer Testtaste überbrückt wird. Dies wird vom Mikro- Controller 13 erfaßt und führt zum Abschalten des Arbeitskreises A.

Erfindungsgemäß werden die Schalter S1 und S2 periodisch ein- und ausgeschaltet, wodurch sich die Polarität der Meßspannung an der Meß stelle M1 ändert und damit die Abschlußdiode D abwechselnd in Sperrich tung und Durchlaßrichtung betrieben wird. Durch diese Schaltungsanord nung kann die Frequenz der Messung variabel gestaltet werden und die Reaktionszeit des Systems ist nur noch von der Schaltverzugszeit (Abfallzeit) der Schaltrelais im Arbeitskreis abhängig.

In Weiterbildung der Erfindung kann mit dem Mikro-Controller 13 eine zweite Meßstelle M2 überwacht werden, die entweder mit einer Diode oder einem Widerstand abgeschlossen ist. Ebenfalls kann durch den Mikro-Controller 13 eine Zeitfunktion realisiert werden, mit der in einer bestimmten Zeit nach dem Betätigungsfall der Meßstelle M1 und/oder M2 von einem weiteren Relais 22, das nicht den Arbeitskreis schaltet, eine Wischfunktion ausgeführt wird, die den gefahrbringenden Prozeß in die Rückwärtsbewegung steuert.

In Weiterbildung der Erfindung ist dem Mikro-Controller 13 zur Funktionsüberwachung das Watchdog 17 zugeordnet. Dieser Watchdog 17, der in dem Mikro-Controller 13 integriert oder alternativ dazu diesem extern zugeordnet ist, funktioniert beispielsweise nach dem Zählerprinzip, wobei jede Taktperiode der Zähler um 1 verringert wird. Sollte der Zähler auf Null zählen, löst er ein Reset aus, wodurch das in dem Mikro-Con troller oder in einem über- oder nebengeordneten System ablaufende Programm neu startet. In dem Programm ist vorgesehen, daß der Zähler zyklisch auf einen vorgebbaren Wert gesetzt wird, so daß er im fehler freien Betrieb nicht auf Null herunterzählt. Sollte im Fehlerfall Null erreicht werden, löst der Watchdog das Reset aus und startet das Programm von Neuem.

In Weiterbildung der Erfindung ist dem Mikro-Controller zumindest eine Überwachungseinrichtung, insbesondere ein Mono-Flop, ausgangsseitig zugeordnet, wobei die Überwachungseinrichtung auf die zumindest eine Schalteinrichtung einwirkt. Diese ausgangsseitige Verwendung der Über wachungseinrichtung hat den Vorteil, daß zum einen der Ausgang des Mikro-Controllers überwacht wird (insbesondere hinsichtlich Kurzschluß oder Unterbrechung) und gleichzeitig dadurch, daß die Überwachungs einrichtung auf die zumindest eine Schalteinrichtung einwirkt, erreicht wird, daß sich die Überwachungseinrichtung selbst überwacht.

In Weiterbildung der Erfindung ist der Mikro-Controller zur eigenständigen Durchführung beziehungsweise zur manuell auslösbaren Durchführung eines Selbsttestes ausgebildet. Aufgrund dieses Selbsttestes ist der Vor teil gegeben, daß eine Funktionsüberprüfung der Sicherheitseinrichtung automatisch oder manuell durchführbar ist. Bei der eigenständigen Durchführung des Selbsttestes ist es denkbar, daß dieser Selbsttest in vorgebbaren Zyklen (beispielsweise beim Anlegen der Versorgungsspan nung) durchgeführt wird. Darüberhinaus ist es alternativ oder als Ergän zung zur eigenständigen Durchführung des Selbsttestes denkbar, diesen manuell auszulösen. Zur Durchführung des manuell auslösbaren Selbst testes ist beispielsweise die Testeinrichtung 12 vorgesehen, die einen Kurzschluß der Meßstelle M simuliert. Weiterhin ist vorgesehen, daß der Selbsttest nach Einschalten der Versorgungsspannung durchführbar ist, wobei insbesondere eine Speichereinheit (ROM-Speicher) des Mikro- Controllers 13 überprüft wird. Dazu kann die Software nach vorgebbaren Richtlinien (zum Beispiel in Deutschland nach VDE 0801) erstellt werden und ein Blocksicherungsverfahren, eine Ein- oder Mehrwortredundanz oder eine Paritätsprüfung aufweisen.

In Weiterbildung der Erfindung ist die Sicherheitseinrichtung mit einem über- oder nebengeordneten System (wie beispielsweise eine speicher programmierbare Steuerung) über eine Schnittstelle vernetzbar. Dadurch ist es möglich, die von der beziehungsweise den Meßstellen M abgebba ren Signale sowie weitere in der Sicherheitseinrichtung erzeugte Signale über eine Schnittstelle (beispielsweise Feldbus-Schnittstellen, wie Profi- Bus oder CAN beziehungsweise Installations-Bus IEB) an ein über- oder nebengeordnetes System abzugeben. So kann die erfindungsgemäße Sicherheitseinrichtung beispielsweise in Systemen eingesetzt werden, in denen die Sicherheitseinrichtungen selbst untereinander vernetzt sind sowie in Systemen mit einer speicherprogrammierbaren Steuerung (SPS), was darüberhinaus den Vorteil hat, daß Parameter des Systemes an die Sicherheitseinrichtung (auch beispielsweise eine Software) abgegeben werden kann.

In Weiterbildung der Erfindung ist dem Mikro-Controller 13 eine Aus wahleinrichtung 20 zur Bestimmung von Steuerfunktionen zumindest des Mikro-Controllers 13 zugeordnet. Damit sind Steuerfunktionen zumindest des Mikro-Controllers 13 bestimmbar. Bei Steuerfunktionen handelt es sich beispielsweise um im Mikro-Controller 13 abgespeicherte Pro gramme, die Festlegung von abgespeicherten Werten oder auch die Be stimmung von Betriebsarten des Mikro-Controllers 13 beziehungsweise der gesamten Sicherheitseinrichtung. Bei der Auswahleinrichtung 20 kann es sich beispielsweise um Steckbrücken, Schalter oder analoge Signale handeln, die eine manuelle Bestimmung der Steuerfunktionen ermögli chen.

Bei der in den Figuren gezeigten Ausgestaltung der Meßstelle M handelt es sich in vorteilhafter Weise um eine bevorzugte Ausführung, wobei zwei elektrisch leitende Bereiche der Meßstelle M (die dick gezeichnet sind) zweipolig mit der Sicherheitseinrichtung (mit den Auswerteeinheiten 4.1 und 4.2 oder 4) verbunden sind, wobei durch Zusammendrücken des Profiles die beiden elektrisch leitenden Bereiche in Kontakt kommen und ein Signal erzeugen, daß an die Sicherheitseinrichtung abgegeben wird und ausgewertet werden kann. Als weitere Meßstellen kommen bei spielsweise Bewegungsmelder (zum Beispiel basierend auf dem Ultra schall-Prinzip, Lichtschranken und ähnliche Meßstellen) zum Einsatz. Eine besonders vorteilhafte Ausgestaltung besteht, wie schon in den Figuren gezeigt, darin, daß die Meßstelle M als taktil wirkende Sensorvorrich tung ausgebildet ist, d. h., daß die Sensorvorrichtung in Abhängigkeit einer Berührung oder Krafteinwirkung (zum Beispiel Drücken) reagiert. So kommen in vorteilhafter Weise Schaltleisten oder Schaltmatten zum Ein satz, wobei diese beim Zusammendrücken das elektrische Signal abge ben, das von der Auswerteeinheit 4 (beziehungsweise den Auswerteein heiten 4.1 und 4.2) ausgewertet wird. Denkbar sind aber auch induktive Näherungsschalter, Positionsschalter oder auch Meßstellen, die bei spielsweise Prozeßgrößen von Maschinen oder Anlagen erfassen. Ein bevorzugtes Einsatzgebiet der erfindungsgemäßen Sicherheitseinrichtung besteht darin, einen Bereich, in dem sich kraftbetätigte Anlagen bewegen und wobei sich in diesem Bereich Personen oder sonstige Objekte befin den oder bewegen können, abzusichern. Insgesamt hat also die vorge stellte erfindungsgemäße Sicherheitseinrichtung die Vorteile, daß sie einfach aufgebaut ist, vor Fehlern geschützt ist, die Einstrahlung einer elektromagnetischen Strahlung wirksam verhindert wird und schnell rea giert.

Claims

1. Sicherheitseinrichtung, insbesondere zum Schutz von Personen und/oder Objekten, die zumindest eine mit zumindest einer einen elektri schen Abschluß zugeordnete Meßstelle, wobei die Meßstelle als taktiler Sensor ausgebildet ist, versehene Auswerteeinheit aufweist, der ein von der Meßstelle abgebbares Signal zuführbar ist und in Abhängigkeit des Signales wenigstens eine Schalteinrichtung betätigbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß die zumindest eine Auswerteeinheit (4, 4.1, 4.2) eine vorgebbare elektrische Spannung zweipolig an die Meßstelle (M) abgibt und die Auswerteeinheit (4, 4.1, 4.2) zur kontinuierlichen Aus wertung des von der Meßstelle (M) abgegebenen Signales (insbesondere ein Spannungsabfall) im betätigten und unbetätigten Zustand der Meß stelle (M) sowie derart ausgebildet ist, daß der elektrische Abschluß (R, D) automatisch erkennbar ist.

2. Sicherheitseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Auswerteeinheit (4, 4.1, 4.2) zur Erken nung einer Unterbrechung einer Spannung führenden Leitung oder Leiter bahn innerhalb der Sicherheitseinrichtung oder von Komponenten, die mit der Sicherheitseinrichtung in Verbindung stehen, ausgebildet ist.

3. Sicherheitseinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Auswerteeinheit (4, 4.1, 4.2) zumindest eine Anzeigeeinheit (10) zugeordnet ist, mit der die verschiedenen Zu stände, wie zum Beispiel "Betätigung" der Meßstelle (M), "Nichtbetätigung" der Meßstelle (M) und "Leiterbruch" anzeigbar sind.

4. Sicherheitseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine Einrichtung (Testeinrichtung 12) vor gesehen ist, mit der ein Selbsttest der Sicherheitseinrichtung durchführbar beziehungsweise simulierbar ist.

5. Sicherheitseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannungsversorgung für die vorgeb bare Spannung und die Schalteinrichtung (2, 2.1, 2.2) voneinander ge trennt sind.

6. Sicherheitseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannungsversorgung eine Wech selspannung mit konstanter oder veränderbarer Frequenz erzeugt.

7. Sicherheitseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest teilweise in den Strom kreisen der Auswerteeinheit (4, 4.1, 4.2) sowie der mit der Auswerteeinheit (4, 4.1, 4.2) verbundenen Einrichtungen (wie zum Beispiel der Meßstelle) Filtereinrichtungen (3, 3.1, 3.2, 3.3, 5) angeordnet sind, die zur Verhinde rung einer elektromagnetischen Einstrahlung ausgebildet sind.

8. Sicherheitseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine Einrichtung vorgesehen ist, die für den Fall, daß eine Versorgungsspannung der Sicherheitseinrichtung sich unzulässig ändert, bei Betätigung der Meßstelle (M) oder schon erfolgter Betätigung der Meßstelle (M) die Schalteinrichtung (2, 2.1, 2.2) einen de finierten Zustand einnimmt beziehungsweise den eingenommenen defi nierten Zustand einhält.

9. Sicherheitseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Wert des elektrischen Abschlusses R über eine Steckverbindung (Widerstand 8 einsteckbar) änderbar ist.

10. Sicherheitseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine Einrichtung (Zeitkreis 7) vorgesehen ist, die eine Betätigung der Schalteinrichtung (2, 2.1, 2.2) erst freigibt, wenn nach Einschalten der Spannungsversorgung die Meßstelle (M) be tätigt wurde.

11. Sicherheitseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Schalteinrichtung (2, 2.1, 2.2) mindestens zwei Kontakte in ihrem Arbeitskreis (A) und/oder mindestens einen Kontakt in wenigstens zwei Arbeitskreisen (A) aufweist.

12. Sicherheitseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Sicherheitseinrichtung zumindest einen Mikro-Controller (13) zumindest zur Auswertung des von der Meßstelle (M) abgegebenen Signales aufweist, wobei zumindest eine Auswerteein heit in den Mikro-Controller (13) integriert ist.

13. Sicherheitseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Mikro-Controller (13) eine Speicherein heit aufweist, in der zumindest verschiedene Werte für das von der Meß stelle (M) abgegebene Signal abgelegt sind.

14. Sicherheitseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der elektrische Abschluß eine Diode (D) ist und der Mikro-Controller (13) zur Richtungserkennung der Polarität der Diode (D) ausgebildet ist.

15. Sicherheitseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß dem Mikro-Controller (13) zur Funk tionsüberwachung ein Watchdog (17) zugeordnet ist.

16. Sicherheitseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß dem Mikro-Controller (13) zumindest eine Überwachungseinrichtung, insbesondere ein Mono-Flop, ausgangsseitig zugeordnet ist, wobei die Überwachungseinrichtung auf die zumindest eine Schalteinrichtung (2, 2.1, 2.2) einwirkt.

17. Sicherheitseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Mikro-Controller (13) zur eigenständi gen Durchführung eines Selbsttestes oder zur manuell auslösbaren Durchführung eines Selbsttestes ausgebildet ist.

18. Sicherheitseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Sicherheitseinrichtung mit einem über- oder nebengeordneten System (wie beispielsweise eine speicherpro grammierbare Steuerung) über eine Schnittstelle vernetzbar ist.

19. Sicherheitseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß dem Mikro-Controller (13) eine Aus wahleinrichtung (20) zur Bestimmung von Steuerfunktionen zumindest des Mikro-Controllers (13) zugeordnet ist.

20. Sicherheitseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Selbsttest nach Einschalten der Versor gungsspannung durchführbar ist, wobei insbesondere eine Speicherein heit des Mikro-Controller (13) überprüft wird.